不同燕麥品種的施氮效應(yīng)差異

苗玉紅，李慧，韓燕來(lái)，譚金芳

(河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，河南 鄭州 450002)

燕麥(Avenasativa)子粒營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，具有降低血脂、調(diào)節(jié)血糖、潤(rùn)腸通便、預(yù)防結(jié)腸癌、美容護(hù)膚、減肥、改善睡眠、抗疲勞等功效，是備受人們關(guān)注的保健食品。在谷類食品中，燕麥?zhǔn)亲詈玫娜珒r(jià)營(yíng)養(yǎng)食品之一，然而，燕麥種植技術(shù)落后、產(chǎn)量及生產(chǎn)效益低等問(wèn)題仍普遍存在，嚴(yán)重妨礙了燕麥產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展[1-5]。對(duì)燕麥開(kāi)展深入研究對(duì)保障人類健康具有重要作用。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

燕麥品種(系)及編號(hào)見(jiàn)表1，其中5號(hào)、6號(hào)燕麥品種為皮燕麥品種，其余均為裸燕麥品種。燕麥品種(系)由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院、河北張家口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、吉林白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院等單位提供。

表1 供試燕麥品種Table 1 Oat varieties used in the experiment

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)在河南農(nóng)業(yè)大學(xué)科教園區(qū)進(jìn)行。供試土壤為黃河沖積物上形成的潮土，采自新鄭市三官?gòu)R鄉(xiāng)沙壤土的心土層，其基本理化性狀見(jiàn)表2。

表2 供試土壤基本理化性狀Table 2 Soil properties of experimental site

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

采用盆栽試驗(yàn)，每盆裝風(fēng)干土10 kg。每個(gè)處理重復(fù)4次，隨機(jī)排列。2015-10-25播種，每盆定植5株，2016年6月收獲。每個(gè)品種設(shè)置2個(gè)處理：N0(不施氮)，N1[施N 0.13 g·kg-1(風(fēng)干土)]，施磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)均為0.10 g·kg-1。供試肥料為尿素、磷酸二銨、氯化鉀，其中氮肥的70%做基肥施用，30%以營(yíng)養(yǎng)液形式做追肥施入。除追肥外，其余肥料一次性與土混勻裝入盆內(nèi)，其他管理按常規(guī)進(jìn)行。

1.4 項(xiàng)目測(cè)定

于成熟期收獲燕麥，在105 ℃下殺青15 min，于65 ℃烘干至質(zhì)量恒定，并將其分為子粒、穗軸(包括穎殼)、莖、葉(包括葉鞘)等4部分，稱其質(zhì)量后粉碎，并作干樣分析，采用半微量凱氏定氮法測(cè)定植株全氮[17]。

1.5 數(shù)據(jù)計(jì)算方法

根據(jù)植株各器官的干物質(zhì)質(zhì)量及其氮含量，計(jì)算以下參數(shù)[24]：

(1)收獲指數(shù)(HI，harvest index)=經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/生物學(xué)產(chǎn)量；

(2)效應(yīng)系數(shù)(EC，effect coefficient)=(N0生物學(xué)產(chǎn)量/N1生物學(xué)產(chǎn)量)×100%；

(3)氮邊際生產(chǎn)效率[NMPE，N marginal production efficiency/(g·g-1)]=(N1生物學(xué)產(chǎn)量-N0生物學(xué)產(chǎn)量)/(N1氮積累量-N0氮積累量)，表示與不施氮處理(N0)相比，施氮處理(N1)的燕麥植株體內(nèi)每多積累1 g氮所增加的地上部干物質(zhì)的質(zhì)量；

(4)氮利用效率[NUE，N use efficiency/(g·g-1)]=生物學(xué)產(chǎn)量或經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量/吸氮總量，其中,把燕麥體內(nèi)單位氮生產(chǎn)的子粒產(chǎn)量叫氮經(jīng)濟(jì)利用效率(ENUE)，把燕麥體內(nèi)單位氮生產(chǎn)的生物量叫氮生物利用效率(BNUE)；

(5)R=(N0的氮積累量/N1的氮積累量)×100%，R為不施氮處理的氮積累量占施氮處理的氮積累量的百分?jǐn)?shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同燕麥品種對(duì)氮肥的敏感性

燕麥產(chǎn)量形成既受遺傳控制又受環(huán)境影響，氮肥、品種對(duì)燕麥產(chǎn)量均有影響[18]，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量(子粒產(chǎn)量)或生物學(xué)產(chǎn)量是燕麥在整個(gè)生育期內(nèi)各因子綜合作用的結(jié)果[19]。

