内布拉斯加州东部施氮肥和含豆科植物的双季作一年生和多年生牧草的牧草组分

《Crop, Forage & Turfgrass Management》：Herbage components in nitrogen-fertilized and legume-containing double-cropped annual and perennial forages in eastern Nebraska

　　

摘要：以放牧为中心的多样化多年生循环系统（DPCS）具有诸多环境效益。然而，在多年生草地退化的情况下，使用一年生牧草可能是必要的。本研究通过一个双季作一年生牧草试验（小黑麦[×Triticosecale Wittm. ex A. Camus (Secale × Triticum)]和珍珠粟[Pennisetum glaucum (L.) R. Br.]）以及一个多年生牧草试验（无芒雀麦[Bromus inermis Leyss.]），评估了牧草组分。每个试验包括三个重复的施氮肥（FERT）和含豆科植物（LEG）放牧处理，在2021–2022和2022–2023生产年度的春季和夏季采集了共同数据集。在一年生牧草试验中，2023年夏季（6月和7月降水量比30年平均高出4.88英寸）FERT放牧地的牧草质量最大；其他情况下，FERT和LEG放牧地相似。在多年生牧草试验中，FERT放牧地倾向于产生更多牧草——尤其是在春季——原因是LEG放牧地（最后一次播种于2010年）的豆科植物种群下降。在一年生牧草试验中，夏季杂草类禾草对牧草质量贡献很大，但在多年生牧草试验中贡献很小。由于降水变化，从业者可以预期年份和季节会极大地影响牧草的质量和分布。双季作一年生作物可能在某一年的春季产生更多牧草，而在下一年夏季产生更多牧草。含有无芒雀麦的多年生放牧地在春季会产生更多牧草，但如果豆科植物含量≤15%，则会落后于施氮肥的放牧地。

**论文解读文章**

**研究背景与问题**

近年来，多样化的多年生循环系统（DPCS）因其在稳定性、恢复力、生态系统服务、人类健康、社会包容性和经济福祉方面的优势而备受关注。这类系统通过作物多样性、多年生牧草组分和循环性（即利用牲畜和豆科植物在农场尺度内循环氮素及其他养分，而非输入或输出）来实现可持续生产。然而，在美国西部玉米带，由于玉米和大豆的扩张，多年生牧草用地面积持续下降，从2006到2011年减少了130万英亩。为了维持生产效率，充分利用作物残茬、副产品、覆盖作物和一年生牧草对于维持肉牛存栏量至关重要。但一年生牧草系统与多年生牧草系统在牧草产量上可能存在季节性差异，且关于如何通过氮肥施用或豆科植物混播来管理此类生产的知识仍存在空白。因此，本研究旨在评估在内布拉斯加州东部，通过施氮肥（FERT）或含豆科植物（LEG）管理的放牧地，对牧草、杂草物种及总牧草质量与分布的影响，为双季作一年生和多年生牧草系统的优化提供依据。该论文发表在《Crop, Forage》。

**研究方法**

研究人员在位于内布拉斯加州米德的内布拉斯加大学林肯分校东部研究与推广教育中心（ENREEC）开展了两个独立试验：一年生牧草试验和多年生牧草试验。一年生牧草试验采用完全随机设计，设置三个重复的FERT和LEG放牧地，其中FERT放牧地在秋季和春季各施60 lb N ac^-1，LEG放牧地则分别与红三叶或大豆混播。多年生牧草试验同样采用完全随机设计，设置三个重复的FERT（春季施80 lb N ac^-1）和LEG（2010年混播苜蓿、红三叶和百脉根）无芒雀麦放牧地。研究人员在2021–2022和2022–2023生产年度的春季（6月中旬）和夏季（9月初）采集牧草样品，按牧草禾草、豆科植物、杂草禾草和杂草阔叶草分类，烘干称重，并通过混合模型进行方差分析（ANOVA），评估放牧地类型、采样时间和年份及其交互作用对牧草组分的影响。

