土壤氮含量对作物的生长发育起到关键性作用，施用氮肥是保证作物生长以及增产的必要措施之一^[1]。氮肥的合理施用不仅可以提高农作物的产量和品质，还可以提高氮肥利用率和培养土壤肥力，为农产品带来更高的经济收益^[2]。我国是世界上最大的氮肥生产国和消费国，但氮肥利用率不到发达国家的一半^[3]，氮肥的过度施用造成土壤生物群落结构改变、农田生物多样性丧失、水体富营养化和土壤酸化等^[4]。因此，如何将氮肥施用的经济效益和社会、生态效益相兼顾，促进农作物的增产增效，是当前氮肥施用过程中的主要任务。绿肥作为一种优质的有机肥料，具有提高土壤保水保肥能力，改善土壤微环境，促进作物生长等功能；同时还具有绿色生产、改善生态环境的特点。

豆科绿肥与玉米间作、混作、轮作，能够有效地利用其根部进行生物固氮，降低氮肥的使用量，从而降低农业生产成本^[5]，并提高整个农田系统的土地利用率和光能利用效率^[6-8]，抑制杂草的生长^[9]，防治病虫害^[10]，使整个农田系统的生产力稳定性和持续性提高。美国中西部地区通过长时间豆科作物苜蓿（Medicago sativa）与玉米（Zea mays）轮作，提高了玉米的产量，每年节省氮肥成本达到 5000 万～9000 万美元^[11]。近年来随着我国“粮改饲”政策的推进，国内间作青贮玉米的面积也在逐渐扩大，青贮玉米叶柔软多汁，营养丰富，贮藏发酵后提高了饲用价值，适口性增强，是国内外畜牧业界的“粮仓”^[12-14]，2020 年山西省玉米播种面积为 174.22 万 hm²，占农作物总播种面积的 49.19%^[15]。与青贮玉米单播相比，青贮玉米与半野生大豆（Glycine gracilis）^[16]、饲用扁豆 （Lablab purpureus）^[17]、秣食豆（Pisum sativum）和豌豆（Pisum sativum L.）^[18]等豆科作物间作、套作均能显著提高产草量。本研究在山西省晋中市东阳实验基地以拉巴豆（Dolichos lablab）、汾豆牧绿 [Vigna radiata（L.）R.Wilczek]2 号和汾豆牧绿 9 号与青贮玉米进行间作，根据青贮玉米与豆科绿肥的生物学特性，采用双因素裂区随机区组试验设计，研究不同施氮水平下间作不同豆科绿肥品种对混合饲草产量及品质的影响，寻求青贮玉米与豆科绿肥间作下减施、饲草产量和品质提高的新途径和新技术，以期为黄土高原地区的青贮玉米高产优质栽培提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于 2022 年在山西农业大学东阳实验基地进行，试验地基础土壤理化性状为全氮 0.67 g·kg^-1、全磷 0.66 g·kg^-1、全钾 22.08 g·kg^-1、土壤pH 8.30、有机质 14.35 g·kg^-1、碱解氮 26.99 mg·kg^-1、有效磷 9.11 mg·kg^-1、速效钾 86.87 mg·kg^-1。

1.2 试验材料

青贮玉米明玉 775 号为抗病性强、高产量、营养含量高的晚熟春玉米品种；拉巴豆，汾豆牧绿 2 号大豆，汾豆牧绿 9 号大豆均为生长势旺盛、鲜草量高、营养含量高的品种，由山西农业大学提供。

1.3 试验设计

本研究采用双因素裂区完全随机设计，设置不同施氮梯度和不同品种的绿肥配比处理。主区设玉米单播（A1）、玉米间作汾豆牧绿 9 号（A2）、玉米间作汾豆牧绿 2 号（A3）、玉米间作拉巴豆 （A4）；副区设置当地传统施氮（N 180 kg·hm^-2， B1）、减施氮肥 10%（N 162 kg·hm^-2，B2）、减施氮肥 20% （N 144 kg·hm^-2，B3）、减施氮肥 30% （N 126 kg·hm^-2，B4）。共 16 个处理，每个处理 3 次重复，每个小区面积 42 m² （6 m×7 m）。

