Effects of Onobrychis viciifolia and Bromus inermis grass mixture sowing and deficit irrigation on grassland water use and production performance

doi:10.11686/cyxb2022451

Abstract

Abstract:

Improving the productivity of artificially sown grasslands would relieve the pressure on natural grasslands， maintain the balance between regional forage supply and demand， and promote the healthy development of the local livestock industry. In this research， three artificial pasture sowing strategies were investigated： Bromus inermis （B）， Onobrychis viciifolia （O）， and sainfoin mixed with B. inermis （M）， combined with four deficit irrigation treatments defined in terms of field capacity （θ_FC）： Adequate irrigation （W₀， 75%-85% θ_FC）， mild water deficit （W₁， 65%-75% θ_FC）， moderate water deficit （W₂， 55%-65% θ_FC）， and severe water deficit （W₃， 45%-55% θ_FC）， were applied to investigate the influence on evapotranspiration， yield and quality， and water use efficiency in grassland. The entropy-weighted TOPSIS and entropy-weighted gray correlation methods were applied separately to provide a multivariate evaluation of the treatment effects. It was found that： 1） The evapotranspiration of the pastures ranked first cut>second cut>third cut， and decreased with increasing water deficit. The total evapotranspiration of M was 2.20% less than O and 6.21% greater than B； 2） Forage yield progressively decreased with increasing water deficit level， with no significant difference between W₁ and W₀. The total yield of M was 16.88% and 103.32% greater than O and B， respectively. The land equivalent ratio of M under the four irrigation treatments ranged from 1.38 to 1.65， and the yield proportion of sainfoin in M tended to decrease with increasing water deficit； 3） The mild water deficit improved forage quality and water use efficiency （WUE）. The average crude protein content of M was 21.95% higher than B， and the average acid detergent fiber and neutral detergent fiber contents were， respectively， 1.40% and 3.64% lower than O. Compared with B and O， the average WUE， irrigation WUE， and crude protein water use efficiency increased by 91.17% and 19.07%， 83.17% and 24.47%， and 137.31% and 11.39%， respectively. In conclusion， from the multivariate evaluations， we concluded that M with W₁ had the best overall production effect and can be recommended as a suitable planting management pattern for artificial grassland in the Gansu Hexi Corridor and similar ecological zones.

Key words: mixture sowing, deficit irrigation, yield and quality, water use, multivariate evaluation

Yan-xia KANG, Yuan-bo JIANG, Guang-ping QI, Min-hua YIN, Yan-lin MA, Jing-hai WANG, Qiong JIA, Zhong-xia TANG, Ai-xia WANG. Effects of Onobrychis viciifolia and Bromus inermis grass mixture sowing and deficit irrigation on grassland water use and production performance[J]. Acta Prataculturae Sinica, 2023, 32(8): 115-128.

Figures/Tables 12

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处理Treatment	水分调控Water treatment （θ_FC）	种植模式Cropping pattern
W₀B	充分灌水Adequate irrigation （W₀）， 75%~85%	无芒雀麦单播 B. inermis monocropping （B）
W₁B	轻度亏水Mild water deficit （W₁）， 65%~75%
W₂B	中度亏水Moderate water deficit （W₂）， 55%~65%
W₃B	重度亏水Severe water deficit （W₃）， 45%~55%
W₀O	充分灌水Adequate irrigation （W₀）， 75%~85%	红豆草单播 Sainfoin monocropping （O）
W₁O	轻度亏水Mild water deficit （W₁）， 65%~75%
W₂O	中度亏水Moderate water deficit （W₂）， 55%~65%
W₃O	重度亏水Severe water deficit （W₃）， 45%~55%
W₀M	充分灌水Adequate irrigation （W₀）， 75%~85%	红豆草与无芒雀麦混播 Sainfoin mixed with B. inermis （M）
W₁M	轻度亏水Mild water deficit （W₁）， 65%~75%
W₂M	中度亏水Moderate water deficit （W₂）， 55%~65%
W₃M	重度亏水Severe water deficit （W₃）， 45%~55%

