施氮量和施氮頻次對野牛草種子產量和氮肥利用效率的影響

摘要：為探究野牛草（Buchloe dactyloides （Nutt.） Engelm.）種子產量生產的最佳施氮量和施氮頻次，本研究于2023年在河北涿州開展田間試驗，采用隨機區(qū)組設計，以不施肥為對照，以施氮量和施氮次數(shù)為試驗因素，其中施氮量設置6個水平（60，90，120，150，180，210 kg·hm-2），施氮頻次設置1次和2次。結果表明：隨施氮量的增加，株高差值、生殖枝數(shù)、種子產量和氮肥農學利用率（Nitrogen Agronomic Efficiency，NAE）均呈先增后減的趨勢；相同施氮量條件下，分2次施肥比1次施肥顯著提高了（Plt;0.05）種子產量與NAE，其增幅分別為2%～65%和11%～159%。根據(jù)施氮量、施氮頻次與野牛草和NAE的回歸模型分析，將總施氮量為165.50 kg·hm-2分兩次施入時，能夠獲得最佳種子產量。本研究為河北地區(qū)野牛草的高產制種及肥料的高效管理提供參考依據(jù)。

關鍵詞：野牛草；施氮量；施氮頻次；種子產量；氮肥利用效率

中圖分類號：S789.7""" 文獻標識碼：A"""" 文章編號：1007-0435（2024）08-2630-08

Effects of Nitrogen Application Amount and Frequency on Seed Yield and

Nitrogen Use Efficiency of Buffalograss

BAI Yan-yan， WANG Chu， CHEN Fen， LI Cai-ying， LI Chen-yan， LI Mao-na*， SUN Yan*

（College of Grassland Science and Technology， China Agricultural University， Beijing 100193， China）

Abstract：In order to investigate the optimum amount and frequency of nitrogen application for buffalograss （Buchloe dactyloides （Nutt.） Engelm.） seed yield production，in this experiment we conducted a randomised block-group design，with nitrogen application amount and frequency as the experimental factors，the nitrogen application amount had six levels （60，90，120，150，180 and 210 kg·hm-2），and the N application frequencies were set once and twice，and no fertiliser was used as the control. The field experiment was carried out in Zhuozhou，Hebei province，China in 2023. The results showed that the difference of buffalograss plant height，number of reproductive branches，seed yield and nitrogen agronomic efficiency （Nitrogen agronomic efficiency，NAE） increased and then decreased with the increase of nitrogen application. Twice applications significantly increased （P lt;0.05） seed yield and NAE in compared with that of once application. The increases was 2% to 65% and 11% to 159%，respectively. According to the regression model analysis of nitrogen application amount and frequency with buffalograss and NAE，the total nitrogen application amount of 165.50 kg·hm-2 led the highest seed yield by dividing into two applications during two growth stages. This study provided a support for fertilizer management of buffalograss seed production in Hebei province.

Key words：Buffalograss;Nitrogen application amount;Nitrogen application frequency;Seed yield;Nitrogen utilization efficiency

野牛草（Buchloe dactyloides （Nutt.） Engelm.）是禾本科野牛草屬多年生植物。因其突出的抗旱性和廣泛的生態(tài)適應性，已成為我國困難立地生態(tài)修復、節(jié)水綠地建植不可或缺的植物材料［1］。在生態(tài)安全與鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的推動下，我國對生態(tài)修復與草坪用草的種子需求迅猛增加，如2023年野牛草等生態(tài)草種需求量約2.39萬t［2］，但國內野牛草種子產量極低，基本依賴進口且價格高昂［3］，極大地約束著野牛草的推廣與應用?，F(xiàn)階段國內外對野牛草的研究主要集中在種質資源［4］、生理響應［5］和抗逆性［6］等方面。針對種子生產，僅在水分管理［7］、病害［8］等方面有報道，對施肥方面也僅在牧草產量上有研究［9］，而關于施氮量和施氮頻次對種子產量的研究較少。因此，開展施氮肥對野牛草種子產量的研究是促進其種子生產的重要舉措。

