在美国中南部的一个火炬松林牧场中种植的四种一年生牧草的饲草量及其植物组成

《Crop, Forage & Turfgrass Management》：Forage mass and botanical composition of four annual forages grown in a loblolly pine silvopasture in the Mid-South USA

林下牧草系统对中南部四种一年生牧草生产力的研究显示，箭叶苜蓿和红苜蓿的生物量贡献不足22%，而四倍体和二倍体一年生黑麦草在4月和5月收获期生物量显著更高，但7月第三收获期无差异。环境因素如光照遮蔽和水涝土壤显著影响牧草 establishment 和生产力。该研究为南方松林下牧草种植提供了品种选择依据。

　　在中南部地区，许多农业活动通常依赖于开放牧场的种植模式。然而，关于这些牧草在林牧复合系统（silvopasture）中的生产力表现，研究资料仍然较为有限。林牧复合系统是一种结合树木、牧草和牲畜管理的综合农业模式，旨在通过优化土地利用、降低农场经济风险以及提升动物福利，实现生态与经济效益的双重目标。因此，了解适合在林牧复合系统中种植的牧草种类及其生产力表现，对于推动该模式在中南部地区的应用具有重要意义。

本研究的目的是评估四种适应中南部地区的年度牧草，包括箭叶三叶草（*Trifolium vesiculosum* Savi）、红三叶草（*Trifolium incarnatum* L.）、四倍体年度黑麦草（*Lolium multiflorum* L.）和二倍体年度黑麦草（*Lolium multiflorum* L.），在一种loblolly pine（短叶松）林牧复合系统中的季节性牧草产量分布和年度牧草积累情况。研究采用随机完全区组设计，设有三个重复试验，每一年进行三次收割：第一次在四月（H1），第二次在五月（H2），第三次在七月（H3），时间跨度为2020年至2022年。通过系统的分析和比较，研究者希望为中南部地区的林牧复合系统提供更具适应性的牧草选择建议。

在试验过程中，研究团队选择了位于美国阿肯色州Booneville附近的USDA-ARS Dale Bumpers Small Farms Research Center作为实验地点。该地区土壤类型为Leadvale粉砂壤土，具有良好的保水能力，但排水性较差，容易在春季发生积水现象。土壤的pH值为6.1，处于适合大多数牧草生长的范围内。研究区域为一种1994年建立的短叶松林地，经过2018年的间伐处理，形成了不同宽度的林间通道（32至40英尺）。试验选取了三个32英尺宽的通道，作为实验单元，每块通道的树高约为82英尺，胸径1.5英尺，基面积为98平方英尺每英亩。为了减少干扰，非实验通道种植了已有的果园草（*Dactylis glomerata* L.）。

在种植和管理方面，试验在2019年、2020年和2021年分别进行了播种，采用Brillion广播播种机进行操作。播种量根据各牧草种类的特性进行了调整，其中箭叶三叶草和红三叶草的播种量为每英亩10磅，而四倍体和二倍体黑麦草的播种量则为每英亩25磅。每年秋季（11月）都会对试验地块进行施肥，包括磷（P）和钾（K）的补充。对于黑麦草而言，除了磷和钾，还额外施加了氮（N）以促进生长。氮肥的施用时间根据生长周期调整，通常在三月和四月收割后进行。

在收割和评估过程中，每块试验地块选取了30×3英尺的区域进行收割，使用割草机将其切割至2英寸高度。收割后的牧草被收集到塑料容器中，并使用便携式秤进行称重。随后，从中取样，一部分用于测定干物质（DM）含量，另一部分用于分析植物组成。为了确保数据的准确性，所有样本均在131°F的强制空气烘箱中干燥48小时，并重新称重以计算干物质比例。植物组成分析则将样本分为“播种牧草”和“杂草”两类，并分别测定其干物质含量，从而计算出各牧草的总干物质产量。

统计分析方面，研究采用了SAS软件（版本9.4）中的PROC GLIMMIX模型进行方差分析，以评估年份、收割时间以及牧草种类对牧草产量和植物组成的影响，同时考虑了区组作为随机效应。为了处理重复测量数据，研究采用了非结构化协方差结构。在某些年份中，牧草种类与收割时间之间的交互作用显著（*P* < 0.05），因此进一步分析了不同年份中牧草种类与收割时间的组合效应。总牧草积累量则通过计算每年各次收割的干物质产量之和来评估。

