灌溉定額對夏播裸燕麥產量和品質的影響

吳娜，卜洪震，曾昭海，任長忠，胡躍高＊

（1.中國農業大學農學與生物技術學院，北京100193；2.白城市農業科學院，吉林 白城137000）

在中國，農業是用水大戶，2004年農業用水占全國用水總量的64.6%；但是，我國農業用水效率并不高，農業仍然習慣于大水漫灌。全國農業灌溉水的利用系數平均約為0.43，先進國家為0.7～0.8［1］。灌溉技術落后已經成為制約我國國民經濟發展的主要瓶頸。在水資源日趨緊張的情況下，實行節水灌溉，向節水要效益，勢在必行，而滴灌是迄今最先進、最省水的節水灌溉技術之一［2，3］。近幾年，被廣泛應用于玉米（Zeamays）、番茄（Lycopersiconesculentum）等作物生產［4－6］。實踐證明滴灌具有省水增產、節能、節省勞力、對地形適應性強、少占地、保護生態環境等優點［7］。

燕麥（Avenasativa）是重要的糧食和飼料作物，全世界燕麥產量次于小麥（Triticumaestivum）、玉米、水稻（Oryzasativa）、大麥（Hordeumvulgare）、高粱（Sorghumbicolor），位居第6。裸燕麥蛋白質含量高，氨基酸結構均衡，必需氨基酸含量較多，且含有豐富的膳食纖維。人們日益重視健康，裸燕麥因其較高的保健功能而逐漸受到青睞，但是有關裸燕麥栽培技術的研究十分薄弱，加強裸燕麥栽培技術研究，對于促進燕麥產業發展具有重要的指導意義［8－10］。燕麥生長期需水量較大，水分供應狀況對燕麥生長發育、產量和品質形成具有重要影響。燕麥在不同生育階段對水分的要求是不同的。據研究［11］，燕麥苗期的耗水量占全生育期的9%，分蘗期至抽穗期耗水量70%，灌漿期至成熟期占20%；燕麥從拔節開始，需水量迅速增加，拔節－抽穗期是燕麥需水的關鍵期，抽穗前12～15 d是燕麥需水“臨界期”，此時干旱將會導致大幅度減產。我國燕麥90%主要種植在降水量200～400 mm的干旱半干旱地區，與燕麥對水分的要求極不適應［12］。目前，燕麥的研究主要集中在遺傳育種［13，14］、抗病性［15］及燕麥草加工品質等方面［16，17］，不同水分條件下夏播裸燕麥產量和品質變化的研究甚少。吉林白城地處干旱半干旱農牧交錯帶，降水偏少且分布不均，土壤水分虧缺已成為影響農業生產和生態環境的主導因子。如何進行節水灌溉、提高水分利用效率是該區農業生產中的主要問題。本研究旨在探討干旱半干旱農牧交錯帶灌溉定額及其分配對裸燕麥產量和品質的影響，為當地氣候條件下裸燕麥優質高產高效栽培提供科學的依據和技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗于2008－2009年在吉林省白城市農業科學院進行，試驗區位于吉林省西北部、嫩江平原西部、科爾沁草原東部（44°13′～46°18′N，121°38′～124°22′E），屬溫帶大陸性季風氣候，年均日照時數2 919.4 h，年均氣溫4.9℃，無霜期157 d，年均降水量407.9 mm，分布不均，秋冬和春季降水較少。本試驗中播前耕層土壤含有機質12.4 g／kg、全氮0.859 g／kg、堿解氮66.6 mg／kg、有效磷14.2 mg／kg、有效鉀71.8 mg／kg，土壤p H 為6.86。前茬作物為燕麥。

1.2 試驗設計

試驗設5個滴灌處理（W1、W2、W3、W4、W5），傳統灌溉作對照（CK），夏播裸燕麥各處理全生育期灌溉定額及其分配見表1。試驗采用隨機區組設計，重復3次，小區面積40 m2（10 m×4 m），行距30 cm。小區之間深埋塑料膜進行隔離。傳統灌溉（對照）采用畦灌，用水表控制灌水量；滴灌處理在行間布置滴灌管，滴頭間距0.2 m，滴頭距植株0.15 m，滴頭流量2 L／h，滴灌時按各處理灌溉定額不同，分別計算滴灌延續時間，用閘閥精確計時控制灌水量。播前一次性施入復合肥300 kg／hm2（純氮、P2O5和K2O的比例為12∶20∶13），除灌溉外，其他管理同大田生產。2008年7月18日播種，10月1日收獲，2009年7月15日播種，9月24日收獲，收獲時留茬5 cm，每小區實收2 m2測定籽粒產量，成熟后室內考察小穗數、穗粒數和千粒重。供試品種白燕8號，由吉林省白城市農業科學院提供。

