施氮水平對(duì)沙地生境下不同飼用燕麥品種干物質(zhì)積累及氮素吸收利用的影響

張玉霞，王 鑫，張慶昕，斯日古楞，郭 園，杜曉艷，王月林

(1內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼 028041；2內(nèi)蒙古自治區(qū)林草苗木總站，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010017)

氮素是植物必需的大量營養(yǎng)元素之一，是限制禾谷類作物產(chǎn)量和品質(zhì)的重要因子[1]。但氮肥施用過多會(huì)對(duì)土壤和環(huán)境造成不利影響[2-3]?？茽柷呱车赝寥礼け。康?，種植禾谷類飼草及飼料作物，需要投入大量的氮素[4-6]。田永雷等[7]研究表明，在科爾沁沙地飼用作物生產(chǎn)中，由于土壤保肥力差，存在化肥投入量大，施用不合理現(xiàn)象。因此，在保護(hù)生態(tài)環(huán)境的同時(shí)進(jìn)行飼用作物的生產(chǎn)，提高氮肥利用率，有效利用沙化草地顯得尤為重要。

燕麥(AvenasativaL.)屬禾本科燕麥屬一年生草本植物，具有喜涼、抗寒、抗旱和耐瘠薄等特性[8]，是我國北方及西北地區(qū)重要的糧飼兼用作物[9]。飼用燕麥在科爾沁沙地一年種植兩季[10]，是苜蓿等豆科牧草的倒茬作物，具有產(chǎn)量高、品質(zhì)好、經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)良特性[11]。隨著內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)奶牛、肉羊等畜牧業(yè)的不斷發(fā)展，飼草料尤其是青綠飼草的需求量不斷增加。作為飼料作物，燕麥在飼草料利用方面具有較大發(fā)展?jié)摿12]。品種對(duì)燕麥產(chǎn)量和氮素吸收利用有顯著影響[13]，苗玉紅等[14]研究了24個(gè)燕麥品種在2個(gè)氮素水平下的生物學(xué)產(chǎn)量、氮素積累及氮素利用效率等方面的差異，結(jié)果表明不同燕麥品種對(duì)低氮的忍耐能力不同。為系統(tǒng)研究裸燕麥氮效率，葛軍勇等[15]選用8個(gè)不同基因型裸燕麥種質(zhì)進(jìn)行田間試驗(yàn)，在祼燕麥不同生育期對(duì)不同氮素利用效率指標(biāo)的基因型差異及裸燕麥氮素營養(yǎng)進(jìn)行分析，結(jié)果表明裸燕麥氮效率基因型效應(yīng)顯著。因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)因地制宜，選育適宜的燕麥品種，以提高氮素利用率，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

高陽等[16]研究表明，在科爾沁沙地飼用燕麥生產(chǎn)中，追施氮肥增產(chǎn)效果明顯。王樂等[17]以夢(mèng)龍燕麥為試驗(yàn)材料進(jìn)行氮肥施用量試驗(yàn)，結(jié)果表明在科爾沁沙地氮肥適宜用量為210 kg/hm2。娜日蘇等[18]對(duì)科爾沁沙地13個(gè)主栽飼用燕麥品種進(jìn)行了適應(yīng)性篩選，結(jié)果表明貝勒二代和牧王綜合表現(xiàn)最好，適宜在阿魯科爾沁旗地區(qū)推廣種植。但到目前為止，針對(duì)科爾沁沙地飼用燕麥適宜品種的最優(yōu)施氮量的研究尚未見報(bào)道。因此，本研究針對(duì)科爾沁沙地主栽的燕王、牧王、甜燕1號(hào)、牧樂思4個(gè)飼用燕麥品種，分別設(shè)置0，100，200，300 kg/hm24個(gè)施氮水平，研究不同飼用燕麥品種的干物質(zhì)積累量、氮素吸收量及氮素利用率對(duì)施氮水平的響應(yīng)，篩選科爾沁沙地飼用燕麥的最佳施氮水平及氮高效飼用燕麥品種，為科爾沁沙地飼用燕麥高產(chǎn)栽培及氮肥利用率的提高提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)牧業(yè)科技園區(qū)(43°30′ N，122°27′ E)，屬于溫帶大陸性氣候。土壤為風(fēng)沙土，土壤有機(jī)質(zhì)7.28 mg/kg，全氮素1.87 g/kg，堿解氮素11.24 mg/kg，速效鉀95.12 mg/kg，速效磷10.59 mg/kg。年平均氣溫0～6 ℃，≥10 ℃積溫3 000～3 200 ℃，無霜期140～150 d，年平均降水量340～400 mm，蒸發(fā)量是降水量的5倍左右，年平均風(fēng)速3.0～4.5 m/s。