采用玉米与绿肥作物行比 2∶2 种植模式，2 m 一个种植带。玉米播种密度 57140 株·hm^-2，单播玉米株距 30 cm，间距 15 cm，行距均为 50 cm，每穴 1 粒，玉米和绿肥作物均采用机械条播（图1）。汾豆牧绿 9 号播量 60 kg·hm^-2、汾豆牧绿 2 号播量 60 kg·hm^-2、拉巴豆播量 22.5 kg·hm^-2，绿肥种植穴距为 15 cm。玉米和绿肥作物最佳青贮期机械收获，根茬还田。2021 年全部小区施用 N 180 kg·hm^-2，P₂O₅ 72 kg·hm^-2，K₂O 30 kg·hm^-2，全部做基肥施用；2022 年减施氮肥，钾肥、磷肥不减施。试验于 2022 年 5 月 18 日播种，9 月 2 日收获。

1.4 测定指标及方法

青贮玉米于 2022 年 9 月 2 日收获，在试验小区选取中间两行进行全株刈割取得生物产量，从每个小区中随机选取 15 株带回实验室，在 105℃条件下杀青 30 min，再用 70℃烘干至恒重，称干重，样品磨粉做好标记。

样品用旋风式样品粉碎机进行全部粉碎，过 2 mm 筛。采用近红外分析仪，选择相应的分析模型进行数据的测定^[19]。测定所有样品的粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗灰分含量、淀粉、酸性洗涤纤维含量、中性洗涤纤维含量、全磷含量、干物质体外消化率、相对饲喂价值，各营养成分单位的表示方法均为质量分数（%）。

1.5 数据处理与统计分析

数据采用 Excel 2010 处理和作图，在 SPSS 25.0 中用随机区组双因素 Duncan 新复极差法对混合饲草产量及营养成分等指标进行方差显著性分析、主效应检验、互作效应分析。采用模糊数学中隶属函数法对不同施氮水平下间作不同品种豆科绿肥处理的混合饲草营养成分进行综合分析，求出 16 个不同施氮水平下间作不同品种豆科绿肥处理的营养成分的平均隶属值^[20]。

式中，x 为每个特征数值，x_max 为最大特征数值， x_min 为最小特征数值。当测定指标为负向指标时，应采用反隶属函数，即公式（2）。

混合饲草价值计算公式：

式中，RFV 为饲料相对值；DMI 为可消化干物质随意采食量；DDM 为可消化干物质；NDF 为中性洗涤纤维；ADF 为酸性洗涤纤维。

2 结果与分析

2.1 绿肥与施氮量不同组合对饲草产量的影响

由图2 可知，在同一施氮水平下，间作豆科绿肥可以提高饲草的产量，其中 A4B1 处理（玉米 + 拉巴豆）的总鲜草产量最高。间作拉巴豆（A4）、牧绿 9 号（A2）、牧绿 2 号（A3），比单播青贮玉米（A1）的混合饲草产量分别提高了 3.23%、 2.01%、2.48%，但差异不显著（P>0.05）。

注：不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。

由表1 可知，在不同施氮水平下，随着施氮量的减少，混合牧草的产量也同时降低，施氮量与产量成正相关。单一间作绿肥或不同施氮水平显著影响混合饲草产量，但二者的互作效应无显著影响。间作不同绿肥时，较 A1 处理饲草产量显著提高 4.06%～6.21%。减施氮肥会降低饲草产量，较 B1 处理降低了 3.93%～49.75%（P<0.05），可见，减施氮肥对生物产量的影响显著。

注：A1 单播青贮玉米，A2、A3、A4 分别对应间作的绿肥，B1、B2、 B3、B4 分别对应施氮水平。同列不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。

综上，间作豆科绿肥可以提高饲草的产量，在减肥 10% 条件下混合饲草产量较常规施肥产量无显著差异。

2.2 绿肥与施氮量不同组合对饲草营养品质的影响

间作绿肥、施氮水平及二者的互作效应对混合饲草的营养品质影响显著（表2）。间作绿肥对混合饲草粗灰分、淀粉、中性洗涤纤维含量显著影响；施氮水平对混合饲草粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、淀粉、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量显著影响；二者的互作效应对其粗蛋白、粗灰分、中性洗涤纤维含量显著影响（P<0.05）。

