施氮量和種植密度對(duì)石河子復(fù)播早熟飼用燕麥生產(chǎn)性能的影響

付東青， 王彥超， 宋 磊， 王旭哲， 張凡凡， 馬春暉

(石河子大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 新疆 石河子 832000)

燕麥(Avenasativa)是一種優(yōu)良的一年生禾本科燕麥屬草本植物，具有營(yíng)養(yǎng)價(jià)值優(yōu)、產(chǎn)草量高、抗逆性好等特點(diǎn)[1]。其中，飼用型燕麥作為重要的飼草料作物，營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，適口性好，家畜消化率高[2]。目前，如何獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)飼用燕麥?zhǔn)歉鞯貐^(qū)研究的重點(diǎn)任務(wù)。優(yōu)化種植密度和施肥等是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主要的高產(chǎn)栽培措施，其中種植密度和施氮量對(duì)燕麥飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響最為突出[3]。種植密度顯著影響植物種群內(nèi)個(gè)體的特征，從而制約單位面積群體數(shù)量和結(jié)構(gòu)，當(dāng)種植密度過(guò)大時(shí)易造成無(wú)效分蘗數(shù)增加，導(dǎo)致群體植株質(zhì)量下降，影響最終干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成；種植密度過(guò)小則易造成群體植株數(shù)量下降和土壤資源浪費(fèi)[4]。以往諸多研究證實(shí)，通過(guò)控制密度可達(dá)到高產(chǎn)的目的，青海省果洛州瑪沁縣種植的‘TYT’，高產(chǎn)栽培最佳播種量為180.00 kg·hm-2[5]；內(nèi)蒙古沙爾沁地區(qū)的‘燕王’，最佳種植量為350.00萬(wàn)株·hm-2，其不僅產(chǎn)量最優(yōu)，且可溶性碳水化合物、淀粉含量以及莖的粗蛋白(Crude protein，CP)含量均最高[6]。

氮元素是植物必不可少的營(yíng)養(yǎng)元素之一，參與營(yíng)養(yǎng)成分合成，同時(shí)影響植物對(duì)其它營(yíng)養(yǎng)元素的吸收[7]。植物的生長(zhǎng)規(guī)律及繁殖分配格局因?yàn)橥寥啦煌暮慷l(fā)生著變化。以往研究表明，適當(dāng)?shù)氖┑靠梢悦黠@促進(jìn)飼草生長(zhǎng)、提高產(chǎn)量和品質(zhì)[8]。此外，施氮量的增加不但可以提高產(chǎn)量，還能提高飼草品質(zhì)[9]。甘肅省天祝縣高寒牧區(qū)種植的‘永久444’，隨施氮量的增加，燕麥株高、分蘗能力、干草產(chǎn)量都有明顯的提高，最佳施氮量為100.00 kg·hm-2。內(nèi)蒙古科爾沁地區(qū)種植的‘燕王’，隨著施氮量的增加，燕麥株高、地上生物量和總生物產(chǎn)量均有所提高，最佳施肥量為375.00 kg·hm-2。青藏高原地區(qū)種植的燕麥‘青引1號(hào)’，干草產(chǎn)量最高的施氮量為75.00 kg·hm-2。在巴西南部巴拉那州種植黑燕麥‘IAPAR 61’，當(dāng)施氮量從37.00 kg·hm-2增加到225.00 kg·hm-2時(shí)，燕麥CP含量從204.00 kg·hm-2提高到249.00 kg·hm-2，增長(zhǎng)22.06%；西藏種植的‘青海444’，施氮量從156.00 kg·hm-2提高到258.00 kg·hm-2，CP含量增加50.00%[10-14]。因此，選擇合適的種植密度，并輔以合理的施肥方式，可以協(xié)調(diào)產(chǎn)量因子之間的關(guān)系，從而獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的燕麥[15]。

