施氮量對青貯大麥生產性能、氮肥利用率和品質的影響

趙 準，李 劍，宋瑞嬌，齊軍倉

(新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

0 引 言

【研究意義】大麥是重要的谷類作物，主要分布于歐洲和亞洲，總產量居全世界第4位[1]。大麥不僅是啤酒釀造的主要原料，而且還是優質飼用作物。全株大麥具有較高的蛋白質含量和較低的粗纖維含量，是優質的冬季牲畜飼料[2]，大麥青貯后是養殖奶牛上等飼料[3]。新疆是我國五大牧區之一，近年來由于飼草需求量增加，天然草場不能滿足實際需求，青貯大麥可作為天然牧草的一種補充，是解決新疆牧草不足問題的途徑之一。施氮是作物增產的主要措施之一[4]，對麥類作物的生長和品質形成具有關鍵作用[5]。【前人研究進展】合理施氮有利于作物的生長發育、增加葉面積和光合效率，進而增加麥類作物的干物質積累量和分蘗成穗率[6]。施氮可以有效增加小麥葉片的光合能力，在適宜施氮條件下，小麥開花后葉面積指數、葉片凈光合速率顯著提高[7]。氮肥施用過量使得土壤質量下降，還會導致作物氮肥利用效率顯著降低[8]。張美微等[9]表明，增加施氮量可以顯著提高小麥籽粒產量，但降低了氮肥利用效率，小麥在120 kg/hm2水平上可以達到高產高效。高陽等[10]發現，隨著施氮量的增加，燕麥的株高、地上生物量、總生物量呈現先上升后下降的變化趨勢。【本研究切入點】目前關于施氮量對大麥的研究主要集中于籽粒產量和品質方面，對青貯大麥研究較少。由于兩者生產目的不同，必然導致對氮肥需求存在差異。Subedi[11]在玉米的研究表明，225 kg/hm2的施氮量下籽粒產量最大，而青貯玉米干物質產量在150和225 kg/hm2并沒有顯著差別。研究施氮量對青貯大麥農藝性狀、青貯原料品質和氮肥利用效率的影響及變化規律。【擬解決的關鍵問題】以2個大麥品種為研究對象，采用兩因素隨機區組設計，兩因素分別為品種和施氮量，分析青貯大麥的農藝性狀、干物質產量、青貯原料營養成分和氮肥利用效率。為新疆北部地區青貯大麥合理施氮提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗在石河子大學試驗站(N45°32′、E86°05′)內進行。當地氣候屬于溫帶大陸性氣候，年降水量150～250 mm(主要集中于4～7月)，蒸發量1 500～2 400 mm，無霜期約170 d，年日照時數約2 860 h，年平均氣溫為7.0℃。前茬作物為大麥。土壤類型為灌耕灰漠土，土壤質地為壤土，0～20 cm土層含堿解氮60 mg/kg、速效磷14 mg/kg、速效鉀200 mg/kg。

供試大麥為墾啤麥13和甘啤4號為材料。墾啤麥13是新引進的生物產量高適應制作青貯飼料的大麥品種，甘啤4號是目前新疆大面積種植的品種。2018年7月采自石河子大學試驗站，保存于-20℃種子庫。

1.2 方 法

1.2.1 試驗設計

試驗采用兩因素隨機區組設計。兩因素分別為品種和施氮量。所用氮肥為尿素(含氮量為46%)，施入氮肥量(純氮)分別為0、40、80和160 kg/hm2，品種為墾啤麥13和甘啤4號。2019年4月5日種植，每個小區3.5 m2，3次重復。人工開溝條播，行距20 cm，播種量為375萬株/hm2，于乳熟期刈割。氮肥(尿素)按基追肥比為5∶5分別在播種前和拔節期施入；磷肥(P2O5)、鉀肥(K2O)的施入量分別為75 和49 kg/hm2，按基追肥比為5∶5分別在播種前和拔節期施入，每次施肥后立刻灌水。每小區之間以及試驗地和其它試驗地之間間隔2 m，并在間隔地中間挖溝和起壟。其它管理方法按當地大麥高產田進行。

