平原糧飼復合種植模式探析范文

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《草業科學雜志》2015年第十二期

摘要:

構建生產飼料為主、滿足養殖業需求的高效種植制度，可以加速種養生產高效耦合，從而解決華北平原種養一體規模化農業園區中優質粗飼料不足和農田種植模式單一等問題。本研究采用田間試驗和實驗室測定的方法，構建不同糧飼復合種植模式，并比較其生產效果、光能利用效率、中性洗滌纖維(NDF)、酸性洗滌纖維(ADF)、粗蛋白(CP)、粗纖維(CF)營養產量及總能量(GE)產量和凈能(NE)產量。結果表明，春玉米(Zeamays)－夏玉米與傳統冬小麥(Triticumaestivum)－夏玉米(CK)相比，全年干物質產量增加了5．95%，光能生產效率、溫度生產效率和年總輻射利用率分別提高了52．00%、49．55%和56．25%。高丹草(Sorghumvulgare×S．sudanense)－黑麥草(Loliummultiflorum)、春玉米－黑麥草和春玉米‖苜蓿(Medicagosativa)具有較高干物質產量、營養產量及能量產量，而且光能利用效率也較高。高丹草－黑麥草的CP產量比春玉米－黑麥草、春玉米‖苜蓿和春玉米－夏玉米分別高65．92%、80．65%和132．03%;高丹草－黑麥草的NE產量比CK高21．63%，比春玉米－夏玉米和春玉米－黑麥草分別高21．50%和24．08%。綜合分析得出，春玉米－夏玉米、高丹草－黑麥草、春玉米－黑麥草和春玉米‖苜蓿模式可作為傳統冬小麥－夏玉米種植制度的重要補充，是適合華北平原種養一體規模化農業發展的高效種植制度。

關鍵詞:

華北平原;糧飼復合種植;生產效果;光能利用效率;營養和能量產量

近年來華北平原農區畜牧業發展迅速，2013年該區畜牧業產值占農業總產值的32．78%［1］，由此可見，該區畜牧業在全國畜牧業的地位重要。隨著種植和養殖規模的不斷擴大，種養一體規模化、集約化將成為發展趨勢，而作物種植模式單一、優質粗飼料不足等問題日趨明顯，這已成為農區畜牧業發展的主要制約因素［2-3］。目前，華北平原主要種植制度為小麥(Triticumaestivum)－玉米(Zeamays)一年兩熟，雖然可以為牛、羊等以粗飼料為主的反芻動物提供充足的玉米秸稈資源，但由于玉米秸稈適口性較差，粗蛋白含量低，可消化性差［4-5］，與養殖對粗飼料營養需求不匹配［6］，從而導致種植和養殖相互脫節，未形成良性的耦合態勢。因此，調整作物種植結構，將飼料作物納入種植制度中［7］，大力發展營養體產業［8］，對解決農區畜牧業粗飼料來源十分必要。尤其是針對種養一體規模化、集約化農業園區發展趨勢，構建糧飼復合種植模式，生產優質飼料作物，促進種植和養殖系統之間物質和能量利用高效、合理［9］，對華北平原農牧結合可持續發展具有重要意義。近年來，大量研究表明，苜蓿(Medica-gosativa)、飼用玉米和黑麥草(Loliummultiflorum)具有較高的飼料營養價值，是反芻動物理想的粗飼料［10-16］。除此之外，在受熱量限制的兩熟地區，雙季青貯玉米模式、冬牧70黑麥(Secalecereale)－青飼玉米－青飼玉米模式、冬牧70黑麥－高丹草(Sorghumvulgare×S．sudanense)模式與傳統冬小麥－夏玉米相比，全年干物質生產量、光能利用率、營養與能量產量和飼料價值具有明顯的提高［17-18］。本研究針對華北平原種養一體規模化農業園區中農田種植模式單一，且主要以玉米秸稈作為粗飼料來源和缺乏高蛋白飼料作物的關鍵性問題，構建糧飼復合種植模式，生產高產和高營養價值的飼料作物，以期為養殖發展提供充足和高質量飼料，促進農牧系統耦合，為華北平原農牧結合中種植結構調整提供科學依據，從而為農業系統整體發展提供動力基礎。

