施氮量對(duì)科爾沁沙地燕麥生物量及物質(zhì)分配規(guī)律的影響

高 陽(yáng)， 趙力興， 朱鐵霞， 王 琳， 高 凱,2*

(1. 內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 內(nèi)蒙古 通遼028043； 2. 內(nèi)蒙古自治區(qū)飼用作物工程技術(shù)研究中心， 內(nèi)蒙古 通遼028043)

燕麥(AvenasativaL.) 是禾本科燕麥屬一年生草本植物，是一種優(yōu)質(zhì)的糧、飼兼用作物，在我國(guó)北方廣泛種植[1-2]。作為糧食作物，燕麥籽實(shí)營(yíng)養(yǎng)成分豐富,富含β-葡聚糖和大量可溶性膳食纖維，具有良好的降血糖、降血脂的功能[3]，是調(diào)節(jié)人類膳食結(jié)構(gòu)的重要組成部分；作為飼料作物，燕麥草鮮嫩多汁、適口性好、消化率高，既可以調(diào)制青干草也可以進(jìn)行青貯，在畜牧業(yè)發(fā)展過(guò)程中具有重要的地位[4]。

在燕麥研究過(guò)程中，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)燕麥的產(chǎn)量和品質(zhì)不僅由其本身的遺傳特性決定，同時(shí)也受到外界環(huán)境的影響。其中氮肥便是影響燕麥生長(zhǎng)發(fā)育的重要因素之一[5]。氮肥施入的數(shù)量、時(shí)期、方法以及氮肥的種類等諸多因素均對(duì)燕麥生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量、品質(zhì)等產(chǎn)生不同程度的影響[6-8]。施氮作為提高作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要農(nóng)藝措施之一[9]被學(xué)者廣泛研究，大量結(jié)果表明，合理施氮能夠有效地提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，而不合理的施氮會(huì)造成氮肥損失、利用率下降、在土壤中大量殘留等不良后果。

在燕麥氮肥研究過(guò)程中已經(jīng)證實(shí)，氮肥施入量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致燕麥徒長(zhǎng)，莖稈變細(xì)，根系生物量降低，容易倒伏，不僅對(duì)燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)具有重要影響，也為燕麥的收獲帶來(lái)麻煩[10]；如果氮肥施入量較少，則不利于提高燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)[11]。在沙壤土環(huán)境條件下，對(duì)氮肥施入量的控制更為重要，大量研究表明，施入過(guò)多氮肥會(huì)導(dǎo)致燕麥在短時(shí)間內(nèi)無(wú)法完全吸收,部分由于降雨或灌溉淋溶到土壤下層，不僅嚴(yán)重影響了氮肥的利用效率，也對(duì)地下水產(chǎn)生污染[12-14]。科學(xué)施氮有利于土壤肥力的保持和燕麥產(chǎn)量及品質(zhì)的提高，目前不同施氮量對(duì)生長(zhǎng)在沙壤土中燕麥物質(zhì)分配規(guī)律的研究鮮見(jiàn)報(bào)道，本文對(duì)生長(zhǎng)在科爾沁沙地的燕麥進(jìn)行不同追施氮肥處理，通過(guò)對(duì)燕麥株高、生物量等相關(guān)指標(biāo)的測(cè)定和計(jì)算，探討不同施氮量對(duì)科爾沁沙地燕麥株高和物質(zhì)分配規(guī)律的影響，以期為科爾沁沙地燕麥追肥管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在內(nèi)蒙古民族大學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)基地，位于43°38′ N，122°03′ E，海拔高度178 M左右，年平均氣溫6.4℃，≥10℃活動(dòng)積溫平均為3 184℃，極端低溫-30.9℃。無(wú)霜期145D左右，年平均降水量399.1 mm左右，降雨主要集中在8月、9月，土壤為風(fēng)沙土，有機(jī)質(zhì)含量4.86 g·kg-1，速效鉀94.65 mg·kg-1，速效磷10.46 mg·kg-1，堿解氮11.15 mg·kg-1，pH 8.2。實(shí)驗(yàn)地在種植燕麥之前撂荒，種植燕麥時(shí)將地上部分植物旋在地里作為底肥，具有噴灌條件,試驗(yàn)地播種前灌水1次,生長(zhǎng)干旱時(shí)澆水。苗期人工除草3次，生長(zhǎng)季隨時(shí)撥除雜草。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年4月20日進(jìn)行燕麥種植，品種為燕王(Forage Plus，美國(guó)，北京正道生態(tài)科技有限公司)，種植密度為400萬(wàn)株·hm-2，播種深度3 cm。施肥品種為尿素，設(shè)置5個(gè)氮肥梯度，N1：純氮225 kg·hm-2、N2：純氮300 kg·hm-2、N3：純氮375 kg·hm-2、N4：純氮450 kg·hm-2、N5：純氮525 kg·hm-2，分別在3葉期(總量1/3)和拔節(jié)期(總量2/3)以追肥形式施入，小區(qū)面積10 m2，5個(gè)重復(fù)，小區(qū)隨機(jī)排列。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

