種植密度對科爾沁沙地飼用燕麥產量和品質的影響

林志玲， 朱鐵霞， 李天琦， 趙力興， 恩和珠拉， 高 凱,2*， 張志華

(1. 內蒙古民族大學， 內蒙古 通遼 028043； 2. 內蒙古自治區飼用作物工程技術研究中心， 內蒙古 通遼 028043；3. 扎魯特旗研究中心， 內蒙古 通遼 029100)

植物生長與很多因素息息相關，其中種植密度是影響作物產量、物質分配及品質的重要因素，密度是通過改變單位面積內植物個體數量，使個體植株對光照、水分、礦質元素吸收產生競爭，從而影響株高及體內物質分配。合理的種植密度是增加作物產量、提高植株營養品質的關鍵技術[1-2]。當前關于牧草生物量和品質與密度關系的研究，主要集中在密度對植物群落生物量的影響[3]和密度對單株植物營養物質的影響[4,5]方面。密度不但對群落總生物量有著巨大影響，而且制約著植株各器官的物質分布格局。植物各器官物質分配的變化主要受兩類因子制約，一類是群落內植株個體對生存空間的競爭[6]，另一類是光照、水分等環境因素對植株的影響，即物質分配是植物對自然條件和人工管理的一種適應性表現。當外界自然環境因素處在相同水平時，密度則是影響植物生長的重要因素[7]。因此，了解植物在不同栽培密度下的產量、品質及物質分配特征，可以更好地進行栽培管理。

燕麥(Avenasativa)，一年生禾本科，燕麥種植面積在世界上糧食種植中僅次于小麥、玉米、稻谷等，位居第六位[8]。燕麥具有較強適應性、抗旱、抗寒和耐貧瘠的優良品性，由于其蛋白質、礦質元素、脂肪酸等營養物質豐富[9]，也具有防風固沙的作用。尤其在當前我國大規模施行禁牧政策和牲畜圈養條件下，燕麥作為優良飼草對其優質高產的需求不斷增加，因此燕麥栽培對我國畜牧業發展具有十分重要的作用[10]。在科爾沁沙地，燕麥作為近年來主要栽培牧草之一，已被大力推廣，因此如何提高其產量和品質至關重要[11]。燕麥的產量和品質不僅與自身的遺傳特性有關，同時還與環境條件有關，除了自然環境因子對燕麥物質分配的影響外，施肥、改變種植密度等管理措施也是重要的影響因素[12-13]。關于不同栽培措施對燕麥物質分配方面的研究主要為氮肥添加的研究，如魏巍等[14]通過對燕麥進行氮磷肥配施研究發現其對燕麥產量、株高、養分含量均影響顯著。目前，關于不同種植密度對沙地燕麥的物質分配規律的研究鮮有報道，選擇合適的種植密度對燕麥實踐生產有重要意義。本試驗對科爾沁沙地燕麥設置不同種植密度，通過對燕麥株高、各器官生物量和營養指標的測定及相關指標的計算，探討不同種植密度對科爾沁沙地燕麥產量和品質的影響，期望為科爾沁沙地燕麥栽培管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

樣地設在內蒙古民族大學試驗基地(43°3' N、122°2' E)，海拔高度178 m左右，年平均氣溫6.4℃，≥10℃活動積溫平均為3 184℃，極端低溫—30.9℃。年平均日照時數3 000 h左右，無霜期145 d左右，年平均降水量399.1 mm左右，8月、9月降雨比較集中，土壤為沙壤土。試驗地播種前灌水1次。

1.2 試驗設計

2017年4月20日進行燕麥種植，種子為北京正道科技有限公司提供的美國品種‘燕王’，種子發芽率為95%，通過查找之前關于燕麥種植的研究，設置4個種植密度，為300萬株· hm-2(M1)、350萬株·hm-2(M2)、400萬株·hm-2(M3)、450萬株·hm-2(M4)，條播，種子用量分別為12.42 g·m-2、14.49 g·m-2、16.56 g·m-2、18.63 g·m-2，行距為18 cm，播種深度3 cm左右，氮肥施入量為375 kg·hm-2，在三葉期和拔節期分兩次追施，小區面積5 m×5 m，5個重復，小區隨機排列，進行田間管理灌水等操作。在其生長過程中遇干旱時澆水，苗期進行人工除草3次。

1.3 測定指標

株高(cm)：2017年7月15日在乳熟期進行收獲，以燕麥單株為研究對象，除去邊行外，每個小區內部隨機選取株叢10處，分別測定單株包含花序的垂直株高。

生物量(g·m-2)：燕麥總生物量測定是在每個小區除去邊行外的內行隨機選取10 處同樣高度的燕麥植株進行測定，將樣塊內全部地上生物量齊地刈割，同時將地面0～50 cm深度的根系全部挖出，洗凈，將表面水吸干后稱取鮮重。各器官生物量也是在每個小區邊行外的內行隨機選取10處燕麥株叢，將其整株完整挖出，進行器官分離并烘干，測定各生物量。