1.2.2 測定指標

1.2.2.1 農藝性狀

在刈割前測定株高、莖粗、總莖數和莖、葉和穗比例。株高：每個小區隨機抽取10株，量取主莖從地面至穗頂(不包括芒)的絕對高度。莖粗：各小區隨機選取10株大麥，用數字游標卡尺在主莖第2莖節處測量直徑。總莖數：每個小區選擇1 m長勢均勻的大麥，計算總莖數。莖、葉和穗比例：將每個小區測量株高的10株大麥分別裝入牛皮紙袋中帶回實驗室，75℃烘干24 h后將莖、葉和穗分別稱重，葉鞘歸為葉的部分。

1.2.2.2 產量和氮肥利用效率

乳熟期于每個小區隨機抽取一個1.0 m×1.0 m的樣方測產，抽取樣方避開邊緣大麥植株。大麥鮮草產量在田間刈割后立即稱量，隨后稱量250 g有代表性的大麥鮮草，將其放入牛皮紙袋中帶回實驗室，75℃烘干24 h后測量飼草干物質含量(DM，%)。氮肥偏生產力和氮肥利用效率按以下公式計算：

氮肥偏生產力(kg/kg)=大麥干草產量/施氮量。

氮肥農學利用效率(kg/kg)=(施氮處理產量-不施氮處理產量)/施氮量。

1.2.2.3 青貯原料品質

將烘干后的全株大麥粉碎后過0.45 mm篩備用。采用范氏洗滌纖維分析法測定中性洗滌纖維含量(NDF，%)和酸性洗滌纖維含量(ADF，%)[12]；凱氏定氮法測定粗蛋白含量(CP，%)[13]；可溶性碳水化合物含量采用蒽酮法測定[14]。

1.3 數據處理

使用Excel進行數據整理，采用SPSS19.0單因素方差分析進行數據分析，利用Duncan法進行多重比較，顯著性水平為0.05。

2 結果與分析

2.1 不同施氮量對大麥農藝性狀的影響

研究表明,隨著施氮量的增加，墾啤麥13和甘啤4號的株高顯著性上升(P<0.05)，墾啤麥13和甘啤4號N160處理較N0處理株高增加9.43%和24.51%。墾啤麥13和甘啤4號莖粗均隨著施氮量的增加而先上升后下降，2個品種最高點分別出現在N80和N40處理，較NO處理顯著增加24.32%和23.53%。莖、葉和穗比例可以在一定程度上反映作物營養成分的高低，隨著施氮量的增加，墾啤麥13和甘啤4號的莖比例有著降低的趨勢，不同處理的墾啤麥13莖比例為17.04%～21.01%，甘啤4號的莖比例為19%～22%。增加施氮量會顯著增加墾啤麥13的葉比例(P<0.05)，N0處理下葉比例最高，為17.82%，較N80處理增加28.32%,增加施氮量對甘啤4號葉比例有降低的趨勢，但無顯著性影響(P>0.05)。隨著施氮量的增加，墾啤麥13穗比例先上升后下降，N80處理較N0處理顯著上升13.41%；與墾啤麥13不同，增加施氮量對甘啤4號穗比例有著增加的趨勢，但不同處理間無顯著性差別。墾啤麥13和甘啤4號總莖數隨著施氮量的增加而顯著性增加(P<0.05)，均為N160處理總莖數最高，較N0處理增加69.62%和112.93%。表1

注：同列中不同小寫字母表示在P<0.05水平上差異顯著。下同
Note: In the same column, values with different small letter mean significant different.The same as below

2.2 不同施氮量對大麥干、鮮產量及氮肥利用效率的影響

研究表明,隨著施氮量的增加，墾啤麥13和甘啤4號大麥的鮮草產量和干草產量顯著性上升(P<0.05)，2個大麥品種最高鮮草產量和干草產量均出現在N160處理下，鮮草產量較NO處理增加49.72%和116.33%，干草產量較N0處理增加76.13%和148.72%，增加施氮對甘啤4號產量的影響大于墾啤麥13。增加施氮量會顯著降低墾啤麥13和甘啤4號的氮肥偏生產力(P<0.05)，N160處理氮肥偏生產力最低，較N40處理氮肥偏生產力降低171.93%和131.42%。墾啤麥13和甘啤4號的氮肥農學利用效率變化和氮肥偏生產力變化有所差異，氮肥農學利用效率隨著施氮量的增加而先上升后下降，N80處理下氮肥利用效率最高，顯著高于N40和N160處理，N160處理的氮肥農學利用效率較N80處理降低66.13%和45.72%。表2

