饲用高粱/拉巴豆混播模式下施氮量对草地生产力和能量利用效率的影响

doi:10.11686/cyxb2025059

草业学报 ›› 2026, Vol. 35 ›› Issue (1): 40-52.DOI: 10.11686/cyxb2025059

饲用高粱/拉巴豆混播模式下施氮量对草地生产力和能量利用效率的影响

张译尹¹^,²^,³(), 肖爱萍¹^,⁴(), 王斌¹^,²^,³, 王腾飞¹^,²^,³, 胡海英¹^,²^,³, 兰剑¹^,²^,³()

^1.宁夏大学林业与草业学院，宁夏银川 750021
^2.宁夏草牧业工程研究中心，宁夏银川 750021
^3.农业农村部饲草高效生产模式创新重点实验室，宁夏银川 750021
^4.宁夏回族自治区畜牧工作站，宁夏银川 750021

收稿日期:2025-02-26 修回日期:2025-04-28 出版日期:2026-01-20 发布日期:2025-11-13
通讯作者: 兰剑
作者简介:E-mail： ndlanjian@163.com
张译尹（1998-），女，甘肃定西人，在读博士。E-mail： 2543378861@qq.com
肖爱萍（1984-），女，宁夏银川人，硕士。E-mail： ycdxap@126.com。第一联系人：共同第一作者These authors contributed equally to this work.
基金资助:
国家自然科学基金项目(32201474);宁夏高等学校一流学科建设（草学学科）项目(NXYLK2017A01);“一年两熟”人工草地可持续发展模式研究与示范项目(2021BBF02001)

Effect of nitrogen application on grass productivity and energy use efficiency in a mixed forage sorghum/lablab planting

Yi-yin ZHANG¹^,²^,³(), Ai-ping XIAO¹^,⁴(), Bin WANG¹^,²^,³, Teng-fei WANG¹^,²^,³, Hai-ying HU¹^,²^,³, Jian LAN¹^,²^,³()

^1.College of Forestry and Grassland，Ningxia University，Yinchuan 750021，China
^2.Ningxia Grassland and Pasture Engineering Research Center，Yinchuan 750021，China
^3.Key Laboratory for Model Innovation in Forage Production Efficiency，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Yinchuan 750021，China
^4.Ningxia Hui Autonomous Region Animal Husbandry Station，Yinchuan 750021，China

Received:2025-02-26 Revised:2025-04-28 Online:2026-01-20 Published:2025-11-13
Contact: Jian LAN

摘要/Abstract

摘要：

通过探讨混播模式下不同施氮水平对草地生产性能、经济效益、能量利用效率和生态效能指数的影响，可为氮素高效利用和生态可持续发展提供科学依据。于2021-2023年在宁夏大学四墩子草学野外科学研究基地开展田间定位试验，采用双因素试验设计，设置2个种植模式（SS：饲用高粱单播；SL：饲用高粱/拉巴豆混播）和4个施氮水平（N₀：0 kg·hm^-2；N₉₀：90 kg·hm^-2；N₁₈₀：180 kg·hm^-2；N₂₇₀：270 kg·hm^-2）。结果表明：混播与氮素调控的协同效应显著提高了系统干草产量和粗蛋白产量，且在施氮量为180 kg·hm^-2水平下表现出最优生产性能，干草产量（29.08 t·hm^-2）和粗蛋白产量（2.62 t·hm^-2）均达到最高，较饲用高粱单播模式平均提高了20.69%~23.86%和21.03%~26.89%。经济效益分析显示，在180 kg·hm^-2施氮水平下饲用高粱/拉巴豆混播模式的年均净收入和净产出能量均为最高，较不施肥分别提高33.94%和21.32%，表现出良好的经济-能源协同效应。此外，饲用高粱/拉巴豆混播模式下施氮量为90 kg·hm^-2时能量利用效率和能量生产力最高，分别为10.84和0.60 kg·MJ^-1，较不施肥分别提高了1.94%和1.95%。综合草地生产性能、经济效益、能量利用效率以及生态效能指数对不同种植模式进行可持续评价得出，混播结合施氮180 kg·hm^-2处理下可持续指数最高（0.97）。因此，西北干旱区饲用高粱/拉巴豆混播种植系统的最佳施氮量为180 kg·hm^-2，以相对较低的氮肥投入提高了牧草产量和农业系统的可持续性。

