隴中黃土高原半干旱區9個燕麥品種籽粒產量及其營養價值研究

張成君，任生蘭，邊 芳，黃 凱，陳 富，楊 潔，張 明，劉彥明

(定西市農業科學研究院，甘肅 定西, 743000)

燕麥(Avenasativa)是禾本科(Gramineae)燕麥屬(Avena)的一年生草本植物，是一種糧飼兼用型作物[1]，在世界各地廣泛種植，一般分為帶稃型的皮燕麥(A.sativa)和裸粒型的裸燕麥(A.nuda)。我國種植的燕麥以裸燕麥為主，主要集中在西北、西南、華北等地區的冷涼、高寒地帶，可種植在干旱及半干旱地區的不同土壤上[2]。燕麥不僅有適口性好、草產量高、粗蛋白和可消化纖維含量高、粗纖維含量較少、家畜喜食等優點，而且具有抗旱、耐寒、耐鹽堿、耐貧瘠、適應性廣等特點[3-4]，是一種高產、穩定、優質的飼草料作物；燕麥籽粒中含有較高的蛋白質、維生素、脂肪、碳水化合物等營養物質，可為牛、羊、馬等各類家畜提供能量，是被公認的良好精飼料。燕麥全株被應用于調制青干草，籽粒廣泛用于精飼料，對解決農牧交錯地帶家畜飼料短缺、天然退化草場補播及草地畜牧業可持續發展等方面具有重要意義[5]。

甘肅隴中黃土高原半干旱區作為典型的雨養農業區，年降水量350～500 mm，是全國燕麥的主要種植區域之一[6]，其海拔高、日照長、氣溫低、溫差大，為燕麥種植生產提供了得天獨厚的自然條件[7]，燕麥產業的發展對促進該地區農業結構調整和農村經濟發展具有重要意義。然而，甘肅隴中黃土高原半干旱區燕麥生產長期存在品種多雜亂、易倒伏、抗逆性差及種質資源匱乏等問題，導致種植效益不高，嚴重阻礙了燕麥產業的發展，要實現燕麥的高產穩產，充分發揮其在旱作農業生產和畜牧業發展的作用[7]，必須篩選出豐產、優質、穩定、適宜在當地環境條件大面積推廣種植的品種。

近年來，越來越多的學者對引進燕麥品種的生產性能和區域適應性進行了大量的品比試驗[8-12]，為不同地區高產優質燕麥的選擇提供了大量的實踐依據，但主要集中在燕麥草產量、營養品質及飼用價值等方面，且以平原、高寒地區皮燕麥品種的適應性評價為主，而對干旱地區燕麥的農藝性狀、群體特征及籽粒營養品質的研究卻鮮有報道。我國畜牧業快速發展，對飼料的需求越來越大，供需失衡在一定程度上阻礙著畜牧業的發展。因此，研究燕麥品種的籽粒產量及其營養價值，并篩選出優質豐產的飼料型燕麥品種對解決家畜精飼料短缺問題有重要意義。本試驗選用9個燕麥品種在隴中黃土高原半干旱區開展品比試驗，對其主要農藝性狀、種子產量及籽粒營養品質的分析，并應用灰色關聯度法進行綜合評價，旨在篩選出適宜種植在隴中黃土高原半干旱區的優質豐產的飼料型燕麥品種，為當地燕麥新品種的推廣和生產利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在甘肅省定西市農業科學研究院旱作農業科技創新園(104°27′ E，35°32′ N)進行，該地海拔1 920 m，屬典型的溫帶干旱大陸性季風氣候，雨養旱作農業區，年均氣溫7.5～9.6℃，年降水量350～500 mm，年日照時數1 900～2 100 h，無霜期140～170 d，晝夜溫差大。試驗地土壤屬黃綿土，有機質含量為10.11 g·kg-1，全氮含量為0.84 g·kg-1，速效氮含量為56.43 mg·kg-1，速效磷含量為35.43 mg·kg-1，速效鉀含量為195.48 mg·kg-1，pH值為8.03。

1.2 試驗材料

供試燕麥品種如表1所示，均由甘肅省定西市農業科學研究院提供。

表1 試驗材料及來源

1.3 試驗設計

田間試驗采用隨機區組設計，3次重復，小區面積22.2 m2(11.1 m×2 m)，小區四周設保護行，2019—2020年均在4月上旬播種，人工開溝條播，行距25 cm，播量180 kg·hm-2。播種前一次性施尿素(N)150 kg·hm-2，硫酸鉀(K2O)300 kg·hm-2，磷肥(P2O5)525 kg·hm-2，生育期內不追肥、不灌水，田間管理與當地大田管理一致。

