施氮對晉北燕麥飼草主要農藝性狀及干物質產量的影響

孫建平， 薛竹慧， 楊國義， 趙 祥， 董寬虎,*

(1. 山西農業大學動物科技學院， 山西 太谷 030801； 2. 山西省牧草工作站， 山西 太原 030001)

氮素是燕麥作物最容易吸收的營養物質，是影響燕麥產量和營養品質的重要營養元素之一，合理施氮有利于燕麥生物量及產量的增加[1]。近年來，國內外有關燕麥高產栽培技術的研究報道逐漸增加，其中施氮是增加燕麥產量的重要措施之一[2-3]。May W E等[4]在加拿大東部的研究結果表明，早期播種、適宜的施氮量和合適的栽培品種相結合，可提高燕麥產量和品質。B. L. Ma等[5]的研究指出，在高氮供應條件下，作物倒伏與秸稈氮含量及植物地上生物量的積累有相關性，與秸稈磷含量呈顯著相關。德科加等[6]研究表明，施氮對燕麥產量和品質影響顯著，隨著施氮量的增加，其栽培學性狀、產量及產量構成均發生變化，施氮量為60 kg·hm-2時種子產量達到最大，施氮量為75 kg·hm-2時草產量達最高。José A. G等[7]研究表明，施氮量為60 kg·hm-2時可以提高燕麥的氮利用率和產量。

燕麥(AvenasativaL.)是一種生長速度快、多汁和營養豐富的優質飼料作物，不僅具有良好的抗性基因，耐寒耐旱、耐土地貧瘠、耐鹽堿[8-9]，而且產量高，蛋白質、脂肪、膳食纖維含量高，是世界各地牧區重要的優質牧草[10-12]。世界范圍內，燕麥在所有谷類作物中排名第六，僅次于小麥、玉米、水稻、大麥和高粱[13]。國內外學者對燕麥品比試驗[14-15]、豐產栽培技術[16-17]、混播[18]、生產性能[19-20]及營養品質[21]等做了大量研究，且大多集中在高寒牧區，而在晉北地區的研究鮮見報道，且對燕麥干物質產量及其與農藝性狀的相關關系的研究較少。

為探究晉北農牧交錯帶燕麥生產的最佳施氮量，優化晉北地區的施肥管理。本研究以燕麥‘牧王’為研究材料，通過測定不同施氮水平條件下燕麥株高、莖粗、穗長、旗葉葉面積、鮮干比、葉莖比和干物質產量，分析施氮量對燕麥農藝性狀和干物質產量的影響。同時，對施氮量與干物質產量進行回歸分析，對干物質產量與農藝性狀進行相關性和通徑分析，探討施氮量與燕麥干物質產量之間的相關關系，分析影響燕麥干物質產量的主要因素，以及各因素對燕麥產量的貢獻和影響產量的途徑，旨在為晉北地區燕麥生產中合理施肥提供科學理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在山西農業大學右玉草地生態系統野外觀測研究站，山西省朔州市右玉縣威遠鎮，地理位置為39°59′48.5″ N，112°19′39.6″ E，海拔高度為1 348 m，屬溫帶大陸性季風氣候，冬季寒冷干旱，夏季雨熱同期。年均氣溫4.7℃，最冷月為1月，均溫-14℃(-9.9℃～-17.8℃)，最熱月為7月，均溫20.5℃(18.9℃～22.4℃)，≥0℃總積溫2 600～3 600℃。終霜期在5月初，初霜期為9月上、中旬，無霜期100～120天。全年太陽總輻射量598 KJ·cm-2，年日照2 600～2 700 h；年降雨量435 mm，主要集中在6-8月份。試驗區耕作層土壤基本化學特性見表1。