粗蛋白質(Crude Protein，CP/%)：參照GB/T6432-94標準，采用凱氏定氮法測定[15]。

酸性洗滌纖維(Acid Detergent Fiber，ADF/%)和中性洗滌纖維含量(Neutral Detergent Fiber，NDF/%)：采用范氏(Van Soest)的洗滌纖維分析法測定[16]，儀器為ANKOM-A200i半自動纖維分析儀。

粗脂肪含量(Ether Extract，EE/%)：參照GB/T6433-2006標準[17]，用索氏浸提法測定含量。

淀粉、可溶性糖(Soluble Sugar，SS/%；Starch Content，SC/%)：硫酸-蒽酮比色法[16]測定。

總生物量(Total biomass/g·m-2)=根系生物量+地上生物量

莖葉比(Stem leaf ratio)=莖重/葉片重

根冠比(Root shoot ratio)=根系生物量/地上生物量

根系貢獻率(Root mass ratio，RMR/%)=根系生物量/總生物量

莖桿貢獻率(Stem mass ratio，SMR/%)=莖生物量/總生物量

葉片貢獻率(Leaf mass ratio，LMR/%)=葉片生物量/總生物量

穗貢獻率(Spike mass ratio，SMR/%)=穗生物量/總生物量[10]

1.4 數據處理

利用WPS 2019對數據進行初步計算，不同密度處理下的燕麥生物量、株高、根冠比、莖葉比、物質分配、營養物質含量數據采用DPS 14.0進行單因素分析，顯著性水平為P<0.05。百分數的數據轉換采用反正弦轉換，求相應的角度值，全部轉換完之后用角度數進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 密度對株高的影響

隨著種植密度的增加，燕麥株高呈現逐漸增高的變化趨勢(圖1)。在M3、M4處理時燕麥株高顯著高于M1(P<0.05)，M2處理下株高與其他密度處理之間沒有表現出顯著差異。因此，提高種植密度有利于促進燕麥株高的生長，以處理密度為M4時最有利于燕麥株高的增加。

圖1 不同密度處理下的燕麥株高Fig.1 Plant height of oatsunder different densities

2.2 密度對生物量的影響

由圖2可以看出，隨著密度的不斷增加燕麥地上生物量、地下生物量及總生物量均呈現先增加后降低再增加的變化趨勢。燕麥地上生物量隨著密度的增加最大值出現在M2處理條件下，顯著高于M4(P<0.05)，M1、M3之間與M2、M4之間差異不顯著；地下生物量最大值和最小值分別出現在M2、M3處理中，M1、M2與M3處理之間差異顯著(P<0.05)；隨著密度的增加，燕麥總生物量的大小關系為：M2>M4>M1>M3，且各密度處理之間差異不顯著。

圖2 不同密度處理下燕麥生物量Fig.2 Biomass of oats under different densities

2.3 密度對莖葉比和根冠比的影響

由圖3可知，燕麥根冠比、莖葉比隨著種植密度的增加變化趨勢相同。根冠比隨著密度的增加呈先降低后增加的趨勢，在M1條件下燕麥根冠比最大，且與其他三個密度處理形成顯著差異(P<0.05)，M2與M4之間差異不顯著；燕麥莖葉比也呈現先降低后增加的變化趨勢，但各個密度處理之間差異不顯著，在M1時值最大，M2時值最小。

圖3 不同密度處理下燕麥根冠比、莖葉比Fig.3 Root/shoot ratio,stem/leaf ratio of oats under different density treatments

2.4 密度對物質分配的影響

由表1可知，隨著密度的變化，燕麥根系貢獻率、穗貢獻率之間差異顯著，但莖桿貢獻率、葉片貢獻率之間差異不顯著。根系貢獻率呈先降低后增加的趨勢，其中M1處理時值最大且與最小值M3之間差異顯著(P<0.05)；穗貢獻率隨著密度的增加則表現先增加后降低的趨勢，在M3時達到最大值，M2、M3與M4之間差異顯著(P<0.05)；莖桿貢獻率與葉片貢獻率的最小值均出現在M2條件下，隨著密度的增大莖桿及葉片貢獻率在M3時出現最大值，說明在密度為M3時對燕麥莖桿和葉片生長最有利。

2.5 密度對根、莖、葉營養物質含量的影響

由表2可知，不同密度條件對燕麥根、莖、葉器官的粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗脂肪各項營養指標的影響規律不同。中性洗滌纖維含量增高會降低燕麥的品質，粗蛋白、粗脂肪、酸性洗滌纖維含量增加能夠提高燕麥營養品質。隨著種植密度的增加，根系中的粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維之間差異不顯著，粗脂肪含量呈降低的變化趨勢，在M1時達到最大值且與M3、M4處理時差異顯著(P<0.05)。莖桿中粗蛋白含量在M2時值最大，與M1、M3之間差異顯著(P<0.05)；中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維均在M3處理時值最大，與M2處理時差異顯著(P<0.05)；粗脂肪在M1、M3處理時與其他處理之間差異顯著(P<0.05)。葉片中除中性洗滌纖維含量外，其他營養指標含量總體上高于根系和莖稈；燕麥葉片作為家畜采食的主要部位，其營養含量高會增加家畜喜食程度，提高營養品質。

