高寒地區(qū)氮肥運(yùn)籌對‘青海甜燕麥’農(nóng)藝性狀和種子產(chǎn)量的影響

段連學(xué)， 馬 祥， 琚澤亮， 劉凱強(qiáng)， 楊鈺潔， 石紅霄， 賈志鋒*

(1. 青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院，青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，青海西寧 810016；2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所，內(nèi)蒙古呼和浩特 010010)

氮素是植物必需的礦質(zhì)營養(yǎng)元素，對提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)、提高土壤肥力等有積極作用[1-2]。中國化肥年施用量高達(dá)4 400多萬t，已成為世界最大的氮肥消費(fèi)國，占世界消費(fèi)量的30%，然而氮肥的平均利用率僅為30%～35%[3-4]。由于氮肥過量施用，生態(tài)環(huán)境問題日益惡劣，直接威脅了現(xiàn)代農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)的安全[5-6]。在飼草作物生產(chǎn)中，過度施肥的情況同樣嚴(yán)重，農(nóng)牧民為了追求更高的生產(chǎn)效益，化肥投入出現(xiàn)了異常增長，施肥量甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于植物所能吸收的范圍，過量施肥對土壤有著長期而深遠(yuǎn)的影響[7-8]。隨著青海地區(qū)燕麥產(chǎn)業(yè)的繼續(xù)發(fā)展，氮肥的利用量急劇增加，雖提高了農(nóng)作物的產(chǎn)量，但在傳統(tǒng)氮肥運(yùn)轉(zhuǎn)模式下氮肥利用率較低。

青海甜燕麥?zhǔn)乔嗪Ｊ⌒竽莲F醫(yī)科學(xué)院草原所選育的皮燕麥品種，中晚熟，抗逆性強(qiáng)，莖稈、葉柔嫩多汁，營養(yǎng)價(jià)值豐富[9]。燕麥?zhǔn)沁m宜在青藏高原高寒牧區(qū)和半農(nóng)半牧區(qū)種植的高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)草料兼用作物[10]，是解決青藏高原高寒地區(qū)草畜季節(jié)性供求矛盾、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要牧草品種，對青海省畜牧業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定發(fā)展起到了重要作用。

高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)，是解決草畜矛盾的重要保障。提高草地生產(chǎn)力，增加燕麥在飼草產(chǎn)業(yè)的輸出占比，提高農(nóng)牧民的收入，是目前燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)。前人在燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面做了大量研究，培育優(yōu)質(zhì)的燕麥品種，在一定程度上緩解了燕麥供需矛盾，然而，隨著畜牧業(yè)的快速發(fā)展，已經(jīng)不能滿足當(dāng)前的牧草需求。因此，在此背景下，減少氮肥施用量極其重要。目前我國有關(guān)燕麥育種、栽培管理技術(shù)、生產(chǎn)加工等方面做了部分研究[11]。關(guān)于減量分期施氮的研究多集中在玉米(ZeamaysL.)、小麥(TriticumaestivumL.)、水稻(OryzasativaL.)等糧食植物，燕麥在分期施氮方面報(bào)道較少[12-13]。因此，本研究選取青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院提供的青海甜燕麥為試驗(yàn)材料，通過分析不同施氮量和施氮時(shí)期下青海甜燕麥表型和產(chǎn)量的變化，篩選燕麥氮高效利用的最優(yōu)施氮量和施氮時(shí)期的耦合模式，旨在為高寒地區(qū)燕麥高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地位于青海省湟中縣上新莊鎮(zhèn)，是青海省燕麥主栽區(qū)，地勢平坦，地理坐標(biāo)101°59′ E，36°42′ N，海拔2 630 m，氣候寒冷潮濕，無絕對無霜期，年均溫 4.6℃，年降水量500～650 mm(降雨和降雪)。前茬是蕎麥。

表1 試驗(yàn)地土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分含量Table 1 Basic nutrient content of experimental plot