1材料與方法

1．1研究區概況試驗于2013年在河北津龍公司循環農業園區進行。河北津龍公司是集種植、養殖、沼氣發電、飼料加工等多項產業于一體的國家級農業園區，是華北平原典型的循環農業模式。目前園區可利用耕地面積1000hm2，主要種植小麥－玉米兩熟和高丹草、苜蓿等牧草，牧草種植面積較少，為30hm2;養殖主要為奶牛、肉牛和生豬飼養，其中奶牛存欄1300頭，肉牛3000頭，年出欄生豬6萬頭。該公司地處河北省景縣，屬華北平原黑龍港中部，海河低平原區。該地區年均降水量544mm，年平均氣溫13．1℃，無霜期191d。試驗地土壤為潮褐土，土壤養分狀況(0－20cm):pH值7．8，有機質10．25g•kg－1，全氮0．72g•kg－1，堿解氮64．56mg•kg－1，速效磷14．52mg•kg－1，速效鉀123．85mg•kg－1。

1．2試驗材料與方法根據園區養殖需求，選擇生產效果較好的糧食作物、牧草種類和品種構建了7個復合種植模式。模式1為冬小麥－夏玉米(CK):冬小麥10月6日播種，6月15日收獲，品種為石新828;夏玉米于6月16日播種，10月5日收獲，品種為先玉335。模式2為春玉米－夏玉米:春玉米于3月20日覆膜播種，播種方式為寬窄行，7月15日收獲;夏玉米于7月16日播種，10月20日收獲，品種都是先玉335。模式3為春玉米‖苜蓿:春玉米和苜蓿均于5月10日播種，株行距配置為兩行玉米、5行苜蓿，玉米行距60cm，株距20cm，苜蓿行距20cm，株距15cm。春玉米品種為飼用玉米BMS002，苜蓿品種為中苜1號。模式4為春玉米‖大豆:春玉米和大豆均于5月10日播種，株行距配置為兩行玉米、4行大豆，玉米行距60cm，株距20cm，大豆行距40cm，株距15cm。春玉米品種為飼用玉米BMS002，大豆品種為冀花4號。模式5為春玉米‖花生:春玉米和花生均于5月10日播種，株行距配置為兩行玉米、4行花生，玉米行距60cm，株距20cm，花生行距30cm，株距15cm。春玉米品種為飼用玉米BMS002，花生品種為中黃13。模式6為春玉米－黑麥草:春玉米于5月10日播種，9月20日收獲，品種為飼用玉米BMS002;黑麥草于9月25日播種，5月5日收獲，品種為邦德。模式7為高丹草－黑麥草:高丹草于5月10日播種，9月20日收獲，品種為冀花2號;黑麥草于9月25日播種，5月5日收獲，品種為邦德。各處理隨機區組排列，3次重復，小區面積200m2。田間管理同常規高產田。

1．3田間取樣和分析方法玉米、小麥、飼用玉米、花生和大豆在成熟期收獲并測產，測產方法同常規大田。苜蓿在開花期測定鮮重并收獲，高丹草在抽穗初期刈割，刈割兩次。黑麥草在開花期收獲。刈割時選取1m2齊地面刈割，取樣時避免邊行，取樣后立即稱取總鮮重，然后從中取出部分稱其鮮重，放入烘箱內105℃殺青30min，然后80℃烘干至恒重，稱重后粉碎，過0．425mm篩以備分析。采用楊勝［19］的分析方法，測定各作物的干物質(DM)、粗蛋白(CP)、粗脂肪(EE)、粗灰分(H)、粗纖維(CF)。酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)采用范氏(VanSoest)［20］洗滌法進行測定，并按照標準方法計算各作物的無氮浸出物(NFE)［21］。

1．4計算方法

1．4．1物質、能量生產與生態因素資源效率的計算干物質生產能量［22］=干物質產量/單位面積×干重熱值［其中，干重熱值(GCV)是指每千克干物質完全燃燒所釋放的能量(J•g－1)］;光能生產效率=干物質產量/單位面積的太陽輻射×100%;年總輻射效率［23］=干物質產能/單位面積的太陽輻射×100%;溫度生產效率［24］=單位面積干物質生產量/生育期間有效積溫×100%．

