密度和氮肥對(duì)燕麥根系碳氮磷含量的影響

齊蕊 程衛(wèi)燕 趙力興 李天琦 高陽 宋美娟 高凱

摘要 通過對(duì)燕麥進(jìn)行不同的密度和氮肥處理，測(cè)定燕麥根系的碳、氮、磷，探討密度和氮肥對(duì)燕麥根系碳、氮、磷含量的影響規(guī)律。結(jié)果表明， 隨著施氮量的增加，根系碳、氮、磷含量均呈現(xiàn)出先上升后降低的趨勢(shì)，碳、氮含量均在450 kg/hm 2氮處理下出現(xiàn)最大值，分別為35.91、14.26 g/kg。隨著種植密度的增加，根系氮含量逐漸下降;增加種植密度對(duì)根系磷含量無顯著影響。

關(guān)鍵詞 燕麥;氮肥;密度;根系;營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)

中圖分類號(hào) S512.6 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

文章編號(hào) 0517-6611（2019）17-0041-03

Abstract The effects of density and nitrogen fertilizer on the root C， N and P contents of Avena fatua L. were studied by carrying out the nitrogen fertilizer test. Results showed， with the increase of nitrogen application， the root C， N and P contents firstly increased and then decreased. C and N contents were the maximum under 450 kg/hm 2 N treatment， which were 35.91 and 14.26 g/kg， respectively. With the increase of planting density， root N content gradually decreased. Increasing the planting density showed no significant impacts on P content.

Key words Avena fatua L.;Nitrogen fertilizer;Density;Root system;Nutrient substance

燕麥（Avena fatua L.）為禾本科植物，是一種低糖、高營(yíng)養(yǎng)、高能食品。燕麥在世界上有較大的種植面積，具有耐寒、抗旱、耐貧瘠性，可以增加土壤中的肥力并在一定程度上提高固碳能力。根系通常是指植物根系中直徑≤2 mm 的部分[1]，是綠色植物進(jìn)行吸收、儲(chǔ)存、運(yùn)輸水分和養(yǎng)分的主要器官，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)規(guī)律研究發(fā)揮著不可估量的作用。根系對(duì)外界生存環(huán)境變化最敏感，研究根系的各種性狀變化對(duì)掌握全球氣候變化規(guī)律有十分重要的理論和指導(dǎo)意義[2-3]。

目前對(duì)于燕麥的研究有很多，大多都是研究品比試驗(yàn)，以及選育新品種、不同栽培方式等對(duì)于燕麥產(chǎn)生不同的經(jīng)濟(jì)和生態(tài)效益的影響。但是關(guān)于氮肥和種植密度對(duì)燕麥根系生物量影響的研究相對(duì)來說較少。有研究表明，合理的氮肥管理不僅可以提高燕麥生物量和產(chǎn)量而且還有助于改善其品質(zhì)[4-5]。種植密度是增加作物的產(chǎn)量主要影響因素之一，增加作物產(chǎn)量的關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)之一就是合理的密植[6-7]。研究表明，合理的農(nóng)業(yè)措施不僅可以增加燕麥的籽實(shí)產(chǎn)量，而且可以大幅度改善燕麥的品質(zhì)特征[8]。施肥量對(duì)燕麥各器官產(chǎn)量的影響不同，影響的方式與作用大小也有差異，但是研究顯示增加施肥量會(huì)在整體上促進(jìn)燕麥的籽實(shí)增產(chǎn)和生長(zhǎng)發(fā)育[9]。