1.2 供試材料

飼用燕麥品種燕王、牧王、牧樂思來源于北京正道生態(tài)科技有限公司，飼用燕麥品種甜燕1號(hào)來源于北京佰清源畜牧科技有限公司，4個(gè)飼用燕麥品種的原產(chǎn)地均為加拿大。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在內(nèi)蒙古民族大學(xué)農(nóng)牧業(yè)科技園區(qū)，于2019年4月1日采用條播方式種植4個(gè)飼用燕麥品種，條播行距15 cm，播種量150 kg/hm2，播種深度3 cm，基肥為重過磷酸鈣(P2O546%)、氯化鉀(K2O 50%)，施用量均為150 kg/hm2，灌溉方式為噴灌。設(shè)置0(CK)，100，200，300 kg/hm24個(gè)氮素(純N)水平，依次用N0，N100，N200，N300表示，肥料為尿素(含N 46%)，分別按照15%，40%，25%，20%比例在燕麥分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、開花期4次施入，撒施后及時(shí)灌水[19]。采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，主區(qū)為施氮水平，副區(qū)為品種，各品種在主區(qū)內(nèi)隨機(jī)排列，小區(qū)面積4 m×5 m=20 m2，四周設(shè)保護(hù)行，4次重復(fù)。于燕麥成熟期測(cè)產(chǎn)量及莖、葉、穗干物質(zhì)含量，取烘干樣品測(cè)定氮素含量。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

于燕麥成熟期在每小區(qū)選定1 m2作為測(cè)產(chǎn)小區(qū)，稱質(zhì)量并換算成單位面積產(chǎn)量，每小區(qū)重復(fù)3次。采集樣品時(shí)，選擇長勢(shì)一致的20株植株，地上部分的葉片、莖稈及穗分別采集，帶回實(shí)驗(yàn)室將各部分用蒸餾水洗凈后，于105 ℃烘箱內(nèi)殺青30 min， 75 ℃烘干至恒質(zhì)量，稱質(zhì)量后記錄每部分生物量，對(duì)樣品進(jìn)行粉碎過篩(孔徑為2 mm)備用。

植株氮素含量的測(cè)定：將各部分植株樣品烘干粉碎后，準(zhǔn)確稱取0.05 g置于消煮管中，采用H2SO4-H2O2方法于260～270 ℃高溫消化，定容后用流動(dòng)分析儀(bran+luEBBE，德國)測(cè)定消化液中的氮素含量，計(jì)算植株各組織氮素濃度[20]。

1.5 氮素積累量及氮肥利用率的計(jì)算

植株氮素積累量根據(jù)以下公式計(jì)算[21]：

全株干物質(zhì)積累量=莖干物質(zhì)質(zhì)量+葉干物質(zhì)質(zhì)量+穗干物質(zhì)質(zhì)量；

器官氮素積累量(kg/hm2)=[器官氮素含量(mg/g)×器官生物量(kg/hm2)]/1 000；

全株氮素積累量(kg/hm2)=[全株氮素含量(mg/g)×全株生物量(kg/hm2)]/1 000 ；

氮肥表觀回收率(nitrogen recovery efficiency，NRE)=(施氮區(qū)全株氮素累積量-無氮區(qū)全株氮素累積量)/施氮量×100%；

氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE)= 全株干物質(zhì)積累量/全株氮素積累量；

干物質(zhì)生產(chǎn)效率(dry matter production erriciency，DMPE)= 全株干物質(zhì)積累量/施氮量；

氮肥農(nóng)藝效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE) = (施氮區(qū)全株干物質(zhì)積累量-不施氮區(qū)全株干物質(zhì)積累量)/施氮量。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，采用DPS 15.10進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥對(duì)飼用燕麥干物質(zhì)積累的影響

由表1可知，燕王和牧王的莖、葉、穗及全株干物質(zhì)積累量均為N200處理最高，且顯著高于其他氮肥處理(牧王N300處理的穗干物質(zhì)積累量除外)(P<0.05)；甜燕1號(hào)、牧樂思的莖、葉、穗及全株干物質(zhì)積累量則均以N300處理最高，且均顯著高于其他氮肥處理(P<0.05)；在N200處理下，牧王的莖、葉、穗和全株干物質(zhì)積累量均顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思(P<0.05)，且牧王的葉和全株的干物質(zhì)積累量顯著高于燕王；在N300處理下，牧樂思的莖、葉、全株及甜燕1號(hào)的穗干物質(zhì)積累量最高，且顯著高于其他飼用燕麥品種(P<0.05)。表明不同飼用燕麥的氮肥適宜用量存在明顯差異，燕王和牧王氮肥適宜用量為200 kg/hm2，甜燕1號(hào)和牧樂思的氮肥適宜用量為300 kg/hm2。