氮是植物需求量最大的礦質元素，也是植物生長的關鍵限制因子。增施氮肥可以促進植物的生長發(fā)育，但施用不當則會帶來氮素流失、降低氮肥利用效率，甚至還會引起土壤酸化、水體富營養(yǎng)化等環(huán)境問題［10］。合理的施氮量與施用頻次，是提高植物種子產量與氮肥利用效率的重要手段。研究表明，施氮肥能刺激分蘗和生殖枝的產生，從而顯著提高植物種子產量［11-12］，施氮量過多會影響植物干物質的積累，降低氮素和干物質的轉運效率，抑制干物質向籽粒轉運，最終導致種子產量和氮肥利用效率降低［13-14］。除施氮量外，分次供應氮肥，既增加施氮頻次也可提升作物對氮素的吸收量，進一步提高種子產量和氮肥利用效率，減少氮肥的損失［15-16］。因此，確定氮肥的最佳施用量和施肥次數(shù)、提高氮肥利用效率是實現(xiàn)野牛草種子高效可持續(xù)生產的重要保證。

綜上所述，國內外對野牛草種子生產的影響方面研究較少，尤其是缺乏施氮量和施氮頻次對其種子產量、產量構成因素和氮肥利用效率影響的相關報道。因此，本試驗通過探究不同施氮量和施氮頻次對野牛草株高、種子產量、產量構成因素和氮肥利用效率的影響，找出適宜野牛草生長的最佳施氮量和施肥頻次，為野牛草的種子生產提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2023年4—7月在河北省涿州市中國農業(yè)大學試驗站（39.27′N，115.51′E，海拔高度42 m）開展。試驗地屬于暖溫帶大陸性季風氣候，平均降雨量為563 mm，降雨主要集中于7—8月，其中2023年4—7月的平均氣溫為26.3℃（圖1）。試驗地以砂壤土為主，土壤理化性質如表1所示。

1.2 試驗設計

試驗所用的野牛草品種為‘中坪一號’，于2021年5月進行條播，播種量為50 kg·hm-2，行距為60 cm。播種前施用復合肥，其中N 45 kg·hm-2，P2O519.6 kg·hm-2，K2O 38 kg·hm-2。本試驗采用隨機區(qū)組設計，分別設置施氮量和施氮頻次兩個因素，其中，施氮量設置6個水平，分別為60，90，120，150，180和210 N kg·hm-2（分別記為N1，N2，N3，N4，N5，N6），施氮頻次設置一次施氮（P1）和兩次施氮（P2），并設置不施氮肥（CK）處理，共13個處理，每個處理重復3次，共39個小區(qū)，小區(qū)面積為2 m×2 m=4 m2。供試肥料為尿素（含N量為46%），從2023年4月20日開始，各施肥處理分別在營養(yǎng)生長期（返青期和拔節(jié)期）和生殖生長期（抽穗前期和抽穗后期）按照2：1的比例，分別以1次和2次撒施施入，具體設計如表2所示。從野牛草返青時（2023年4月20日）開始記錄數(shù)據(jù)，期間各處理灌水、病蟲害防治與當?shù)馗弋a水平保持一致，其他農藝管理措施均相同，并于6月29日統(tǒng)一收獲。

1.3 測定指標與計算公式

1.3.1 氣象數(shù)據(jù) 試驗地的降雨量、風向、風速、太陽輻射、溫度、相對濕度、大氣壓強、日照時數(shù)等采用當?shù)氐奶镩g氣象站進行采集。

1.3.2 株高 為了消除植株差異對試驗帶來的不確定性，自返青時起，每個小區(qū)選取5株代表性野牛草植株進行連續(xù)觀察，用直尺從植株根部至頂端垂直測定，單位為厘米（cm）。并計算出株高差值（即6月29日的株高～4月20日的株高），以便于描述施氮處理對株高的影響。

1.3.3 種子產量及產量構成因素 種子成熟后將各個小區(qū)內全部野牛草進行刈割、晾曬、干燥、人工脫粒、清選、稱重，并將種子重量換算為種子產量，單位為kg·hm-2。于盛花期（6月20日）從每個小區(qū)中隨機選取5個單位面積（10 cm×10 cm）測定野牛草的生殖枝數(shù)、雄株數(shù)、小花數(shù)和小穗數(shù)。再隨機選取1000粒種子用萬分位分析天平稱重，并重復3次，單位為（g）。