表1 試驗地土壤化學特性Table 1 The soil chemical characteristics of experimental soil

1.2 試驗材料及設計

供試品種為‘牧王’(‘Haymaker’)，2016年關于晉北農牧交錯區引進燕麥品種生產性能及飼用價值比較[22]研究結果表明，‘牧王’的粗蛋白質含量較高、產量高且適口性好，可以作為高產品種在晉北地區推廣種植。本試驗所用氮肥為尿素，含氮量46%，設0,30,60,90,120,150,180 kg·hm-2共7個不同施氮水平(純氮)，分別以N0,N30,N60,N90,N120,N150,N180表示，氮肥在拔節期隨灌水施入。采用完全隨機區組設計，每個處理三次重復，共21個小區。試驗小區面積3 m×5 m，播種量150 kg·hm-2(每小區播種量225 g)，行距30 cm，每小區10行，播種深度3～5 cm，小區間隔50 cm。種植前噴灌1天，試驗期間不定期除雜草。

1.3 測定內容及方法

1.3.1主要農藝性狀的測定 株高：從苗期到刈割前的各個生育期，在各小區隨機選取10株生長正常、長勢均勻的植株，測量燕麥從地面到植株頂部的自然高度。

莖粗：刈割前，各小區隨機選取10株燕麥，用螺旋測微儀測定第二莖節處的直徑。

葉面積：刈割前，各小區隨機選取30株燕麥，用卷尺測定其旗葉的葉長、螺旋測微儀測定旗葉葉寬，用系數法計算葉面積，葉面積=0.73×長×寬[23]。

SPAD：用SPAD-502測定旗葉基部、中部和尖部的SPAD值，計算其平均值。

1.3.2鮮干比、葉莖比 鮮干比：于2017年8月3日刈割，刈割前去除各小區邊行及兩端50 cm，即測產面積4 m×2.4 m，刈割后去除雜草稱重，計算燕麥鮮草產量。然后隨機選取1 000 g左右鮮草，帶回實驗室，放入烘箱中，于105℃條件下殺青30 min，之后在65℃條件下烘干至恒重，稱樣并記錄，計算干草產量和鮮干比，留干樣。

葉莖比：刈割后，另取500 g左右鮮樣，帶回實驗室進行葉、莖分離，于105℃條件下殺青30 min，之后在65℃條件下烘干至恒重，分別稱其干重，計算葉莖比。

1.3.3干物質含量及產量的測定 將干樣粉碎過40目篩，用烘干法測定干物質含量(dry matter，DM)，干物質產量(dry matter yield，DMY)=干物質含量×干草產量

1.4 數據分析

利用Microsoft Excel 2016進行基礎數據的計算、整理及作圖，采用SAS 9.0進行單因素方差分析(ANOVA)，P<0.05為差異顯著，并用SPSS 23.0進行相關性分析和回歸分析。

2 結果與分析

2.1 施氮對燕麥主要農藝性狀的影響

由表2可以看出，施氮對燕麥株高有顯著影響(P<0.05)，施氮處理下株高均顯著高于對照，變化幅度在116.57～125.57 cm，平均值為119.42 cm；隨著施氮量的增加，株高呈現先增大后減小的趨勢；在N90時，燕麥株高最高，比N0增加了11%。施氮對燕麥莖粗的影響不顯著，施氮處理下莖粗變化幅度在5.19～5.83 mm。施氮對穗長有顯著影響(P<0.05)，施氮處理下穗長平均值為25.01 cm；N60、N90和N120時穗長顯著高于N0及其他處理；其中N90穗最長，達26.78 cm，比N0增加了14%；N60和N120時，穗長分別為25.29 cm和25.02 cm，比N0分別增加了8%和7%。

表2 施氮對燕麥主要農藝性狀的影響Table 2 Effects of different nitrogen levels on main agronomic traits of oat

注:同列中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note:In the same row different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level;The same as below

