施氮量與行距對賴草種子產(chǎn)量及質(zhì)量的影響

關(guān)鍵詞：賴草;施氮量;行距;種子產(chǎn)量;種子質(zhì)量;綜合評價

賴草（Leymussecalinus）是禾本科（Poaceae）小麥族（Triticeae）賴草屬（Leymus Hochst.）的多年生禾草，分布范圍廣[1]，適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)，具有耐寒、耐旱、耐鹽堿和抗病蟲害等能力[2-4]，是防風(fēng)固沙、涵養(yǎng)水源以及防止水土流失、改良鹽堿地、生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的重要資源[5]。賴草營養(yǎng)價值較高[6]，幼嫩時山羊、綿羊喜食，牛終年喜食，可作為家畜的抓膘牧草[7]，秋冬季枯草期可制成干草;賴草屬植物也是牧草和麥類作物育種的重要基因資源[8]，在草業(yè)、畜牧業(yè)、植物遺傳育種中受到極大的關(guān)注，在我國北方鹽堿、干旱地區(qū)，賴草具有廣闊的應(yīng)用前景，對畜牧業(yè)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)具有重要意義。賴草無性繁殖能力強(qiáng)，有性繁殖能力較弱，其存在的抽穗率、結(jié)實率、發(fā)芽率低[6]的問題極大的限制了賴草的大田種植。許多學(xué)者對于賴草發(fā)芽率低的問題做了研究，從明確賴草萌發(fā)機(jī)制，改善萌發(fā)環(huán)境[9，10]、施加外源激素等[11-13]方面，提高了賴草發(fā)芽率低的問題;但對于結(jié)實率和抽穗率低的研究還存在欠缺，研究影響賴草產(chǎn)量的因素，提高種子產(chǎn)量是生產(chǎn)上亟待解決的難題。

影響種子產(chǎn)量的因素很多，除遺傳因素[14]外，還受到環(huán)境和栽培技術(shù)的影響，如播期[15]、播種方式[16]、種植密度[17]、水肥措施[18]、收獲方式[19]等。行距是植物栽培必須考慮的因素之一，種植行距過小影響牧草群體結(jié)構(gòu)、光合效能以及干物質(zhì)轉(zhuǎn)運積累[20]，過寬的行距會造成雜草的生長，限制牧草對土壤養(yǎng)分的吸收與利用[21]，合理的行距利于植物進(jìn)行光合作用，同時利于養(yǎng)分和水分吸收[22]，提高作物干物質(zhì)量與種子產(chǎn)量。劉奕彤[23]對冰草（Agropyroncristatum）的研究表明，適當(dāng)行距能顯著提高種子產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì);孟祥君等[24]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同行距顯著影響飼用黑麥（Secalecereale）的種子產(chǎn)量和有效分蘗數(shù)。增施氮肥也是提高牧草種子產(chǎn)量的主要途徑之一，江生泉等[25]研究表明，多花黑麥草（Loliummultiflorum ）種子產(chǎn)量與出苗期、分蘗期和抽穗期施氮量呈極顯著正相關(guān)，其中與分蘗期施氮量相關(guān)性最大。合理的施氮量在保證植株正常生長的同時還可以促進(jìn)植株的生長發(fā)育、延緩器官衰老、提高植株光合能力，但過度施氮則會引起燒苗、抑制植株生長等問題[26，27]，不同的牧草對于氮肥量的需求不同，合理的利用氮肥，使得飼草產(chǎn)量與種子產(chǎn)量達(dá)到最大至關(guān)重要。

賴草作為北方農(nóng)牧交錯帶半干旱草地的主要優(yōu)勢種[28]，是生態(tài)修復(fù)重要牧草，蘊藏著巨大的生態(tài)與生產(chǎn)潛力，試驗通過設(shè)置不同施氮量與行距，探究影響賴草種子產(chǎn)量與質(zhì)量的關(guān)鍵因素，尋求獲得較高種子產(chǎn)量時最佳的施肥量與行距種植措施，為高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)賴草種子的生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院校內(nèi)試驗基地進(jìn)行，試驗地位于山西省中部（37°25'N，112°23'E），海拔799m，屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為6℃，極端高溫為37℃，極端低溫為-20℃，年均降水量在450～490mm 之間，0-20cm 耕層土壤基本養(yǎng)分為：有機(jī)質(zhì)14.56g·kg-1，硝態(tài)氮10.04g·kg-1，銨態(tài)氮8.23g·kg-1，速效磷15.03g·kg-1，速效鉀135.27g·kg-1。