2.3 不同施氮量對大麥青貯原料品質的影響

研究表明,施氮量對大麥青貯原料有著顯著的影響(P<0.05)。隨著施氮量的增加，墾啤麥13和甘啤4號干物質產量增加，N160處理下干物質產量最高，為44.27%和39.99%，較N0處理顯著增加17.91%和15.04%。墾啤麥13和甘啤4號中性洗滌纖維隨施氮量的增加而先降低后增加，2個大麥品種在N40、N80和N160處理下無顯著性差異(P>0.05)，N80處理下的中性洗滌纖維含量較N0處理降低11.12%和16.73%。與中性洗滌纖維相同，增加施氮量使墾啤麥13的酸性洗滌纖維含量降低后增高，N80處理下最低，為13.26%；甘啤4號酸性洗滌纖維顯著性降低，N160處理下最低，為14.54%，較N0處理含量降低20.51%。墾啤麥13和甘啤4號的粗蛋白含量隨施氮量的增加而顯著性增加((P<0.05))，N160處理下粗蛋白含量最高，為5.16%和5.25%，較N0處理增加22.33%和38.92%，相比于墾啤麥13，施氮對甘啤4號蛋白質含量促進較大。施氮對大麥可溶性碳水化合物含量的影響因品種不同而不同，增加施氮量使墾啤麥13的可溶性碳水化合物含量先上升后下降,N80處最高，為3.70%，顯著性高于其他處理；甘啤4號可溶性碳水化合物含量隨施氮量的增加而增加，N160處理下可溶性碳水化合物含量最高，為5.25%，較N0處理增加80.42%。表3

表2 不同施氮量下大麥干、鮮產量及氮肥利用效率Table 2 Dry yield and fresh yield and nitrogen use efficiency of barley under different N application rate

表3 不同施氮量下大麥的青貯原料品質Table 3 Silage material quality of barley under different N application rate

3 討 論

3.1 不同施氮量對青貯大麥農藝性狀的影響

施氮對作物生長和產量形成具有重要作用，是當前作物高產栽培的主要手段[10]。研究表明，施氮對作物的生物量以及物質分配具有重要影響，但變化規律和當地氣候、作物類型以及品種對氮肥的耐受能力密切相關[15,16]。株高、莖粗以及總莖數是反映牧草產量和利用方式的主要指標，研究表明，施氮對青貯大麥株高、莖粗和總莖數有顯著性的影響。隨著施氮量的增加，青貯大麥株高顯著性增加，但株高和施肥施用量并不是線性關系，而是隨著施氮增加株高增幅逐漸降低。孫建平等[17]研究表明，燕麥株高隨著施氮量的增加而先增加后降低，與研究不同，這可能與施氮量不同有關。研究中2個大麥品種莖粗隨施氮量的增加而先增加后降低，墾啤麥13和甘啤4號莖粗最高點分別在N80和N40處理下，莖粗對氮肥的閾值要低于株高。研究中總莖數隨著施氮量增加而顯著增加，與趙宏魁等[18]在燕麥中的研究相同，在研究的氮肥施用范圍內，總莖數增幅雖有所回落，但高氮肥下總莖數仍有大幅增長，故研究認為，3個農藝指標在不同施氮量下的閾值大小為總莖數>株高>莖粗。

在研究中，施氮對莖、葉和穗比例的影響因品種不同而不同；不同施氮量下的甘啤4號莖、葉和穗比例無顯著性差異；墾啤麥13的莖和葉比例隨著施氮量的增加而顯著性下降，穗比例顯著性上升，楊家蘅等[6]認為這種現象是由于在充足的氮素營養下，作物在開花前干物質積累充足，形成較多的可育小花，從而在灌漿期作物向穗部運輸較多的同化物和氮素營養有關。