处理Treatment	水分调控Water treatment （θ_FC）	种植模式Cropping pattern
W₀B	充分灌水Adequate irrigation （W₀）， 75%~85%	无芒雀麦单播 B. inermis monocropping （B）
W₁B	轻度亏水Mild water deficit （W₁）， 65%~75%
W₂B	中度亏水Moderate water deficit （W₂）， 55%~65%
W₃B	重度亏水Severe water deficit （W₃）， 45%~55%
W₀O	充分灌水Adequate irrigation （W₀）， 75%~85%	红豆草单播 Sainfoin monocropping （O）
W₁O	轻度亏水Mild water deficit （W₁）， 65%~75%
W₂O	中度亏水Moderate water deficit （W₂）， 55%~65%
W₃O	重度亏水Severe water deficit （W₃）， 45%~55%
W₀M	充分灌水Adequate irrigation （W₀）， 75%~85%	红豆草与无芒雀麦混播 Sainfoin mixed with B. inermis （M）
W₁M	轻度亏水Mild water deficit （W₁）， 65%~75%
W₂M	中度亏水Moderate water deficit （W₂）， 55%~65%
W₃M	重度亏水Severe water deficit （W₃）， 45%~55%

种植模式 PM	水分调控 WT	第1茬The first cut		第2茬The second cut		第3茬The third cut		总灌水量 TI	总蒸散量 TET
种植模式 PM	水分调控 WT	灌水量I	蒸散量ET	灌水量I	蒸散量ET	灌水量I	蒸散量ET	总灌水量 TI	总蒸散量 TET
B	W₀	221.06Ca	231.12Ca	178.21Aa	225.44Ca	180.22Ba	213.74Ba	579.49Ca	670.30Ca
	W₁	172.35Bb	198.47Bb	114.58Cb	185.26Bb	165.91Bb	188.06Ab	452.84Cb	571.79Cb
	W₂	147.82Ac	182.35Ac	98.27Bc	158.02Bc	135.02Cc	170.32Bc	381.11Cc	510.69Bc
	W₃	112.36Bd	159.24Ad	86.34Bc	147.61Ad	102.99Bd	144.36Bd	301.69Bd	451.21Bd
O	W₀	252.17Aa	267.23Aa	187.25Aa	255.60Aa	202.37Aa	223.05Aa	641.79Aa	745.88Aa
	W₁	185.20Ab	240.02Ab	168.33Ab	208.14Ab	186.12Ab	190.80Ab	539.65Ab	638.96Ab
	W₂	151.26Ac	182.72Ac	137.41Ac	178.37Ac	178.40Ab	185.37Ab	467.07Ac	546.46Ac
	W₃	112.03Bd	162.49Ad	118.02Ad	149.01Ad	125.60Ac	150.66Bc	355.65Ad	462.16ABd
M	W₀	235.67Ba	249.08Ba	179.55Aa	237.62Ba	196.44Aa	218.05ABa	611.66Ba	704.75Ba
	W₁	181.20ABb	237.11Ab	145.37Bb	202.25Ab	175.19ABb	184.43Ab	501.76Bb	623.79Bb
	W₂	156.80Ac	188.09Ac	112.50Cc	178.22Ac	160.24Bc	172.04Bc	429.54Bc	538.35Ac
	W₃	126.01Ad	160.33Ad	93.57Bd	152.37Ad	121.38Ad	161.33Ac	340.96Ad	474.03Ad
水分调控WT		706.19**	1145.89**	268.61**	715.62**	306.03**	288.06**	686.67**	1846.94**
种植模式PM		16.72**	110.16**	78.43**	59.35**	71.55**	8.92**	87.41**	132.92**
WT×PM		5.82**	33.89**	6.69**	7.50**	3.19*	4.36**	1.27ns	14.13**