1．4．2粗飼料能量計算總能量GE(MJ•kg－1)［17］=(CP×5．7+EE×9．4+ADF×4．2+NFE×4．2)/100×4．184;凈能NEL(MJ•kg－1)［25］=［1．044－0．0119×ADF(%DM)］/0．45×4．184。1．5數據統計分析所有試驗數據用Excel2003進行整理，采用SPSS21．0的單因素方差分析(Duncan’s法多重比較)對不同糧飼復合種植模式的全株干物質產量、干物質生產能量及不同作物秸稈的常規營養成分進行差異顯著性分析。

2結果與分析

2．1不同糧飼復合種植模式的生產效果

2．1．1干物質產量和生產能量分析模式2籽粒干物質產量最高，比CK高3．29%。而秸稈產量以模式7最高，比CK增產33．05%，比模式2、6和3分別高23．30%、35．87%和61．64%(表1)。從全株干物質產量看，模式2最高，比CK增產5．95%，顯著高于其他模式(P＜0．05)。3種間作模式中，模式3具有較高的秸稈干物質產量和全株干物質產量，其全株干物質產量與模式4差異顯著(P＜0．05)，與模式5差異不顯著(P＞0．05)。熱值是評價植物太陽能累積和化學能轉化效率高低的重要指標［23］。從周年物質生產能量看，能量生產和干物質生產趨勢一致。模式2能量生產具有明顯優勢，與其他6種模式差異均顯著(P＜0．05)，比傳統小麥－玉米高8．13%，比模式7、6、3分別高25．69%、38．06%和68．58%，說明雙季玉米模式提高了對光能的轉化和利用。

2．1．2不同作物秸稈常規營養成分分析小麥和玉米的NDF含量顯著高于除高丹草外的其他作物(P＜0．05)，高丹草、黑麥草的NDF含量顯著高于飼用玉米和花生，苜蓿與黑麥草、飼用玉米差異不顯著(P＞0．05)，而顯著低于高丹草(P＜0．05);大豆的ADF含量最高，顯著高于苜蓿、高丹草、黑麥草、飼用玉米、花生和小麥，苜蓿顯著高于黑麥草、高丹草、飼用玉米花生和小麥，而高丹草與黑麥草之間差異不顯著，花生和小麥差異之間不顯著;苜蓿、高丹草的CP含量顯著高于其他作物，苜蓿的CP含量與高丹草差異不顯著;大豆和苜蓿的CF含量顯著高于其他作物，而高丹草、黑麥草和小麥之間差異不顯著(表2)。

2．1．3不同糧飼復合種植模式的營養產量和能量產量比較7種不同種植模式的營養產量和能量產量差異較大(表3)。模式7的NDF、ADF、CF營養產量均最高，其次是模式2、模式1、模式6和模式3，模式7的CP產量也最高，為3196．95kg•hm－2，分別是模式1(CK)和模式2的3．17倍和2．32倍，比模式6和3分別高65．92%和80．65%;3種間作模式中，模式3的NDF、ADF、CP、CF營養產量最高。模式7的總能量(GE)和凈能(NE)產量也最高，其中GE產量比CK高33．56%，比模式2、6、3分別高16．06%、34．98%和64．37%;NE產量為157216．63MJ•hm－2，比CK高21．63%，比模式2、6、3分別高21．50%、24．08%和58．41%。3種間作模式中，模式3的GE和NE產量均高于其他兩種模式。

2．2不同糧飼復合種植模式光能利用效率分析模式2的周年光能生產效率、周年溫度生產效率和年總輻射利用率都最高，其中周年光能生產效率比CK高52．00%，比模式3、6和7分別高32．55%、54．05%和56．16%;周年溫度生產效率比CK高49．55%，比模式6、7和3分別高58．23%、60．77%和91．32%;年總輻射利用率比CK高56．25%，比模式3、7和6分別高28．68%、42．28%和56．25%(表4)。3種間作模式中模式5的光能、溫度生產效率和總輻射利用效率均高于模式6和7，而模式6和7的光能生產效率和溫度生產效率差別不大。

