胡廣榮，王 琦，宋興陽，李富春，張登奎，張恩和，劉青林，王鶴齡

(1．甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅 蘭州 730020)

溝覆蓋材料對(duì)壟溝集雨種植飼草作物青貯品質(zhì)和產(chǎn)量的影響

胡廣榮1，王 琦1，宋興陽1，李富春1，張登奎1，張恩和2，劉青林2，王鶴齡3

(1．甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；3.甘肅省氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/中國氣象局蘭州干旱氣象研究所，甘肅 蘭州 730020)

為探究適合于半干旱地區(qū)壟溝集雨種植的環(huán)保溝覆蓋材料，以玉米和高粱為試驗(yàn)材料，研究不同溝覆蓋材料(生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜，以無覆蓋為對(duì)照)對(duì)玉米和高粱青貯品質(zhì)、產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：秸稈覆蓋處理下玉米和高粱的粗蛋白顯著高于其他處理。玉米的中性洗滌纖維在秸稈處理下高于其他處理，并顯著高于生物可降解液體地膜和生物可降解地膜處理；高粱的中性洗滌纖維在無覆蓋處理下顯著高于其他處理。玉米的酸性洗滌纖維在秸稈處理下顯著高于其他處理；高粱的在無覆蓋處理下高于其他處理，并顯著高于生物可降解液體地膜和生物可降解地膜。玉米和高粱的相對(duì)飼用價(jià)值在生物可降解液體地膜和生物可降解地膜處理下高于其他處理，分別顯著高于秸稈和無覆蓋處理。玉米和高粱的青貯產(chǎn)量在生物可降解地膜處理下顯著高于其他處理。綜合分析得出，生物可降解地膜適宜作為半干旱黃土高原區(qū)壟溝集雨溝覆蓋材料。

壟溝集雨；溝覆蓋材料；營養(yǎng)品質(zhì)；青貯產(chǎn)量

壟溝集雨覆蓋是旱區(qū)農(nóng)業(yè)重要的栽培技術(shù)，可將小于5 mm的無效降水變?yōu)橛行Ы邓?>5 mm)，促進(jìn)降水入滲，降低土壤無效蒸發(fā)[1]，提高農(nóng)田土壤含水量和水資源利用效率[2]，同時(shí)改善土壤溫度[3]，抑制雜草生長[4]，增加土壤養(yǎng)分的有效性[5]，提高作物對(duì)養(yǎng)分的吸收利用效率[6-7]和作物的光合效率、產(chǎn)量等。壟溝集雨覆蓋栽培技術(shù)已在玉米、冬小麥、谷子、燕麥、苜蓿等飼草作物上廣泛應(yīng)用[8-13]。然而，壟溝集雨覆蓋栽培的覆蓋材料多采用普通地膜，普通地膜的大量殘留在造成白色污染的同時(shí)，還降低土壤動(dòng)物和微生物數(shù)量，限制土壤水分和養(yǎng)分運(yùn)移，阻礙作物根系正常生長，導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和作物減產(chǎn)[14-17]。因此，尋求環(huán)保型壟溝集雨覆蓋材料對(duì)于旱區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的提高具有重要意義。

近年來，生物可降解地膜、生物可降解液體地膜、光降解地膜、光-生物降解地膜等環(huán)保型材料的出現(xiàn)給半干旱區(qū)覆蓋農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的可持續(xù)發(fā)展帶來了新的機(jī)遇[18-20]。研究表明，與平作無覆蓋相比，生物可降解液體地膜覆蓋的玉米出苗率提高17%，5 cm土壤溫度提高4～5℃，產(chǎn)量提高17.4%[21]。與平作無覆蓋相比，秸稈覆蓋的土壤貯水量提高45.2～69.3 mm，土壤蒸發(fā)量減少21.5%～63.2%，作物耗水系數(shù)減少15.5%～16.7%，水分利用效率提高4.65 kg/(mm·hm2)[22]。與平作無覆蓋相比，溝覆生物可降解地膜的表層土壤溫度增加2.1℃，玉米籽粒產(chǎn)量提高34.7%，WUE提高30.2%[23]。