基于前人的研究成果，筆者研究了施氮肥和種植密度對(duì)燕麥根系碳氮磷含量的影響，為今后科爾沁沙地燕麥種植、生態(tài)和經(jīng)濟(jì)效益提供科學(xué)的理論基礎(chǔ)和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)業(yè)科技園區(qū)（內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市科爾沁區(qū)豐田鎮(zhèn)）進(jìn)行（43°38′ N，122°03′ E），海拔178 m左右，年平均氣溫6.4 ℃，≥10 ℃活動(dòng)積溫平均為3 184 ℃·d，極端低溫-30.9 ℃。無霜期145 d左右，年平均降水量399.1 mm左右，降雨主要集中在8、9月，土壤為風(fēng)砂土，有機(jī)質(zhì)含量4.86 g/kg，速效鉀94.65 mg/kg，速效磷10.46 mg/kg，堿解氮11.15 mg/kg，pH 8.2。試驗(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，品種為北京正道科技股份有限公司提供的 “燕王”，播種深度3 cm。設(shè)置5個(gè)氮肥梯度，為N1（225 kg/hm 2）、N2（300 kg/hm 2）、N3（375 kg/hm 2）、N4（450 kg/hm 2）、N5（525 kg/hm 2），4個(gè)種植密度：M1（300萬株/hm 2）、M2（350萬株/hm 2）、M3（400萬株/hm 2）、M4（450萬株/hm 2）。共計(jì)20個(gè)處理，5個(gè)重復(fù)，共計(jì)100個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積10 m 2，小區(qū)間隔50 cm，小區(qū)隨機(jī)排列。肥料分別在燕麥3葉期（總量1/3）和拔節(jié)期（總量2/3）以追肥形式施入。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

1.3.1 根系樣品采集。根系樣品在燕麥?zhǔn)斋@期（2017年7月15日）進(jìn)行，采集過程將燕麥完整根系挖出，清洗，烘干，粉碎。

1.3.2 測(cè)定方法。

采用K2Cr2O7-H2SO4氧化法測(cè)定全碳;采用凱氏定氮法進(jìn)行測(cè)定全氮;采用H2SO4-H2O2消解-鉬銻抗分光光度法測(cè)定全磷;采用自動(dòng)粗脂肪測(cè)定儀測(cè)定粗脂肪;采用分光光度計(jì)法測(cè)定可溶性糖和淀粉。

1.4 數(shù)據(jù)分析 采用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 不同氮肥施入量對(duì)燕麥根系碳、氮、磷含量的影響

由圖1可知，施入氮肥量的不同對(duì)燕麥根系的碳、氮、磷含量影響不同。其中隨著施氮量的增加，燕麥根系的碳含量呈逐漸上升的趨勢(shì)，并且在氮肥施入量為450 kg/hm 2時(shí)碳含量達(dá)到最高。就氮含量而言，施氮量在225、300、525 kg/hm 2水平下幾乎對(duì)燕麥根系的含氮量沒有顯著影響（P>0.05），只有在450 kg/hm 2時(shí)才會(huì)出現(xiàn)顯著影響（P<0.05），達(dá)到最高水平。就磷含量而言，不同的施氮量對(duì)于燕麥根系磷含量的影響有顯著性差異（P<0.05）。在施氮量為300 kg/hm 2時(shí)，磷含量最高。

2.2 不同密度對(duì)燕麥根系碳、氮、磷含量的影響

由圖2可知，隨著種植密度的增加，在M1、M2、 M4密度水平下碳含量幾乎一致，沒有顯著性差異（P>0.05），只有在M3水平下，碳含量顯著低于其他密度水平。在M2和M4水平下，氮含量沒有差異。在M1水平下，氮含量達(dá)到最高，說明隨著密度的增加，氮含量有逐漸減少的趨勢(shì)。對(duì)于燕麥根系中磷含量而言，隨著種植密度的增加，M1 、M2、 M3、 M4水平下磷含量沒有差異（P>0.05），說明磷的含量保持不變。

2.3 密度與氮肥施入量對(duì)燕麥根系碳、氮、磷含量的影響

由表1可知，當(dāng)?shù)适┤肓繛镹1（225 kg/hm 2）時(shí)，隨著密度的增加，碳含量呈現(xiàn)出先降低后增加的趨勢(shì)，其中N1M3處理碳含量最低。當(dāng)?shù)适┤肓繛镹2（300 kg/hm 2）時(shí)，隨著密度的增加，碳含量呈現(xiàn)出先增加后降低再劇增的趨勢(shì)，其中N2M3處理碳含量出現(xiàn)最低值。當(dāng)?shù)适┤肓繛镹3（375 kg/hm 2）時(shí)，隨著種植密度的逐漸增加，碳含量呈現(xiàn)出緩慢下降再急劇下降最后激增的趨勢(shì)，其中N3M3處理碳含量出現(xiàn)最小值。當(dāng)?shù)适┤肓繛镹4（450 kg/hm 2）時(shí)，隨著種植密度的增加，碳含量呈先急劇增加，在N4M2處理時(shí)碳含量達(dá)到最大值，隨后急劇下降，當(dāng)密度為M3時(shí)，碳含量緩慢下降。在氮肥施入量為N5（525 kg/hm 2）時(shí)，隨著密度的逐漸增加，碳含量呈緩慢下降的趨勢(shì)，其中N5M3處理的碳含量最小，然后逐漸增加。綜上所述，無論何種施氮水平，M3密度處理的燕麥根系中碳含量都較低。