表1 夏播裸燕麥各處理灌溉定額及其分配Table 1 Irrigation quota and distribution of summer－sown naked oat mm

1.3 品質指標測定

采用半微量凱氏定氮法測定粗蛋白含量，轉換系數為6.25；采用索氏提取法［17］測定粗脂肪含量；采用酶法測定β－葡聚糖含量［18］；利用原子吸收分光光度計（日本島津AA－6300）測定籽粒礦質元素含量［19］；采用凡式洗滌法［20］測定植株中性洗滌纖維（NDF）和酸性洗滌纖維（ADF）含量。

1.4 計算公式與數據分析

可消化干物質（digestibility dry matter，DDM）、潛在干物質采食量（dry matter intake，DMI）和相對飼用價值（relative feed value，RFV）的計算公式分別為：

采用SAS 8.2［21］軟件進行方差分析，其他分析在Microsoft Excel中完成。

表2 灌溉定額對夏播裸燕麥籽粒產量及產量組分的影響Table 2 Effects of irrigation quota on grain yield and yield components of summer－sown naked oat

2 結果與分析

2.1 灌溉定額對夏播裸燕麥籽粒產量及產量構成因素的影響

不同灌溉定額下籽粒產量最高的是W4（表2），其他處理由高到低依次是：W5、CK、W3、W2、W1。W4、W5兩處理間產量差異不顯著，但均顯著高于對照和其他處理，如 W4和 W5產量分別比對照高11.94%和6.53%。因為 W1、W2、W3三處理的灌溉定額較小，且前期分配較少，其產量構成三要素均受到一定程度的影響，尤其是公頃穗數和穗粒數減少顯著，導致產量顯著降低。W1處理的穗粒數和千粒重分別比W4減少了10.05%和18.92%，致使其產量降低了28.61%，處理間差異顯著。

2.2 灌溉定額對夏播裸燕麥籽粒粗蛋白、粗脂肪、β－葡聚糖含量的影響

隨灌溉定額的加大，燕麥籽粒粗蛋白、粗脂肪和β－葡聚糖含量均呈先增加后減少的趨勢，W3處理各組分含量均最高，其次為 W4、W5、W2、CK、W1，W3處理粗蛋白、粗脂肪和β－葡聚糖含量分別比對照高4.53%，8.58%，18.29%，分別比 W1處理高5.05%，9.37%和27.63%，說明土壤水分過多或過少都不利于籽粒粗蛋白、粗脂肪、β－葡聚糖含量的積累（表3）。

表3 灌溉定額對夏播裸燕麥籽粒粗蛋白、粗脂肪、β－葡聚糖含量的影響Table 3 Effects of irrigation quota on crude protein，crude fat，andβ－glucan content of summer－sown naked oat %

2.3 灌溉定額對夏播裸燕麥籽粒礦質元素含量的影響

隨著灌溉定額的加大，燕麥籽粒礦質元素含量呈先增加后減少的趨勢，W2處理的Ca含量最高，W3處理的Mg、K、Zn、Fe、Cu、Mn含量最高，W1處理和傳統灌溉CK的礦物質元素含量較低（表4）。除W1外，滴灌處理的籽粒礦質元素含量均高于傳統灌溉（CK）。W3處理籽粒中鉀、鋅、鐵、銅、錳含量分別比對照高10.63%，6.48%，12.75%，8.33%和1.79%，處理間差異顯著；W3處理鈣、鎂含量亦高于對照，但差異不顯著。這表明適當灌溉定額的滴灌條件下有利于礦物質元素的吸收和利用，灌溉定額較大的傳統灌溉方式反而不利于礦物質元素的吸收和利用。

表4 灌溉定額對夏播裸燕麥籽粒礦質元素含量的影響Table 4 Effects of irrigation quota on mineral element contents in grains of summer－sown naked oat mg／kg

