种植黄花草木樨的当量农田、当量粮食效应

林年丰++梁硕

摘要：鉴于黄花草木樨（Melilotus officinalis）富含蛋白质，并具有改良盐碱土的显著效果，通过种植黄花草木樨改良盐碱土的综合试验对其可能产生的当量农田、当量粮食效应进行了研究。结果表明，在每公顷盐碱退化草地上（pH平均为9.06）种植黄花草木樨可生产牧草80 000 kg，牧草的粗蛋白质含量为17.50%，即粗蛋白质总含量为1 400.64 kg/hm2。玉米的粗蛋白质含量为9.00%，牧草中的蛋白质相当于3.557 hm2中等质量耕地所生产的15.562 t玉米中所含的蛋白质总量，因而，相当于增加了3.557 hm2的耕地和15.562 t的玉米。同理，以大豆为例，大豆的蛋白质含量为39.20%，为了获得与80 000 kg黄花草木樨牧草中等量的蛋白质，需要在1.786 hm2的中产田播种并生产大豆3.573 t。根据这一原理，对生物-土壤系统进行综合开发，可以获得相应的当量农田和当量谷物资源。

关键词：黄花草木樨（Melilotus officinalis）；农田；粮食；当量效应

中图分类号：S541+.9 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）13-2438-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.13.010

Effects of Equivalent Land and Equivalent Grain by Planting Melilotus officinalis

LIN Nian-fenga， LIANG Shuob

（a.College of Environment and Resource； b.College of Earth Science， Jilin University， Changchun 130061， China）

Abstract： In view of high protein and significant effect to improve saline alkali soil of Melilotus officinalis， a comprehensive experiment about improving saline alkali soil by planting M. officinalis was carried out to study its effects of potential equivalent land and equivalent grain. The results show that the field of grass is 8 000 kg/hm2 and the content of protein is 1 400.64 kg/hm2 with a percent of 17.50% which is equal to 15.562 t corns protein with a percent of 9.00%， and they needed to be produced in 3.557 hm2 medium-quality arable lands. Similarly， the protein percent of soybean is 39.20% and we needs 1.786 hm2 medium-quality arable lands to product 3.573 t soybeans in order to acquire equal protein. According to this principle， we can acquire the equivalent land and equivalent grain resources by developing the comprehensive creatures-soil system.

Key words： Melilotus officinalis； farmland； grain； equivalent effects

草木樨（Melilotus Mill.）为多年生豆科草本植物，株高1 m左右，全草有香气。草木樨有26个品种，以白花草木樨（Melilotus albus）和黄花草木樨（Melilotus offcinalia）为多，白花草木樨起源于亚洲西部，黄花草木樨起源于欧洲，后来传到中亚、西伯利亚和中国的西藏等地[1]。中国有9个草木樨品种。

1999年笔者从俄罗斯西伯利亚地区引进了二年生的斯列金1号黄花草木樨（Melilotus officinalis cv. Sligen 1），其由阿穆尔州的野生黄花草木樨经赤塔州育种站人工授粉培育而成，株高1.5 m左右，具有生命力强，繁殖率高，适于在较恶劣的气候、土壤环境中生长，具有抗严寒、抗风沙、抗盐碱、抗干旱、固氮、肥田等多种功能[2，3]。黄花草木樨富含蛋白质，为优质的牧草饲料。对保护西伯利亚地区的农牧生态环境和发展畜牧业起了重要作用。自引进俄罗斯黄花草木樨以来，曾先后开展了小规模的引进试验研究，包括试种、栽培、种子扩繁、盐碱土改良、牧草生产和畜禽饲喂等，取得了初步成果[2-4]。2004年俄罗斯斯列金1号黄花草木樨被认定为吉林省推广牧草品种。2005年获得全国牧草品种审定委员会颁发的“中国牧草品种合格证书”。从而，初步显示了该牧草在中国的开发利用前景。

在公益性行业（农业）科研专项（2009-2014年）的资助下，开展了以“斯列金1号黄花草木樨防治土壤退化与综合开发示范试验研究”为题的系列研究，在松嫩平原西南（吉林省西部）等地进行了牧草栽培、盐碱土改良[5，6]与谷物增产、牧草生产与家畜饲喂[7，8]等试验，并对牧草中的生物活性成分进行了开发利用试验研究[9-12]，取得了多項成果。尤其是在当量农田、当量粮食资源的开发利用方面开展了新的探索。