从试验结果来看，四倍体和二倍体黑麦草在四月和五月的两次收割中表现出更高的牧草产量，而在七月的第三次收割中，产量显著下降，且几乎没有再生长。相比之下，箭叶三叶草和红三叶草在该环境下建立较为困难，尽管土壤pH值适宜、播种床准备充分且接种了固氮菌，但它们在所有收割时间中的贡献率不足22%。这表明，尽管这些豆科牧草在某些情况下具有一定的耐阴能力，但在短叶松林牧复合系统中，其生长受到限制，可能与光照不足、土壤积水等环境因素有关。

在植物组成方面，四倍体和二倍体黑麦草在四月和五月的收割中占比较高，而箭叶三叶草和红三叶草的占比则较低。这种差异可能与黑麦草的生长特性有关，如较强的耐阴能力和适应湿性土壤的能力。此外，试验还发现，不同年份的环境条件对牧草产量和杂草含量产生了显著影响。例如，2020年的降水量显著高于30年平均值，特别是在三月、四月和五月，而六月的降水量则低于平均水平。这种降水模式可能影响了牧草的生长周期，尤其是在春季和夏季之间，短叶松和牧草之间的水分竞争可能对牧草的产量产生不利影响。

值得注意的是，尽管四倍体黑麦草和二倍体黑麦草在生长结构上存在差异，如四倍体具有更大的分蘖和叶片比例，从而提高其消化率，但本研究并未发现两者之间在产量上的显著差异。这可能与试验环境中的光照、水分条件以及土壤特性有关，说明牧草品种的遗传差异在特定条件下可能并不显著。此外，研究还指出，不同牧草种类的产量表现可能受到环境因素的强烈影响，例如土壤积水、光照强度和降水模式，这些因素在林牧复合系统中尤为关键。

在总牧草积累量方面，黑麦草种类在2020年和2021年的总产量明显高于2022年，且在所有年份中，黑麦草的总产量均高于豆科牧草。这表明，尽管豆科牧草在某些情况下可能具有较高的产量潜力，但在短叶松林牧复合系统中，其表现并不理想。相反，黑麦草在前两次收割中表现出较强的生产能力，能够有效利用春季的水分资源，而不与树木在夏季发生严重的水分竞争。这种特性使得黑麦草成为林牧复合系统中更为适宜的牧草选择。

从生态角度来看，林牧复合系统为农业提供了更多元化的土地利用方式，能够提高土地的综合产出能力，同时减少对单一作物或牧草的依赖，从而增强农场的抗风险能力。然而，该系统也存在一定的挑战，例如树木与牧草之间的竞争关系、光照条件的限制以及土壤水分的管理问题。在本研究中，短叶松林牧复合系统表现出较强的水分竞争能力，尤其是在夏季，这可能限制了某些牧草的生长。因此，选择适合在该系统中生长的牧草种类至关重要。

从农业实践的角度来看，本研究的结果为中南部地区的林牧复合系统提供了具体的牧草选择建议。黑麦草，尤其是四倍体和二倍体种类，显示出在林牧复合系统中较强的适应性，能够在较为荫蔽的环境下维持较高的牧草产量。相比之下，豆科牧草在该系统中的表现较差，可能需要进一步优化种植条件，例如改善排水、调整播种密度或选择更具耐阴能力的品种。此外，研究还指出，不同牧草种类在不同年份中的表现可能存在波动，这可能与气候变化、土壤条件和管理措施的变化有关。

本研究的结论表明，短叶松林牧复合系统中，黑麦草比豆科牧草更适合用于生产季节性牧草。尽管豆科牧草在某些情况下可能具有较高的产量潜力，但在本试验的特定环境下，其生长受到显著限制。因此，建议在林牧复合系统中优先考虑黑麦草作为主要牧草种类，特别是在春季和初夏，这些时间段内黑麦草的产量较高，且能够有效利用土壤中的水分资源。此外，研究还强调了环境条件对牧草产量的重要影响，特别是在土壤积水和光照不足的情况下，需要采取相应的管理措施，如改善排水系统、调整种植密度或选择更适应的牧草品种。

总体而言，本研究为中南部地区的林牧复合系统提供了有价值的参考，不仅揭示了不同牧草种类在该系统中的表现差异，还强调了环境因素对牧草产量的关键作用。未来的研究可以进一步探索不同牧草种类在不同林牧复合系统中的适应性，以及如何通过优化种植管理和环境调控来提高牧草的生产力。同时，也可以考虑将豆科牧草与其他牧草种类进行混播，以提高整体牧草产量和质量。通过这些措施，林牧复合系统有望在中南部地区实现更高的经济效益和生态效益。