由表3可知，在不同氮肥處理下，不同燕麥品種的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生物學(xué)產(chǎn)量、收獲指數(shù)存在一定的差異。從表3還可以看出，不施氮條件下，24號(hào)燕麥品種的子粒產(chǎn)量最高，與其他品種相比，達(dá)到顯著水平，甚至極顯著；其次為燕麥6號(hào)、3號(hào)、20號(hào)，產(chǎn)量均在20 g·pot-1以上，屬于氮高效品種。施氮水平下，24號(hào)燕麥品種的子粒產(chǎn)量同樣達(dá)到最高值，顯著高于其他品種，6號(hào)、3號(hào)、20號(hào)、11號(hào)燕麥品種的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量也都大于25 g·pot-1。

表3還表明，相同施氮水平下，不同品種間的生物學(xué)產(chǎn)量也存在一定的差異。不施氮條件下，20號(hào)、24號(hào)品種的生物學(xué)產(chǎn)量較高，均達(dá)到105 g·pot-1以上，也與部分燕麥品種達(dá)到了極顯著差異；施氮水平下，2號(hào)、4號(hào)、22號(hào)、23號(hào)品種的生物量產(chǎn)量則較低，均在82 g·pot-1以下。在2種氮素水平下，20號(hào)、24號(hào)品種均獲得較高的生物學(xué)產(chǎn)量。說(shuō)明這2個(gè)品種具有較高的干物質(zhì)積累能力，對(duì)氮含量高低不敏感。

表3 不同燕麥品種的經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量和生物學(xué)產(chǎn)量Table 3 Differences in biomass and economic yield among oat varieties g·pot-1

從收獲指數(shù)來(lái)看(表3)，施氮以后，收獲指數(shù)變化程度不一，大部分品種是隨著施氮水平的增加而提高，但也有個(gè)別品種的收獲指數(shù)呈下降趨勢(shì)或者保持不變，可能是由于生物學(xué)產(chǎn)量增加所致。

綜上所述，不施氮條件下，3號(hào)、6號(hào)、24號(hào)品種不僅具有較高的生物學(xué)產(chǎn)量，而且還具有較高的經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量和收獲指數(shù)。說(shuō)明這幾個(gè)品種在較低的氮素水平下具有良好的產(chǎn)量性狀，耐低氮能力強(qiáng)，是氮高效利用燕麥品種。隨著施氮水平的增加，各燕麥品種的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量、生物學(xué)產(chǎn)量均有所增加，但不同燕麥品種之間的增加幅度存在一定的差異，即不同燕麥品種對(duì)氮肥的反應(yīng)程度不同，其中11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、19號(hào)品種的生物學(xué)產(chǎn)量的增加幅度均在171%以上，屬于氮敏感品種。

2.2 不同燕麥品種的施氮效應(yīng)系數(shù)分級(jí)

表4表明，24個(gè)燕麥品種的施氮效應(yīng)系數(shù)為51.97%～88.15%，不同品種之間差異較大，其中8號(hào)、9號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、19號(hào)等6個(gè)品種的施氮效應(yīng)系數(shù)相對(duì)較低，均小于60%，表明施氮肥以后增產(chǎn)幅度大，屬于氮肥敏感品種。6號(hào)、20號(hào)、24號(hào)等燕麥品種的施氮效應(yīng)系數(shù)比較大，均高于85%，說(shuō)明施氮肥以后產(chǎn)量的增加幅度小，屬于施氮低效品種。

表4 不同燕麥品種的施氮效應(yīng)系數(shù)分級(jí)Table 4 The effect coefficient grading of oat varieties under 2 levels of N supply %

2.3 不同燕麥品種的氮素積累量差異

表5表明，不同供氮水平下，不同燕麥品種的氮積累量亦有所不同，表明不同燕麥品種的氮素吸收能力呈現(xiàn)一定的差異性。隨著氮肥水平的增加，植株氮素積累量均呈上升趨勢(shì)，但不同燕麥品種之間的增加幅度存在一定的差異。