施氮對燕麥旗葉長、寬和葉面積的影響顯著(表2)。隨著施氮量的增加旗葉長呈現先緩慢增加后驟然降低的趨勢，N150時旗葉最長為33.14 cm，比N0增加了8.6%；其他氮處理下旗葉長的變化幅度較小，在31.52～32.94 cm；N0的旗葉最短，為30.54 cm。N90時旗葉最寬，達2.18 cm，顯著高于N0(1.96 cm)和其他氮處理(1.93～2.01 cm)(P<0.05)，比N0增加了11.2%。隨著施氮量的增加，旗葉葉面積呈現先增加后降低的趨勢，N90時葉面積達到最大，為52.34 cm2，顯著高于N0(43.76 cm2)及其他氮處理，比N0增加了19.6%(P<0.05)；N150處理下旗葉葉面積顯著高于N0，比N0增加了11.2%(P<0.05)。施氮對旗葉SPAD值的影響不顯著，施氮處理下SPAD變化幅度在55.89～57.18，均大于N0(55.00)，平均值為56.44。

2.2 施氮對燕麥鮮干比、葉莖比及干物質產量的影響

由表3可知，不同的施氮量對燕麥鮮干比的影響差異顯著。在施氮量0～150 kg·hm-2之間，隨著施氮量的增加，燕麥鮮干比呈現逐漸降低的趨勢，但當施氮量增加到N150時，鮮干比又有所提高。N180處理下鮮干比最高，高于N0，其他氮處理下的鮮干比均低于N0，其中N120處理下最小。施氮處理下鮮干比的變化幅度在3.21～3.55，平均值為3.33，低于N0。施氮對燕麥葉莖比的影響顯著(P<0.05)，施氮處理下，葉莖比的變化幅度在0.49～0.54，平均值為0.51，高于N0；N60和N180之間葉莖比差異不顯著，但顯著高于對照，比N0增加了17.4%(P<0.05)，其余處理之間差異不顯著。

施氮對燕麥干物質含量及產量的影響顯著，隨著施氮量的增加，燕麥干物質含量和產量均呈現先增加后減少的趨勢，N90時達到最大值。施氮處理下，干物質含量變化幅度在90.67%～91.45%，顯

著高于N0，提高了0.78%～1.63%(P<0.05)，平均干物質含量為90.01%。施氮處理下，干物質產量變化幅度在8.67～10.79 t·hm-2，顯著高于N0，提高了6.12%～32.07%，平均干物質產量為9.50 t·hm-2。如圖1，將施氮量和干物質含量及干物質產量進行二次曲線擬合，擬合方程分別為y=-0.0001x2+0.0177x+90.1007(R2=0.504**)、y=-0.0002x2+0.0375x+8.1287(R2=0.784**)。干物質含量的理論最大值為90.88%。施氮量為88.50 kg·hm-2；干物質產量的理論最大值為9.89 t·hm-2，施氮量為93.75 kg·hm-2。

表3 施氮對燕麥鮮干比、葉莖比及干物質含量、產量的影響Table 3 Effects of different nitrogen levels on the fresh/hay,the leaf/stem,DM and DMY of oat

圖1 施氮量對干物質的回歸曲線Fig.1 Regression curves of dry matter under different nitrogen fertilizer rates

2.3 燕麥干物質產量與農藝性狀的相關性及通經分析

2.3.1燕麥干物質產量與農藝性狀的相關性分析 由表4可知，干物質產量(y)與株高(x1)、莖粗(x2)、穗長(x3)、葉面積(x4)成極顯著正相關關系(P<0.01)，相關系數分別為r=0.696、r=0.676、r=0.608和r=0.647；干物質產量(y)與鮮干比(x6)成極顯著負相關(P<0.01)，相關系數為r=-0.630。干物質產量(y)與各農藝性狀的相關關系大小順序依次為：株高(x1)>葉面積(x4)>鮮干比(x6)>穗長(x3)>莖粗(x2)>葉莖比(x5)。

