引黄灌区复种饲用燕麦种植模式产量、品质及经济效益分析

王腾飞 ,  马霞 ,  刘金龙 ,  王斌 ,  张译尹 ,  李佳旺 ,  马江萍 ,  王小兵 ,  兰剑

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (04) : 27 -37.

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草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (04) : 27 -37. DOI: 10.11686/cyxb2024214
研究论文

引黄灌区复种饲用燕麦种植模式产量、品质及经济效益分析

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Analysis of the yield, quality and economic benefits from multiple cropping of fodder oats in the Yellow River irrigation area

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摘要

为探讨适合宁夏引黄灌区麦后复种燕麦种植模式,以燕麦、箭筈豌豆和毛苕子为试验材料,设置2种混播模式和3种单播模式,研究不同种植模式对草地种间竞争、生产性能和经济效益的影响。2年试验结果表明,复种燕麦混播模式相较燕麦单作在土地资源利用、生产力提升、营养品质改善和经济效益方面具有明显优势。复种燕麦混播模式土地当量比(LER)均大于1,土地利用效率平均提高21%,复种燕麦×箭筈豌豆对草地生产力提高效果明显,其中干草产量(8.37 t·hm-2)、粗蛋白产量(1049.58 kg·hm-2)和经济效益(8817元·hm-2)较复种燕麦单作显著提高了16.97%、42.49%和30.89%。复种燕麦×毛苕子对营养价值改善明显,其中粗蛋白含量(13.33%)和相对饲喂价值(114.55)较复种燕麦单作显著提高了29.92%和17.78%。综上,可根据实际需求选择不同麦后复种模式,对牧草需求量大,可优先选择燕麦×箭筈豌豆混播模式;对牧草营养品质要求较高,推荐燕麦×毛苕子混播模式。研究结果对宁夏引黄灌区耕地资源潜力的挖掘和种植结构的调整提供了实践依据。

Abstract

This research evaluated different mixed cropping options for planting oats after wheat in the Ningxia Yellow River irrigation area. Two mixed planting patterns and three sole crop planting treatments were established with oats (Avena sativa), common vetch (Vicia sativa) and hairy vetch (Vicia villosa), to study the effects on interspecific competition, yield performance and economic benefits over two years. The results showed that oats sown in mixtures with vetch outperformed oats sown as a sole crop in terms of land resource utilization, productivity enhancement, nutritional quality improvement, and economic benefit. The land equivalent ratio (LER) of the replanted oat mixed cropped with vetch was greater than 1, and the land use efficiency increased by 21% on average. The effect of replanting oat with common vetch on crop productivity was substantial. In this mixture, the hay yield was 8.37 t·ha-1, crude protein yield was 1049.58 kg·ha-1 and economic benefit was 8817 CNY·ha-1. These values were increased (P<0.05) by 16.97%, 42.49% and 30.89%, respectively, compared to oat monoculture. Similarly, the crop nutritional value was improved in mixed crops of oats with hairy vetch. In this mixture, the relative feeding value was 114.55 and crude protein content was increased (P<0.05) by 29.92% compared to oats alone, where crude protein content was 13.33%. In conclusion, different modes of replanting after wheat can be selected according to the actual forage demand. When the forage demand is high, oat-common vetch mixtures offer higher yield; when it is desired to optimize forage nutritional quality oat-hairy vetch mixtures are recommended. The results of the study provide practical guidelines for improving the potential of arable land resources and adjusting the planting mixture according to forage requirement in the Yellow River irrigation area of Ningxia.