1.3.4 氮肥利用效率的計算公式 氮肥利用效率采用氮肥農學利用率（Nitrogen Agronomic Efficiency，NAE）來表示，參考左慧等［17］的計算公式：

氮肥農學利用率（NAE，kg·kg-1）=施氮區(qū)種子產量-不施氮區(qū)種子產量總施氮量

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2021對野牛草的株高、種子產量及產量構成因素和氮肥利用效率等相關數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計處理。利用IBM SPSS Statistics 26進行數(shù)據(jù)分析，采用Duncan′s新復極差法（SSR）在Plt;0.05水平上進行多重比較。并利用GraphPad Prism 10繪圖。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量和施氮頻次對野牛草株高的影響

野牛草的株高差值隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢（圖2）。在N4處理下，P1處理的株高差值略高于P2處理，但差異并不顯著，此時株高差值達到最大值，分別為25.43 cm（P1）和24.27 cm（P2）。除N4處理外，其余施氮處理隨施氮量的增加，P2處理的株高差值略高于P1處理，各處理之間無顯著差異。P2 N1處理的株高差值顯著高于P1 N1處理（Plt;0.05），P2 N1處理的株高差值與P2 N4處理相近。

2.2 不同施氮量和施氮次數(shù)對野牛草種子產量及產量構成因素的影響

野牛草的種子產量隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，除P1 N1處理與CK間不顯著外，其余處理均顯著高于CK（表3）。P1處理下，N5處理的種子產量顯著高于N1，N2，N3，N4和N6處理（Plt;0.05），為CK產量的1.96倍。但N2與N3以及N3與N4處理間無顯著性差異。P2處理下，N4處理的種子產量顯著高于N1，N2，N3，N5和N6處理（Plt;0.05），為CK產量的1.48倍，但N3，N5和N6處理間無顯著性差異。在產量構成因素方面，施氮量和施氮頻次對小穗數(shù)和小花數(shù)無顯著影響，千粒重和生殖枝數(shù)隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢。在P1處理下，N4處理的千粒重（15.20 g）比CK提高了2.22%，但千粒重各處理間無顯著差異；N4處理的生殖枝數(shù)顯著高于N1，N2，N3，N5和N6處理（Plt;0.05），為CK的1.17倍，但N2與N3，N5和N6處理間無顯著性差異；N5處理的雄株數(shù)顯著高于N2處理（Plt;0.05），且為CK的1.74倍，但與N1，N3，N4和N6處理的差異并不顯著。而在P2處理下，N3處理的千粒重（14.93 g）與CK相近，各處理間無顯著差異；N6處理的生殖枝數(shù)高于N1，N2和N5處理，為CK的1.32倍，但與N3和N4間無顯著性差異；N6處理的雄株數(shù)顯著高于N1，N2，N3和N4處理（Plt;0.05），且為CK的3.54倍，但與N5處理間差異并不顯著。

相同施氮量下，施氮次數(shù)的增加可以提高野牛草的種子產量，但不同施氮量下的表現(xiàn)有所差異（表3）。在N1，N3，N4和N6處理下，P2處理的種子產量顯著高于P1處理（Plt;0.05），其中N4處理下，P2處理的種子產量比P1處理提高了58.95%。N1，N3處理下千粒重隨施氮頻次的增加而增加，N2，N4，N5和N6處理的千粒重隨施氮頻次的增加而降低，各處理間差異并不顯著。P2處理下，N3和N6處理的生殖枝數(shù)和雄株數(shù)顯著高于P1處理（Plt;0.05）。

由方差分析結果可知（表3），施氮量、施氮頻次及兩者的交互作用對野牛草的種子產量、生殖枝數(shù)和雄株數(shù)有顯著影響（Plt;0.05），而對小穗數(shù)、小花數(shù)和千粒重無顯著影響。其中，施氮頻次對種子產量和雄株數(shù)的影響最大，而施氮量對生殖枝數(shù)的影響最大。