1 材料与方法

1.1 试验基地自然概况

试验基地于2010年设置于吉林省大安市姜家甸草场，位于松嫩平原西南部低平原，地处天然羊草草场腹地。地势平坦，海拔高度120～160 m，平均气温4.3 ℃，年平均降水量413.7 mm，年均蒸发量1 610 mm，干燥度年均1.15。春季干旱多风，平均风速16 m/s，最大瞬时风速30 m/s。主要的土壤类型为盐碱化草甸土。该草场以羊草为优势品种，羊草占90%以上，植株高达1.5 m左右。半个多世纪以来，许多地区已演变为盐碱退化草地，pH 8.30～9.89，平均为9.06。该区土壤肥力较差，有机质含量一般低于1%，普遍缺氮，严重缺磷，部分缺钾，已逐渐退化为不宜农不宜牧的撂荒地。

1.2 供试材料与栽培管理

采用引进的俄罗斯黄花草木樨斯列金1号第二代种子，其发芽率为95%以上。试验基地面积100 hm2。2010 年5 月初翻耕，深度30 cm，以过磷酸钙做底肥，施肥量200 kg/hm2，用耙耙耱一遍。5 月中旬机械条播，播种量10 kg/hm2，播种深度1～2 cm，全部采用“坐水种”。播种后用镇压器镇压，两铲两趟，中期灌溉，灭虫保草，7-8月收割，完成第一年牧草的栽培过程。留茬15～20 cm，自然越冬。翌年5 月中旬，试验基地全部返青，待株高30～40 cm，追肥一次，两铲两趟，灌溉保墒。牧草地于现蕾前收割，株高60～80 cm。种子地7月初黄花盛开，花期40～45 d。9月初收割种子，晾晒，打场，归仓。

1.3 样品采集与测试

1.3.1 土壤样品采集与测试 黄花草木樨为两年生豆科牧草，试验全过程采土样4次，第一次于2010年5月初翻地前，第二次于2010年10月中旬，割地后一个月，第三次为2011年5月中旬返青前，第四次于2011年10月中旬，收割后一个月。采用GPS，均匀布点60个。取30 cm深耕作层的混合土样，4次重复取样，共计采样240个。土样测试项目包括阴阳离子、pH、总碱度、可溶性盐总量、阳离子交换总量（CEC）、交换性钠离子、有机质总量、氮、磷、钾等。pH采用pH计测定（玻璃电极法）；有机质总量采用重铬酸钾消化-亚铁盐容量滴定法；阳离子交换总量采用EDTA-铵盐浸提交换法；总氮采用H2SO4-K2SO4-CuSO4消化，凯式瓶蒸馏，盐酸滴定法；水解氮的测定方法为向样品中加入还原剂（Zn-FeSO4），在碱性溶液中用凯式瓶蒸馏，盐酸滴定；总碱度、酚酞碱度（P）（pH>8.3）、甲基橙碱度（M）（8.3>pH>4.4）采用中和法测定；K+、Na+含量采用火焰分光光度法或原子吸收法；Ca2+、Mg2+含量采用络合滴定（EDTA）法；Cl-含量采用AgNO3沉淀法或氯离子电极滴定法；SO42-含量采用Ba-Mg合剂（EDTA）滴定法；NO3-含量采用分光光度法。

1.3.2 植物样品采集与测试 黄花草木樨植株样品于2010年7月采自试验基地。在植株开花前采集，随即进行处理，分为根、茎、叶3部分，制备成待测试的粉末状样品。种子测试样品为2011年生产的种子。将种子脱外壳，去内皮，加工成粉状，分装备用。将处理好的黄花草木樨根、茎、叶、子粒样品分别进行蛋白质、氨基酸、脂肪酸等成分的检测。蛋白质用凯氏定氮法和高效气相色谱法（LC20-AB）；氨基酸用氨基酸自动分析仪法；脂肪酸用气相色谱-质谱（GC-MS）、分子蒸馏仪（KDL-1）进行分离检测。

2 结果与分析

2.1 盐碱土改良效果

以往的资料指出，适宜种植黄花草木樨土壤的pH≤8.5[2，3]。本试验表明，在pH为8.5～9.5的盐碱草地上也可种植黄花草木樨。当然，pH越高，其改良效果越差。这一结果提高了黄花草木樨抗盐碱的级别，扩大了盐碱土的治理范围。

