不同播期下水熱因子對燕麥生長、產量和品質的影響

周 磊，王 璐，米俊珍，王鳳梧，焦偉紅，劉景輝，趙寶平

(1.內蒙古農業大學農學院，內蒙古呼和浩特 010019； 2.內蒙古烏蘭察布市農牧業科學研究院，內蒙古烏蘭察布 012000; 3.內蒙古烏蘭察布市農業技術推廣站，內蒙古烏蘭察布 012000)

燕麥(AvenanudaL.)，禾本科燕麥屬一年一熟作物，適應性強，具有耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐適度鹽堿等特點，是我國北方及農牧交錯區重要的糧飼兼用性作物之一[1-3]。我國是燕麥主產國之一，主產區主要集中在我國北方內蒙古陰山丘陵區、河北壩上和山西北部地區，屬于溫帶大陸性氣候，熱量不足，氣溫相對較低，降水主要集中在7-8月份，且降水分布不均，這些外界因素都限制著燕麥的生長發育、產量和品質形成[4-5]。

播期是影響作物生長發育、農藝性狀、產量和品質特性的重要因素之一[6], 適宜的播期能夠充分利用氣象因子，例如光、熱、降雨等自然資源[7-9]，使其與作物生長特性相匹配。例如，播期通過影響作物生育期內積溫的變化而影響作物的生育進程[7]。播種太早或者太晚可能會因為病蟲害壓力以及來自于環境方面的不利因素如：霜凍、干旱和高溫而導致產量降低和品質下降[10]。

燕麥屬喜涼作物，春季適當早播可使燕麥在生育時期避開高溫危害，增加結實率。然而，我國北方燕麥主產區燕麥以旱作為主，生育期間干旱缺水是制約燕麥產量和品質改善的關鍵因素[7]。由于播期過早而導致燕麥需水關鍵期與區域降水高峰期不吻合，而導致燕麥產量低、品質和口感不佳等問題[11]; 再加上近年來全球氣候變暖，降雨格局改變，水熱資源的分配對燕麥生產也產生了明顯的影響。目前，對燕麥主產區燕麥種植的研究多集中在肥料配比[12]、灌溉水平[13]、土壤改良劑施用[14-15]等方面，而對適應區域降水和溫度特點的適宜播期的影響研究相對較少。因此，本研究擬探究不同播期下水熱變化對燕麥生長和產量的影響，以明確我國燕麥主產區燕麥最適播期，為燕麥高產、穩產栽培提供技術支持。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2018年4月-2019年9月在內蒙古自治區烏蘭察布市農牧業科學研究院試驗基地進行，連續重復兩年。試驗地氣候屬于溫帶大陸性季風氣候，年平均降雨量不足300 mm，年平均氣溫4.7 ℃，2015-2019年燕麥生育時期日平均氣溫和平均降雨量如圖1。供試土壤為栗鈣土，土壤中有機質、全氮、全磷和全鉀含量分別為 12.25、1.27、0.63和0.41 g·kg-1，堿解氮、速效磷和速效鉀含量分別為78.0、13.8和106.0 mg·kg-1。前茬作物為馬鈴薯。

圖1 2015-2019年燕麥生育期間日平均氣溫和降雨量Fig.1 Daily mean temperature and precipitation distribution during oat growing season in 2015-2019

1.2 試驗設計

試驗材料為裸燕麥白燕2號，由吉林省白城市農業科學院選育，該品種生育期90 d左右，屬中熟品種，適宜在我國北方燕麥主產區種植。采用隨機區組設計，共設5個播期，分別為4月18日、4月28日、5月8日、5月18日和5月28日，分別用S1、S2、S3、S4和S5表示，每個處理重復3次，共15個小區。小區面積為30 m2(10 m×3 m)，燕麥采用人工條播方式，行距25 cm，播深 3～4 cm，每個小區種植12行，播種量為120 kg·hm-2。氮肥為尿素，折合純氮量為75 kg·hm-2，磷肥為過磷酸鈣，折合P2O5為37.5 kg·hm-2，整個燕麥生育期無灌溉，其他田間管理同當地常規大田。

1.3 測定項目與方法

物候期觀察：分別記錄燕麥的出苗、分蘗、拔節、抽穗、灌漿和成熟等主要生育時期，小區作物50%達到觀察生長階段時記錄具體日期。

成熟期每個小區取1 m2樣方進行測產，選取20株具有代表性植株，用卷尺測定株高，選取燕麥植株主莖地上第二節間的中部，用游標卡尺測莖粗，并進行考種，測定單株粒數和千粒重。