從表5還可以看出，在不施氮(N0)水平下，24號(hào)燕麥品種的氮素積累量最高，達(dá)0.58 g·pot-1，其次是20號(hào)品種，總氮素積累量為0.56 g·pot-1，屬于氮高效品種，最低的23號(hào)品種，總氮素積累量?jī)H達(dá)到0.31 g·pot-1；在施氮條件(N1)下，不同燕麥品種的氮素積累量為0.64～1.31 g·pot-1，其中 24號(hào)品種的總氮素積累量最多，為1.31 g·pot-1，其次是20號(hào)品種，達(dá)到1.24 g·pot-1，4號(hào)品種的氮素積累量最低，僅為0.64 g·pot-1，只有最高積累量的1/2左右。無(wú)論施氮與否，24號(hào)、20號(hào)燕麥品種均可以積累較多的氮，說(shuō)明對(duì)氮含量高低反應(yīng)不明顯。

植株氮積累量R值表示N0,N1水平下植株氮積累量的比值。從表5可以看出，19號(hào)、23號(hào)、11號(hào)、12號(hào)、16號(hào)燕麥品種的R值依次為32.56%,36.66%,36.71%,40.35%,40.38%，較其他品種低；而18號(hào)、5號(hào)、4號(hào)、1號(hào)、6號(hào)燕麥品種的R值較高，分別為58.72%,59.93%,59.95%,60.91%,66.91%，其中6號(hào)燕麥品種與這幾個(gè)品種之間差異不顯著，但與其他品種之間差異顯著，甚至個(gè)別達(dá)到極顯著水平，隨著供氮的增加，植株體內(nèi)氮積累量增加較多，屬于氮敏感品種。

表5 2個(gè)氮水平下不同燕麥品種的氮積累量Table 5 Differences of nitrogen accumulation among oat varieties under two N levels g·pot-1

2.4 不同燕麥品種氮邊際生產(chǎn)效率差異

由表6可知，14號(hào)、8號(hào)、13號(hào)、5號(hào)燕麥品種的氮邊際生產(chǎn)效率最大，分別為89.56,95.24,96.98,110.74 g·g-1。表明施氮以后，5號(hào)燕麥品種植株每積累1 g氮所增加的地上部干物質(zhì)的質(zhì)量最大，其次為13號(hào)、8號(hào)、14號(hào)等3個(gè)燕麥品種，屬于氮肥敏感品種；而24號(hào)燕麥品種的氮邊際生產(chǎn)效率最小，為22.62 g·g-1，施氮以后，增加的干物質(zhì)量最小，其次為20號(hào)燕麥品種，氮邊際生產(chǎn)效率為25.44 g·g-1，是氮肥不敏感品種。

表6 不同燕麥品種氮邊際生產(chǎn)效率差異Table 6 Differences of N marginal production efficiency (NMPE)among oat varieties g·g-1

2.5 不同燕麥品種的氮利用效率差異

養(yǎng)分利用效率(Nutrition use efficiency)通常用來(lái)作為衡量養(yǎng)分利用的指標(biāo)，利用效率是指植株體內(nèi)單位養(yǎng)分所產(chǎn)生的子粒產(chǎn)量或生物學(xué)產(chǎn)量[20-21]。

從表7可以看出，不同燕麥品種氮利用效率在不同的施氮水平下存在著一定的差異。在不施氮(N0)條件下，氮經(jīng)濟(jì)利用效率在13.14～49.97 g·g-1，最大的是6號(hào)品種，氮經(jīng)濟(jì)利用效率為49.97 g·g-1，與其他品種均呈顯著性差異；其次為24號(hào)、22號(hào)品種，分別達(dá)到45.40，42.01 g·g-1，為高效利用型；最小的為16號(hào)品種，僅為13.14 g·g-1，與其他品種也達(dá)到顯著差異，其中大于40 g·g-1的有2號(hào)、3號(hào)、4號(hào)、6號(hào)、22號(hào)、24號(hào)這6個(gè)品種。在施氮(N1)水平下，氮經(jīng)濟(jì)利用效率在12.03～39.68 g·g-1范圍之內(nèi)變動(dòng)，最大的是6號(hào)品種，最小的為16號(hào)品種。隨著施氮水平的增加，不同燕麥品種的氮經(jīng)濟(jì)利用效率或增大或降低，但氮生物利用效率均隨施氮水平的增加而下降。這可能是由于施氮水平的增加發(fā)生稀釋效應(yīng)，也就是氮積累量增大的緣故[22-23]。

表7 2個(gè)氮水平下不同燕麥品種的氮利用效率Table 7 Differences of N use efficiency(NUE)among oat varieties under two N levels g·g-1