目前，國內(nèi)外關(guān)于壟溝集雨結(jié)合生物可降解覆蓋材料的研究主要集中在對(duì)作物產(chǎn)量、土壤溫度和水分等方面，而對(duì)于作物營養(yǎng)品質(zhì)方面的研究報(bào)道較少。筆者在壟溝集雨系統(tǒng)耕作模式下，研究不同生物可降解溝覆蓋材料對(duì)飼草作物青貯品質(zhì)及產(chǎn)量的影響，旨在探詢壟溝集雨種植適宜的溝覆蓋材料。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013年3～11月在中國氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境基地(N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896 m)進(jìn)行，該區(qū)地處黃土高原西部丘陵區(qū)，屬半干旱區(qū)，雨熱同季，屬典型溫帶大陸性季風(fēng)氣候?！?℃年積溫2 933.5℃，≥10℃年積溫2 239.1℃，年均日照時(shí)數(shù)2 433 h，年均氣溫6.7℃；年均蒸發(fā)量1 531 mm，是年均降水量(384 mm)的4倍，降水少且分布不均，無霜期140 d[2]。試驗(yàn)區(qū)地勢(shì)平坦，土壤為重壤土，田間持水量25.6%，凋萎系數(shù)6.7%。試驗(yàn)區(qū)0～40 cm土層土壤全N、全P、全K和有機(jī)質(zhì)含量為0.90、1.65、23.59和11.76 g/kg，堿解N、速效P和速效K含量為54.3，14.8和245 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試飼草作物品種為‘沈單16號(hào)’玉米(Zeamays)和‘天梁3號(hào)’高粱(Sorghumbicolor)。壟溝集雨種植系統(tǒng)中，壟上覆蓋生物可降解地膜作為集雨區(qū)，溝覆蓋不同生物可降解材料(生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜，溝無覆蓋作為對(duì)照)作為種植區(qū)，每處理重復(fù)3次。壟坡度約為40°，高度為20 cm，壟沿等高線修筑，壟長10 m(圖1)。生物可降解地膜生產(chǎn)于德國BASF化工廠，厚度0.008 mm，寬度1.4 m。秸稈為燕麥秸稈鍘成5～10 cm長的碎段，一次性均勻覆蓋在溝內(nèi)，覆蓋量為9 000 kg/hm2，然后撒4 000～5 000 kg/hm2碎土覆于秸稈上，以免秸稈被風(fēng)吹走；生物可降解液體地膜由北京金尚禾生物科技有限公司生產(chǎn)，在噴施之前，將粉狀生物可降解液體地膜與水按1∶15混合并攪拌5～10 min，待粉狀生物可降解液體地膜充分溶解后，用噴霧器將混合液均勻噴施溝表面，噴施量為90 kg/hm2(混合液施量為1 440 kg/hm2)。生物可降解液體地膜使用壽命為2～3月，在玉米和高粱生育期，生物可降解液體地膜噴施2次，噴施時(shí)間分別為4月22日和6月28日。

1.3 種植管理

試驗(yàn)地前茬作物為馬鈴薯，2013年玉米和高粱播種前7 d (4月13日)進(jìn)行整地、起壟和覆膜。起壟前施420 kg/hm2過磷酸鈣和220 kg/hm2尿素作為基肥，施肥深度20～30 cm。4月20日穴播播種玉米和高粱，各試驗(yàn)小區(qū)分別有3條溝和4條壟，每條溝面積為10 m× 0.6 m，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)的播種面積18 m2。玉米播種密度5.25×104株/hm2，深度3～5 cm，行距50 cm，株距32 cm，每條溝種植2行玉米。高粱播種密度1.05×105株/hm2，深度3～5 cm，行距50 cm，株距15 cm，每條溝種植2行高粱。玉米和高粱整個(gè)生育期無灌溉，人工除莠。玉米和高粱收獲后，將秸稈、生物可降解地膜和生物可降解液體地膜殘留翻耕埋入土壤，埋入深度為20～30 cm。

圖1 溝覆蓋壟溝集雨種植示意圖Fig.1 Schematic diagram of furrow-mulching materials in ridge-furrow rainwater harvesting system

1.4 樣品采集和測定

玉米和高粱均于乳熟期至蠟熟期收獲并進(jìn)行青貯的制作[26]。玉米于9月5日收獲，高粱于8月30日收獲，收獲時(shí)每溝隨機(jī)選取6株玉米和高粱(每1小區(qū)選取18株)測定鮮草產(chǎn)量，以備青貯。