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)供試材料為‘青海甜燕麥’，于4月24日播種，播種方式為人工條播，條播行距為 25 cm，播量240 kg·hm-2。所用化肥為尿素(N 46%)和過磷酸鈣(含P2O512 %)。試驗(yàn)設(shè)4個(gè)氮素水平(N1:187.5 kg·hm-2，N2:150 kg·hm-2，N3:112.5 kg·hm-2，N4:75 kg·hm-2)和2個(gè)施氮時(shí)期(D1：氮肥全部基施，D2：30%基肥+70%拔節(jié)期)，試驗(yàn)以不施氮肥為對照(N0)。不同處理的施氮量見表2，隨機(jī)區(qū)組排列，重復(fù)3次，共27個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為3 m×5 m。拔節(jié)期追肥，采用溝施方式。

表2 各處理氮肥用量Table 2 Nitrogen application rate of each treatment kg·hm-2

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量構(gòu)成因素測定 在燕麥成熟期，各小區(qū)隨機(jī)選取15株無病蟲害植株在室內(nèi)進(jìn)行考種，測定株高、旗葉高、穗長、莖粗、粒長、粒寬、單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)和千粒重。用直尺測定株高、旗葉高，游標(biāo)卡尺測定莖粗。

1.3.2產(chǎn)量測定 種子產(chǎn)量：成熟期小區(qū)全區(qū)收獲，人工脫粒、晾曬、清雜后稱量。

秸稈產(chǎn)量：成熟期各小區(qū)全區(qū)測產(chǎn)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理，用SPSS 21.0 進(jìn)行雙因素方差分析，結(jié)合Duncan法進(jìn)行多重比較(P<0.05)，相關(guān)性分析和通徑分析同樣在SPSS 21.0軟件中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥運(yùn)籌方式對燕麥生長發(fā)育的影響

從不同施氮量和施氮時(shí)期對燕麥生長發(fā)育影響的方差分析結(jié)果可知，施氮量和施氮時(shí)期對青海甜燕麥株高、旗葉高、穗長和莖粗均達(dá)到顯著影響(P<0.01)，同時(shí)，施氮量與施氮時(shí)期互作效應(yīng)對株高、旗葉高和穗長均達(dá)到顯著影響(P<0.01)且施氮量對燕麥生長發(fā)育的影響較施氮時(shí)期大(表3)。

表3 不同處理對燕麥生長發(fā)育影響的方差分析(F值)Table 3 Analysis of variance of the effects of different treatments on oat growth and development(F value)

隨著施氮量的減少，株高、旗葉高、穗長、莖粗、都呈逐漸降低的趨勢。與對照相比，各個(gè)施氮處理均優(yōu)于對照(表4)。D1、D2條件下，株高、旗葉高、穗長和莖粗均表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4。

表4 不同處理對燕麥生長發(fā)育的影響Table 4 Effects of different treatments on oat growth and development

同一施氮量比較，N1條件下，株高、旗葉高、莖粗和穗長為表現(xiàn)為D2>D1(P<0.05)；N2條件下，莖粗和穗長為D2>D1(P<0.05)，株高、旗葉高為D2>D1；N3條件下，株高、穗長為D2>D1(P<0.05)，旗葉高和莖粗為D2>D1；N4條件下，株高、穗長和為D2>D1(P<0.05)，旗葉高和莖粗為D2>D1。表明氮肥運(yùn)籌顯著影響株高、旗葉高、穗長和莖粗，施氮時(shí)期對燕麥的株高和穗長影響成效顯著，構(gòu)成對燕麥產(chǎn)量的間接正向效應(yīng)。

2.2 不同氮肥運(yùn)籌方式對燕麥種子產(chǎn)量及秸稈產(chǎn)量的影響

從不同施氮量和施氮時(shí)期對燕麥產(chǎn)量影響的方差分析結(jié)果可知(表5)，施氮量和施氮時(shí)期對青海甜燕麥秸稈產(chǎn)量和種子產(chǎn)量均達(dá)到顯著影響(P<0.01)，施氮量與施氮時(shí)期互作效應(yīng)對秸稈產(chǎn)量和種子產(chǎn)量均達(dá)到顯著影響(P<0.01)。施氮時(shí)期對種子產(chǎn)量的影響較大，表明在同等施氮量條件下，施氮時(shí)期尤為重要。

表5 不同處理對燕麥種子產(chǎn)量及秸稈產(chǎn)量影響的方差分析(F值)Table 5 Variance Analysis of the effects of different treatments on oat seed yield and straw yield(F value)