Graphical abstract

关键词

引黄灌区 / 混播 / 粗蛋白产量 / 营养品质 / 土地当量比 / 经济效益

Key words

Yellow River irrigation area / mixture sowing / crude protein yield / nutritional quality / land equivalent ratio / economic benefits

引用本文

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王腾飞,马霞,刘金龙,王斌,张译尹,李佳旺,马江萍,王小兵,兰剑. 引黄灌区复种饲用燕麦种植模式产量、品质及经济效益分析[J]. 草业学报, 2025, 34(04): 27-37 DOI:10.11686/cyxb2024214

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近年来,随着社会发展水平的提升以及食物来源的多元化,人们的饮食观念和食物消费结构也随之产生了变化,尤其对食物不仅要吃饱更要吃好的需求,促进了我国畜产品消费的增长1。然而,当前我国存在草畜产品生产发展相对滞后、价格浮动较大、畜产品多样化供应不足的问题,主要原因是饲草供应不足,特别是优质饲草短缺。宁夏作为全国重要的肉、禽、蛋、奶生产基地,饲草产业发展正在面临巨大挑战,加之耕地可种植饲草面积减小,草产业发展受到严重制约。麦后复种是缓解饲草种植面积不足的有效举措,在小麦(Triticum aestivum)等麦类作物7月初收获后复种,不仅能充分利用耕地资源,还能避免残留氮引起的环境污染等问题2-3。饲用燕麦(Avena sativa)因其较短的生育期常作为麦后复种作物之一,经常与毛苕子(Vicia villosa)和箭筈豌豆(Vicia sativa)等豆科植物混播种植以提高饲草生产力和改善牧草品质4,而在生产实践中混播系统生产力受作物种类和种间竞争影响5。因此,分析宁夏引黄灌区麦后复种燕麦种植模式对混播草地维持较高生产力和缓解草畜矛盾具有重要意义。
豆禾混播可以提高饲草产量,改善营养品质,获得较高的生产效益6-8。例如,Mao等9发现,通过竞争效应,混播可使饲草产量提高23%~34%。徐强等4研究表明,混播后饲草粗蛋白含量较单播提高9.2%~46.2%。因此,为了增加燕麦的牧草品质和产量稳定性,学者们将箭筈豌豆和毛苕子等豆科作物与燕麦混播610-11。目前,针对麦后复种研究较少且主要集中在作物单作,如饲用油菜(Brassica campestris12、花生(Arachis hypogaea13、糜子(Panicum miliaceum14等,关于麦后复种燕麦混播相关研究鲜见,仅见袁英良等7在吉林地区研究麦后复种饲用油菜与燕麦混播模式,试验获得干草产量6988.16 kg·hm-2。宁夏引黃灌区是全国重要的粮食生产基地,麦类作物收获后水热资源丰富,拥有全年40%的雨水资源15。前人关于宁夏引黄灌区麦后复种的报道主要针对复种单一牧草,如饲用油菜16、高粱(Sorghum bicolor12、高丹草(S. bicolor×Sorghum sudanese17等。鉴于此,本研究针对宁夏饲草总量不足、麦后复种燕麦种植模式不明的现状,充分利用麦后水热资源复种燕麦不同种植模式,并通过田间试验综合分析不同模式生产力、资源利用及经济效益。旨在提出充分利用光、热、土地资源,挖掘农田增产潜力的种植模式,为该区域草畜平衡和高效复种制度的绿色发展提供理论依据和技术支持。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2022年7月至2023年10月在宁夏大学草学农垦茂盛公司牧草基地(38°33′ N,106°03′ E)进行,试验区属中温带大陆性气候,年平均气温8.5 ℃,年日照时数达2800~3100 h,年平均降水量为180~210 mm,且主要集中在秋季,无霜期为190 d左右。试验地土壤为熟化的淡灰钙土,0~20 cm土层土壤理化性状为:有机质15.08 g·kg-1,速效氮51.20 mg·kg-1,速效磷18.70 mg·kg-1,速效钾128.93 mg·kg-1,pH=8.23。试验地具备灌溉条件,试验期间降水和气温如图1所示。

1.2 试验材料

箭筈豌豆、毛苕子,燕麦,详细信息见表1

1.3 试验设计与田间管理

试验播种时间为2022年7月14日和2023年7月14日,收获时间为2022年10月4日和2023年10月3日,前茬作物为种用小黑麦(Triticale)。采用单因素随机区组设计(图2),试验共设2个混播组合处理,分别为燕麦+毛苕子混播、燕麦+箭筈豌豆混播;3个单播处理,分别为燕麦单播、毛苕子单播、箭筈豌豆单播。共5个处理,每个处理3个重复,共计15个小区。小区面积为18 m2(3 m×6 m),过道1 m。播种量如表2所示,混播处理采用间行混播方式条播,燕麦间行距30 cm。试验地采用地面滴灌,滴灌带间隔60 cm,滴头间隔20 cm。播前施尿素45 kg·hm-2和磷酸二铵120 kg·hm-2,在燕麦拔节期追施尿素105 kg·hm-2