青貯完成后，取適量的青貯樣品烘干后用0.5 mm孔篩粉碎機(jī)粉碎烘干并過40目篩，用于測定粗蛋白 (CP)、中性洗滌纖維(NDF)和酸性洗滌纖維(ADF)含量。CP采用全自動(dòng)凱氏定氮儀測定，NDF和ADF采用范氏洗滌法測定。計(jì)算出可消化干物質(zhì) (DDM)、干物質(zhì)采食量(DMI)和相對(duì)飼用價(jià)值(RFV)：

DDM (%)=88.9-0.779 ADF

(1)

DMI (%)=120/NDF

(2)

RFV (%)=(DDM×DMI)/1.29

(3)

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0與Excel 2010軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)；方差分析多重比較采用Duncan法(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 溝覆蓋材料對(duì)飼草作物粗蛋白的影響

在玉米種植中，秸稈CP顯著高于生物可降解液體地膜、生物可降解地膜和無覆蓋，無覆蓋與生物可降解液體地膜和生物可降解地膜之間相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的粗蛋白含量分別提高1.1%，12.8%和-5.7%。溝覆蓋材料對(duì)高粱CP含量影響的顯著性規(guī)律和玉米類似；在高粱種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體

地膜、秸稈和生物可降解地膜的粗蛋白含量分別提高0.8%，16.3%和-1.6%。玉米和高粱CP含量的排列次序?yàn)椋航斩?生物可降解液體地膜>無覆蓋>生物可降解地膜(表1)。

2.2 溝覆蓋材料對(duì)飼草作物中性洗滌纖維的影響

在玉米種植中，秸稈的NDF含量顯著高于生物可降解液體地膜和生物可降解地膜，無覆蓋與秸稈之間、無覆蓋與生物可降解液體地膜和生物可降解地膜之間、生物可降解液體地膜與生物可降解地膜之間相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的NDF分別提高-4.0%、1.8%和-6.0%，玉米中性洗滌纖維含量排列次序?yàn)榻斩?無覆蓋>生物可降解地膜>生物可降解液體地膜。在高粱種植中，無覆蓋顯著高于生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜，生物可降解液體地膜與秸稈和生物可降解地膜之間相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的中性洗滌纖維分別降低6.9%，4.6%和7.9%；中性洗滌纖維含量排列次序?yàn)闊o覆蓋>秸稈>生物可降解液體地膜>生物可降解地膜(表1)。

表1 溝覆蓋材料處理下青貯飼草作物的營養(yǎng)成分Table 1 Effects of furrow mulching materials on nutritional quality of crops

注：同列數(shù)字后不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.3 溝覆蓋材料對(duì)飼草作物酸性洗滌纖維的影響

在玉米種植中，秸稈的ADF顯著高于生物可降解液體地膜和生物可降解地膜，無覆蓋與秸稈之間、無覆蓋與生物可降解液體地膜和生物可降解地膜之間、生物可降解液體地膜與生物可降解地膜相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的CP含量分別提高-11.8%，11.0%和-8.8%；玉米ADF含量排列次序?yàn)榻斩?無覆蓋>生物可降解液體地膜>生物可降解地膜。在高粱種植中，無覆蓋酸性洗滌纖維顯著高于生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜，生物可降解液體地膜與秸稈和生物可降解地膜之間相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的ADF分別降低19.2%,3.7%和1%；酸性洗滌纖維含量排列次序?yàn)闊o覆蓋>秸稈>生物可降解液體地膜>生物可降解地膜(表1)。

2.4 溝覆蓋材料對(duì)飼草作物相對(duì)飼用價(jià)值的影響

在玉米種植中，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的相對(duì)飼用價(jià)值顯著高于秸稈，無覆蓋與生物可降解液體地膜和生物可降解地膜之間相差不顯著。在高粱種植中，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的相對(duì)飼用價(jià)值顯著高于無覆蓋，秸稈與生物可降解液體地膜和生物可降解地膜之間相差不顯著。生物可降解液體地膜和生物可降解地膜ADF和NDF含量較低(表1)。