株高(x1)與穗長(x3)、葉面積(x4)成極顯著正相關(P<0.01)，相關系數分別為r=0.764和r=0.731；株高(x1)與鮮干比(x6)成極顯著負相關關系(P<0.01，r=-0.563)。莖粗(x2)與葉面積(x4)積成顯著正相關(P<0.05，r=0.528)；莖粗(x2)與鮮干比(x6)呈顯著負相關(P<0.05，r=-0.530)。穗長(x3)與葉面積(x4)成極顯著正相關(P<0.01，r=0.710)。葉面積(x4)與鮮干比(x6)成極顯著負相關關系(P<0.01，r=-0.582)。

表4 燕麥干物質產量與農藝性狀的相關性分析Table 4 Correlation analysis of dry matter yield and agronomic traits in oat

注：表內數字為相關系數r值，r>0為正相關，r<0為負相關；*表示在0.05水平顯著相關，**表示在0.01水平極顯著相關

Note:the number is r value of correlation coefficient in the table,r>0 is positive correlation,r<0 is negative correlation;* significant at the 0.05 level of probability,and **significant at the 0.01 level of probability

表5 正態性檢驗Table 5 Normality test

如表5所示，對干物質產量(y)進行正態性檢驗，其顯著水平P=0.863>0.05，服從正態分布，可進行多元回歸分析。以干物質產量(y)為因變量，株高(x1)、莖粗(x2)、穗長(x3)、葉面積(x4)、葉莖比(x5)和鮮干比(x6)為自變量，通過逐步回歸分析，建立自變量與因變量的最優多元回歸方程y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611，F=14.149**)。方程篩選了2個對干物質產量(y)有顯著效應的自變量，分別為株高(x1)和莖粗(x2)，這表明，當2個自變量中的一個取值固定在某一水平時，株高(x1)每增加1 cM，干物質產量(y)增加0.123 t·hm-2；莖粗(x2)每增加1 mm，干物質產量(y)增加0.803 t·hm-2。決定系數R2=0.611，表明株高和莖粗對干物質產量的總影響達到61.1%以上。

2.3.2燕麥干物質產量與主要農藝性狀的通徑分析 在相關分析和多元回歸的基礎上，進一步進行通徑分析，如表6所示。結果表明，各參數對干物質產量(y)的直接通徑系數大小依次為株高(x1)>莖粗(x2)>鮮干比(x6)>穗長(x3)>葉莖比(x5)>葉面積葉面積(x4)。株高(x1)對干物質產量(y)的直接通徑系數最大(0.384)，株高通過鮮干比對干物質產量產生的間接作用較大(P=0.118)，說明株高并不是影響干物質產量的主導因素，而是與鮮干比共同對干物質產量產生影響。莖粗的直接通徑系數為0.288，通過株高和鮮干比的間接通徑系數相對較大，說明莖粗、株高和鮮干比共同對干物質產量產生影響。葉面積對干物質產量的直接通徑系數較小，但是通過株高和莖粗對干物質產量的間接作用較大，間接通徑系數為0.281和0.152。綜合來看，對燕麥干物質產量作用的最主要兩個農藝性狀是株高和莖粗。

表6 干物質產量與主要農藝性狀的通徑分析Table 6 Path analysis of dry matter yield and main agronomic traits

3 討論

3.1 施氮對燕麥主要農藝性狀的影響

株高與莖粗是影響牧草產量和其利用方式的主要因素，是衡量牧草生長發育狀況的重要標準，同時也是反映草地生產能力的生產指標。本試驗研究表明，施氮對燕麥株高、穗長和葉面積的影響顯著，但對莖粗的影響不顯著。燕麥在施氮處理下株高和穗長的平均值分別為119.42 cm和25.01 cm，均比對照組高；隨著施氮量的增加，燕麥株高和穗長均呈現先增加后降低的趨勢，當N90時，達到最大值，說明施氮能顯著促進燕麥株高的增長，但過高施氮量對株高有抑制作用。崔瑞棗[24]和王樂[3]的研究指出：在一定范圍內，隨著施氮量的增加，燕麥株高、穗長和葉面積呈現二次曲線關系，這與本研究結果相似。而德科加等[6]的研究表明施氮水平與株高和莖粗呈極顯著正相關關系，與本試驗結果不一致，這可能是由于試驗使用的燕麥品種、試驗地及施肥量的不同而導致的。