1.4 测定指标及方法

1.4.1 株高、密度、干草产量和粗蛋白产量

每个小区随机选取长势具有代表性的燕麦、箭筈豌豆和毛苕子各30株,用卷尺测量植株从地面到顶部最高点的自然高度,记为株高。每个小区内随机选取3个2 m样段测定燕麦和豆科牧草的密度。在灌浆期,随机在每个小区选取长势均一、有代表性的3个1 m2(1 m×1 m)样方人工用镰刀进行刈割,留茬高度3~5 cm,将鲜样编号装进轻型网袋,用便携式弹簧手提秤(香山手提秤,广州中山)称鲜草产量。然后将鲜样带回实验室于105 ℃下杀青35 min,于65 ℃烘干至恒重,称干草产量,计算鲜干比(鲜干比=鲜草产量/干草产量),折算每hm2干草产量。粗蛋白产量计算公式如下:

粗蛋白产(kg·hm-2)=干草产量(t·hm-2)×粗蛋白含(%)

1.4.2 营养品质

测产时每个小区随机取3个500 g鲜样,带回实验室自然阴干后用粉碎机(中药材超细商用破碎机,浙江金华)粉碎,过0.45 mm筛。使用极光手持近红外仪(SN 117618,德国)测定样品的营养成分,包括牧草粗蛋白(crude protein, CP)、中性洗涤纤维(neutral detergent fiber, NDF)和酸性洗涤纤维(acid detergent fiber, ADF)含量。计算相对饲喂价值(relative feeding value, RFV):

RFV=120/NDF×(88.9-0.779×ADF)/1.29

1.4.3 竞争指数

土地当量比(land equivalent ratio, LER):可用于评价混作体系中系统生产力情况。LER值越大表示混播效果越好,当LER>1时,物种间表现出产量和资源利用优势;LER<1时,表现出产量和资源利用劣势18

LERO=YMO/YO
LERL=YML/YL
LER=LERO+LERL

式中:YMOYML分别代表混播燕麦和混播豆科牧草产量;YOYL分别代表单播燕麦和单播豆科牧草产量,LEROLERLLER分别表示燕麦偏土地当量比、豆科牧草偏土地当量比和土地当量比。

竞争强度(aggressivity, A):可用于确定两个物种间的竞争关系。A值表示混播群体中,一种植物相比于另外一种植物相关产量的增加或减少。若AO>0,表示燕麦的竞争能力大于毛苕子或箭筈豌豆;若AO=0,表示毛苕子或箭筈豌豆与燕麦的竞争力相同;若AO<0,表示燕麦的竞争能力小于毛苕子或箭筈豌豆2

AO=YMO/(YOZMO)-YML/(YLZML)
AL=YML/(YLZML)-YMO/(YOZMO)

式中:ZMOZML分别代表燕麦和豆科牧草的混播比例;AOAL分别代表燕麦和豆科牧草的竞争强度。

竞争比率(competition ratio, CR):反映混播群体中植物竞争强弱的指标,CRO>1表明燕麦的竞争能力更强,反之,则是豆科牧草竞争能力更强2

CRO=(LERO/LERL) (ZML/ZMO)
CRL=(LERL/LERO) (ZMO/ZML)

式中:CROCRL分别代表燕麦和豆科牧草的竞争比率。

系统生产力(system productivity, SP)计算方法如下19

SP=YMO×ZMO+YML×ZML

1.4.4 经济效益分析

经济效益主要包括投入与产出,本研究计算过程中涉及具体内容如下: 农业生产要素投入:人工(田间管理,如播种、锄草、收获等)、农机(机械耕作费用,如耕地,除草等)、农资(种子、灌溉、化肥、农药等),本研究以产量为主要的测定指标,在收获季节对燕麦与毛苕子、箭筈豌豆混播及单播的作物进行测产,计算单位面积的产量,通过市场调查以及官方统计等方式了解市场价格(表3),计算单位面积的总收入及净收入。