各地區(qū)為提高燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)均有本地區(qū)的燕麥栽培模式。其中，中國(guó)科學(xué)院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)定位站進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，分析得出種植密度為168.00 kg·hm-2、施氮量為90.00 kg·hm-2時(shí)燕麥‘巴燕3號(hào)’產(chǎn)量品質(zhì)最高[16]。遼寧地區(qū)種植的燕麥‘白燕2號(hào)’，干草和鮮草產(chǎn)量最優(yōu)的種植密度為150.00 kg·hm-2，施氮量為193.00 kg·hm-2；燕麥秸稈鮮重和干重最佳在施氮量為145.00 kg·hm-2和193.00 kg·hm-2、播種密度為100.00 kg·hm-2和150.00 kg·hm-2[17]。由此可見，飼用燕麥主栽區(qū)均有最佳栽培模式，由于氣候、土壤等條件差異，不同地區(qū)的栽培模式并不一定通用。鑒于此，為完善新疆地區(qū)燕麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培模式，本研究選擇4個(gè)常見早熟燕麥品種，詳細(xì)研究不同種植密度和施氮量對(duì)燕麥干草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響，為新疆地區(qū)飼用燕麥種植管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于新疆石河子大學(xué)牧草試驗(yàn)站(44°20′ N，85°57′ E，海拔450.00 m)，其氣候?qū)儆跍貛Т箨懶詺夂?，年平均氣溫?1.20～13.90℃，7月溫度最高，平均溫度為25.10～26.10℃。平均年降雨量203.10～394.90 mm，年蒸發(fā)量為1 000.00～1 500.00 mm。試驗(yàn)前茬作物為冬小麥(Triticumaestivum)，土壤為壤土，速效磷含量為33.02 mg·kg-1，全氮含量為135.60 mg·kg-1，速效氮含量為92.60 mg·kg-1，pH為7.52，水溶性鹽含量為2.32 mg·kg-1，試驗(yàn)所用的氮肥為尿素，含氮量46.00%。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2019年7月27日在前茬作物冬小麥?zhǔn)斋@結(jié)束后進(jìn)行免耕播種，出苗時(shí)間為2019年8月2日，‘青海444’(Qinghai 444)、‘青引1號(hào)’(Qingyin No. 1)和‘青燕1號(hào)’(Qingyan No.1)抽穗期和乳熟期分別為2019年9月20日和10月5日，‘領(lǐng)袖’(Souris)抽穗期和乳熟期分別為2019年9月24日和10月10日。試驗(yàn)采用兩因素裂區(qū)設(shè)計(jì)，選用‘青海444’(A1)、‘青引1號(hào)’(A2)、‘領(lǐng)袖’(A3)和‘青燕1號(hào)’(A4)4個(gè)早熟品種為試驗(yàn)材料，以施氮量為主區(qū)，設(shè)3個(gè)水平[0.00 kg·hm-2(B0)、80.00 kg·hm-2(B1)、160.00 kg·hm-2(B2)]；以種植密度為副區(qū)[168.00 kg·hm-2(C1)、240.00 kg· hm-2(C2)、312.00 kg·hm-2(C3)]。播種采用人工開溝條播，行距20.00 cm，小區(qū)間隔0.50 m，小區(qū)面積18.00 m2(長(zhǎng)×寬：6.0 m×3.0 m)，3次重復(fù)，共計(jì)108個(gè)小區(qū)。氮肥作為底肥一次性施入，滴灌，全區(qū)全年澆水量為240.00 m3。試驗(yàn)期間各小區(qū)統(tǒng)一管理，拔節(jié)期除草。

1.3 測(cè)定指標(biāo)及方法

于抽穗期和乳熟期測(cè)定各處理株高、鮮草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。使用鋼卷尺測(cè)量株高(從地表到植株直立最高點(diǎn))，重復(fù)30次，求其平均值。鮮草產(chǎn)量測(cè)定：隨機(jī)選取1.00 m×1.00 m樣方，將整個(gè)樣方全部刈割(留茬5 cm)稱鮮重，折算鮮草產(chǎn)量，每個(gè)品種5次重復(fù)。隨后每個(gè)品種取3份，每份500.00 g左右，帶回實(shí)驗(yàn)室，在105℃殺青30.00 min后，65.00℃烘干至恒量，測(cè)定干鮮比，計(jì)算干草產(chǎn)量，粉碎過(guò)篩(0.43 mm)含量測(cè)定營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)。其中，采用重量法測(cè)定干物質(zhì)(Dry matter，DM)含量，粗蛋白含量使用凱氏定氮法測(cè)定，粗脂肪(Ether extract，EE)含量采用索式浸提法[18]。中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber，NDF)和酸洗洗滌纖維(Acid detergent fiber，ADF)含量采用范氏(Van Soest)洗滌纖維法測(cè)定[19]。

1.4 數(shù)據(jù)處理分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用Excel 2016軟件進(jìn)行初步整理，采用SPSS 20.0對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行方差分析，多組間的比較采用單因素方差分析(One-way ANOVA)，組內(nèi)多重比較采用Duncan法；采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)進(jìn)行具有互作效應(yīng)的顯著性分析。通過(guò)隸屬函數(shù)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，隸屬函數(shù)值U(X)計(jì)算公式見(1)[20]。

(1)