3.2 施氮對燕麥鮮干比、葉莖比及干物質產量的影響

牧草鮮干比反映了牧草的干物質累積程度和利用價值，同時也反映了牧草的含水量；而葉莖比是評價牧草經濟性狀優劣的一個重要指標，它反映干草品質，二者均可反映牧草的適口性。本試驗研究表明，一定的施氮量對燕麥鮮干比有顯著影響，且在一定范圍內，鮮干比整體上隨著施氮量的增加而降低。同時還表明，施氮處理下葉所占比重和莖所占比重均顯著高于對照，但葉所占比重的增加量大于莖所占比重；同時，施氮處理下燕麥葉莖比的平均值為0.51，明顯高于對照，說明施氮可以同時促進葉和莖的增長，但對葉的促進作用更大。因此，施氮可以增加燕麥的鮮干比和葉莖比。對于適口性，N180處理下，燕麥的鮮干比和葉莖比均最高，適口性最好。

渠暉等[25]在不同施氮水平對甜高粱干物質產量和主要農藝性狀影響的研究中表明，施氮量對甜高粱干物質產量的影響呈拋物線變化，隨施氮量的增加呈現先增加后降低的趨勢。本試驗中也有類似的結論，施氮不僅可以提高燕麥干草產量，而且可顯著提高干物質含量，因此施氮對燕麥干物質產量的提高有顯著作用。此外，施氮量與干物質含量及干物質產量呈極顯著二次曲線關系，N90時達到最大值。

3.3 燕麥干物質產量與農藝性狀的相關性及通經分析

張昆等[26]對紫花苜蓿干物質產量與農藝性狀進行通徑分析表明，株高是影響紫花苜蓿飼草干物質產量的重要影響因子之一。渠暉等[25]對甜高粱的研究指出：株高、葉面積指數和莖粗均與干物質產量呈極顯著正相關關系(P<0.01)，株高是決定干物質產量的主要農藝性狀，莖葉比和葉面積指數與干物質產量的關系對不同施氮水平的響應不同。

本試驗研究也有類似的結果，干物質產量(y)與各農藝性狀的相關關系大小順序依次為：株高(x1)>葉面積(x4)>鮮干比(x6)>穗長(x3)>莖粗(x2)>葉莖比(x5)，其中除了與鮮干比呈極顯著負相關以外，與其他性狀均成極顯著的正相關關系。干物質產量與株高和莖粗的最優回歸方程為y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611,F=14.149**)，這表明株高越高，莖粗越粗，干物質產量越大；同時R2=0.611，說明株高和莖粗對干物質產量的總影響達到61.1%以上。通徑分析表明，株高和莖粗是影響干物質產量最主要的兩個農藝性狀。

4 結論

施氮對燕麥產量和品質有顯著影響，一定施氮量對燕麥株高、穗長和旗葉葉面積主要農藝性狀和干物質的積累有明顯的促進作用。施氮量與干物質產量成極顯著的二次曲線關系，綜合干物質產量、鮮干比和葉莖比，當施氮量為N90和N120時，“牧王”的干物質產量較高。因此，在晉北農牧交錯帶燕麥的最佳施氮量為90～120 kg·hm-2。另外，干物質產量與株高和莖粗的最優回歸方程為y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611，F=14.149**)。因此，株高和莖粗是影響燕麥干物質產量最主要的農藝性狀，總影響達到61.1%以上，可以通過株高和莖粗預測燕麥干物質產量。