关键词: 混播, 氮肥, 生产性能, 生态效能指数, 经济效益

Abstract:

The aim of this study was to determine the effects of different nitrogen application rates on grassland production performance， economic efficiency， energy use efficiency， and ecological efficiency index under mixed seeding conditions. The overall aim of our research was to provide a scientific basis for the efficient use of N fertilizer to achieve environmentally sustainable development. We conducted a field trial in 2021-2023 at the Sidunzi Grass Field Science Research Base of Ningxia University. The experiment had a two-factor design with two cropping patterns （SS： forage sorghum monoculture； SL： forage sorghum/lablab mixed cropping） and four N application rates （N₀： 0 kg·ha^-1； N₉₀： 90 kg·ha^-1； N₁₈₀： 180 kg·ha^-1； N₂₇₀： 270 kg·ha^-1）. It was found that the synergistic effect of mixed seeding and nitrogen fertilization significantly increased the hay yield and crude protein yield of the system. The optimum production performance was obtained with the mixed crop fertilized with N at 180 kg·ha^-1. This treatment had the highest hay yield （29.08 t·ha^-1） and crude protein yield （2.62 t·ha^-1）. These values were higher on average by 20.69%-23.86% and 21.03%-26.89%， respectively， compared with those in the other treatments and the control. An economic benefit analysis showed that the forage sorghum/lablab mixed planting fertilized with 180 kg·ha^-1 N had the highest average annual net income and net energy output. The values for this treatment 33.94% and 21.32% higher， respectively， than those in the control （no fertilizer）， demonstrating good economic-energy synergy effects. The forage sorghum/lablab mix with 90 kg·ha^-1 N application had the highest energy use efficiency and energy productivity at 10.84 and 0.60 kg·MJ^-1， respectively. These values were 1.94% and 1.95% higher than the respective values in the control. The sustainability of the different cropping patterns was evaluated on the basis of the forage yield， economic efficiency， energy use efficiency， and ecological efficiency index. The highest sustainability index （0.97） was obtained for the mixed crop with N application at 180 kg·ha^-1. Therefore， application of N fertilizer at 180 kg·ha^-1 is the optimum level for the forage sorghum/lablab mixed cropping system in the Northwest Arid Zone. This treatment improves the forage yield and sustainability of the cropping system with relatively low N fertilizer inputs.

Key words: seed mixing, nitrogen fertilizer, production performance, eco-efficiency index, economic benefit

张译尹, 肖爱萍, 王斌, 王腾飞, 胡海英, 兰剑. 饲用高粱/拉巴豆混播模式下施氮量对草地生产力和能量利用效率的影响[J]. 草业学报, 2026, 35(1): 40-52.

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图/表 10

图1 2021-2023年试验区不同月份降水量和温度

Fig.1 Precipitation and temperature in different months of the test area in 2021-2023

表1 年平均（2021-2023年）农业投入经济成本

Table 1 Annual average （2021-2023） economic cost of agricultural inputs

种植模式 Cropping patterns	施氮水平 Nitrogen application levels	投入成本Input cost （yuan·hm^-2）
种植模式 Cropping patterns	施氮水平 Nitrogen application levels	人工 Labor	拖拉机 Tractor	肥料 Fertilizer	农药 Pesticide	滴灌带 Drip irrigation tape	电费 Electricity bill	种子 Seed	总计 Total
SS	N₀	2313.36	1985.04	858.00	909.36	750.24	251.28	720.00	7787.28
	N₉₀	2313.36	1985.04	1344.24	909.36	750.24	251.28	720.00	8273.52
	N₁₈₀	2313.36	1985.04	1830.48	909.36	750.24	251.28	720.00	8759.76
	N₂₇₀	2313.36	1985.04	2316.72	909.36	750.24	251.28	720.00	9246.00
SL	N₀	2431.44	2309.76	858.00	763.92	750.24	243.36	2947.68	10304.40
	N₉₀	2431.44	2309.76	1344.24	763.92	750.24	243.36	2947.68	10790.64
	N₁₈₀	2431.44	2309.76	1830.48	763.92	750.24	243.36	2947.68	11276.88
	N₂₇₀	2431.44	2309.76	2316.72	763.92	750.24	243.36	2947.68	11763.12