施氮量和施氮時(shí)期對燕麥種子產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量影響較大，隨施氮量減少均呈逐漸下降趨勢，但都顯著高于對照(圖1、圖2)。

圖1 不同處理對種子產(chǎn)量的影響Fig.1 Effect of different treatments on seed yield注：小寫字母表示同一施氮量不同施氮時(shí)期下差異顯著(P<0.05)，大寫字母表示同一施氮時(shí)期不同施氮量下差異顯著(P<0.05)。下同Note:The lowercase letters indicate significant difference between the same nitrogen application rate and different nitrogen application periods at the 0.05 level,and the capital letters indicate significant difference between the same nitrogen application period and different nitrogen application rates at the0.05 level. The same as below

圖2 不同處理對秸稈產(chǎn)量的影響Fig.2 Effect of different treatments on stalk yield

同一施氮時(shí)期下，種子產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量與施氮量呈正比，且不同施氮時(shí)期下均以施氮量N1水平產(chǎn)量最高，施氮量N0水平最低；同一施氮水平下，種子產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量隨施氮時(shí)期不同而不同，均以按比例分期施氮(D2)最高，在N1水平下，按比例分期施氮(D2)較氮肥全部基施(D1)種子產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量高5.32%和6.47%。

表明按比例分期施氮(D2)優(yōu)于氮肥全部基施(D1)，表明施氮時(shí)期對燕麥產(chǎn)量的影響程度大于施氮水平，按比例分期施氮成效顯著。

2.3 不同氮肥運(yùn)籌方式對燕麥種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

不同施氮量和施氮時(shí)期對燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著(表6)。施氮量和施氮時(shí)期對單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)和千粒重均達(dá)到顯著影響(P<0.01),與施氮時(shí)期相比，施氮量對粒寬的影響較大且達(dá)到顯著(P<0.01),施氮量與施氮時(shí)期互作效應(yīng)僅對粒寬和單株穗粒數(shù)影響顯著。

表6 不同處理對燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響的方差分析(F值)Table 6 Analysis of variance of the effects of different treatments on yield components of oat(F value)

不同施氮量和施氮時(shí)期對燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響較大，單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)與施氮量呈正比，千粒重反之。與對照相比，各個(gè)施氮處理均優(yōu)于對照(表7)。在同一施氮時(shí)期下不同施氮量對產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著。

表7 不同處理對燕麥種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 7 Effects of different treatments on yield components of oat seeds

D1條件下，株高、單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4，千粒重為D4>N3>N2>N1，粒長為D4>D1>D2>D3，粒寬為D1>D2>D4>D3。D2件下，單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)表現(xiàn)為N1>N2>N3>N4，千粒重為N4>N3>N2>N1，粒長為N1>N3>N2>N4，粒寬為N1>N3>N4>N2。

同一施氮量比較，N1水平下，單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)表現(xiàn)為D2>D1(P<0.05),千粒重、粒長和粒寬為D2>D1；N2水平下，單株小穗數(shù)和千粒重為D2>D1，單株穗粒數(shù)為D2>D1(P<0.05)，粒長和粒寬為D1>D2(P<0.05)；N3水平下，單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)為D2>D1(P<0.05),千粒重、粒長和粒寬為D2>D1；N4水平下，單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、千粒重、粒長和粒寬均為D2>D1。N1，N2，N3和N4水平下，與D1相比，D2的單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)和千粒重均高于D1。

綜上：施氮時(shí)期和施氮量均顯著影響產(chǎn)量構(gòu)成因素，同一施氮水平下，氮肥按比列分期施用顯著提高了產(chǎn)量構(gòu)成因素。不同施氮量和施氮時(shí)期對燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素影響顯著，通過研究表明N1D2處理為最佳組合。

2.4 不同施氮時(shí)期下施氮量對燕麥種子產(chǎn)量及構(gòu)成因素的相關(guān)性分析

由圖5所示，在D1條件下，施氮量與單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P<0.01)；施氮量與千粒重呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。按相關(guān)關(guān)系大小依次為種子產(chǎn)量>單株穗粒數(shù)>單株小穗數(shù)>粒寬>粒長>千粒重。在各個(gè)指標(biāo)之間，粒長與粒寬、單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、千粒重、種子產(chǎn)量呈正相關(guān)；粒寬與單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；單株小穗數(shù)與單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)；千粒重與粒寬、單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈負(fù)相關(guān)。