表1 密度對燕麥物質分配規律的影響Table 1 Effects of density on the distribution of Oat matter

注：同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note:There are significant differences in different lowercase letters in the same column at the 0.05 level,the following are the same

表2 密度對燕麥根、莖、葉營養物質含量的影響Table 2 Effects of density on nutrient distribution of oat roots,stems and leaves

2.6 密度對可溶性糖、淀粉含量的影響

由圖4可知，燕麥根莖葉的可溶性糖、淀粉含量隨密度的增加總體上呈現出一致的變化規律。種植密度增加，燕麥不同器官的可溶性糖、淀粉含量均隨密度增加呈先增后降的變化趨勢，除淀粉含量在M3時值最大，與其他處理差異顯著(P<0.05)外，均在M2時值最大，且各處理之間顯著差異(P<0.05)。

圖4 不同密度下燕麥根、莖、葉的可溶性糖、淀粉含量Fig.4 Soluble sugar and starch content of oat roots,stems and leaves under different densities

3 討論

種植密度的大小直接制約著種內競爭，導致植株個體性狀發生適當的改變[18]。種群內密度過大時，種內競爭相對激烈，個體植株的生長空間及養分吸收減少，從而影響地上生物量、地下生物量、營養品質以及各器官間的物質分配格局[19-20]。本研究表明，密度對燕麥株高、莖葉比、根冠比等各性狀參數均產生顯著影響(P<0.05)，各性狀最大值不同，可能是由于密度增大，燕麥生長受資源短缺限制造成的。本研究結果與楊允菲等[21]對松嫩平原堿化草甸天然虎尾草(Chlorisvirgata)種群密度制約特征的研究結果一致。此外，單雪華等[22]通過對烤煙葉(Flue-curedTobacco)設置不同施氮量和不同種植密度，發現株高在相同施氮量下隨密度增加而增加，本試驗也得出燕麥株高隨著密度的增加逐漸上升，這主要由于在高密度條件下，燕麥個體對光的競爭劇烈，為了能更好地利用光能，植株需要通過增加莖桿高度來提高自身對光的競爭能力；當密度過大時，只會使燕麥徒長，燕麥品質降低，這與聊麥(Triticumaestivum)[23]、燕麥[24]的研究結果一致。

密度增加，單位面積內光照、水分、肥料等資源分配不均，燕麥植株對資源競爭激烈，莖桿為了獲得更多光照條件生長得更高、更細，根系為了獲得更多的水肥不斷延伸擴展[25-26]。因此，植株通過地上生物量和地下生物量的配比來適應環境中各種資源條件的變化。一般來說，植株地上生物量越高表明其對環境中光照的要求越高，同時，對植株自身而言要有較高的光競爭能力[27]，而地下生物量高表示其需要大量的土壤養分和水分條件以及較強的地下競爭能力[28]。本研究中燕麥葉片貢獻率均隨密度增加先降低后增加再降低，在M3時值最大，葉片是進行光合作用的關鍵器官，其貢獻率增加可能會提高燕麥產量；根系貢獻率則在M3時出現最小值，這也充分表明了密度制約對燕麥生長的調控作用。

種植密度對飼用作物的粗蛋白含量、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、粗脂肪含量等營養指標也有一定的影響[29]，合理的種植密度對燕麥產量和營養品質會有很大的提升。何振富等[30]通過對光敏型高丹草設置不同種植密度，研究光敏型高丹草的營養成分變化，得出植株粗脂肪含量隨密度的增大逐漸降低，且對中性洗滌纖維影響明顯，本研究結果與其一致，燕麥根、莖、葉中的粗脂肪含量均隨著密度的增加而降低，粗蛋白含量在根、葉中最大值出現在M1中，莖的粗蛋白含量最大值出現在M2處理中；可溶性糖和淀粉含量在不同器官中隨密度變化的趨勢不同，均在M2處理時值最高，說明在低密度M1時可能由于植株間競爭壓力小，植株體內養分含量少；當燕麥種植密度過大時，土壤中的水分、礦質營養不足，造成葉片發黃脫落，莖稈纖細，使得燕麥植株個體生長發育受阻，從而導致各營養物質含量下降[31]。

4 結論

燕麥的株高、生物量、根冠比、莖葉比、物質分配規律、營養物質含量對密度變化的反應不同，生物量的適宜密度較低，根冠比和莖葉比的最佳密度較低，而各營養物質含量對密度的最佳表現不一致，隨著密度增大，燕麥粗蛋白含量逐漸降低，粗脂肪、可溶性糖、淀粉含量隨密度增加呈先增加后降低的變化趨勢，中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維含量均在M3處理時最高。綜合分析認為，科爾沁沙地飼用燕麥種植密度以350萬株·hm-2(M2)較好。