株高：2017年7月15日(乳熟期)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選擇10株測(cè)定垂直高度。

總生物量：2017年7月15日(乳熟期)，在每個(gè)小區(qū)中間選取1 m2作為取樣對(duì)象，將1 m2內(nèi)的地上生物量齊地面刈割，同時(shí)將該范圍內(nèi)0～50 cm深度的燕麥根系挖出，清洗，用吸水紙將表面水吸凈，稱取干重。

各器官生物量：在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取10株，將其整株(包括根、莖、葉和穗)挖出，進(jìn)行器官分離、烘干，測(cè)定各器官生物量，并用于計(jì)算相關(guān)指標(biāo)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1相關(guān)計(jì)算 總生物量=地上生物量+根系生物量；根冠比=根系生物量/總生物量；單株總重=根系重+莖稈重+葉片重+穗重；莖葉比=莖稈重/葉片重；莖稈貢獻(xiàn)率=莖稈重量/單株總重；葉片貢獻(xiàn)率=葉片重量/單株總重；根系貢獻(xiàn)率=根系重量/單株總重；穗貢獻(xiàn)率=穗重/單株總重。

1.4.2數(shù)據(jù)分析 利用DPS 14.0進(jìn)行單因素分析和相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對(duì)燕麥株高的影響

隨著氮肥施入量的增加，燕麥株高呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)。其大小關(guān)系為：N3>N4>N2>N1>N5，N3和N4條件下燕麥株高顯著高于N5(P<0.05)，N1、N2、N3和N4之間及N1、N2和N5之間均沒(méi)有表現(xiàn)出顯著差異。(圖1)

圖1 不同施氮量對(duì)株高的影響Fig.1 Effects of different nitrogen application rates on plant height注：不同小寫(xiě)字母表示不同氮肥條件下有顯著差異(P<0.05)，下同Note:Different lowercase letters indicate significant differences at the 0.05 level,the same as below

2.2 施氮對(duì)燕麥生物量的影響

由圖2可以看出，隨著氮肥施入量的增加，燕麥地上生物量和總生物量均呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，地下生物量呈現(xiàn)逐漸降低的變化趨勢(shì)。隨氮肥施入量的增加，地上生物量大小關(guān)系為：N3>N4>N1>N2>N5，N3條件下地上生物量顯著高于N1、N2和N5(P<0.05)；地下生物量N1最高，顯著高于N3和N5(P<0.05)，N1、N2和N4之間及N2、N3、N4和N5之間差異均不顯著；總生物量最大值出現(xiàn)在N3處理，顯著高于N5(P<0.05)，其他處理之間差異均不顯著。

圖2 不同施氮量對(duì)生物量的影響Fig.2 Effects of different nitrogen application rates on plant biomass

2.3 施氮對(duì)燕麥物質(zhì)分配規(guī)律的影響

由表1可知，隨著施肥量的增加，根冠比呈現(xiàn)“V”形變化趨勢(shì)，最小值在N3出現(xiàn)，N1、N2、N4和N5之間有顯著差異(P<0.05)，N4和N5之間差異不顯著；莖葉比呈“W”形變化，N2和N4值最低，N1最高，N1、N3和N5之間沒(méi)有顯著差異，N1顯著高于N2和N3(P<0.05)；不同施氮肥條件下，莖稈貢獻(xiàn)率沒(méi)有表現(xiàn)出顯著差異，但根系貢獻(xiàn)率、葉片貢獻(xiàn)率和穗貢獻(xiàn)率均差異顯著。根系貢獻(xiàn)率中N1和N5之間無(wú)顯著差異，N1顯著高于N2、N3和N4(P<0.05)，N2最低，顯著低于N1和N5(P<0.05)；葉片貢獻(xiàn)率最大值和最小值分別出現(xiàn)在N2和N1；穗貢獻(xiàn)率呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，N4最高，顯著高于N1、N2和N5(P<0.05)，N1最低，顯著低于N2、N3和N4(P<0.05)。

表1 施氮量對(duì)燕麥物質(zhì)分配規(guī)律的影響Table1 Effect of nitrogen application rate on Oat distribution

注：同列不同小寫(xiě)字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note：Difference lowercase letters in same column indicate significant difference at the 0.05 level,the same as below