式中：Xij為樣品第i個(gè)指標(biāo)的第j個(gè)值，Ximin為第i個(gè)指標(biāo)的最小值，Ximax為第i個(gè)指標(biāo)的最大值，UX(+)為各指標(biāo)呈正相關(guān)隸屬函數(shù)值，UX(-)為各指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)隸屬函數(shù)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和密度對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響

對(duì)燕麥株高和干草產(chǎn)量顯著性分析表明(表1)，施氮量、種植密度以及兩者交互作用對(duì)燕麥的株高和干草產(chǎn)量均有顯著影響(P<0.01)。各品種株高和干草產(chǎn)量在不同處理以及不同生育期差異顯著(P<0.05)，其中乳熟期干草產(chǎn)量和株高顯著高于抽穗期。

表1 不同物候期燕麥株高和干草產(chǎn)量Table 1 Oat plant height and hay yield at different phenological stages

乳熟期，品種A1，B2C3處理干草產(chǎn)量最高，B0C1處理最低，B2C1處理株高最高，B0C3處理最低。品種A2，處理B2C3干草產(chǎn)量最高，B0C1處理最低，處理B0C1株高最高，B2C2處理最低(P<0.05)。品種A3，處理B2C3干草產(chǎn)量和株高均最優(yōu)，B0C1處理干草產(chǎn)量和株高最低(P<0.05)。品種A4，處理B1C2干草產(chǎn)量最高，處理B0C3最低，處理B2C1株高最高，處理B0C3最低(P<0.05)。

抽穗期，品種A1，B1C2處理干草產(chǎn)量最高，B0C1處理最低，B2C3處理株高最高，B1C3處理最低(P<0.05)。品種A2，處理B2C3干草產(chǎn)量最高，B0C1處理最低，處理B2C1株高最高，B2C3處理最低，(P<0.05)。品種A3，處理B1C3干草產(chǎn)量最高，B0C1處理最低，B2C2處理株高最高，B2C3處理最低(P<0.05)。品種A4，處理B2C2干草產(chǎn)量最高，B0C3處理最低B2C3處理株高最高，B0C1處理最低(P<0.05)。

2.2 施氮量和種植密度對(duì)燕麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

施氮量、種植密度以及兩者互作對(duì)燕麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)影響的顯著性分析表明(表2)，施氮量、種植密度以及兩者互作對(duì)燕麥的DM，CP，ADF和NDF含量有極顯著影響(P<0.01)。抽穗期DM含量顯著低于乳熟期，抽穗期CP，NDF和ADF含量顯著高于乳熟期(P<0.05)，抽穗期和乳熟期EE含量差異不顯著(表2)。

乳熟期，各品種隨種植密度的增加，DM，CP，NDF和ADF含量不斷遞減(表2)，其中品種A1，B2C1處理DM,CP,NDF和ADF含量最高，B0C3處理最低(P<0.05)。品種A2，B2C1處理DM含量最高，B1C2處理CP含量最高，B0C3處理DM和CP含量最低，B2C3處理NDF含量最低，B1C3處理ADF含量最低，B0C1處理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。品種A3，B2C1處理DM含量最高，B1C1處理CP含量最高，B2C2處理NDF和ADF含量最高，B0C3處理DM，CP，NDF和ADF含量最低(P<0.05)。品種A4，B1C1處理DM含量最高，B0C3處理最低，B1C2處理CP含量最高，B2C3處理最低，B0C3處理NDF含量最低，B2C2處理ADF含量最低，B0C1處理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。

表2 不同處理燕麥營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)比較Table 2 Nutritional quality of different treatments

抽穗期，品種A1，B1C1處理DM和CP含量最高，B0C3處理最低，B2C3處理NDF含量最低，B2C1處理最高，B0C3處理ADF含量最低，B2C2處理最高(P<0.05)。品種A2，B1C1處理DM含量最高，B2C3處理最低，B2C3處理CP含量最高，B0C3處理CP和NDF含量最低，B1C3處理ADF含量最低，B0C1處理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。品種A3，B2C1處理DM含量最高，B2C2處理CP含量最高，B1C3處理NDF含量最高，B1C1處理ADF含量最高，B1C2處理CP含量最低，B0C3處理DM,NDF和ADF含量最低(P<0.05)。品種A4，B1C2處理DM和CP含量最高，B1C3處理DM含量最低，B0C3處理CP最低，B1C3處理NDF含量最低，B2C3處理最高，B1C2處理ADF含量最低，B1C1處理最高(P<0.05)。

2.3 不同處理生產(chǎn)性能、營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)