1.5 数据处理与分析

使用Microsoft Excel 2019对试验数据进行整理,并使用Origin Pro 2021b制图。使用 SPSS 25.0 软件通过Duncan法对存在显著差异的指标进行多重比较。

2 结果与分析

2.1 麦后复种不同处理株高和密度比较

不同复种模式对株高影响显著(P<0.05),混播模式下燕麦的株高小于燕麦单播,但株高差异不显著(P>0.05),YJ和YM混播模式下燕麦2年株高平均值较YD分别降低了0.16%和0.63%(图3)。混播模式豆科牧草株高变化存在差异,其中YJ混播模式抑制了箭筈豌豆的株高,较JD两年间分别显著下降14.46%和18.90%;YM混播模式促进了毛苕子株高,2022年与MD差异不显著,2023年较MD显著增加7.10%。混播模式总密度与燕麦单播差异不显著(P>0.05),混播后总密度虽然大于燕麦单播,但2种模式并未产生显著影响。YJ和YM混播模式燕麦2年密度平均值较YD分别增加11.67%和3.78%。表明YJ混播模式在对燕麦株高不产生消极作用的同时可得到最大的密度,但对箭筈豌豆株高抑制作用明显。

2.2 麦后复种不同处理草地生产性能比较

混播干草产量虽与燕麦单播未产生显著差异(P>0.05),但均较燕麦单播有所提高,其中YJ混播模式提高幅度较大,2022和2023年平均提高16.97%,干草产量平均达8.37 t·hm-2图4);而YM混播模式提高幅度较小,2年间平均提高4.40%。混播模式显著提高了粗蛋白产量(P<0.05),YJ混播模式因其干草产量的优异表现,粗蛋白产量平均达1049.58 kg·hm-2;2022年YJ和YM混播模式分别较YD粗蛋白产量显著增加32.53%和32.21%,2023年YJ和YM混播模式分别较YD粗蛋白产量显著增加54.87%和39.55%。表明混播对草地粗蛋白产量提升效果优于干草产量,豆科牧草的加入使得原本高产的禾本科草地更加优质,本试验中YJ混播模式干草产量和粗蛋白产量表现优于YM混播模式。

2.3 麦后复种不同处理饲草营养价值比较

播种模式显著影响了饲草营养价值(P<0.05,表4),粗蛋白(CP)含量和相对饲喂价值(RFV)整体表现一致,均为豆科牧草单播>混播模式>燕麦单播;中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量变化整体表现一致,但与CP和RFV的变化相反,表现为燕麦单播>混播模式>豆科牧草单播。混播模式YM的CP和RFV均大于YJ,表明燕麦混播毛苕子营养价值优于燕麦混播箭筈豌豆,混播模式YJ和YM的CP两年平均值分别是YD的1.22和1.30倍,较JD分别下降28.89%和24.50%,较MD分别下降32.08%和27.89%;混播模式YJ和YM的RFV两年平均值分别是YD的1.15和1.18倍,较JD分别下降28.73%和27.07%,较MD分别下降36.43%和34.94%。

2.4 麦后复种不同处理竞争指数比较

竞争指数能够较好地反映混播群落中植物的生长状况及对资源的利用效率。2种混播模式的土地当量比(LER)间差异不显著(P>0.05, 图5),竞争强度(A)、竞争比率(CR)和系统生产力(SP)存在显著差异(P<0.05)。混播模式的LER均大于1,表明混播系统比相应的单播使用更少的土地,生产出更多的饲草,YJ混播模式LER(1.28)大于YM混播模式(1.14),相同条件下能提高14%的土地利用率。不同混播模式下A和CR的变化趋势相似,2年试验结果均能证明燕麦的竞争能力高于豆科牧草(箭筈豌豆和毛苕子)。2022和2023年,YJ和YM混播模式下燕麦竞争强度(AO)分别为0.29、0.33和1.19、1.29,平均为0.31和1.24,2022和2023年,YJ和YM混播模式下燕麦竞争比率(CRO)分别为1.44、1.40和4.03、4.54,平均为1.42和4.29,表明在燕麦与豆科牧草混播系统中,燕麦为竞争优势作物,豆科牧草为竞争劣势作物。2022和2023年,YJ混播模式下系统生产力均达最大值,分别为6680.29和5896.61 kg·hm-2