β-葡聚糖含量采用混聯試劑盒法(上海易果)測定。 粗蛋白含量采用凱氏定氮儀測定。 粗脂肪含量采用索氏抽提法測定。

氣象數據(降雨量和積溫)由內蒙古烏蘭察布市氣象局提供。

1.4 數據處理

數據基本處理采用Microsoft Excel 2016，作圖采用Sigmaplot 14，利用R語言進行方差分析和相關性分析。

2 結果與分析

2.1 播期對燕麥生育進程的影響

播期對燕麥生育期和生育進程影響較大(表1)。播種越早，燕麥生育期越長。隨著播期的推后，燕麥出苗時間縮短，這與日平均氣溫逐漸升高有關。5月8日之前播種的生育期天數均大于90 d，5月18日和5月28日播種時生育期天數則在85 d左右。最早播種和最晚播種生育期天數相差12～14 d左右，播種早的處理在8月初成熟，而晚播種處理的成熟期在8月中下旬。

表1 2018和2019年不同播期對燕麥生育進程的影響Table 1 Effect of different sowing dates on oat growth process in 2018 and 2019

隨播期的推遲，燕麥抽穗前后的生育進程均加快。播期每推遲10 d，營養生長期(出苗-抽穗)平均推遲5～9 d。各處理營養生長期天數占總生育天數比例不同，S1處理最高，平均50.2%；S4和S5處理較低，分別平均為48.8%和49.1%。

2.2 播期對燕麥各生育階段積溫的影響

播期對燕麥整個生育時期的總積溫及各生育階段的積溫均產生影響(表2)。2018年表現為S1與S2處理間、S4與 S5處理間全生育期總積溫差異較小，總積溫隨播期變化并未呈現出明顯的規律；2019年，不同處理間全生育期總積溫差異明顯，且隨播期推遲呈先增后減趨勢。2018年度，適當推遲播種提高了播種到出苗(除S4外)、分蘗到拔節(除S5外)的積溫，但逐漸降低了拔節到抽穗和灌漿到成熟的積溫，S4和S5處理的全生育期積溫小于S1、S2和S3處理的積溫。2019年，適當延后播期提高了播種到出苗、出苗到分蘗的積溫，但降低了拔節到抽穗時的積溫。

表2 2018和2019年燕麥不同生育階段積溫(≥0 ℃)Table 2 Accumulated temperature(≥0 ℃) at different growth stages in 2018 and 2019 ℃

2.3 播期對燕麥各生育階段降雨量分布的影響

由表3可知，不同播期下，燕麥生育期總降雨量和各生育階段降雨量的分配均不同，但總降雨量變化無明顯規律。隨著播種日期的延遲，燕麥拔節到抽穗階段的降雨量逐漸提高，但灌漿期到成熟期間降雨量降低。

表3 2018和2019年燕麥生育時期降雨分布Table 3 Precipitation distribution at oat growth stages in 2018 and 2019 mm

2.4 播期對燕麥株高和莖粗的影響

播期對燕麥的株高和莖粗有顯著影響(P≤0.05)。以S5處理燕麥株高和莖粗最大。2018年，各處理的燕麥株高可分為3組，S4和S5最高，S2和S3次之，S1最低，3組間差異顯著；2019年以S5最高，其余處理間差異不顯著(圖2A)。對于燕麥莖粗而言，2018年分為兩組，S5處理莖粗最大，約為5 mm，其余處理的莖粗在4 mm 左右，兩組間差異顯著；2019年，S4和S5較大，二者差異不顯著，但顯著高于其他處理(P≤0.05)。

圖柱上不同小寫字母表示處理間差異顯著(P≤0.05)。下圖同。Different lower-case letters above the columns mean significant difference among treatments(P≤0.05). The same in figure 3.圖2 2018年和2019年不同播期對燕麥株高(A)和莖粗(B)的影響Fig.2 Effect of different sowing dates on oat height(A) and stem diameter(B) in 2018 and 2019