2.4 相關(guān)性分析

由表2可知，株高與根重、根冠比、根系貢獻(xiàn)率之間呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與莖葉比、莖稈貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與其他指標(biāo)相關(guān)性均不顯著；葉重與根重、穗重、莖重、地上生物量、總生物量和葉片貢獻(xiàn)率均表現(xiàn)為極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與莖葉比為極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與其他指標(biāo)相關(guān)性不顯著；根重與穗重、莖重、地上生物量、總生物量、根冠比和根系貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與莖稈貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，其他指標(biāo)呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)關(guān)系；穗重與莖重、地上生物量、總生物量和穗貢獻(xiàn)率呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)；莖重與地上生物量、總生物量、莖葉比和莖稈貢獻(xiàn)率之間呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，與其他指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中與根冠比、根系貢獻(xiàn)率為顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；地上生物量、總生物量與莖葉比變化規(guī)律一致，即與根冠比、葉貢獻(xiàn)率、穗貢獻(xiàn)率和根系貢獻(xiàn)率都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中，地上生物量與根貢獻(xiàn)率、莖葉比與根冠比、葉貢獻(xiàn)率和根系貢獻(xiàn)率為顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)；其他指標(biāo)與葉貢獻(xiàn)率、莖貢獻(xiàn)率、穗貢獻(xiàn)率、根系貢獻(xiàn)率都呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(根冠比與根系貢獻(xiàn)率除外)，其中根冠比與葉貢獻(xiàn)率、穗貢獻(xiàn)率，葉貢獻(xiàn)率與穗貢獻(xiàn)率、根貢獻(xiàn)率，穗貢獻(xiàn)率與根系貢獻(xiàn)率呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，與其他指標(biāo)呈極顯著關(guān)系(P<0.01)。

3 討論

合理施氮是生產(chǎn)中調(diào)控作物生長(zhǎng)發(fā)育與產(chǎn)量形成的最重要的措施之一，也是當(dāng)前作物高產(chǎn)生產(chǎn)中的常規(guī)和必要措施[15]。但已有研究表明，植物地上生物量與肥料施加量并不是簡(jiǎn)單的正相關(guān)關(guān)系，而存在一定的閾值[16]。氮肥對(duì)裸燕麥產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究表明，隨著氮肥施入量的增加，燕麥生物產(chǎn)量呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)[8]。本文通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)在科爾沁沙地的燕麥進(jìn)行不同施氮量條件下地上生物量測(cè)定，發(fā)現(xiàn)生長(zhǎng)在沙壤土中的燕麥也具有相似規(guī)律，且隨著氮肥施入量的增加，燕麥葉片生物量也呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)。葉片是植物光合作用的主要器官，其生物量的增加勢(shì)必提高光合產(chǎn)物的積累量，從而提高生物產(chǎn)量。因此，氮肥施加提高葉片生物量，可能是影響燕麥產(chǎn)量的主要原因。同時(shí)，隨著氮肥施入量增加其株高呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)(圖1)，這也是導(dǎo)致燕麥生物產(chǎn)量先增加后降低的重要原因。

氮肥作為植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的重要影響因素，其對(duì)株高、生物量、物質(zhì)分配規(guī)律、品質(zhì)以及脯氨酸、葉綠素等指標(biāo)均具有影響[17-18]。其中，施氮肥對(duì)物質(zhì)分配規(guī)律的影響是最客觀且直接的[19]。在對(duì)小麥和油菜的研究中都發(fā)現(xiàn)，通過(guò)不同施氮量處理?xiàng)l件下小麥和油菜的地上部干物質(zhì)分配指數(shù)的研究結(jié)論也表明，施肥能夠有效地改變小麥和油菜物質(zhì)分配規(guī)律，進(jìn)而提高產(chǎn)量[20-21]。本研究也得出了一致的結(jié)論，即施氮對(duì)燕麥物質(zhì)分配規(guī)律具有一定的影響。其中不同施氮條件下葉片、根系和穗貢獻(xiàn)率之間均表現(xiàn)出一定的差異，而莖稈貢獻(xiàn)率之間差異不顯著。同時(shí)，燕麥株高和生物量隨著氮肥施入量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的變化趨勢(shì)，也進(jìn)一步證實(shí)氮素的施加對(duì)植物的影響具有一定的閾值[20]，其閾值除了和植物自身器官數(shù)量的變化有密切關(guān)系之外，可能還有土壤性質(zhì)有一定關(guān)系，試驗(yàn)區(qū)土壤為沙壤土，其持肥、保水能力較差，施入氮肥過(guò)多可能由于植物在短時(shí)間內(nèi)不能完全吸收，其中一部分被灌溉淋溶損失(如N4和N3的生物量和株高，差異并不顯著)；還可能是由于土壤中氮素?cái)?shù)量過(guò)多，對(duì)植物根系產(chǎn)生脅迫，影響其正常物質(zhì)吸收和轉(zhuǎn)運(yùn)功能，從而導(dǎo)致產(chǎn)量下降(如N3總生物量和株高均顯著高于N5)。

4 結(jié)論

研究結(jié)果表明，在沙壤土追施氮肥過(guò)程中，追施氮肥量375 kg·hm-2、追施氮肥范圍300～450 kg·hm-2之間為佳；且少量多次的施加方式效果更好，這樣不僅可以有效地提高氮肥利用效率，減少由于灌溉或者降雨時(shí)大量氮肥淋溶造成的氮肥損失，還更加符合使燕麥對(duì)氮肥吸收的規(guī)律，提高燕麥對(duì)氮肥的吸收率。