1.2 供試材料與試驗設(shè)計

1.2.1 供試材料 供試材料為2022年國家審定賴草品種‘晉北’賴草，賴草種子采自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)‘晉北’賴草保種圃。

1.2.2 試驗設(shè)計 試驗采用裂區(qū)設(shè)計，主區(qū)氮肥添加量（N00kg·hm-2，N160kg·hm-2，N2120kg·hm-2，N3180kg·hm-2），副區(qū)為行距（R130cm，R240cm，R350cm，R460cm）每處理4個重復(fù)，小區(qū)面積為3m×5m。2019年5月1日進(jìn)行播種，之后進(jìn)行定期除草、澆水等田間管理。苗齊后進(jìn)行定株，次年于拔節(jié)期2020年5月1日采用葉面噴施的方法進(jìn)行施肥，氮肥為尿素（N≥46%），對照噴施等量蒸餾水，濃度高的氮肥分批噴施。

1.3 主要指標(biāo)及測定方法

1.3.1 賴草種子產(chǎn)量測定 單位面積生殖枝數(shù)：成熟期在各小區(qū)隨機(jī)取3個1m2 的樣方進(jìn)行測量，統(tǒng)計所選樣方內(nèi)的生殖枝數(shù)、每生殖枝小穗數(shù)、每生殖枝小花數(shù)、種子數(shù)、千粒重，然后計算結(jié)實率、表現(xiàn)種子產(chǎn)量和潛在種子產(chǎn)量。計算方法如下：

1.3.2 賴草種子質(zhì)量測定 種子質(zhì)量可通過發(fā)芽能力來體現(xiàn)，本研究將不同施氮量及行距處理下收獲的賴草種子用5%的次氯酸鈉消毒10min后用蒸餾水沖洗干凈，選取各處理種子25粒，均勻擺放在潤濕后的雙層濾紙的培養(yǎng)皿中，每個處理3個重復(fù)，在25℃恒溫人工氣候培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。以胚根突破種皮作為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，并每天觀察統(tǒng)計發(fā)芽種子個數(shù)，于第7d計算種子發(fā)芽勢，第20d統(tǒng)計發(fā)芽率，用游標(biāo)卡尺（精度0.01cm）測量胚根長、胚芽長，計算發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)。

發(fā)芽勢（%）=第7天發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽率（%）=發(fā)芽結(jié)束時正常發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%;發(fā)芽指數(shù)（Germinationindex，GI）=ΣGt/Dt，式中Gt 為逐日發(fā)芽數(shù)，Dt為相應(yīng)的發(fā)芽天數(shù);活力指數(shù)（Vitalityindex，VI）=GI×M，式中，M 為平均胚芽長。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用MicrosoftExcel2021軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤;SPSS27對數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性檢驗（Duncan法）、雙因素方差分析、灰色關(guān)聯(lián)度分析、多元回歸及通徑分析;使用Origin2021作圖。根據(jù)鄧聚龍灰色關(guān)聯(lián)[29]系統(tǒng)理論進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析和評價，將賴草種子產(chǎn)量、質(zhì)量等10個主要性狀組合在一起，通過各個比較數(shù)列（Xi）與最優(yōu)數(shù)列（X0）的相似程度來判斷關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度。計算公式如下所示。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮量和行距對賴草種子產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

生殖枝數(shù)在相同施氮量、不同行距之間的變化趨勢一致，均隨行距的增加而增加（圖1A），在相同行距，不同施氮水平上，生殖枝變化不明顯，只在R2、R3行距處理下，隨著施氮量的增加，生殖枝數(shù)增加。從圖中可看出行距對生殖枝數(shù)的影響要比施氮的影響大，只有行距適中，施氮水平才會發(fā)揮作用，在N3R4處理下單位面積生殖枝數(shù)達(dá)到最大，為每平方143枝，在N2R1處理下單位面積生殖枝數(shù)最小，為67枝。每生殖枝小穗數(shù)在N2R4處理下達(dá)到最大為28.25，在N0R1處理下最低為18（圖1B）。小花數(shù)/小穗在N0R4處理下最小為6.31，最大處理為N2R1，達(dá)到9.33（圖1C）。在N0R1處理下種子數(shù)/小穗達(dá)到最大為4.4903，在N2R3處理下最小為2.7325（圖1D）。千粒重在N0，N1，N3施肥量處理下，隨行距的增加變化趨勢不顯著，在N2處理下，隨行距的增加而增加，而在相同行距處理下，隨著施氮量的增加呈先增加后不變的趨勢，在N2R4處理下達(dá)到最大值為2.7478g，在N1R2處理下最低為1.9695g（圖1E）。結(jié)實率最低處理為N2R3，為36.54%，最高處理為N3R4，達(dá)76.01%（圖1F）。