2.5 播期對燕麥產量及構成因素的影響

從表4可知，S1、S2和S3處理間籽粒產量及其構成因素差異均不顯著，S4和S5處理的籽粒產量顯著高于S1處理(P≤ 0.05)，分別較S1處理提高了20.0%和24.9%，以S5處理的燕麥產量最高，平均為 3 181.86 kg·hm-2。2018年，S4和S5處理主要通過提高穗數和千粒重提高產量，而2019年，則主要通過提高穗粒數提高產量。2019年，S5處理的產量顯著高于S4處理，在2018年，兩者差異不顯著。

表4 2018和2019年燕麥產量及其構成因素Table 4 Grain yield and yield components of oat in 2018 and 2019

2.6 播期對燕麥品質的影響

不同播期對燕麥籽粒β-葡聚糖、粗蛋白和粗脂肪含量影響不同(圖3)。2018年，與S1處理相比，其余各處理(除S2外)燕麥籽粒的β-葡聚糖含量均顯著(P≤0.05)提高，以S4處理最高，S5處理次之。2019年，S3和S4處理的β-葡聚糖含量最高，其他處理間差異不顯著。對于粗蛋白含量，2018年表現為隨著播期的推后而顯著(P≤ 0.05)增加，S4處理的最大，約為16%；2019年則S4和S5處理間差異不顯著，但顯著高于S1、S2和S3處理，平均提高約7%，S1、S2和S3處理間差異不顯著。燕麥粗脂肪含量的變化趨勢同粗蛋白含量類似，以S4處理最高，平均為6%，較S1處理平均提高了 14.65%。

圖3 2018年和2019年不同播期下燕麥籽粒β-葡聚糖(A)、粗蛋白(B)和粗脂肪(C)含量Fig.3 β-glucan(A), crude protein(B) and crude fat(C) content of oat grain under different sowing dates in 2018 and 2019

2.7 不同燕麥播期各生育階段間的積溫、降雨量、生育進程與產量、品質的相關性

綜合兩年的氣象因子、燕麥生育進程、籽粒產量和品質數據，相關性分析表明，拔節到抽穗期的降雨量、分蘗到拔節期的積溫以及總降雨量均與籽粒產量呈顯著(P≤0.05)正相關，灌漿期到成熟期的降雨量增加、出苗到分蘗期時間延長以及燕麥整個生育期變長均不利于燕麥籽粒產量的提高。拔節到抽穗期、灌漿到成熟期的積溫增加可顯著(P≤0.05)延長燕麥的生育時期，拔節到抽穗期的積溫與同時期燕麥生育時期長短呈顯著(P≤0.05)正相關。灌漿到成熟的降雨量與燕麥β-葡聚糖、粗脂肪和粗蛋白含量呈負相關，抽穗到灌漿期的積溫增加不利于燕麥粗脂肪和粗蛋白含量的提高；分蘗到拔節期的積溫增加、拔節到抽穗期的降雨量提高以及灌漿到成熟期時間的延長均顯著(P≤0.05)的提高了燕麥粗蛋白含量，抽穗到灌漿期的降雨量增加顯著 (P≤0.05)提高了燕麥粗脂肪含量。

3 討 論

3.1 不同播期下水熱因子對燕麥生長特性的影響

氣候變暖，極端氣候頻現，降雨格局發生改變，這些氣象因子對農作物生長發育的影響逐漸凸顯出來。適宜的播期有助于作物更充分地利用有效的光、熱和降水等外部環境條件，以達到優化資源利用、促進作物生長和增產增效的目的，尤其是在干旱與半干旱地區，高效利用有限的光熱和降雨資源，對糧食生產十分重要。在陰山丘陵區，燕麥早播易遭遇早春寒流的襲擊，導致燕麥減產。

適宜的播種時期對陰山地區燕麥種植具有一定的指導和實踐意義。

本研究表明，適當推遲燕麥播種，縮短了燕麥的生育期，但縮短天數少于播期推遲天數。這與王永剛等[16]和王 夏等[17]研究結果類似，但與馬雪琴等[18]研究結果相反。馬雪琴等的研究結果顯示，永久444的播期從4月18延遲至5月5日時，雖可完成生育期，但生育天數隨播期推遲而增加，這可能與燕麥品種特性和青藏高原獨特的氣候條件有關。本研究在我國北方燕麥主產區內蒙古陰山丘陵地區進行，發現中熟燕麥品種在5月28日前后播種較為適宜。過早播種時，由于該地區在6月中旬前，降雨概率小，降雨量有限，氣溫波動較大，不利于發芽和苗期的生長；且燕麥關鍵需水時期溫度和降水量偏低，影響籽粒灌漿。延遲播種，雖未對整個生育期內總積溫產生明顯影響，但提高了出苗階段的溫度，有利于燕麥的出苗和生長，所以S4和S5播期下的株高和莖粗顯著高于其他處理；有利于后期籽粒灌漿和產量形成。