2.5 麦后复种不同处理经济效益分析

单播毛苕子和箭筈豌豆均表现出入不敷出的结果,净收入分别为-45和-1007元·hm-2表5)。燕麦单播和2个混播模式均表现出正的净收入,混播模式净收入均大于燕麦单播,YJ处理获得最高的总收入(17790元·hm-2)和净收入(8817 元·hm-2),YJ和YM净收入较YD分别提高30.89%和8.42%,表明麦后复种燕麦混播模式平均经济效益较优,有利于增加收入。

2.6 麦后复种混播模式各指标相关性

混播系统各主要指标间6对指标呈正相关关系,6对指标呈负相关关系(图6)。混播后燕麦株高和总干草产量与混播系统各指标间未显示相关性,而混播系统中豆科牧草株高与粗蛋白产量显著负相关(P<0.05),与粗蛋白和相对饲喂价值显著正相关(P<0.05)。系统生产力显著受混播密度的影响。混播密度和系统生产力对土地当量比表现为正效应,粗蛋白和相对饲喂价值对土地当量比表现为显著的负效应。另外,就相对饲喂价值而言,豆科牧草株高和粗蛋白与其显著正相关。

3 讨论

株高作为衡量作物竞争能力的重要指标之一,其值越高表明作物对光资源的竞争能力越强20。本研究结果显示,混播豆科牧草的株高低于单播,而燕麦株高较单播有所提高,表明在燕麦与豆科牧草混播系统中,燕麦对光的截获具有优势,研究结果与Wilson21提出的“妥协性”效应一致,即当作物在光能竞争中处于不利地位时,其会主动降低高度,从而增加系统的光能利用效率,但与蒋慧22的研究结果不一致,可能与土壤水分、土壤养分和光资源等方面存在地域差异有关。牧草产量是反映草地营养物质输出能力和经济价值的重要指标,也是衡量混播系统生产力的重要因素23-24。本研究结果表明,燕麦在两年中都表现出较高的生物量,而豆科牧草的生长更容易受到土壤水分有效性的影响,表现出更大的生产变异性,燕麦与毛苕子、箭筈豌豆混播均可提高草地总干草产量和粗蛋白产量,这与前人研究结果一致525,一方面因为混播草地中燕麦与毛苕子、箭筈豌豆通过根瘤菌的生物固氮增加了土壤氮素养分的供应与积累,促进了燕麦根部分蘖能力25。其次,该混播群落形成生态位分离,可充分利用空间和光热资源,从而提高草地生产力26。此外,张耀生等27在高寒地区的研究表明,燕麦与箭筈豌豆混播组合产量高于燕麦与毛苕子的混播组合,本研究也得出相同的结果。原因可能是箭筈豌豆相较毛苕子竞争能力强,刺激燕麦通过增加株高和分蘖(图3)保持混播中的竞争优势,继而形成产量优势。再者可能是箭筈豌豆在与燕麦竞争中处于劣势地位,生长后期其可能主要发挥了绿肥作用,促进了燕麦的生长。