表1 施氮水平對(duì)飼用燕麥干物質(zhì)積累的影響

2.2 氮肥對(duì)飼用燕麥氮素含量的影響

如表2所示，隨著施氮量的增加，4個(gè)飼用燕麥品種莖、葉、穗及全株的氮素含量均呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，且均在N200處理下氮素含量最高。說明科爾沁沙地生境下飼用燕麥在N200處理下吸收氮素能力最強(qiáng)。

由表2還可知，不同飼用燕麥品種的氮素含量有差異，其中牧樂思莖的氮素含量較高，且在N0、N100、N300處理下均顯著高于其他飼用燕麥品種(P<0.05)，在N200處理下亦顯著高于燕王(P<0.05)。葉片的氮素含量則是燕王較高，且在N0和N300處理下顯著高于其他飼用燕麥品種(P<0.05)，在N100和N200處理下亦顯著高于甜燕1號(hào)和牧樂思。穗的氮素含量則是甜燕1號(hào)和燕王較高。在N100處理下燕王的全株氮素含量顯著高于其他飼用燕麥品種，在N200和N300處理下牧王的全株氮素含量顯著高于其他飼用燕麥品種。由此說明牧王和燕王吸收氮的能力強(qiáng)于甜燕1號(hào)和牧樂思。

表2 施氮水平對(duì)飼用燕麥氮素含量的影響

2.3 氮肥對(duì)飼用燕麥氮素積累量的影響

如表3所示，燕王和牧王的莖、葉、穗及全株的氮素積累量均以N200處理最高，且顯著高于其他施氮處理(除牧王穗的氮素積累量外)(P<0.05)；牧樂思的莖、葉及全株的氮素積累量則是在N300處理下最高，且與其他氮肥處理差異顯著(P<0.05)；穗的氮素積累量均以N200處理最高，顯著高于其他施氮處理(P<0.05)。甜燕1號(hào)莖、葉、穗的氮素積累量在N200處理下最高，且顯著高于其他施氮處理(除穗的N300處理外)(P<0.05)；全株氮素積累量則以N300處理最高，且顯著高于其他施氮處理(P<0.05)。表明不同飼用燕麥品種的氮素積累量在不同施氮處理下存在明顯差異，燕王和牧王在N200處理下吸收積累氮素能力較強(qiáng)，牧樂思則在N300處理下吸收積累氮素能力最強(qiáng)。

表3 施氮水平對(duì)飼用燕麥氮素積累的影響

在N200處理下，牧王和甜燕1號(hào)莖的氮素積累量顯著高于燕王和牧樂思(P<0.05)，葉的氮素積累量則是燕王和牧王顯著高于甜燕1號(hào)，穗的氮素積累量為燕王顯著高于其他飼用燕麥品種，全株的氮素含量為牧王顯著高于其他飼用燕麥品種(P<0.05)；在N300處理下，牧樂思莖的氮素積累量、燕王葉的氮素積累量、牧王全株氮素積累量最高，且與其他飼用燕麥品種差異顯著(P<0.05)，牧樂思穗的氮素積累量顯著低于其他飼用燕麥品種(P<0.05)。由此說明，不同飼用燕麥品種氮素積累分配部位亦存在明顯差異。

2.4 氮肥對(duì)飼用燕麥氮肥利用率的影響

由表4可知，施氮處理的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率(NDMPE)均低于對(duì)照，且甜燕1號(hào)和牧樂思均高于燕王和牧王；在N200處理下，4個(gè)飼用燕麥品種的NDMPE均最低；但干物質(zhì)生產(chǎn)效率(DMPE)、氮素農(nóng)藝效率(NAE)、氮素表觀回收率(NRE)均為燕王、牧王高于甜燕1號(hào)和牧樂思。在N300處理下，甜燕1號(hào)和牧樂思的DMPE和NAE高于燕王和牧王，說明燕王和牧王是低氮高效型飼用燕麥品種，甜燕1號(hào)和牧樂思則屬于高氮高效型飼用燕麥品種。