如表1所示，氮肥對賴草的小花數(shù)/小穗、千粒重、結(jié)實率有極顯著影響（Plt;0.01），對生殖枝有顯著影響（Plt;0.05），對小穗數(shù)/生殖枝、種子數(shù)/小穗的影響不顯著;行距對賴草的生殖枝數(shù)、種子數(shù)/小穗有極顯著影響（Plt;0.01），對千粒重、結(jié)實率有顯著影響（Plt;0.05），對小穗數(shù)/生殖枝、小花數(shù)/小穗影響不顯著;施氮量和行距對賴草的小花數(shù)/小穗、種子數(shù)/生殖枝、種子數(shù)/小穗、結(jié)實率均有極顯著交互作用（Plt;0.01），對小穗數(shù)/生殖枝有顯著交互作用（Plt;0.05），對生殖枝、千粒重的交互作用不顯著。

2.2 施氮量和行距對賴草種子產(chǎn)量的影響

施氮量和行距對賴草表現(xiàn)、潛在種子產(chǎn)量均有影響。隨著行距與施氮量的增加，表現(xiàn)種子產(chǎn)量與潛在種子產(chǎn)量均呈增加的趨勢，在N2R4處理下表現(xiàn)種子產(chǎn)量達(dá)到最大為706.4kg·hm-2，在N1R1處理下的表現(xiàn)種子產(chǎn)量最低為185.6kg·hm-2（圖2A）;在N2R4處理下潛在種子產(chǎn)量達(dá)到最大為1073.02kg·hm-2，潛在種子產(chǎn)量最低為N0R1處理，僅有258.77kg·hm-2（圖2B）。其中N2R4和N3R4的種子產(chǎn)量和潛在種子產(chǎn)量差異均不顯著。

由表1可知，施氮量和行距分別對表現(xiàn)種子產(chǎn)量和潛在種子產(chǎn)量均有極顯著影響（Plt;0.01）;施氮量和行距對賴草的表現(xiàn)種子產(chǎn)量和潛在種子產(chǎn)量有極顯著交互作用（Plt;0.01）。

2.3 施氮量和行距對賴草種子質(zhì)量的影響

行距和施氮量對賴草種子發(fā)芽能力有顯著影響，其中N1R4和N2R4處理下的發(fā)芽勢最高達(dá)到14%，N1R2和N2R1發(fā)芽勢最低為5%;N2R3和N3R4處理下的發(fā)芽率最高為45%，N1R1的發(fā)芽率最低為25%;相同行距，N0、N2處理下發(fā)芽指數(shù)差異并不顯著，N1、N3處理下的發(fā)芽指數(shù)隨行距的增加呈增加的趨勢，相同施氮量不同行距處理的發(fā)芽指數(shù)不同，其中N1R1處理下最低為0.61，N3R3處理下的發(fā)芽指數(shù)最高為1.13;活力指數(shù)隨行距與施氮量的增加而增大，N2R4 處理最高為5.98，N1R1的活力指數(shù)最低1.81（圖3）。

通過對賴草種子質(zhì)量指標(biāo)測定結(jié)果可知（表2），施氮量對賴草發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)均有極顯著影響（Plt;0.01），對發(fā)芽勢影響不顯著;行距對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均有極顯著影響（Plt;0.01）;行距和施氮量對賴草活力指數(shù)有顯著交互作用（Plt;0.05），對發(fā)芽勢、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)影響均不顯著。

2.4 賴草種子產(chǎn)量與構(gòu)成因素綜合分析

2.4.1 賴草種子產(chǎn)量及質(zhì)量灰色關(guān)聯(lián)綜合分析關(guān)聯(lián)系數(shù)可以較好的反映各指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)程度，關(guān)聯(lián)度的大小反映了各因子重要性的差異，關(guān)聯(lián)度越大，表明該因素與種子產(chǎn)量關(guān)系越密切。利用公式（1）計算得出關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi（表3），根據(jù)權(quán)重公式計算各指標(biāo)對應(yīng)的權(quán)值，賦予各性狀不同權(quán)重。根據(jù)公式（3）計算得到關(guān)聯(lián)系數(shù)賴草種子產(chǎn)量與質(zhì)量評價系統(tǒng)中各因素所占權(quán)重大小依次為：X5 gt;X2 gt;X8gt;X3gt;X9gt;X1gt;X6gt;X4gt;X7gt;X10，賴草種子產(chǎn)量與質(zhì)量評價體系中構(gòu)成因素權(quán)重最高的是千粒重，為0.118，其次為小穗數(shù)/生殖枝，為0.113，最低的為活力指數(shù)，權(quán)重為0.077。