牧草的粗蛋白含量是牧草质量评价最重要的指标之一,也是畜牧业关注的最重要品质特征之一,RFV是用来预测牧草采食量和能量价值的指标,它是由ADF和NDF推导出来的。已有研究均证实豆科牧草较禾本科牧草含有更高的营养价值,尤其是高的粗蛋白含量1128-29。本研究表明,燕麦中随着豆科牧草的加入,其混合牧草的营养价值提高效果显著,混播处理的牧草粗蛋白含量整体高于燕麦单播,低于毛苕子和箭筈豌豆单播,与前人研究结果一致27。有研究者认为出现这一结果的原因是燕麦与毛苕子、箭筈豌豆混播后,毛苕子和箭筈豌豆中固定的氮由豆科牧草的植物组织淋洗到土壤中被燕麦再吸收或通过菌根接触直接运移,继而由燕麦根系转移到地上植株中10。同时由于燕麦对固氮产物的利用,反馈到毛苕子和箭筈豌豆使得其固氮作用增强,提高了燕麦粗蛋白含量,从而增加了混合牧草粗蛋白含量30。本试验结果显示燕麦单播的RFV远低于豆科牧草单播,牧草混播中和了燕麦的这一不足,其中在混播条件下燕麦和毛苕子粗蛋白含量和相对饲喂价值均最高,分别达13.33%和114.55。造成这一现象的原因可能是:1)燕麦收获时毛苕子还未结荚,而箭筈豌豆已有部分结荚,豆科牧草自身的营养影响混合牧草营养,毛苕子与箭筈豌豆单播的营养品质结果也进一步证实此结论(表4);2)在燕麦混播系统中,箭筈豌豆竞争能力强于毛苕子(图5),而燕麦作为混播优势作物抑制了箭筈豌豆生长,对毛苕子影响较小,表现为YM较YJ豆科牧草更多,继而影响营养品质。本研究表明麦后复种燕麦混播模式均表现出优于燕麦单播的品质特性,混播系统结合了较豆科牧草单作更高的牧草产量和比燕麦单作更好的营养品质。

我国的大多数土地以家庭为单位,地块小且迫切需要能够提高土地生产力的栽培方式,混播便是主要选择之一31。通过研究不同饲草混播模式发现,各混播处理土地当量比均高于1,且地上生物量总和均高于单播处理31-32。在本研究中,所有混播处理的土地当量比均大于1,表明燕麦与毛苕子、箭筈豌豆混播系统具有产量优势,可有效提高土地利用率。同时研究发现燕麦生长发育较快是混播中的优势种,其偏土地当量比均大于0.67,毛苕子和箭筈豌豆的偏土地当量比均小于0.33,说明混播优势的主要贡献者是燕麦,主要原因是燕麦植株高,茎秆粗壮,相对毛苕子和箭筈豌豆更容易获取光资源和空间资源,使其在与毛苕子和箭筈豌豆的竞争中占据优势33。同时研究中燕麦竞争比率CRO>1.0,竞争强度AO>0的试验结果也证明燕麦在混播系统中的优势地位。此外,值得注意的是燕麦的优势主要受水供应的影响,本研究中燕麦种间竞争指数并未发现明显的年际变化,表明本试验田间管理较好。与单作不同,混播生产的产品多样化,在这种情况下,除了产量表现外,借助经济效益是决定且最终影响农民种植意愿的主要指标33。复合种植较单作具有更大的经济优势,本试验中相较单作,2种混播模式表现出更大的经济效益,燕麦×毛苕子和燕麦×箭筈豌豆混播模式净收入较燕麦单作分别提高8.42%和30.89%。表明麦后复种燕麦混播模式对土地资源利用率、生产力提升、营养品质改善和经济回报更高。

4 结论

麦后复种燕麦种植模式对缓解当前饲草种植面积和供应不足具有实际意义,复种燕麦混播模式相较燕麦单作对土地资源利用、生产力提升、营养品质提高和经济回报更显著,混播模式中燕麦为竞争优势作物。根据实际需求可选择不同复种模式,对牧草营养品质要求较高,推荐麦后复种燕麦×毛苕子混播模式,可获得草产量7.47 t·hm-2,粗蛋白产量997.92 kg·hm-2,以及13.33%的粗蛋白含量和114.55的相对饲喂价值;对牧草需求量大可优先选择麦后复种燕麦×箭筈豌豆混播模式,可收获最大草产量、粗蛋白产量和经济回报,分别达8.37 t·hm-2、1049.58 kg·hm-2和8817 元·hm-2。研究结果对宁夏引黄灌区耕地资源潜力的挖掘和种植结构的调整提供了实践依据。

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基金资助

宁夏高等学校一流学科建设(草学学科)项目(NXYLXK2017A01)

“一年两熟”人工草地可持续发展模式研究与示范项目(2021BBF02001)

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