2.3 施氮量和施氮次數(shù)對野牛草氮肥利用率效率的影響

氮肥農學利用率（NAE）是衡量植物對氮肥吸收利用效率的重要指標。NAE隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢（表3）。在P1處理下，N5的NAE達到最大值（6.49），顯著高于N1和N6處理（Plt;0.05），為N1處理的1.65倍，但與N2、N3、N4間無顯著性差異。在P2處理下，N4處理的NAE達到最大值（10.98），顯著高于N1，N2，N5，N6處理（Plt;0.05），為N1處理的1.34倍，但與N3間無顯著性差異。在相同施氮量下，除P1 N2與P2 N2，P1 N5和P2 N5處理間無顯著差異外，其余處理下P1處理的NAE顯著高于P1處理（Plt;0.05）。P2 N4處理下的NAE比P1 N4處理提高了96.07%。由方差分析可知（表3），施氮量、施氮頻次及兩者的交互作用對野牛草的NAE有極顯著影響（Plt;0.01）。其中，施氮頻次對NAE的影響最大。

2.4 施氮量和施氮次數(shù)與野牛草種子產量和氮肥利用效率的回歸模型

通過曲線回歸分析得到種子產量和NAE曲線隨著施氮量的增加呈拋物線形式（圖3）。在一次施氮和兩次施氮后，對野牛草種子產量和施氮量進行擬合，得到其回歸方程分別為：

一次施氮：Y1=-701.80+29.58N1-9.61×10-2N21，R2=0.70，

兩次施氮：Y2=-847.10+35.45N2-10.71×10-2N22，R2=0.76；

其中，Y1表示一次施氮下的種子產量，Y2表示兩次施氮下的種子產量；N1表示一次施氮下達到最高種子產量時所需的施氮量，N2表示兩次施氮下達到最高種子產量時所需的施氮量。R2表示所對應方程的決定系數(shù)，下同。

經過F檢驗得到：一次施氮的F值為34.58，兩次施氮的F值為17.97，均大于F0.01，可知野牛草的實際種子產量與回歸方程預測值的相關性達到極顯著水平，說明模型與實際擬合度較好。在一次施氮和兩次施氮條件下，經過回歸模擬得到的最優(yōu)施氮量分別為153.85 kg·hm-2和165.50 kg·hm-2，最優(yōu)種子產量分別為1573.70 kg·hm-2和2 086.38 kg·hm-2。因此，從增產的角度，兩次施氮比一次施氮更能提高野牛草的種子產量。

在一次施氮和兩次施氮后，對野牛草的NAE和施氮量進行擬合，得到其回歸方程分別為：

一次施氮：Y3=-6.47+0.19N3-6.98×10-4N23，R2=0.70，

兩次施氮：Y4=-4.37+0.21N4-7.53×10-4N24，R2=0.49；

其中，Y3表示一次施氮下的氮肥農學利用率（NAE），Y4表示兩次施氮下的氮肥農學利用率；N3表示一次施氮下達到最高NAE時所需的施氮量，N2表示兩次施氮下達到最高NAE時所需的施氮量。

經過F檢驗得到：一次施氮的F值為39.84，兩次施氮的F值為10.82，均大于F0.01，可知野牛草的實際NAE與回歸方程預測值的相關性達到極顯著水平，說明模型與實際擬合度較好。在一次施氮和兩次施氮條件下，經過回歸模擬得到的最優(yōu)施氮量分別為135.64 kg·hm-2和137.07 kg·hm-2，最優(yōu)NAE分別為6.45 kg·kg-1和9.66 kg·kg-1。因此，兩次施氮比一次施氮更能提高野牛草的NAE。