**研究结果**

**3.1 天气条件**：2021–2022和2022–2023年10月至9月的降水量分别为21.6和23.1英寸，低于30年平均水平（28.7英寸）。2022年春季（3-5月）降水较多，而2023年夏季（6-7月）降水显著高于平均水平，导致牧草生长季长度和产量出现差异。

**3.2 常见牧草组分的方差分析**：在一年生牧草试验中，牧草禾草质量和总牧草质量受放牧地类型×时间×年份的三因素交互作用影响；杂草禾草和总杂草质量受放牧地类型×时间及时间×年份交互作用影响。在多年生牧草试验中，牧草禾草、总牧草、杂草禾草、总杂草和总牧草质量均受时间×年份交互作用影响，且放牧地类型对牧草禾草和总牧草质量有趋势性影响。

**3.3 牧草禾草质量**：在一年生牧草试验中，除2023年夏季（FERT放牧地比LEG放牧地高96%）外，其他时间放牧地类型间无显著差异。珍珠粟在2023年夏季的质量比春季小黑麦高711%（FERT）和218%（LEG），但在2022年夏季则低65%。在多年生牧草试验中，FERT放牧地春季牧草禾草质量在两年均显著高于LEG放牧地；所有放牧地春季质量均高于夏季，且2022年春季（湿润）质量比2023年春季（干燥）高41%，2023年夏季（湿润）质量比2022年夏季（干燥）高402%。

**3.4 豆科植物与总牧草质量**：在一年生牧草试验中，春季红三叶未能生产牧草，夏季大豆质量在2023年比2022年增加63%，但百分比下降。总牧草质量在2022年干燥夏季无差异，但2023年湿润夏季FERT比LEG高69%，表明大豆在湿润年份无法有效替代氮肥。在多年生牧草试验中，豆科植物质量百分比在2022年夏季达到15%，但其他时间≤5%。FERT放牧地在三个采样时间倾向于产生更多总牧草；LEG放牧地因豆科植物种群下降（自2010年播种后），在试验年份总牧草质量低于FERT。

**3.5 杂草物种质量**：在一年生牧草试验中，杂草禾草（主要是狗尾草）从春季到夏季显著增加，夏季杂草物种质量在2022年（干燥）比2023年（湿润）高115%，且FERT放牧地杂草质量显著高于LEG（平均2620 vs. 1658 lb ac^-1），表明施肥刺激了杂草生长。在多年生牧草试验中，杂草质量在2023年夏季增加，但总体占比很小，且放牧地类型间无差异。

**3.6 总牧草质量**：在一年生牧草试验中，2023年夏季FERT放牧地总牧草质量比LEG高68%；在干燥夏季，杂草对总牧草贡献更大。在多年生牧草试验中，总牧草质量趋势与牧草禾草一致，FERT放牧地在春季更高。

**讨论与结论**

讨论部分指出，在一年生牧草系统中，红三叶因春季竞争不足、干旱及早茬终止而未能有效生产，因此无法评估其替代氮肥的能力。在多年生牧草系统中，豆科植物比例从2010年后的22%降至试验时的≤15%，导致氮肥替代价值降低（<80 lb N ac^-1）。当豆科植物比例低于30%时，需重新翻耕并补播豆科植物以维持氮循环效益。研究结论如下：采用双季作一年生牧草（如秋季播种小黑麦与春末夏初播种珍珠粟）的农场，对每种作物施60 lb N ac^-1不应期望比混播豆科植物增加牧草质量；小黑麦和珍珠粟对氮肥的反应取决于春季和夏季降水。在多年生冷季禾草（如无芒雀麦）放牧地中，施80 lb N ac^-1可增加春季牧草质量；未施氮肥但含少量残余豆科植物（≤15%）的放牧地春季质量较低；夏季差异取决于降水；杂草禾草从春季到夏季增加，但仅占牧草总质量的一小部分。