2.5 溝覆蓋材料對(duì)飼草作物青貯產(chǎn)量的影響

在玉米種植中，生物可降解地膜青貯產(chǎn)量顯著高于生物可降解液體地膜、無覆蓋和秸稈。生物可降解液體地膜與無覆蓋相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的玉米青貯產(chǎn)量分別增加0.4%和10.4%，秸稈降低2.9%。在高粱種植中，生物可降解地膜青貯產(chǎn)量顯著高于生物可降解液體地膜、秸稈和無覆蓋，無覆蓋與生物可降解液體地膜和秸稈之間相差不顯著；與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的高粱青貯產(chǎn)量分別增加0.2%和10.9%，秸稈降低0.7%(圖2)。生物可降解地膜覆蓋提高土壤含水量和土壤溫度，促進(jìn)飼草作物生育期，有利于飼草作物早期發(fā)育及產(chǎn)量的形成，從而提高玉米和高粱的青貯產(chǎn)量。雖然秸稈覆蓋具有較高土壤含水量，但降低表層土壤溫度，較低表層土壤溫度不利于作物種子發(fā)芽和苗期生長，推遲作物發(fā)育期，導(dǎo)致作物青貯產(chǎn)量降低。生物可降解液體地膜保水和保溫性低于生物可降解地膜，降解速度快于生物可降解地膜，其增產(chǎn)效果不明顯。

圖2 溝覆蓋材料處理下飼草作物的青貯產(chǎn)量Fig.2 Effects of furrow mulching materials on silage yield of crops

3 討論

壟溝集雨種植技術(shù)結(jié)合保護(hù)性耕作和覆蓋技術(shù)，可改善土壤水溫狀況，進(jìn)而影響作物營養(yǎng)品質(zhì)[24]。牧草品質(zhì)影響家畜對(duì)牧草消化吸收，進(jìn)而影響家畜生長發(fā)育。CP、NDF、ADF、可消化干物質(zhì)和RFV是衡量牧草品質(zhì)的重要指標(biāo)。隨著我國農(nóng)業(yè)向“三元”產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整以及退耕還林、還草等政策實(shí)施，我國畜牧業(yè)發(fā)展迅速，玉米和高粱作為重要糧食作物和優(yōu)良飼草對(duì)農(nóng)業(yè)和畜牧業(yè)發(fā)展具有十分重要的作用[25]。牧草品質(zhì)不僅由其本身遺傳性狀決定，也受環(huán)境和栽培條件的影響，其中光、肥、水、氣、溫等均是影響其品質(zhì)的重要因素。在溝覆蓋材料中，生物可降解地膜透光性好，透氣性差，增溫和保水效果較好，促進(jìn)玉米和高粱生育期進(jìn)程；生物可降解液體地膜兌水噴灑土壤表面，在土壤表面形成多分子的網(wǎng)狀膜，其易降解和易被外力損壞，增溫效果較差；秸稈具有較低透光性和較高光反射率，具有降低表層土壤溫度作用[3]。研究發(fā)現(xiàn)地膜能顯著改善土壤水溫狀況，加快作物生育期進(jìn)程，但不利于粗蛋白的積累，秸稈具有延緩作物生育期進(jìn)程作用，但其有利于粗蛋白的積累[26]。結(jié)果表明，在玉米種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈的粗蛋白增加1.1%和12.8%，生物可降解地膜降低5.7%；在高粱種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈的粗蛋白增加0.8%和16.3%，生物可降解地膜降低1.6%。

營養(yǎng)價(jià)值的高低是評(píng)價(jià)飼草是否優(yōu)良的重要指標(biāo)，主要取決于所含營養(yǎng)成分的種類和數(shù)量[27]，從其營養(yǎng)價(jià)值來看，CP 是動(dòng)物蛋白質(zhì)需求的主要來源。NDF 主要由纖維素、半纖維素和木質(zhì)素組成，其含量的高低直接影響家畜采食率和適口性。多數(shù)研究表明，纖維含量隨土壤含水量的增加而減少。研究結(jié)果表明，在玉米種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的中性洗滌纖維分別降低4.0%和6.0%，ADF分別降低11.8%和8.8%，秸稈的NDF和ADF分別增加1.8%和11.0%。在高粱種植中，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的NDF分別降低6.9%,4.6%和7.9%；ADF分別降低19.2%,3.7%和1%。