將關(guān)聯(lián)系數(shù)ξi帶入公式（2），計算出各性狀指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度（表3）。在種子產(chǎn)量質(zhì)量的客觀性評價中，加權(quán)關(guān)聯(lián)度評價和等權(quán)關(guān)聯(lián)度均能合理的反映各處理每項性狀指標(biāo)與最優(yōu)性狀指標(biāo)的差異，通過加權(quán)關(guān)聯(lián)度公式（4）得出16個不同處理的加權(quán)關(guān)聯(lián)度值（表4）。

N3R4處理的加權(quán)關(guān)聯(lián)度和等權(quán)關(guān)聯(lián)度系數(shù)均最高，均為0.933，其次是N2R4 處理，為0.930，N1R1處理綜合表現(xiàn)最低。因此，180kg·hm-2的施氮量與60cm 的種植行距時，可以獲得最優(yōu)的種子產(chǎn)量及質(zhì)量，其次為120kg·hm-2 的施氮量與60cm 的種植行距。

2.4.2 賴草種子產(chǎn)量與構(gòu)成因素多元逐步回歸及通徑分析 賴草實際種子產(chǎn)量（Y）與構(gòu)成因素進(jìn)行多元逐步回歸分析，得到賴草實際種子產(chǎn)量和構(gòu)成因素的最優(yōu)方程：Y =-1133.856+3.48X1+71.009X4 +15.348X2 +143.819X5 （F =282.383，R2=0.950），結(jié)果表明，其他條件不變，賴草的單位面積生殖枝數(shù)（X1）、種子數(shù)/小穗（X4）小穗數(shù)/生殖枝（X2）和千粒重（X5）每增加一個單位時，種子產(chǎn)量就分別增加3.48，71.009，15.348和143.819個單位。

對種子產(chǎn)量與構(gòu)成因素進(jìn)行通徑分析（表5），各種子產(chǎn)量構(gòu)成因素對賴草種子產(chǎn)量直接作用大小依次為：種子數(shù)/小穗（X4）gt; 單位面積生殖枝數(shù)（X1）gt;小穗數(shù)/生殖枝（X2）gt;千粒重（X5）;因此，種子數(shù)/小穗對賴草種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，其次是單位面積生殖枝數(shù)、小穗數(shù)和千粒重，在實際生產(chǎn)實踐中，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)采取措施增加每小穗種子數(shù)，從而提高賴草種子產(chǎn)量。

3 討論

合理的行距配置和適宜的施氮量是提高種子產(chǎn)量的重要栽培措施[17，18]。種植行距過小時，植株群體質(zhì)量較差，影響干物質(zhì)積累。土壤氮素的缺乏也會使植物的生長受到限制，植株呈現(xiàn)出矮小、花少、葉小的生長狀態(tài)。因此，添加施氮量與擴(kuò)大行距可以有效改善賴草的單位面積生殖枝數(shù)、小穗數(shù)/生殖枝、小花數(shù)/小穗，從而增加種子產(chǎn)量。如垂穗披堿草（Elymusnutans）在120kg·hm-2施氮量下，單位面積生殖枝數(shù)、小花數(shù)/小穗、可育小花數(shù)/小穗和千粒重顯著提高，從而提高種子產(chǎn)量[30];60cm行距有利于‘川草2號’老芒麥（ElymussibiricusL.‘chuancaoNO.2’）分蘗生長、充分利用太陽光能，提高種子產(chǎn)量[31]。