表2 年平均（2021-2023年）农业生产投入量

Table 2 Average annual （2021-2023） agricultural production inputs

投入来源 Input source	SS （MJ·hm^-2）				SL （MJ·hm^-2）				能量当量系数 Energy equivalent coefficient	参考文献 References
投入来源 Input source	N₀	N₉₀	N₁₈₀	N₂₇₀	N₀	N₉₀	N₁₈₀	N₂₇₀	能量当量系数 Energy equivalent coefficient	参考文献 References
人工Human labor	192.8	192.8	192.8	192.8	202.6	202.6	202.6	202.6	1.96 MJ·h^-1	［21］
燃料Fuels	90.0	90.0	90.0	90.0	95.4	95.4	95.4	95.4	56.31 MJ·L^-1	［21］
机械Farm machinery	37.5	37.5	37.5	37.5	45.0	45.0	45.0	45.0	332 MJ·h^-1	［21］
氮肥Chemical fertilizer-N	0	90	180	270	0	90	180	270	60.6 MJ·kg^-1	［21］
磷肥Chemical fertilizer-P₂O₅	150	150	150	150	150	150	150	150	11.1 MJ·kg^-1	［21］
钾肥Chemical fertilizer-K₂O	90	90	90	90	90	90	90	90	6.7 MJ·kg^-1	［21］
农药Pesticide	0.75	0.75	0.75	0.75	0.63	0.63	0.63	0.63	120 MJ·kg^-1	［21］
滴灌带Drip irrigation belt	75	75	75	75	75	75	75	75	76 MJ·kg^-1	［21］
电费Electricity bill	838	838	838	838	812	812	812	812	11.93 MJ·Wh^-1	［21］
高粱种子Forage sorghum seed	18	18	18	18	18	18	18	18	43.5 MJ·kg^-1	［22］
拉巴豆种子Lablab seed	0	0	0	0	49.5	49.5	49.5	49.5	23.8 MJ·kg^-1	［22］

图2 不同种植模式及施氮水平对归一化植被指数的影响SS：饲用高粱单播Forage sorghum monoculture； SL：饲用高粱/拉巴豆混播Forage sorghum/lablab mixed cropping. H：表示截至收获期的生长天数，2021、2022和2023年收获期的生长天数分别为127、123和134 d. The number of growing days until harvest is 127， 123， and 134 days for the 2021， 2022， and 2023 harvests， respectively. 下同The same below.

Fig.2 Effects of different cropping patterns and nitrogen application levels on normalized difference vegetation index （NDVI）

图3 不同种植模式及施氮水平对叶面积指数的影响

Fig.3 Effects of different cropping patterns and nitrogen application levels on leaf area index

图4 不同种植模式及施氮水平对干草产量和粗蛋白产量的影响P：种植模式Cropping patterns； N：施氮水平Nitrogen application levels； P×N：种植模式与施氮水平交互作用The interaction between cropping patterns and nitrogen application levels. 不同小写字母表示不同处理间差异显著（P<0.05）。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments （P<0.05）. *： P<0.05； **： P<0.01； ***： P<0.001. 下同The same below.

Fig.4 Effects of different cropping patterns and nitrogen application levels on dry matter yield and crude protein yield

图5 不同种植模式及施氮水平对3年（2021-2023年）平均经济效益的影响

Fig.5 Effects of different cropping patterns and nitrogen application levels on annual average （2021-2023） economic performance

图6 不同种植模式及施氮水平下各组成部分的能量投入占比

Fig.6 Percentage of energy input of each component under different cropping patterns and nitrogen application levels

图7 不同种植模式及施氮水平对3年（2021-2023）平均能量利用的影响

Fig.7 Effects of different cropping patterns and nitrogen application levels on average annual （2021-2023） energy utilization

图8 可持续评价指数

Fig.8 Sustainability evaluation index

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饲用高粱/拉巴豆混播模式下施氮量对草地生产力和能量利用效率的影响

Effect of nitrogen application on grass productivity and energy use efficiency in a mixed forage sorghum/lablab planting

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