圖5 D1條件下施氮量對燕麥種子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Fig.5 Effect of nitrogen application rate on oat seed yield and yield components under D1 condition注：*表示在0.05水平相關(guān)；**表示 0.01水平相關(guān)；***表示在0.001水平相關(guān)。下同Note:* indicates correlation at 0.05 level;** indicates correlation at 0.01 level;***indicates correlation at 0.001 level. The same as below

在D2條件下(圖6)，施氮量與單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P<0.001)；施氮量與粒長呈顯著正相關(guān)(P<0.05)；施氮量與千粒重呈負(fù)相關(guān)。按相關(guān)關(guān)系大小依次為種子產(chǎn)量>單株穗粒數(shù)>單株小穗數(shù)>粒長>粒寬>千粒重。在各個(gè)指標(biāo)之間，粒長與粒寬、單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、千粒重、種子產(chǎn)量呈正相關(guān)；粒寬與單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈正相關(guān)；單株小穗數(shù)與單株穗粒數(shù)、種子產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)(P<0.01);千粒重與粒寬、單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)；千粒重與種子產(chǎn)量呈正相關(guān)。

圖6 D2條件下施氮量對燕麥種子產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Fig.6 Effect of nitrogen application rate on oat seed yield and yield components under D2 condition

綜上，施氮量與單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)相關(guān)性較大(P<0.01)，這間接的影響了施氮量對種子產(chǎn)量的相關(guān)性。

2.5 燕麥種子產(chǎn)量與構(gòu)成因素的多元回歸及通徑分析

通過回歸分析得到種子產(chǎn)量最優(yōu)方程：y= 570.625+20.251SL+24.126SN(R2=0.636)，對于種子產(chǎn)量來說，單株小穗數(shù)對種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)比較大，單株小穗數(shù)每提高1個(gè)單位，種子產(chǎn)量將提高0.66；其次是粒長，粒長每提高1個(gè)單位，其種子產(chǎn)量提高0.58?；谙嚓P(guān)分析和多元回歸的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行通徑分析，如表8所示，粒長和單株小穗數(shù)是影響燕麥種子產(chǎn)量的主要因素，從直接通徑系數(shù)可知，單株小穗數(shù)(0.563)較粒長(0.457)對種子產(chǎn)量直接作用大，粒長通過單株小穗數(shù)對種子產(chǎn)量產(chǎn)生了正向的間接作用(P=0.251)，單株小穗數(shù)通過單株穗粒數(shù)對種子產(chǎn)量產(chǎn)生的間接作用為P=0.309。

表8 D1條件下燕麥種子產(chǎn)量與構(gòu)成因素的通徑分析Table 8 Path analysis of oat seed yield and its components under D1 condition

通過回歸分析得到種子產(chǎn)量最優(yōu)方程：y=2446.773+20.251GS+21.451SN(R2=0.854)，對于種子產(chǎn)量來說，單株穗粒數(shù)對種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)比較大，單株穗粒數(shù)每提高1個(gè)單位，種子產(chǎn)量將提高0.88；其次是單株小穗數(shù)，單株小穗數(shù)每提高1個(gè)單位，其種子產(chǎn)量提高0.82?；谙嚓P(guān)分析和多元回歸的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行通徑分析，如表9所示，單株穗粒數(shù)和單株小穗數(shù)是影響燕麥種子產(chǎn)量的主要因素，從直接通徑系數(shù)可知，單株穗粒數(shù)(0.610)較單株小穗數(shù)(0.383)對種子產(chǎn)量直接作用大，單株穗粒數(shù)通過單株小穗數(shù)對種子產(chǎn)量產(chǎn)生了正向的間接作用(P=0.276)，單株小穗數(shù)通過單株穗粒數(shù)對種子產(chǎn)量產(chǎn)生的間接作用為P=0.439。

表9 D2條件下燕麥種子產(chǎn)量與構(gòu)成因素的通徑分析Table 9 Path analysis of oat seed yield and its components under D2 condition