间作不同绿肥可提高混合饲草粗灰分、淀粉含量，较 A1 处理分别提高 11.86%～19.32% 和 2.68%～3.10%。降低混合饲草的中性洗涤纤维含量，较 A1 处理降低 3.48%～4.19%（P<0.05）。

不同施氮水平下，随着施氮量的减少，混合饲草的各营养指标也随之降低。混合饲草粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、淀粉、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量较 B1 处理分别降低 4.30%～12.45%、3.04%～21.28%、14.59%～35.86%、3.16%～17.14%、2.17%～5.18%、3.01%～8.18%（P<0.05）。

B2 施氮水平下间作A2、A3 较 A1B1 混合饲草粗蛋白含量分别降低 2.46%、3.22%；B2 施氮水平下间作不同绿肥较 A1B1 混合饲草粗脂肪、淀粉含量无显著差异，酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量分别降低4.70%～5.87%、6.83%～7.05%。说明施氮水平对混合饲草营养品质影响较大，间作绿肥与施氮水平的互作效应优化了间作绿肥效应。

综上，间作绿肥、施氮水平存在交互作用。减施氮肥降低了混合饲草各营养指标，间作绿肥提高了混合饲草粗蛋白、粗脂肪含量，弥补了由减施 10% 氮肥引起的混合饲草粗蛋白、粗脂肪、淀粉含量减少，降低了混合饲草酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量提升混合饲草营养品质。

间作绿肥、施氮水平及二者的互作效应对混合饲草饲用价值影响显著（表3）。间作绿肥、施氮水平及二者的互作效应对混合饲草干物质的随意采食量、饲料相对值显著影响，施氮水平对混合饲草可消化干物质显著影响（P<0.05）。

间作不同绿肥时可提高混合饲草干物质的随意采食量、饲料相对值，较 A1 处理分别提高 1.47%～2.56%、1.35%～1.90%（P<0.05）。不同施氮水平下提高了混合饲草干物质的随意采食量、可消化干物质、饲料相对值，较 B1 处理分别提高 3.01%～8.27%、0.60%～1.45%、3.56%～9.69%。 B2 施氮水平下间作绿肥混合饲草干物质的随意采食量、可消化干物质、饲料相对值显著高于 B1 施氮水平下单播青贮玉米。

综上，间作豆科绿肥和氮肥施用量存在交互作用，间作豆科绿肥可以提高饲草的干物质随意采食量、饲草相对值，在减肥 10% 条件下混合饲草饲用价值较常规施肥产量无显著差异 （P<0.05）。

将不同施氮水平下间作不同豆科绿肥混合饲草的粗蛋白、粗脂肪、粗灰分、全磷、淀粉、酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维进行隶属函数综合评价及排序，结果显示，100% 施氮水平下间作拉巴豆 （A4B1）的处理综合评价最高（表4）。

2.3 绿肥与施氮量不同组合对饲草体外干物质消化率的影响

干物质消化率能有效衡量牧草营养物质的消化程度，由表5 可知，同一施氮水平，间作豆科绿肥可以提高混合饲草干物质消化率。其中 A2B1 处理（玉米 + 牧绿 9 号）体外 24、30、48 h 的干物质消化率最高，在显著差异（P<0.05）时，间作不同品种豆科绿肥和单播玉米混合饲草体外干物质消化率无显著性差异。

不同施氮水平下，随着施氮量减少，干物质消化率也降低，B1 施氮水平和 B4 施氮水平比较，体外 24、30、48 h 干物质消化率分别降低了 3.79%、 4.09%、4.14%（P<0.05）。