土壤改良试验结果（表1）发现，在改良前后土壤的化学成分发生了较大的变化。pH、碱化度与可溶性盐总量均明显下降，其下降率分别为7.92%、33.99%和23.07%，产生了明显的脱盐、脱碱效果。土壤有机质总量及水解氮上升较明显，其上升率分别为5.91%和11.93%，土壤有机营养组分有了提高；但土壤总磷、速效钾含量明显下降，下降率分别为27.10%和35.95%。总体而言，黄花草木樨对改良盐碱化土壤有显著效果[7]。

2.2 黄花草木樨的蛋白质含量

蛋白质是构成生命细胞的基础物质，是维持人体生命活动的重要成分，蛋白质在整个生命过程中起着重要作用。动物必须从饲料中不断摄取蛋白质等含氮化合物。因此，饲料中蛋白质含量的高低对家畜的生长发育，乃至动物性产品的数量和质量都具有十分重要的作用。饲料是发展养殖业的基础，蛋白质的含量决定了饲料的质量。目前，中国蛋白质饲料资源缺乏，制约了养殖业的发展[13-15]。

對俄罗斯黄花草木樨根、茎、叶、子粒中的粗蛋白质进行了测定，其含量分别为13.19%、13.78%、28.69%和51.14%（图1）。作为饲料的羊草和玉米，其粗蛋白质含量较低，分别为11.30%、9.00%。由此可知，俄罗斯黄花草木樨的蛋白质含量比较丰富，可以作为优质蛋白质牧草饲料开发利用。

2.3 黄花草木樨蛋白质等原料的田间产量

通过黄花草木樨的田间种植试验和蛋白质成分的实验室检测，获得了相关的数据，见表2。由表2可知，每吨黄花草木樨中的粗蛋白质、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸与不饱和脂肪酸的含量分别为175.075、155.850、50.275、14.025 和4.900 kg。以试验基地每公顷土地可产鲜草8 000 kg 计，每公顷土地粗蛋白质、氨基酸、必需氨基酸、脂肪酸与不饱和脂肪酸的原料产量分别为1 400.60、1 246.80、402.20、112.20 和39.20 kg。若采用中轻度盐碱化土地种植黄花草木樨，上述成分原料产量可增加1倍，其开发潜力较大。

2.4 当量农田、当量粮食资源的开发

松嫩平原约有盐碱土342万hm2，占土地总面积的20%；其西南（吉林省西部）重盐碱土占土地总面积的12.89%。盐碱土分布广泛，其利用价值很低[16]，许多已成为撂荒地。试验表明，通过对黄花草木樨-盐碱土系统的开发，可获得丰富的当量农田、当量粮食资源。由表3可知，在1 hm2的盐碱退化草地上种植黄花草木樨可获得8 t牧草，其中粗蛋白质含量1.400 6 t，并与玉米、大豆中的蛋白质进行当量计算，以玉米为例，可获得3.557 hm2的当量农田和15.562 t的当量玉米；以大豆为例，可获得1.786 hm2的当量农田和3.573 t的当量大豆。以开发1 hm2盐碱地为基数，只要乘以设计系数，便可产生开发计划中的当量农田、当量粮食资源，并获得当量作物的价值。其资源开发效益巨大，前景广阔。

3 讨论

3.1 开发生物-土壤系统当量资源效应的重要性

耕地资源危机是中国当前的一个重大的环境、经济与社会问题，虽然中国幅员辽阔，但宜农宜牧地不多。由于受到人为和自然因素的影响，耕地面积越来越少。1949-1989年，耕地减少了2.53亿hm2，年均减少632万hm2[17，18]。2005年中国的耕地面积突破了18亿hm2的底线，首次显露了中国的耕地资源危机。鉴于此，于2009-2014年建立了生物-土壤改良与综合开发利用示范试验基地，计划对该系统进行研究、开发和利用。在实践中发现了有一些因素导致了某些结果，在它们之间构成了一定的因果关系，这一现象被称为效应。效应具有一定的表现形式，并能产生功能性作用（物质的）或物质性结果及环境社会经济效益。就本研究系统而言，已产生了多种效应。本研究将着重讨论盐碱土改良与草谷增产效应；草粮取代效应与当量农田、当量粮食资源开发效应。