3.2 不同播期下水熱因子對燕麥產量和品質的影響

在干旱半干旱環境中，調整播期是多變氣候環境下維持作物穩產的有效手段之一[19]。本研究發現，隨著播期后移，燕麥籽粒產量逐漸增加，以5月28日播種獲得的產量最高。播期過早，氣溫偏低，土壤溫度和土壤含水量低，影響種子的發芽，導致燕麥提前進入拔節期，分蘗數較少，從而影響產量；播期過晚，氣溫呈高溫干熱現象，導致籽粒千粒重下降，從而影響籽粒產量。不同氣候環境條件下，推遲播期對作物產量影響不一[20]。王永剛等[21]研究發現，在黑龍江中西部地區，隨著播期的推遲，皮燕麥產量逐漸降低，其原因主要是因為生育期縮短，灌漿期隨之減少，導致燕麥干物質積累減少；另外，播期推遲后，氣溫升高，降雨增加，容易導致燕麥徒長而造成減產。

在本試驗中，播期雖然影響了燕麥生育階段的熱量分布，但相關性分析表明，降雨量及其在各生育階段的分布是影響燕麥產量和品質的主要因素。在半干旱環境中，降雨年際間變化大、生長季內分布不均增加了作物遭受干旱脅迫的風險[22]。在雨養農業中，降雨是作物水分需求的唯一來源，所以作物生長季內降雨量往往與產量關系密切，本研究發現，燕麥生育期內降雨總量與產量呈正相關。播期通過調節作物關鍵生育時期或臨界需水時期與降雨集中期相遇，從而滿足作物需水以保障作物生長和產量形成[11]。拔節至抽穗期是燕麥生育期間需水量最大、最迫切的時期[23]。本研究發現，播期推遲后，拔節到抽穗期降雨量增加，促進了燕麥的生長和籽粒形成，可由該時期的降雨量與產量呈顯著正相關所證實(表5)。

表5 燕麥各生育階段相關氣象因子與產量和品質的相關性分析Table 5 Correlation between meteorological factors at oat growth stages with grain yield and quality

播期也通過光、熱、氣、溫等氣候因子來影響作物的品質。周 偉等[24]研究發現，適當延遲播期，有利于提高糯玉米籽粒淀粉含量。蘭 濤等[25]對6種不同生態型小麥播期的研究發現，晚播處理的小麥產量和品質均有所降低。本試驗發現，推后播種提高了燕麥籽粒β-葡聚糖、粗蛋白和粗脂肪的含量，但燕麥各生育時期間的降雨和積溫對產量和品質形成影響不一，降雨量、積溫和生育時期對β-葡聚糖含量無顯著作用，推測可能與土壤等其他因素有關。本研究發現，灌漿到成熟期的降雨量增加不利于燕麥產量和品質的提高，因為灌漿到成熟期，光照和熱量是保證籽粒飽滿和品質高低的主要因素。趙寶平等[26]在呼和浩特進行的防雨池試驗中發現，當灌溉量為180 mm時，燕麥產量達到最大，繼續提高灌溉量，反而會造成減產。

本試驗對內蒙古燕麥主產區主栽燕麥品種開展了播期研究，在今后的研究中需進一步增加供試燕麥品種數量，以明確不同品種與環境因子互作效應對產量品質的影響；另外，本試驗中兩年數據的燕麥成穗數變異幅度較大，從提高成穗數方面考慮，建議將播量和播期結合起來研究其對燕麥產量與品質的影響。

4 結 論

在陰山丘陵區，白燕2號適宜在5月18日至5月28日之間播種，能充分協調和利用水熱資源，可獲得高產優質燕麥。

適當延遲播種提高了燕麥生育階段降雨量，特別是拔節至抽穗期；提高了苗期階段積溫，促進了燕麥的生長，提高了燕麥株高和莖粗，提高了燕麥的籽粒產量和品質；燕麥各生育階段水熱變化對產量和品質形成影響不同，主要與各生育時期降雨分配有關。