不同植物對施加施氮量與種植行距的適宜范圍存在區(qū)別，羊草（Leymuschinensis）在科爾沁沙地最佳施氮量為200kg·hm-2[32];田間種植無芒雀麥（Bromusinermis）施氮量為180kg·hm-2時可以獲得最大的種子產(chǎn)量[33];多花黑麥草（Lolium multiflorum‘caramba’）在種植行距為30cm 處理下種子產(chǎn)量達(dá)到最大[34]，Vladeta等[35]通過對三種不同紅豆草（Onobrychisviciifolia）以30，50和80cm不同行距處理，發(fā)現(xiàn)均在高行距有較高的種子產(chǎn)量;Mustafa等[36]通過不同的施氮量與行距配置種植高羊茅（Festucaarundinacea），認(rèn)為在300kg·hm-2和20cm 可以獲得較高的種子產(chǎn)量。本研究發(fā)現(xiàn)，在施氮量施用量為180kg·hm-2、行距為60cm 處理時達(dá)到最大種子產(chǎn)量，賴草作為根莖型牧草，無性繁殖能力強(qiáng)，寬行距使賴草有更大的空間進(jìn)行無性繁殖，獲得更多的生殖枝，從而獲得更多的種子產(chǎn)量;不同的禾草種類、試驗區(qū)土壤差異等造成不同植物對適宜施氮量與行距的響應(yīng)不同。行距設(shè)置較小時，施氮量增加對種子產(chǎn)量的變化影響較小，隨行距的增加，施氮量對種子產(chǎn)量變化影響顯著，因此，認(rèn)為在行距達(dá)到一定程度時，施氮量的添加對賴草種子產(chǎn)量才能發(fā)揮作用;過量施用氮肥，對植物的增產(chǎn)作用逐漸減弱，120kg·hm-2 施氮量處理與180kg·hm-2施氮量處理獲得的最大種子產(chǎn)量無顯著差異，這是因為施氮量對增加植物生產(chǎn)力存在一個閾值，過量的氮素沉降反而會抑制植物個體的生長[37]，造成產(chǎn)量的不增或降低的現(xiàn)象，因此，120kg·hm-2為賴草田間適宜的施氮量。

種子發(fā)芽能力是衡量種子質(zhì)量的重要指標(biāo)[38]，施氮量和行距對種子質(zhì)量也有影響，喬安海等[30]研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)施氮對垂穗披堿草種子質(zhì)量有一定程度的改善，能提高早期成熟種子的發(fā)芽率、芽長和芽重以及酸性磷酸脂酶的活性;施氮量可以顯著地提高高羊茅種子標(biāo)準(zhǔn)發(fā)芽率、老化發(fā)芽率和脫氫酶、酸性磷酸酯酶的活性，從而提高了種子活力[39];王琴等[38]通過設(shè)置不同行距與播量探究無芒雀麥種子產(chǎn)量增加的種植方式，表明行距對無芒雀麥潛在種子產(chǎn)量和發(fā)芽勢有極顯著影響（Plt;0.01），對發(fā)芽率有顯著影響（Plt;0.05）。本研究發(fā)現(xiàn)，賴草種子的發(fā)芽能力隨施氮量的施加與行距的擴(kuò)大有顯著的提高，與前人的研究結(jié)果相似[30，38-39]。

多元回歸和通徑分析可以建立產(chǎn)量與各因素與種子間的關(guān)系模型，分析影響產(chǎn)量的主要因素以及各性狀對產(chǎn)量的直接與間接作用。如小穗數(shù)、小花數(shù)、種子數(shù)、穗長、千粒重和生殖枝數(shù)對沙蘆草（Agropyronmongolicum）種子產(chǎn)量有直接作用及間接作用[40];多年生黑麥草（Loliumperenne）每花序小穗數(shù)和每小穗小花數(shù)對總種子產(chǎn)量有顯著的直接影響[41];羊草種子產(chǎn)量與穗粒數(shù)、千粒重、小穗數(shù)呈極顯著（Plt;0.01）正相關(guān)關(guān)系[42];不同植物種子產(chǎn)量密切相關(guān)的因素存在差異，本研究通過對產(chǎn)量及產(chǎn)量相關(guān)因素的多元回歸和通徑分析發(fā)現(xiàn)，與賴草種子產(chǎn)量密切相關(guān)的因素為生殖枝數(shù)、小穗數(shù)/生殖枝、種子數(shù)/小穗和千粒重，這與同為賴草屬的羊草較為相似。

4 結(jié)論

與賴草種子產(chǎn)量相關(guān)的主要因素是生殖枝數(shù)、千粒重、種子數(shù)/小穗、小穗數(shù)/生殖枝，其中種子數(shù)/小穗對賴草種子產(chǎn)量的貢獻(xiàn)最大，可采用適當(dāng)措施以增加該因素從而提高種子產(chǎn)量;經(jīng)灰色關(guān)聯(lián)分析可知，180kg·hm-2施氮量和60cm 種植行距可獲得最優(yōu)的種子產(chǎn)量與種子質(zhì)量，其次為120kg·hm-2施氮量和60cm 種植行距，而在120kg·hm-2施氮量和60cm種植行距時潛在種子產(chǎn)量達(dá)到最大，且120kg·hm-2施氮量處理與180kg·hm-2施氮量處理下的表現(xiàn)種子產(chǎn)量無顯著差異。因此，從經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益出發(fā)，可選擇120kg·hm-2施氮量與60cm的種植行距。