綜上所述，兩次施氮對野牛草種子產量和NAE的提升效果優(yōu)于一次施氮。

3 討論

3.1 施氮量和施氮頻次對野牛草種子產量及產量構成因素的影響

適宜的施氮量能顯著提高野牛草種子產量。有研究發(fā)現(xiàn)，垂穗披堿草（Elymus nutans Griseb.）［18］、黑麥草（Lolium multiflorum）［19］等多個草種的種子產量隨施氮量的增加呈先升高后降低的趨勢，本試驗結果也出現(xiàn)相同趨勢。本研究中，在150～180 kg·hm-2時野牛草獲得較高的種子產量，但隨施氮量的進一步增加，產量反而降低，可能是由于營養(yǎng)枝對供應同化物的大量競爭所導致［20］。此外，當施氮量相同時，野牛草的種子產量隨施氮頻次的增加而增加，且不同施氮量間的種子產量差異顯著。說明少量多次施氮能夠及時補充野牛草營養(yǎng)生長期對氮素營養(yǎng)的需求，使生殖生長期的氮素能夠向生殖器官轉運，從而提高種子產量。對于種子產量構成因素方面，野牛草的生殖枝數(shù)和千粒重隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，這與陳志宏等［21］在高羊茅（Festuca arundinacea）上的研究結果一致，說明適宜的施氮量能夠有效增加野牛草的生殖枝數(shù)進而提高種子產量。對于禾本科作物而言，無芒雀麥（Bromus inermis Leyss）［22］、沙蘆草（Agropyron mongolicum）［23］等多個草種種子產量與生殖枝數(shù)的相關性較高，而通過施氮肥增加單位面積上的生殖枝數(shù)也是增產的一種有效手段［24］。有研究發(fā)現(xiàn)，適宜的施氮量和施氮時間可以顯著增加千粒重［25］，而本研究中，與一次施氮后相比，兩次施氮后的千粒重并未隨施氮量的增加而增加，可能是由于施氮時間影響了養(yǎng)分向生殖器官的轉運。同一施氮量下［26］，分次施氮后新麥草的生殖枝數(shù)、每生殖枝上的小穗數(shù)、每小穗上的小花數(shù)和種子數(shù)均高于一次施氮。而本研究中，兩次施氮后對野牛草的小穗數(shù)和小花數(shù)并無顯著影響，而兩次施氮后的生殖枝數(shù)和高于一次施氮有影響，但差異并不顯著，原因可能是施氮頻次不夠多，未能及時補充野牛草生長后期的養(yǎng)分需求。此外，本研究發(fā)現(xiàn)，施氮量與施氮頻次的交互作用對種子產量和生殖枝數(shù)也有極顯著影響，其中施氮量為150 kg·hm-2、施氮頻次為兩次時，野牛草的種子產量達到最大。

3.2 施氮量和施氮次數(shù)對野牛草氮肥利用效率的影響

氮肥農學利用效率（NAE）是評價氮肥增產效應的參考指標之一［27］。當施氮過量會造成植株體內氮素的轉運速率下降，使氮素流失進而導致NAE降低［12］。本研究結果顯示，野牛草的NAE隨施氮量的增加呈先增后減的趨勢，這與在水稻（Oryza sativa L.）和玉米（Zea mays L.）上的研究結果一致［28-29］，這是因為氮肥施入后使野牛草處于營養(yǎng)生長階段的時間較長，大量的氮素和養(yǎng)分未能及時向生殖生長期轉運，最終導致種子產量的增量遠不及氮肥的投入量。施氮量和施氮頻次的交互作用對NAE也有極顯著影響。施氮量和施氮頻次增加時，可以提高NAE，這是因為較高濃度氮肥分次施用后，能及時提供野牛草需求期的養(yǎng)分，使盈余的養(yǎng)分能夠及時供應到籽粒和生殖器官中，減少了氮素的損失。

在同一施氮量下，兩次施氮后的NAE顯著高于一次施氮，且種子產量與氮素利用效率成正比。江生泉等研究發(fā)現(xiàn)［26］，分次施氮后新麥草（Psathyrostachys juncea）的氮素表觀回收效率比返青期一次施氮顯著提高了29.46%，比抽穗初期一次施氮顯著提高了35.46%。綜合分析施氮量、施氮頻次與野牛草種子產量和NAE的回歸模型可知，分兩次施氮時，施氮量為137.07 kg·hm-2時NAE最佳，而施氮量為165.50 kg·hm-2時種子產量最佳。由于野牛草種子在生產中較為稀缺，本研究優(yōu)先考慮以增產為主要目的，而提高氮肥利用效率次之。因此提高野牛草種子產量的最佳施氮量為165.50 kg·hm-2。

4 結論

河北地區(qū)野牛草的株高、種子產量和NAE隨著施氮量的增加均呈先增后減的趨勢。同一施氮量下，兩次施氮后的種子產量和NAE顯著優(yōu)于一次施氮。分兩次施氮150 kg·hm-2后種子產量最高，達到2310.00 kg·hm-2。從增產的角度建議兩次施氮，其最優(yōu)施氮量為165.50 kg·hm-2，該結論為今后野牛草種子生產過程中的施氮制度提供參考。

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（責任編輯 劉婷婷）