3 討論

合理的氮肥施用量、運(yùn)籌比例和施肥時(shí)期是燕麥優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)高效的一項(xiàng)重要栽培措施。關(guān)于施氮量對燕麥產(chǎn)量的影響，前人已做了大量的研究報(bào)道。一致認(rèn)為施氮量與燕麥的產(chǎn)量密切相關(guān)，且不同施氮量之間差異顯著[14-15]。氮肥施用時(shí)期對小麥產(chǎn)量有很大的影響，總量不變的情況下，氮肥按比例分期施入優(yōu)于全部基施[16-18]。何杰等[19]研究發(fā)現(xiàn)在施氮量相同的條件下，與單施尿素處理相比，分期施氮可以顯著提高冬小麥生物量。本試驗(yàn)研究燕麥產(chǎn)量亦呈現(xiàn)相同規(guī)律，其氮肥施用量在187.5 kg·hm-2，理論產(chǎn)量最大。氮肥施用時(shí)期對燕麥產(chǎn)量影響較大，在N1水平下，氮肥按比例分期施用，單株小穗數(shù)和單株穗粒數(shù)的協(xié)同提高，獲得較高種子產(chǎn)量和干草產(chǎn)量，與氮肥全部基施相比，種子產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量分別提高了4.17%和0.47%。

增施氮肥可促進(jìn)燕麥營養(yǎng)生長，燕麥株高、莖粗均顯著增加[20-21]。多數(shù)研究發(fā)現(xiàn)，株高隨施氮量增加顯著增加，而當(dāng)施氮量達(dá)到90 kg·hm-2[19]或 140 kg·hm-2[22]時(shí)不再變化。郭金金[23]研究表明在拔節(jié)期追施尿素，能顯著增加玉米株高和莖粗。本研究中，D1、D2條件下施氮量均為187.5 kg·hm-2時(shí)，燕麥株高和莖粗表現(xiàn)最好，與薛竹慧等研究結(jié)果不同。綜上可得，增施氮素不能作為燕麥增產(chǎn)的主要措施。因品種、地區(qū)施氮，才是保證產(chǎn)量、減少環(huán)境負(fù)荷的科學(xué)途徑。

郝代成和張蕾等[24-25]研究表明，適宜的氮肥施用量對小麥單株穗粒數(shù)和千粒重影響顯著。田紀(jì)春[26]研究表明，小麥生長后期追施氮肥能顯著增加單株穗粒數(shù)和千粒重。多數(shù)研究表明，在0～180 kg·hm-2施氮范圍內(nèi)，小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素隨施氮量增加而增加，千粒重相反[27-29]。在本研究中，施氮量與施氮時(shí)期均顯著影響穗長、單株穗粒數(shù)和千粒重。在拔節(jié)期追施尿素，燕麥的株高、旗葉高、穗長和莖粗表現(xiàn)最好。王旭等[30]研究表明小黑麥產(chǎn)量與穗粒重呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。本試驗(yàn)研究結(jié)果與其類似，相關(guān)關(guān)系表明燕麥種子產(chǎn)量與單株穗粒數(shù)、單株小穗數(shù)和穗長呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。通徑分析表明，單株穗粒數(shù)和單株小穗數(shù)是影響種子產(chǎn)量最主要的2個(gè)指標(biāo)且對種子產(chǎn)量產(chǎn)生直接正向效應(yīng)。燕麥籽粒產(chǎn)量受遺傳和環(huán)境因素的影響，各種因素對籽粒產(chǎn)量的影響是綜合效應(yīng)。本研究發(fā)現(xiàn)單株穗粒數(shù)和單株小穗數(shù)對青海甜燕麥種子產(chǎn)量起決定性作用。

4 結(jié)論

在選用優(yōu)質(zhì)燕麥品種的基礎(chǔ)上，適當(dāng)改變傳統(tǒng)施氮模式，保證燕麥充足的氮肥供應(yīng)，可以最大限度發(fā)揮品種的增產(chǎn)潛力。本試驗(yàn)中，施氮量和施氮時(shí)期對燕麥產(chǎn)量及構(gòu)成因素影響顯著，與氮肥全部基施相比，氮肥按比例分期施用能顯著提高單株小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)。187.5 kg·hm-2氮肥按比例分期施用青海甜燕麥的種子產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量最高，運(yùn)籌比例和施肥時(shí)期可供高寒地區(qū)青海甜燕麥種子田參考。