种植模式 PM	水分调控 WT	第1茬The first cut		第2茬The second cut		第3茬The third cut		总灌水量 TI	总蒸散量 TET
种植模式 PM	水分调控 WT	灌水量I	蒸散量ET	灌水量I	蒸散量ET	灌水量I	蒸散量ET	总灌水量 TI	总蒸散量 TET
B	W₀	221.06Ca	231.12Ca	178.21Aa	225.44Ca	180.22Ba	213.74Ba	579.49Ca	670.30Ca
	W₁	172.35Bb	198.47Bb	114.58Cb	185.26Bb	165.91Bb	188.06Ab	452.84Cb	571.79Cb
	W₂	147.82Ac	182.35Ac	98.27Bc	158.02Bc	135.02Cc	170.32Bc	381.11Cc	510.69Bc
	W₃	112.36Bd	159.24Ad	86.34Bc	147.61Ad	102.99Bd	144.36Bd	301.69Bd	451.21Bd
O	W₀	252.17Aa	267.23Aa	187.25Aa	255.60Aa	202.37Aa	223.05Aa	641.79Aa	745.88Aa
	W₁	185.20Ab	240.02Ab	168.33Ab	208.14Ab	186.12Ab	190.80Ab	539.65Ab	638.96Ab
	W₂	151.26Ac	182.72Ac	137.41Ac	178.37Ac	178.40Ab	185.37Ab	467.07Ac	546.46Ac
	W₃	112.03Bd	162.49Ad	118.02Ad	149.01Ad	125.60Ac	150.66Bc	355.65Ad	462.16ABd
M	W₀	235.67Ba	249.08Ba	179.55Aa	237.62Ba	196.44Aa	218.05ABa	611.66Ba	704.75Ba
	W₁	181.20ABb	237.11Ab	145.37Bb	202.25Ab	175.19ABb	184.43Ab	501.76Bb	623.79Bb
	W₂	156.80Ac	188.09Ac	112.50Cc	178.22Ac	160.24Bc	172.04Bc	429.54Bc	538.35Ac
	W₃	126.01Ad	160.33Ad	93.57Bd	152.37Ad	121.38Ad	161.33Ac	340.96Ad	474.03Ad
水分调控WT		706.19**	1145.89**	268.61**	715.62**	306.03**	288.06**	686.67**	1846.94**
种植模式PM		16.72**	110.16**	78.43**	59.35**	71.55**	8.92**	87.41**	132.92**
WT×PM		5.82**	33.89**	6.69**	7.50**	3.19*	4.36**	1.27ns	14.13**

茬次 Cut	水分调控 WT	粗蛋白含量CP content			酸性洗涤纤维含量ADF content			中性洗涤纤维含量NDF content
茬次 Cut	水分调控 WT	B	O	M	B	O	M	B	O	M
第1茬 The first cut	W₀	9.60Bd	13.72Ab	13.02Ac	37.75Ba	40.85Aa	38.20Ba	53.65Ba	57.73Aa	54.26Ba
	W₁	10.27Bc	14.96Aa	14.46Aa	37.28Aa	37.59Ab	36.94Aa	51.82Bb	55.30Abc	51.38Bb
	W₂	10.86Cb	14.57Aa	13.91Bab	36.02Bb	38.24Ab	37.85Aa	50.42Cc	56.61Aab	52.41Bb
	W₃	11.66Ca	15.33Aa	13.31Bbc	33.10Bc	37.66Ab	38.01Aa	48.33Bd	53.97Ac	52.89Aab
	WT	29.67**			29.15**			34.02**
	PM	511.88**			53.80**			129.79**
	WT×PM	8.85**			13.47**			7.44**
第2茬 The second cut	W₀	10.30Bc	14.19Ac	13.85Ab	36.79Ba	38.29Aa	37.76ABa	52.78Ba	55.25Aa	53.06Ba
	W₁	12.21Bb	14.98Ab	15.02Aa	35.55Aab	36.15Ab	36.03Ab	50.44Ab	48.81Ab	49.60Ab
	W₂	12.96Ca	15.46Aab	14.77Ba	34.31Bbc	37.44Aab	36.68Ab	50.79Ab	49.62Ab	50.24Ab
	W₃	13.21Ca	16.21Aa	14.20Bab	33.38Bc	36.46Ab	36.81Ab	49.01Ac	49.50Ab	50.66Ab
	WT	43.00**			16.29**			64.76**
	PM	223.37**			33.80**			ns
	WT×PM	8.96**			3.95**			6.77**
第3茬 The third cut	W₀	11.44Bc	14.39Ab	14.27Aa	33.73Ba	37.41Aa	36.92Aa	51.29Ba	54.01Aa	51.57Ba
	W₁	11.39Bc	15.55Aa	15.11Aa	31.84Cb	35.62Ac	34.46Bc	48.19Cb	52.91Ab	48.90Bc
	W₂	12.67Cb	15.79Aa	14.76Ba	27.86Bc	36.33Ab	35.81Ab	48.72Cb	52.99Ab	49.69Bbc
	W₃	13.42Ba	16.01Aa	14.05Ba	27.16Bc	35.97Abc	36.27Aab	47.30Cc	51.09Ac	49.93Bb
	WT	13.98**			38.71**			87.57**
	PM	193.46**			351.06**			303.81**
	WT×PM	8.29**			23.76**			10.55**