綜合產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)，在乳熟期收獲能獲得高產(chǎn)高質(zhì)的燕麥飼草。因此，以乳熟期的干草產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，進(jìn)行隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)，其中干草產(chǎn)量、DM,CP和EE為正向指標(biāo)，NDF和ADF為負(fù)向指標(biāo)。結(jié)果表明(表3)，品種A1,A2,A3和A4中綜合評(píng)價(jià)最優(yōu)的處理分別為B1C3處理(0.75)、B2C2處理(0.42)、B1C1處理(0.63)和B1C2處理(0.74)。

表3 不同處理各指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)Table 3 Comprehensive evaluation of each index in different treatments

3 討論

3.1 施氮量和種植密度對(duì)燕麥干草產(chǎn)量的影響

燕麥干草產(chǎn)量是衡量燕麥經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)。播種量和施肥量是影響燕麥群體性狀和產(chǎn)量形成的重要因素[21]。氮素會(huì)影響土壤氧化酶活力，合理的施肥量能影響作物對(duì)土壤中養(yǎng)分吸收的能力，進(jìn)而影響作物產(chǎn)量[22]。播種量會(huì)影響作物群落結(jié)構(gòu)，同時(shí)還會(huì)影響單位葉片葉綠素含量和比葉重等指標(biāo)，合理的密度能減少作物群落結(jié)構(gòu)重疊現(xiàn)象，增加作物光合作用強(qiáng)度，進(jìn)而達(dá)到高產(chǎn)的效果[23]。

本研究中，‘青燕1號(hào)’干草產(chǎn)量隨施氮量和種植密度的增加先增加后減小，這與以往科爾沁沙地飼用燕麥產(chǎn)量及氮肥利用率的研究和松嫩平原西部燕麥產(chǎn)量形成的研究結(jié)果一致[24-25]。雖然各學(xué)者研究地區(qū)、氣候等環(huán)境條件不同，但其研究結(jié)果一致，這也進(jìn)一步證明施氮量和種植密度對(duì)作物生物產(chǎn)量的影響存在閾值[26-27]。一般植株高度由生物學(xué)特性決定[28]，但環(huán)境因素也會(huì)對(duì)株高產(chǎn)生影響，在播種量低時(shí)，因?yàn)橹仓陚€(gè)體間營(yíng)養(yǎng)競(jìng)爭(zhēng)較弱，植株能夠獲得更多的養(yǎng)分和能量，從而生長(zhǎng)較快；但是隨著播種量的增大，植株間對(duì)資源的競(jìng)爭(zhēng)變得更加激烈，在資源有限的情況下，種群內(nèi)個(gè)體可獲得的資源量減少，從而引起株高的響應(yīng)變化[16]。本研究也證實(shí)，隨種植密度的增加供試燕麥‘青海444’和‘青燕1號(hào)’株高不斷減小，這表明密度限制效應(yīng)在某些燕麥生長(zhǎng)過(guò)程中極其明顯；而對(duì)于‘青引1號(hào)’和‘領(lǐng)袖’沒有表現(xiàn)出類似的變化規(guī)律，這可能與植物生物量的積累與分配有關(guān)。生物量的累積和分配體現(xiàn)了密度對(duì)植物種群的影響[27]，一般來(lái)說(shuō)，植物地上(莖葉)生物量分配越多對(duì)光照的需求越高，即光競(jìng)爭(zhēng)能力越強(qiáng)[29]，而較高的地下生物量表明植物對(duì)土壤養(yǎng)分有著較高的需求及強(qiáng)的地下競(jìng)爭(zhēng)力[30]。

本研究其他燕麥品種，干草產(chǎn)量隨氮肥量和種植密度的增加不斷增加，這與以往研究結(jié)果稍有不同[31]，可能是品種的原因，不同品種對(duì)各養(yǎng)分吸收利用效率不同，同時(shí)由于本地區(qū)常年降水量少(400.00 mm以下)，滴灌成為農(nóng)業(yè)發(fā)展重要模式，滴灌能充分發(fā)揮人為作用，根據(jù)作物生長(zhǎng)情況，靈活調(diào)配水資源，提高氮素的利用效率；另一方面，可能由于新疆地區(qū)特殊的氣候環(huán)境，即日照時(shí)間長(zhǎng)，早晚溫差較大，誘發(fā)了燕麥的生長(zhǎng)潛能，改變了施氮量和種植密度的閾值。