由表1可知，當(dāng)施入氮肥量為N1（225 kg/hm 2）時(shí)，隨著密度的增加，氮含量呈急劇下降、緩慢下降，最后急劇上升的趨勢(shì)，N1M1處理的氮含量達(dá)最大值，N1M3處理的氮含量達(dá)最小值。在施入氮肥量為N2（300 kg/hm 2）時(shí)，隨著種植密度的增加，氮含量呈先急劇上升到達(dá)最高點(diǎn)，然后迅速下降達(dá)到最低點(diǎn)，最后又緩慢上升的趨勢(shì)。其中，最高點(diǎn)出現(xiàn)在N2M2處理，最低點(diǎn)出現(xiàn)在N2M3處理。在施入氮肥量為N3（375 kg/hm 2）時(shí)，隨著密度的逐漸增加，氮含量呈先迅速上升后緩慢上升最后急劇下降的趨勢(shì)，氮含量最高點(diǎn)出現(xiàn)在N3M3處理。當(dāng)施入氮肥量為N4時(shí)，隨著密度增加，氮含量呈先急劇下降后急劇上升的趨勢(shì)。N4M2處理的氮含量最低;當(dāng)施入氮肥量為N5時(shí)，隨著密度的增加，氮含量呈先急劇下降后緩慢上升的趨勢(shì)。N5M2處理的氮含量最低。綜上所述，當(dāng)施氮肥為N2、N4、 N5時(shí)，氮含量隨密度的增加有顯著差異（P<0.05）;當(dāng)密度為M1時(shí)，氮含量隨著氮肥量的增加有顯著性差異（P<0.05）。

由表1可知，在N1水平下，隨著密度的增加，M3密度處理的磷含量最高，與其他處理有顯著差異（P<0.05）。在N2水平下，M4密度處理的磷含量與其他水平有顯著差異，該水平下磷含量最低。在N3水平下，M1和M4密度處理的磷含量有顯著性差異（P<0.05），該水平下磷含量最低點(diǎn)和最高點(diǎn)分別為M1和M4密度處理。在N4、N5水平下，隨著密度的增加，磷含量都有顯著性差異（P<0.05）。當(dāng)密度為M1時(shí)，N1與N2水平的磷含量有顯著差異，磷含量最低點(diǎn)出現(xiàn)在N3水平。當(dāng)密度為M2時(shí)，隨著施氮量的增加，磷含量有顯著差異（P<0.05）。當(dāng)密度為M3時(shí)，N4水平下磷含量與其他水平有顯著差異（P<0.05）。當(dāng)密度為M4時(shí)，N4、N3水平下磷含量與N1、N2和N5水平有顯著差異（P<0.05）。

3 結(jié)論與討論

密度是種群主要特征之一，研究表明密度主要影響種群中個(gè)體的特征[10-11]。植物互相爭(zhēng)奪陽光、水分以及土壤中的營(yíng)養(yǎng)成分來滿足自身的生長(zhǎng)發(fā)育需求，隨著種植密度的增加，競(jìng)爭(zhēng)就變得越激烈[12]。種植密度的大小影響了種群中個(gè)體的大小，它們會(huì)隨著密度的增大而減小。張立生等[13]研究表明，隨著種植密度的增加，植物的產(chǎn)量與其呈正相關(guān)，這與該試驗(yàn)結(jié)果不一致，主要原因是由于該試驗(yàn)研究的是植物根系中的生態(tài)化學(xué)計(jì)量指標(biāo)，根系是供應(yīng)植物生長(zhǎng)發(fā)育的重要器官，它所吸收的大部分養(yǎng)分都供給了地上部分，再加上種植密度的增大使得它所處的空間不足、養(yǎng)分競(jìng)爭(zhēng)激烈。所以根系的生物量較小，碳、氮、磷含量較小，密度對(duì)其含量的影響較小。碳含量與密度幾乎呈負(fù)相關(guān)，磷含量隨著密度的增加沒有任何變化。