续表

3 讨论

3.1 绿肥与施氮量不同组合对混合饲草产量的影响

利用青贮玉米与绿肥作物轮作、间作和套种的模式，可以充分提高氮的利用效率、提高粮食的产量和经济效益^[21]。李晶等^[22]采用 3 个品种的青贮玉米与秣食豆（Glycine max）混播研究结果表明，混播的混合饲草产量均高于单播青贮玉米的饲草产量。寇明科等^[23]在禾本科牧草与豆科牧草混播的研究中表明，单播禾本科牧草的产量平均比混播牧草的产草量降低了 26%。本研究的间作绿肥混合饲草产量高于青贮玉米单播的结果与上述研究一致。氮是作物生长所必需的营养元素之一，合理施用氮肥是农作物和饲草保持高产和优品的重要途径。王寅等^[24]研究表明，施氮量的增加会显著提高玉米产量，但是过度施用氮肥玉米产量会降低且氮肥利用率下降。单纯减施氮肥存在一定的减产风险，本研究中随着施氮水平的降低混合饲草产量减产，减施 10% 氮肥在间作模式下与正常施氮单播玉米混合饲草产量无差异，究其原因，绿肥作物可促进土壤氮素转化关键因子（如相关功能微生物、土壤酶活性以及土壤理化性质等）的改善，提高主栽作物对氮素的吸收利用^[25]，进而促进植株地上部的生长，提高生物产量。尤其是豆科绿肥根系带有根瘤菌，可固定空气中的氮气，增加土壤中的氮含量，从而提高土壤养分供应的有效性，促进植物生长^[26]，豆科绿肥与玉米的根系互作越紧密越有利于豆科结瘤固氮^[27]。可见，在减施 10% 氮肥条件下，间作绿肥可为玉米的生长发育提供有效的氮素供应保障。

3.2 绿肥与施氮量不同组合对混合饲草营养品质的影响

氮肥的施用量对青贮玉米品质起着至关重要的作用，合理增施氮肥可以有效提高青贮玉米粗蛋白、粗脂肪含量，其营养品质提高^[28]。本研究中混合饲草粗蛋白、粗脂肪含量随施氮水平降低而降低。说明禾本科牧草与豆科牧草混播，不仅可以提高产量，还提高营养品质、饲用价值^[29]。本研究中混合饲草粗蛋白含量高于单播玉米，因为青贮玉米粗蛋白含量较低，与豆科绿肥间作、套作可以提高青贮饲料的粗蛋白含量，营养互补。青贮玉米与绿肥混播能降低酸性洗涤纤维和中性洗涤纤维含量，改善饲草的营养品质^[30]。因为粗纤维对牲畜来说是较难消化和利用的物质，粗纤维过多会影响牲畜的适口性，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维是反映纤维质量好坏最有效的指标，中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量越低饲料的饲用价值就越高^[31]。本研究中同一施氮水平下间作豆科绿肥较单播青贮玉米提高了混合饲草粗蛋白、粗脂肪含量，改善了饲草的营养品质，提高了饲草饲用价值，与柳茜等^[32]的研究结果一致，在减施 10% 氮肥条件下，间作绿肥模式有效保证了混合饲草营养品质。

通过隶属函数综合分析认为，同一施氮水平下间作豆科绿肥混合饲草营养品质高于单播青贮玉米，间作拉巴豆的混合饲草品质高于间作汾豆牧绿 2 号、汾豆牧绿 9 号，单播青贮玉米排名最低。

3.3 绿肥与施氮量不同组合对混合饲草体外干物质消化率的影响

混合饲草中包含的粗蛋白、粗脂肪含量越高，饲草的消化率越高，动物可消化营养物质越多，营养价值越高^[33]。本研究中不同施氮水平下间作豆科绿肥较单播青贮玉米提高了饲草的粗蛋白、粗脂肪含量，提高了饲草的营养价值和消化率。减施氮肥和间作豆科绿肥降低了饲草的酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量。体外干物质消化率取决于混合牧草的营养组成，在一定范围内中性洗涤纤维含量越低，动物的采食率越高；酸性洗涤纤维含量越低，饲料的消化率越高^[34]。体外干物质消化率可以体现瘤胃微生物对饲料的降解程度，可以反映瘤胃微生物利用底物情况，体现饲料营养价值^[35]。

4 结论

在本研究中，间作绿肥可以替代 10%氮肥施用量，以 90% 氮肥施用量间作拉巴豆效果最优。间作豆科绿肥混合饲草品质高于单播青贮玉米，间作拉巴豆混合饲草品质 >间作牧绿 9 号 >间作牧绿 2 号。随着施氮量的减少，虽然混合饲草的产量和营养品质有所下降，但高于青贮玉米单播。

参考文献