3 結(jié)論與討論

燕麥作為糧草兼用型的一年生植物，適應(yīng)能力很強(qiáng)，且具有抗旱、耐寒、耐貧瘠等特征，可作為中國(guó)低肥力土壤，特別是鹽堿土改良的優(yōu)質(zhì)作物[25]。燕麥品種的適應(yīng)性存在明顯的地區(qū)差異，目前研究者已經(jīng)進(jìn)行了大量相關(guān)研究。龍鴻艷等[26]探索了4個(gè)燕麥品種在新疆地區(qū)的種植適應(yīng)性，從干草產(chǎn)量、種子產(chǎn)量評(píng)價(jià)指標(biāo)中優(yōu)選出一個(gè)推廣價(jià)值較高的品種白燕2號(hào)。趙祎偉等[27]比較了青海地區(qū)8個(gè)主栽燕麥品種農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)因素，從種子高產(chǎn)角度推薦種植白燕7號(hào)、青海甜燕麥和林納3個(gè)品種。同時(shí)，周啟龍等[28]對(duì)拉薩地區(qū)16個(gè)燕麥引進(jìn)品種進(jìn)行了灰色關(guān)聯(lián)分析，從生產(chǎn)性能和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)上篩選了4個(gè)優(yōu)良品種。在江淮地區(qū)，亦有關(guān)于不同燕麥品種地區(qū)生產(chǎn)性能的研究[29]。由此可見(jiàn)，最新的研究對(duì)燕麥品種的地區(qū)適應(yīng)性極為看重。不同地區(qū)氣候條件、土壤類型、土壤肥力存在極大差異。不同燕麥品種對(duì)特定環(huán)境條件的適應(yīng)性存在明顯差異[30]。

土壤氮素含量低是中國(guó)農(nóng)田土壤普遍存在的障礙性因子，氮肥的過(guò)量施用帶來(lái)的環(huán)境代價(jià)已經(jīng)被廣泛關(guān)注[31]。因此，探索燕麥品種對(duì)在低氮條件的適應(yīng)性具有重要的經(jīng)濟(jì)和環(huán)境意義，可為中國(guó)低氮地區(qū)燕麥種植品種的選擇提供有效的參考。本研究在2個(gè)氮素水平下探索了24個(gè)燕麥品種的生長(zhǎng)特性及其氮響應(yīng)大小。結(jié)果表明，不同燕麥品種對(duì)低氮條件的適應(yīng)性存在極顯著差異。植物對(duì)低氮條件的適應(yīng)性受多種因素的影響，包括根系形態(tài)、氮吸收能力、根際微生物的活動(dòng)、根系分泌物及其他養(yǎng)分協(xié)同吸收等多方面的因素的影響。本研究為后期開(kāi)展燕麥氮高效分子機(jī)制及相關(guān)的根際土壤微生物促進(jìn)燕麥氮吸收機(jī)制提供了一定的理論依據(jù)。

綜上所述，本研究結(jié)果具有指導(dǎo)低氮土壤燕麥品種選擇的應(yīng)用價(jià)值，亦為深入開(kāi)展植物氮高效分子生物學(xué)機(jī)制及植物-土壤-微生物互作機(jī)制具有一定的參考作用。本試驗(yàn)通過(guò)對(duì)不同燕麥品種在不同供氮水平下的施氮效應(yīng)系數(shù)和氮邊際生產(chǎn)效率的研究表明，11號(hào)、12號(hào)、13號(hào)、19號(hào)燕麥品種屬于氮敏感品種，20號(hào)、24號(hào)燕麥品種屬于對(duì)氮不敏感品種。耐低氮養(yǎng)分的品種在低養(yǎng)分條件下應(yīng)該具有較高的產(chǎn)量和氮積累量。在低氮水平下，1號(hào)、10號(hào)、20號(hào)、24號(hào)燕麥品種均具有較高的生物學(xué)產(chǎn)量和氮積累量，是耐低氮品種，特別是20號(hào)和24號(hào)燕麥品種，即使在高氮水平下也獲得了較高的生物學(xué)產(chǎn)量和氮積累量。如果想要在這方面獲得高效，可以對(duì)這2個(gè)燕麥品種作進(jìn)一步深入研究。在本試驗(yàn)條件下，24個(gè)燕麥品種的氮經(jīng)濟(jì)利用效率，在施氮以后雖有的增加有的降低，但其氮生物利用效率均呈一定程度的下降趨勢(shì)。這可能是由于氮水平增加以后，使得氮的積累量增加較大的緣故。具體原因有待在今后的試驗(yàn)中進(jìn)一步探討與研究。