《Agronomy》：Development of High-Yield Forage Agrocenoses for Sustainable Livestock Production in Northern Kazakhstan
Altyn Shayakhmetova,
Inna Savenkova,
Murat Akhmetov,
Azamat Useinov,
Beybit Nasiyev,
Akerke Temirbulatova,
Yerbol Issakaev,
Fariza Mukanova,
Madina Konkarova and
Aldiyar Bakirov
+ 2 authors
编辑推荐：
本文系统评估了哈萨克斯坦北部森林草原区九种多年生牧草及豆禾混播农业群落在淋溶黑钙土上的生产力。研究表明，含豆科植物（如苜蓿、驴食豆）的混播群落（如Lolium multiflorum + Medicago sativa）在冠层发育与生物量积累上显著优于天然草被与禾草单播，最高产量可达约19.66 t ha?1鲜重与约5.24 t ha?1干物质。该研究为通过优化豆禾混播系统提升区域饲草供应与环境韧性提供了关键实证。
引言：可持续畜牧业面临的饲草挑战
在哈萨克斯坦北部的森林草原区，天然草地的低产问题一直是制约畜牧业可持续发展的主要瓶颈，其干物质产量通常低至每公顷0.1-0.2吨。多年的过度放牧、轮牧制度破坏以及在关键再生期的不规范利用，导致草地严重退化，载畜能力急剧下降。与此同时，气候变化带来的温度升高和降水模式不稳定，进一步加剧了牧场生产力下降、土壤侵蚀和草地恢复力减弱的风险。因此，开发高产、适应本地环境且可持续的饲草生产系统，已成为支撑该地区畜牧业发展的紧迫任务。一种极具前景的解决方案是构建人工的饲草农业群落，即将多年生与一年生高产饲草物种相结合，形成具有互补生态功能的植物群落。
材料与方法：田间试验设计与评估
本研究于2024年至2025年在北哈萨克斯坦州“Service-Zhars”有限责任公司的研究田进行，该地代表该地区典型的农业环境，土壤为淋溶黑钙土。试验共设置了九种不同的饲草农业群落处理，包括禾草单播以及豆科与禾草的混播组合，例如苜蓿(Medicago sativa)与高羊茅(Festuca arundinacea)混播、多花黑麦草(Lolium multiflorum)与苜蓿混播等。所有处理设三次重复，采用标准化的田间管理措施。研究期间系统监测了气象条件，并测定了土壤的化学性质。土壤分析显示，该地土壤氮、磷含量处于中低水平，钾含量高，硫含量缺乏，pH值为微碱性。
生物量评估是关键环节。研究在牧草最佳收割期（禾草抽穗初期、豆科现蕾期）进行收割，测量植株高度、群落密度，并通过直接收割法测定单位面积的鲜草产量和干物质产量。所有数据均进行了统计学分析，以比较不同处理间及不同年份间的差异。
结果与讨论：豆禾混播展现显著优势
1. 形态指标：高度与密度
植株高度和群落密度是决定产量的基础。在建立的第二年（2025年），几乎所有处理的植株高度均显著高于第一年，这既与多年生牧草自身的发育规律有关，也得益于2025年更温暖湿润的生长条件。其中，无芒雀麦(Bromus inermis)单播在2025年植株最高，达139.2厘米。在群落密度方面，包含豆科的多组分混播群落通常表现出更高的密度。例如，驴食豆(Onobrychis viciifolia) + 杂交羊茅(Festulolium) + 梯牧草(Phleum pratense)混播处理在两年的密度都最高，2025年达到369.7株/平方米。
2. 生物量产量：混播系统表现卓越
产量数据清晰地揭示了豆禾混播系统的优越性。在试验期间，产量最高的处理始终是那些包含了豆科植物的混播群落。其中，多花黑麦草+苜蓿(I+A)混播、苜蓿+高羊茅(A+TF)混播以及驴食豆+杂交羊茅+梯牧草(S+F+T)混播表现最为突出。在2025年，I+A处理的鲜草产量和干物质产量分别达到19.66吨/公顷和5.24吨/公顷，A+TF处理分别为19.12吨/公顷和4.93吨/公顷，S+F+T处理分别为17.98吨/公顷和4.89吨/公顷。这些产量显著高于作为对照的天然草地（鲜草约3.04吨/公顷，干物质约1.68吨/公顷），也远高于大部分禾草单播处理。
高产的原因可归结为豆科植物带来的多重益处。苜蓿、驴食豆等豆科植物能够通过根瘤菌进行生物固氮，这不仅为自身生长提供了氮源，还能通过地下部的相互作用（如根系分泌物、残体分解）将部分氮素转移给共生的禾草，从而缓解了土壤氮素相对匮乏的限制，促进了整个群落的快速生长。此外，不同物种在冠层结构、根系分布和养分吸收时间上的互补，使得混播群落能更高效地利用光、水、养分等资源，形成了比单播更稳定、生产力更高的系统。
相比之下，纯禾草群落（如无芒雀麦单播、冰草(Agropyron cristatum)单播）在建植第一年的产量普遍较低，这符合多年生禾草早期优先发展根系的特性。冰草单播在第一年的产量最低，但其在第二年显示出显著的产量提升，表明了其慢生但持久的特性。多花黑麦草与一年生黑麦草的混播处理，则在第二年因一年生成分的消失而出现产量下降，提示了群落设计需兼顾短期产出与长期稳定性。
3. 环境与实践意义
优化的豆禾混播农业群落不仅提供了高产、优质的饲草，还具有重要的环境效益。通过减少对外源化肥（特别是氮肥）的依赖，降低了生产成本和环境风险。豆科植物的引入有助于提高土壤肥力，茂密的植被覆盖则能减少土壤侵蚀，增强草原生态系统的恢复力。从实践角度看，本研究为哈萨克斯坦北部森林草原区的牧民和农业企业提供了明确的技术选择：优先采用如I+A、A+TF这类豆禾混播组合，可以快速、显著地提升饲草供给量和质量，同时改善土壤健康。对于追求长期稳定性的系统，可以将冰草、无芒雀麦等持久性强的禾草作为基础物种，但需通过合理的混播或管理来弥补其建植初期产量低的不足。
结论
本研究证实，在哈萨克斯坦北部森林草原区的淋溶黑钙土上，构建多样化的、包含豆科植物的饲草农业群落是大幅提高饲草生产力和保障畜牧业可持续发展的有效策略。豆禾混播系统通过物种间的互补与协同，特别是生物固氮作用的贡献，实现了远高于天然草地和禾草单播的生物量积累。多花黑麦草+苜蓿、苜蓿+高羊茅以及驴食豆+杂交羊茅+梯牧草等混播组合被证明是最高产且农学表现可靠的选择。这项研究成果不仅具有直接的农学应用价值，也为在类似生态区推动生态集约型农业发展提供了重要的科学依据和实践范式。