3.2 改土增产效应的产生

采用俄罗斯黄花草木樨改良盐碱土，其化学成分、物理结构和性状都发生较大的变化。呈现了明显的脱盐、脱碱现象，盐碱土的物理结构和性状有了明显改善。从而提高了土地生产力，使农田、草地生态系统得以恢复和重建。在改良后的土地上种植各类谷物，均获得了相对较好的收成，例如，高粱5 000 kg/hm2，玉米4 000 kg/hm2，豇豆900 kg/hm2，鲜草产量为 8 000～10 000 kg/hm2。使不宜农的盐碱退化草地的产量达到低产田的生产水平，从而产生了明显的改土增产效应。

3.3 开发以草代粮效应，节约饲用粮食

开发黄花草木樨蛋白质牧草饲料，推行以草代粮的生态工程措施，可减少饲用粮食，促进粮食安全[14，19，20]。就蛋白质而言，牧草或谷物都是蛋白质的不同载体，它们经动物的过腹转化形成动物体内的蛋白质。因此，可选择任何一种低蛋白质饲料谷物进行黄花草木樨牧草、谷物间蛋白质的当量换算，这是一种当量计量方法和直观的表现形式。不论是牧草，还是谷物，被家畜吸收的主要是蛋白质等营养成分。黄花草木樨含有丰富的蛋白质，而玉米等谷物蛋白质含量相对较低。所以，以草代粮实际上是以牧草中含量较高的蛋白质去代替谷物中含量较低的蛋白质。由此，便产生了草粮取代的正效应。若以草代粮，能达到全国家畜日粮的30%，每年将可节约饲料用粮0.72亿t。这是一个比较容易达到的目标。将家畜蛋白质的转化方式由粮食蛋白质的转化改变为由牧草蛋白质的转化，这样便产生了草粮取代效应。

3.4 开发当量农田、当量粮食效应的重要意义

在中重度盐碱化土地上（pH 8.5～9.0）种植1 hm2黄花草木樨，可收获黄花草木樨鲜草8 000 kg，其中粗蛋白质含量为1 400.60 kg。黄花草木樨牧草（茎、叶）中和玉米中的蛋白质含量分别为17.50%和9.00%[19]，为了获得与牧草等量的蛋白质，则需要生产15.562 t玉米，以大安市当地中产田平均玉米产量4 375 kg/hm2计算，需要播种3.557 hm2的玉米，才能获得与之等量的蛋白质；同理，大豆中蛋白质含量为39.20%[20，21]，为了获得与牧草等量的蛋白质，则需要生产3.573 t大豆。以当地中产田大豆的平均产量2 000 kg/hm2计算，则需要播种1.786 hm2的大豆。将牧草中的蛋白质与玉米中的蛋白质进行当量换算，在盐碱土中每播种1 hm2黄花草木樨，则相当于增加了3.557 hm2的当量玉米耕地和15.562 t当量玉米。进行牧草与大豆之间蛋白质的当量换算，则相当于增加了1.786 hm2当量的大豆耕地和3.572 t的当量大豆。若开发1万hm2的盐碱地种植黄花草木樨，可生产14 006 t蛋白质，即相当于增加35 570 hm2的当量玉米农田、155 620 t当量玉米，价值 19 919.46万元，或增加17 860 hm2的当量大豆地、35 730 t当量大豆，当量作物价值14 077.46萬元，从而产生了巨大的当量农田效应、当量粮食效应和经济产值。

4 小结

俄罗斯斯列金1号黄花草木樨具有生命力强、繁殖率高、抗逆性强等优良的生理特性，具有抗风沙、耐盐碱、耐干旱、固氮肥田等功能。可以改良盐碱土，提供蛋白质牧草，开发植物活性成分等。对于保护生态环境，促进农牧业的发展，开发植物生理活性成分产品等有重要作用。黄花草木樨适合在较恶劣的气候、土壤环境中生长。不与农争地、不与人争粮，是一种很值得推荐的优良牧草。更重要的是黄花草木樨-盐碱土作为生物土壤系统有重要的开发利用价值，尤其是当量效应。当量效应产生的关键在于俄罗斯黄花草木樨可用于改良盐碱土，并生产较大的生物量；牧草中又含有丰富的蛋白质，并可进行草料取代，产生当量农田、当量粮食效应，进而可促进中国的粮食安全和盐碱土资源的再生利用。

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