3討論

在農業生態系統運行中，養殖業能夠加速能流傳遞、物流周轉并提高資金流的量級和周轉，實現資源的高效利用［26］。發達國家經驗表明，畜牧業的迅速發展是以挖掘優質牧草和其他青綠飼料潛力來突出發展草食家畜生產為前提的，歐美發達國家畜產品的60%以上是由優質飼草轉化而來的［27］。春玉米－夏玉米種植模式與傳統的冬小麥－夏玉米模式相比，干物質產量、總輻射利用效率、光能和溫度生產效率具有明顯優勢，同時又能提供較高的營養產量和能量產量，可為養殖業提供更多精飼料和粗飼料，是適應種養一體規模化農業園區的種植模式。在生產中，還可以根據當地氣候特點，選擇早春季或晚夏季作全株青貯飼料，青貯玉米收獲時莖葉保持青綠，纖維素和木質素含量低，而且青貯發酵后，產生大量的芳香有機酸，使莖稈軟化，易于消化，適口性好［28］。選用全株青貯玉米飼喂奶牛，可節約精飼料成本30%，奶牛的產量增加25%，同時可有效地改善牛奶的品質［29］。糧飼間作模式不僅能夠充分利用光熱資源，而且還能為畜牧業提供更多優質粗飼料。苜蓿‖玉米間作系統提高了單位面積營養物質產量和營養物質瘤胃降解率，具有比玉米或苜蓿單作系統更高的飼料生產潛力［12］。玉米秸稈是我國主要的秸稈資源，瘤胃微生物可以利用秸稈中一定量的中性洗滌纖維(NDF)經發酵產生揮發性脂肪酸(VFA)，產生的VFA是反芻動物主要的能量來源［30］，并且使用玉米秸稈飼喂肉牛，可以顯著降低牛肉當中膽固醇含量［31］。春玉米和高丹草一熟收獲后會出現大量的冬閑田，而復種一年生黑麥草可充分利用冬閑期內的光溫和土地資源，來年5月初開花期收獲，可以補充草食家畜早春青飼料供應，在一定程度上緩解早春粗飼料不足的問題。利用冬閑田種植飼料作物，發展營養體產業，實行糧草輪作既充分利用冬季光熱資源，又解決了冬季青飼料不足，從而促進了農牧業的高效耦合［8］。此外，種植黑麥草還可以起到增加土壤有機質、改善土壤結構和提高土壤肥力的作用［32］。

“家庭農場”作為引領適度規模經營、發展現代農業的新型農業經營主體，種養結合家庭農場在增收、增效、減氮(化肥氮)等方面效果明顯［33］。種養一體規模化、集約化是今后我國農業發展的必然趨勢。種植和養殖的“系統耦合”，實現物質流的多樣化和良性循環［34］，環境負荷小，資源利用效率高，可持續發展潛力提高，生態經濟效益突出［35］。另外，隨著農區畜牧業的發展，“草地農業”應逐步納入以收獲籽實為主的傳統種植模式中，增加農牧產品的多重效率，促進農牧業的可持續發展［36］。因此，種養一體規模化循環農業園區作為華北平原典型的農牧結合模式，構建合理的、滿足豬牛等養殖需求的糧飼復合種植模式可為種養結合家庭農場種植結構調整提供科學依據。

4結論

在7種糧飼復合種植模式中，春玉米－夏玉米的干物質產量和光能利用效率最高，與傳統冬小麥－夏玉米(CK)相比，全年干物質產量增加了5．95%，光能生產效率、溫度生產效率和年總輻射利用率分別提高52．00%、49．55%和56．25%。高丹草－黑麥草、春玉米－黑麥草和春玉米‖苜蓿模式具有較高的干物質產量、營養產量及能量產量，而且光能利用效率也較高。綜合分析得出，春玉米－夏玉米、高丹草－黑麥草、春玉米－黑麥草和春玉米‖苜蓿模式可作為傳統冬小麥－夏玉米種植制度的重要補充，是適應華北平原種養一體規模化農業發展的高效種植制度。

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作者：石鵬飛 楊東玉 鄭媛媛 梁鳴媛 黨靜 王貴彥 單位：河北農業大學農學院