2.4 灌溉定額對夏播裸燕麥成熟期飼草品質的影響

中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、可消化干物質和相對飼用價值是衡量飼草品質的重要指標。灌溉定額對燕麥飼草品質有較大影響，隨著灌溉定額的加大，燕麥秸稈可消化干物質含量和相對飼用價值總體上呈先增加后減少的趨勢。中等灌溉定額的滴灌處理（W3）燕麥秸稈的可消化干物質為68.18%，有很好的適口性，有利于牲畜的采食；高灌溉定額的傳統灌溉處理（CK）可消化干物質為65.96%，比W3處理降低了3.26%。相對飼用價值最高的是 W3處理，其次為 W4、W5、CK、W2、W1，分別比 W3處理降低了4.63%，8.30%，8.49%，9.94%和11.02%（表5）。

3 討論

3.1 灌溉定額與產量

Burrows［22］研究認為燕麥對干旱是敏感的。李桂榮等［12］研究表明燕麥生長中后期適度灌溉是提高粒重、產量的重要途徑之一。許振柱等［23］研究認為中度、嚴重干旱顯著地降低了淀粉合成中3種主要酶類的活性，影響淀粉的積累，最終造成產量的降低。本研究結果表明，灌溉定額為150 mm時夏播裸燕麥籽粒產量最高，灌溉定額過大或過小都不利于產量的提高。這可能由于灌溉定額較小，特別是前期分配較少，易造成土壤供水不足、植株受旱，從而降低功能葉片的光合作用，影響花芽分化、減少穗數，此外還影響營養物質的合成、運輸、積累和籽粒灌漿過程；灌溉定額較大（傳統灌溉），土壤水分過多容易造成燕麥根部的硝酸鹽淋洗，使氮素供應不足，引起根系早衰，進而影響光合作用和養分吸收、運輸和利用，最終影響產量。

表5 灌溉定額對夏播裸燕麥成熟期飼草品質的影響Table 5 Effects of irrigation quota on forage quality of summer－sown naked oat at maturity stage %

3.2 灌溉定額與籽粒品質

荊奇等［24］研究表明，土壤水分與小麥品質呈負相關。Xie等［25］和馬新明等［26］研究表明，適當水分脅迫有利于籽粒蛋白質的合成與積累。許振柱等［23］研究認為，土壤水分嚴重虧缺會顯著降低籽粒中淀粉的積累，適宜的灌水則會使淀粉的含量增加。Zhang等［27］研究表明，水分適度虧缺有利于促進β－葡聚糖的積累。本研究結果表明，灌溉定額為120 mm的滴灌處理燕麥籽粒粗蛋白、粗脂肪、β－葡聚糖含量最高，灌溉定額過大或過小都不利于燕麥籽粒品質的提高。

3.3 灌溉定額與礦質元素含量

李桂榮等［12］研究表明，隨灌水次數和灌水量的增加，內農大莜一號裸燕麥籽粒中Ca、K、Mg、Zn、Fe、Mn含量呈先升后降的二次函數變化，Cu含量呈遞減的線性變化。本研究結果表明，隨灌溉定額的加大，礦物質元素含量呈先增加后減少的趨勢，灌溉定額為120 mm的滴灌處理更有利于礦物質元素的吸收和利用，與李桂榮等［12］的研究結果基本一致。

3.4 滴灌與傳統灌溉

傳統灌溉方式耗水量大，水資源浪費嚴重，水分利用率低。此外傳統灌溉還會造成農田養分大量流失、土壤鹽堿化、荒漠化等問題。滴灌能依照作物耗水規律，適時適量、均勻而又緩慢地供水，使作物根層土壤經常保持最佳的水分、通氣和養分狀態，為作物生長發育創造了良好的環境，從而提高作物的產量和品質。本試驗結果表明，灌溉定額為150 mm的滴灌處理顯著提高了燕麥籽粒產量，比傳統灌溉提高了11.94%；灌溉定額為120 mm的滴灌處理籽粒中粗蛋白、粗脂肪、β－葡聚糖含量比傳統灌溉分別提高了4.53%，8.58%和18.29%，燕麥籽粒品質顯著提高。

4 結論

在一定灌溉定額及相應運籌分配條件下，滴灌較傳統灌溉能更好地提高燕麥的產量和品質。本試驗條件下，灌溉定額為150 mm的滴灌運籌有利于夏播裸燕麥籽粒產量的提高，灌溉定額為120 mm的滴灌運籌有利于籽粒品質、飼草品質的提高，以及多數礦質元素的吸收和利用。

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