植物需要從土壤中吸收一定量的氮來滿足自身的生長(zhǎng)發(fā)育需求，然而我國(guó)大部分耕地土壤都是缺氮土壤，為了增強(qiáng)經(jīng)濟(jì)效益，必須向土壤中增施氮肥，從而使植物高產(chǎn)。一些豆科植物本身含有根瘤菌，可以自己固定土壤中一部分的氮肥，而禾本科植物沒有這種特殊的能力，只能靠人工向土壤中施入氮肥。因此在土壤中增施氮肥成為提高植物品質(zhì)的一種十分有效的方式。翟園等[14]指出，在影響燕麥生長(zhǎng)的環(huán)境因子中最具影響力的是肥料，其用量和種類等都會(huì)影響燕麥的生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)等，合理使用氮肥對(duì)作物的生長(zhǎng)有促進(jìn)作用。焦瑞棗[15]研究結(jié)果表明，

施氮量對(duì)不同燕麥品種的影響不同。隨著施氮量的增加，燕麥的生物量也逐漸增加，而穗粒重等指標(biāo)呈先增加后下降的趨勢(shì)，這與該試驗(yàn)結(jié)果一致。該試驗(yàn)結(jié)果顯示，隨著施氮量的增加，根系碳、氮、磷含量均呈先上升后降低的趨勢(shì)，碳和氮含量均在450 kg/hm 2氮處理下出現(xiàn)最大值。

參考文獻(xiàn)

[1] 張小全，吳可紅，MURACH D. 樹木細(xì)根生產(chǎn)與周轉(zhuǎn)研究方法評(píng)述[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，20（5）：875-883.

[2] 柴繼寬，趙桂琴，胡凱軍，等.不同種植區(qū)生態(tài)環(huán)境對(duì)燕麥營(yíng)養(yǎng)價(jià)值及干草產(chǎn)量的影響[J].草地學(xué)報(bào)，2010，18（3）：421-425，476.

[3] 喬有明.不同播種密度對(duì)燕麥幾個(gè)數(shù)量性狀的影響[J].草業(yè)科學(xué)，2002，19（3）：31-32.

[4] 周華坤，趙新全，周立，等.青藏高原高寒草甸的植被退化與土壤退化特征研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào)，2005，14（3）：31-40.

[5] 李本銀，汪金舫，趙世杰，等.施肥對(duì)退化草地土壤肥力、牧草群落結(jié)構(gòu)及生物量的影響[J].中國(guó)草地，2004，26（1）：14-17，33.

[6] 王榮德.播期和種植密度對(duì)玉米產(chǎn)量性能的影響[J].農(nóng)村經(jīng)濟(jì)與科技，2017（2）：31，40.

[7] 劉俊梅，曲超，楊學(xué)云，等.播種密度對(duì)秸稈覆蓋旱地冬小麥產(chǎn)量和土壤水分的影響[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2014，23（9）：36-43.

[8] 顧洪如，李元姬，沈益新，等.追施不同量對(duì)多花黑麥草干物質(zhì)產(chǎn)量和可消化干物質(zhì)產(chǎn)量的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2004，20（4）：254-258.

[9] 祁瑜，黃永梅，王艷，等.施氮對(duì)幾種草地植物生物量及其分配的影響[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2000，31（18）：5121-5129.

[10] 李雪林，張愛峰，吳忠祥，等.老芒麥種群密度制約特性初探[J].青海草業(yè)，2001，10（2）：9-11，16.

[11] 趙相健，王孝安.太白紅杉分枝格局的可塑性研究[J]. 西北植物學(xué)報(bào)，2005，25（1）：113-117.

[12]? 黎磊，周道瑋，盛連喜. 密度制約決定的植物生物量分配格局[J]. 生態(tài)學(xué)雜志，2011，30（8）：1579-1589.

[13] 張立生，裴自友，王宏兵，等.播期和播種密度對(duì)晉太 182 植株高度的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（7）：957-961.

[14] 翟園，楊恒博，曲靜，等.氮素對(duì)燕麥的生理生化指標(biāo)和品質(zhì)的影響[J].中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2016，32（3）：29-34.

[15] 焦瑞棗.施氮量對(duì)裸燕麥不同品種產(chǎn)量和品質(zhì)影響的研究[D].呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，2004.