3.2 不同施氮量對青貯大麥產量和氮肥利用效率的影響

前人研究表明，作物地上部分的生物量與肥料施入量之間并不是簡單的線性關系，而是存在著一定的閾值[19]。在燕麥中的研究表明，增加施氮量使燕麥的鮮草產量先增加后降低，兩者之間呈二次回歸關系[20]。研究表明，增加施氮量使墾啤麥13和甘啤4號干草產量和鮮草產量顯著性增加，N160處理下干草產量和鮮草產量最高，鮮草產量較NO處理增加49.72%和116.33%，干草產量較N0處理增加76.13%和148.72%；徐國芬等[21]發現增加施氮量使燕麥干草產量先增加后降低，研究結果與其研究有所差異，可能是由于研究的氮肥施用量未超過閾值有關。隨著施氮量的增加，研究中大麥氮肥偏生產力顯著性下降，N160處理下氮肥偏生產力最低，較N40處理氮肥偏生產力降低171.93%和131.42%。這與前人研究相一致[5]。

3.3 不同施氮量對青貯大麥原料品質的影響

青貯并不能增加原料的品質，將高品質的原料進行青貯對獲得高品質的青貯飼料是一件重要的事情。牧草的品質與中性洗滌纖維含量和酸性洗滌纖維含量呈負相關關系，而和粗蛋白、可溶性碳水化合物含量呈正相關關系[22]。中性洗滌纖維含量影響動物對飼草的采食率，酸性洗滌纖維含量影響動物對飼草的消化率[23]，研究表明，增加施氮量使2個青貯大麥品種的中性洗滌纖維含量先降低后增加，最低點在N80處理下；酸性洗滌纖維變化因品種而略有不同，墾啤麥13先降低后增加，N40處理下最低，甘啤4號顯著性降低，在N160處理下最低。增施氮肥在一定程度上可以降低作物中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維的含量，提高青貯大麥品質，但過量可能會降低大麥品質。這與韓世潔[22]在羊草中的研究結果相似。粗蛋白是飼草中蛋白質和含氮化合物的總稱，是動物生長發育的必須物質。馬磊等[24]研究表明，提高施氮量可以提高全株青貯玉米蛋白質含量，全志[25]也發現了這種現象。研究表明，增加施氮量可以顯著提高2個大麥品種粗蛋白的含量，墾啤麥13和甘啤4號均為N160處理下含量最高，較N0處理增加22.3%和38.9%。青貯原料中可溶性碳水化合物含量的高低是影響青貯能否成功的關鍵性因素，可溶性碳水化合物含量高的原料可以加速乳酸菌的繁殖，使pH值迅速降低，從而抑制雜菌的生長[26]。秦夢臻等[27]也發現青貯原料中的可溶性碳水化合物與青貯發酵品質呈現顯著的正相關關系。研究中，施氮對大麥可溶性碳水化合物含量的影響因品種而有所不同，墾啤麥13的可溶性碳水化合物含量隨著施氮量的增加而先增加后降低，N80處理下可溶性碳水化合物含量最高，為3.7%；甘啤4號可溶性碳水化合物含量隨施氮量的增加而增加，N160處碳水化物含量最高。

4 結 論

施氮對青貯大麥農藝性狀、產量、氮肥利用效率和品質影響顯著。隨著施氮量的增加，2個大麥品種株高和總莖數顯著性增加，N160處理下株高和總莖數最大。增加施氮使莖粗先增加后降低，墾啤麥13和甘啤4號分別在N80和N40處理下莖粗最大。3個農藝性狀在不同施氮量下的閾值大小為總莖數>株高>莖粗。增加施氮使墾啤麥13的莖和葉比例顯著性降低，穗比例顯著性增加，對甘啤4號莖、葉和穗比例無顯著影響。增加施氮量使墾啤麥13和甘啤4號鮮、干草產量顯著性增大，2個大麥品種在N160處理下干草產量較N0處理增加76.1%和148.7%。增加施氮使氮肥偏生產力降低。隨著施氮量的增加，2個大麥品種的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維顯著性降低；施氮使粗蛋白含量顯著性升高，N160處理下粗蛋白含量最高，為5.16%和5.25%，甘啤4號粗蛋白含量在N80和N160處理下無顯著差別；施氮使墾啤麥13的可溶性糖含量先增高后降低，N80處理下可溶性糖含量最高。在提高氮肥利用率和獲得高產優質的青貯大麥前提下，新疆北部地區青貯大麥施氮量為80 kg/hm2。