隨我國農(nóng)牧業(yè)發(fā)展和人們對(duì)奶肉產(chǎn)品等需求增加,青貯玉米和高粱日益受到人們的重視。青貯玉米和高粱的最佳收獲期為乳熟后期—蠟熟前期，把新鮮糧飼兼用玉米和高粱填入密閉的青貯窖或青貯塔內(nèi)經(jīng)過微生物發(fā)酵作用，達(dá)到長期保存青綠多汁營養(yǎng)飼料的貯存技術(shù)。青貯發(fā)酵作用可以把適口性差、質(zhì)地粗硬、木質(zhì)素含量高的飼草變成柔軟多汁、氣味酸甜芳香、適口性好的粗飼料[28]。壟溝集雨種植覆蓋減少土壤水分蒸發(fā)，增加作物蒸騰，促進(jìn)干物質(zhì)積累，將土壤水分無效消耗轉(zhuǎn)化為生理消耗(有效消耗)，從而提高作物青貯產(chǎn)量。秸稈覆蓋降低表層土壤溫度，使飼草作物生育期延遲和灌漿期縮短，最終造成作物青貯產(chǎn)量降低[29-30]。研究結(jié)果表明，在玉米種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的青貯產(chǎn)量分別增加0.4%和10.4%，秸稈的青貯產(chǎn)量降低2.9%。在高粱種植中，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的青貯產(chǎn)量分別增加0.2%和、10.9%；秸稈的青貯產(chǎn)量降低0.7%。

4 結(jié)論

在玉米種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈的CP增加1.1%和12.8%，生物可降解地膜降低5.7%；在高粱種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜、秸稈的CP增加0.8%和16.3%，生物可降解地膜降低1.6%。

在玉米種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的NDF分別降低4.0%和6.0%，ADF分別降低-11.8%和8.8%，秸稈的NDF和ADF分別增加1.8%和11.0%。在高粱種植中，生物可降解液體地膜、秸稈和生物可降解地膜的NDF分別降低6.9%，4.6%和7.9%；酸性洗滌纖維分別降低19.2%，3.7%和1%。

在玉米種植中，與無覆蓋相比，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的青貯產(chǎn)量分別增加0.4%和10.4%，秸稈的青貯產(chǎn)量降低2.9%。在高粱種植中，生物可降解液體地膜和生物可降解地膜的青貯產(chǎn)量分別增加0.2%、10.9%；秸稈的青貯產(chǎn)量降低0.7%。

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Effects of furrow-mulching materials on nutritional quality and yield of silage crop

HU Guang-rong1,WANG Qi1,SONG Xing-yang1,LI Fu-chun1,ZHANG Deng-kui1,ZHANG En-he2,LIU Qing-lin2,WANG He-ling3

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China； 2.CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity，Lanzhou730070,China； 3.KeyLaboratoryofAridClimaticChangeandDisasterReductioninGansuProvince/InstituteofAridMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Lanzhou730020，China)

In order to find out the environment-friendly protection mulching materials and improve nutritional quality and yields of silage crop in semiarid region,a field experiment with randomized complete design was conducted to determine the effects of different furrow mulching materials (no-mulching,liquid film mulching,straw mulching and biodegradable film mulching) on crop (maize and sorghum) nutritional quality and yields.The results showed that the CP of corn and sorghum with straw mulching were significantly higher than others.The NDF of corn with straw mulching was higher than others,and significantly higher than liquid film mulching and biodegradable film mulching.The NDF of sorghum with no-mulching significantly was higher than others.The ADF of sorghum with straw mulching was significantly higher than others.The ADF of maize with no-mulching was highest,and significantly higher than liquid film mulching and biodegradable film mulching treatments.The RFV of maize and sorghum with liquid film mulching and biodegradable film mulching was higher than others,and significantly higher than straw mulching and no-mulching respectively.The silage yield of maize and sorghum with biodegradable film mulching was significantly higher than others.It could be concluded that the biodegradable film was a suitable furrow mulching material in ridge-furrow rainwater harvesting systems in the semiarid areas on Loess Plateau.

ridge-furrow rainwater harvesting;furrow mulch material;nutritional quality;silage yield

2016-03-14；

2016-04-13

國家自然基金項(xiàng)目(41461062，41161090)資助

胡廣榮(1987-)，男，甘肅天水人，在讀碩士。 E-mail：hugr2020@163.com

S 359

A

1009-5500(2017)02-0075-07

王琦為通訊作者。