3.2 施氮量和種植密度對(duì)營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)的影響

牧草營(yíng)養(yǎng)價(jià)值的高低直接影響其飼喂效果，CP含量越高，NDF，ADF含量越低，飼料品質(zhì)和飼喂效果越好[32]。種植密度對(duì)飼用作物的CP，NDF，ADF和EE含量等營(yíng)養(yǎng)指標(biāo)有一定的影響[6]。本研究中，適當(dāng)?shù)脑黾臃N植密度可以有效降低不同品種燕麥NDF和ADF，但種植密度過(guò)高可能會(huì)導(dǎo)致CP含量的下降，這主要可能是因?yàn)榉N植密度增加，導(dǎo)致群落個(gè)體間競(jìng)爭(zhēng)加強(qiáng)，養(yǎng)分分配減少。隨著生育期的推進(jìn)，CP含量逐漸降低，NDF和ADF含量不斷增加，這與前人研究結(jié)果一致[33]。

施氮量影響植物氮利用效率[34]，在高施氮量條件下，植物氮利用效率的大小受植物氮吸收能力限制，在低施氮量條件下，植物氮利用效率的大小受環(huán)境中氮的可利用性限制[35]。同時(shí)，植物的氮利用效率因品種和基因型而異[36]，有研究表明，在90.00 kg·hm-2施氮水平下燕麥平均氮肥表觀利用率為62.00%[37]。本研究中，也得出相似的變化規(guī)律，隨著種植密度和施氮量的增加，‘青海444’和‘青引1號(hào)’ CP含量整體增加，‘領(lǐng)袖’ CP含量出現(xiàn)增加的跡象，但沒有明顯的規(guī)律性，‘青燕1號(hào)’出現(xiàn)先增加后減少的趨勢(shì)。這說(shuō)明‘青燕1號(hào)’在160.00 kg·hm-2施氮水平下，將限制燕麥對(duì)氮的利用率，減少蛋白質(zhì)的積累，而其他品種在該施肥條件下，并未達(dá)到氮吸收能力的限制水平。因此，對(duì)于其他3個(gè)品種在今后的種植過(guò)程中應(yīng)適當(dāng)增加施氮量。

NDF和ADF的累積受植物品種、種植地點(diǎn)、施氮類型和施氮水平等多因素的共同影響。在英格蘭的4個(gè)燕麥品種研究中發(fā)現(xiàn)施氮促使燕麥NDF含量增加[38]；在西藏地區(qū)種植的燕麥研究中發(fā)現(xiàn)，施氮不僅增加了燕麥秸稈桿中NDF含量，還増加了ADF和纖維素含量[14]。但也有學(xué)者研究表明[39]，在120.00～240.00 kg·hm-2的施氮水平下，水稻稻桿、葉部和莖部的ADF和NDF含量隨施氮量的增加呈線性或二次曲線性降低。本研究中，NDF和ADF含量也表現(xiàn)出不一致的變化規(guī)律，這可能是由于品種的原因，不同品種對(duì)各營(yíng)養(yǎng)成分的吸收和轉(zhuǎn)化存在差異；另一方面，可能因?yàn)榈实脑黾佑绊懥宋镔|(zhì)的分配，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)物質(zhì)分配規(guī)律和品質(zhì)均具有影響[11]。本研究中，氮肥的增加提高了土壤有效氮含量，一定程度上改善了燕麥對(duì)氮的利用率，導(dǎo)致氮的積累，氮素的累積可能會(huì)影響植物對(duì)其他物質(zhì)的合成，也有可能會(huì)促進(jìn)某些物質(zhì)的合成，同時(shí)氮素的增加，也可能影響了其他養(yǎng)分的吸收利用，其具體的機(jī)制尚不明確，今后還需進(jìn)一步研究。EE是飼料中的一個(gè)重要組成部分，當(dāng)飼料中含量超過(guò)5.00%，容易引起腹瀉或過(guò)肥，對(duì)于反芻家畜還會(huì)抑制瘤胃微生物的繁殖，從而降低消化功能[40]。本研究中，各燕麥EE均未超過(guò)5.00%，最高為4.06%。

4 結(jié)論

新疆石河子地區(qū)4種飼用燕麥均適合在乳熟期收獲；‘青海444’、‘領(lǐng)袖’和‘青燕1號(hào)’最佳施氮量為80.00 kg·hm-2，‘青引1號(hào)’為160.00 kg·hm-2；‘青引1號(hào)’和‘青燕1號(hào)’，最佳播種密度為240.00 kg·hm-2，‘青海444’為312.00 kg·hm-2，‘領(lǐng)袖’為168.00 kg·hm-2；綜合評(píng)價(jià)本地區(qū)最佳種植燕麥品種為‘青海444’，其最佳施氮量為80.00 kg·hm-2，種植密度為312.00 kg·hm-2。