表4 施氮水平對(duì)飼用燕麥氮素利用效率的影響

表4(續(xù)) Continued table 4

3 討 論

干物質(zhì)積累是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，氮素營養(yǎng)是影響作物干物質(zhì)形成的重要因素。高麗敏等[21]研究表明，施用氮肥對(duì)甜高粱的生長起著重要作用，長江下游農(nóng)區(qū)飼用甜高粱每茬氮肥用量以244.50 kg/hm2為宜；過量施用氮肥不僅不會(huì)持續(xù)提高甜高粱的生物量，還會(huì)導(dǎo)致氮肥利用率降低。適宜施氮量不僅有利于植物自身的生長發(fā)育，而且對(duì)土壤環(huán)境的改善具有正效作用，氮肥施用量因地而異，不同品種間亦不同[22-25]。侯迷紅等[22]研究表明，甜蕎麥干物質(zhì)積累總量隨著施氮量的增加呈先增后降的變化趨勢(shì)。王茂瑩等[25]研究表明，魯中山區(qū)小麥最佳施氮量為240 kg/hm2，泰農(nóng)18號(hào)為最適宜推廣小麥品種，汶農(nóng)5號(hào)具有較大的增產(chǎn)潛力。根據(jù)干物質(zhì)積累量確定不同植物種類及品種在不同地區(qū)的適宜氮肥用量，本研究以4個(gè)飼用燕麥品種為材料，研究了氮肥用量對(duì)科爾沁沙地生境下飼用燕麥干物質(zhì)積累的影響，結(jié)果表明，燕王和牧王氮肥適宜用量為200 kg/hm2，甜燕1號(hào)和牧樂思氮肥適宜用量為300 kg/hm2。

適量氮可以提高作物的物質(zhì)生產(chǎn)能力，一定程度上促進(jìn)植株氮素積累總量的提升[21]；而過量施氮，植物根系生長受到抑制進(jìn)而影響根系對(duì)養(yǎng)分的吸收速率，并最終導(dǎo)致氮素含量的降低[26-29]。馮洋等[30]研究發(fā)現(xiàn)，在正常氮處理?xiàng)l件下，不同生育期氮高效水稻品種地上部氮累積量與低效品種間無顯著差異；但在低氮處理下，灌漿期和成熟期氮高效水稻品種氮素累積量高于或顯著高于低效品種。本研究表明，隨著施氮量的增加，4個(gè)飼用燕麥品種莖、葉、穗及全株的氮素含量均呈先增加后降低的變化趨勢(shì)，且均在N200處理下氮素含量最高，但燕王和牧王的莖、葉、穗和全株氮素積累量為N200處理最高，而甜燕1號(hào)的全株和牧樂思的莖、葉、穗及全株氮素積累量均以N300處理最高。因此，研究認(rèn)為燕王和牧王為低氮高效型飼用燕麥品種，甜燕1號(hào)和牧樂思則為高氮高效型飼用燕麥品種。

氮肥農(nóng)藝效率(NAE)可以用來評(píng)價(jià)氮肥的增產(chǎn)效果，過量施氮導(dǎo)致作物物質(zhì)生產(chǎn)能力增幅變小，氮肥農(nóng)藝效率降低[8,21,26]。本研究中氮肥農(nóng)藝效率隨施氮量的增加逐漸降低，因此，適當(dāng)?shù)慕档偷适┯茫粌H是提高實(shí)際生產(chǎn)中產(chǎn)出投入比的需要，亦是降低氮肥過量施用風(fēng)險(xiǎn)的需要。氮素表觀回收率(NRE)反映了植株氮素吸收和氮肥施用量之間的平衡狀況。本研究中，N100處理下燕王表觀回收率大于牧王、甜燕1號(hào)和牧樂思，而在N200處理下燕王和牧王高于甜燕1號(hào)和牧樂思，在N300處理時(shí)4個(gè)燕麥品種表觀回收率均較低，故本研究認(rèn)為施氮量應(yīng)在200 kg/hm2左右，更有利于在維持土壤氮素輸入和輸出平衡的同時(shí)，降低土壤氮素的殘留。

4 結(jié) 論

燕王和牧王屬于低氮高效型飼用燕麥品種，甜燕1號(hào)和牧樂思則屬于高氮高效型飼用燕麥品種；在科爾沁沙地生境下，燕王和牧王氮肥適宜用量是200 kg/hm2，甜燕1號(hào)和牧樂思適宜氮肥用量為300 kg/hm2；在科爾沁沙地生境下種植燕王和牧王飼用燕麥品種，200 kg/hm2施氮量下，其氮素利用率高，干物質(zhì)積累量大。