1.4 測定指標

農藝性狀：參照王柳英[13]的生育期鑒定標準，觀察并記錄燕麥的出苗期、分蘗期、拔節期、抽穗期、開花期、乳熟期和完熟期。田間收獲前每個小區隨機選取10株測量株高和穗長，數取小穗數，并進行室內考種，統計穗粒數、穗粒重和千粒重等指標。

種子產量：完熟期收獲小區地上部分，晾曬脫粒，稱重測產。

籽粒營養品質：采用凱氏定氮法測定粗蛋白含量[14]；采用Megazyme試劑盒測定β-葡聚糖含量[15]；采用雙波長法測定總淀粉含量[16]；采用索氏抽提法測定粗脂肪含量[17]。

1.5 數據分析

通過SPSS 19.0軟件對數據進行單因素方差分析，采用Duncan法進行顯著性檢驗，并用Microsoft Excel 2010作圖。本文農藝性狀、種子產量和籽粒營養品質均為2019和2020兩年的平均值。用灰色關聯度分析對9個燕麥的品種主要農藝性狀、種子產量和籽粒營養品質進行綜合評價，根據灰色系統理論[18-19]，將供試燕麥品種的所有性狀歸納為一個灰色系統，而每一個性狀是該系統的一個因素，采用灰色關聯度分析法進行綜合評價。供試燕麥品種以X表示，指標以k表示，各供試燕麥品種X在性狀k處的值構成比較數列Xi，X0為構建的參考品種。根據以下公式求得關聯系數、等權關聯度、權重系數和加權關聯度。

式中，miniimink|X0(k)—Xi(k)|為二級最小差，maximaxk|X0(k)—Xi(k)|為二級最大差，ρ為分辨系數，此處取為0.5。n為供試燕麥品種各性狀指標的個數(n=11)，k為性狀；i為品種編號。等權關聯度越大，表明該品種與參考品種的相似程度越高，其綜合性狀也就越好，而各指標在評價燕麥品種農藝性狀、種子產量籽粒品質中的貢獻率不同，因此，為了客觀、全面評價供試燕麥品種的農藝性狀、種子產量和籽粒營養價值，需通過加權關聯度對供試燕麥品種的農藝性狀、種子產量和籽粒營養價值進行綜合評價。

2 結果與分析

2.1 生育期觀測

由表2可知，9個燕麥品種在2019—2020年均能順利完成其生長發育。2019年供試燕麥品種因播種期間土壤墑情較差，導致出苗時間較以往推遲，出苗時間在22～27 d，‘白燕18號’出苗最早(4月23日)，‘迪燕1號’出苗最晚(4月28日)，較‘白燕18號’晚5 d。生育期最短的是‘白燕16號’，為101 d，最先進入完熟期，其余品種間同一生育時期差異不明顯，生育期在105～111 d之間，均為中熟品種。2020年供試燕麥品種播種期間土壤墑情與2019年相比較好，出苗時間在13～15 d，出苗期保持相對一致，‘白燕16號’和‘白燕18號’出苗最早(4月14日)，‘迪燕1號’出苗最晚(4月16日)，生育期最短的是‘白燕16號’，為105 d，生育期最長的是‘魏都莜5號’和‘晉燕18號’，為113 d，二者相差8 d。9個燕麥品種在2019與2020年間生育期差異不明顯。

表2 不同燕麥品種生育期

2.2 農藝性狀和種子產量的比較

9個燕麥品種農藝性狀間存在顯著差異(P<0.05)(表3)?！涎?號’的株高最高(150.00 cm)，穗長最長(30.50 cm)，其株高除與‘張莜8號’‘張莜9號’和‘晉燕17號’無顯著差異外，顯著高于其他燕麥品種(P<0.05)，其穗長顯著高于其他燕麥品種(P<0.05)；‘迪燕1號’的小穗數最多(45.73個)，‘白燕18號’的小穗數最少(23.63個)，比前者低48.33%；‘魏都莜5號’的穗粒數最多(128.83粒)，顯著高于除‘白燕16號’以外的其他品種(P<0.05)；穗粒重變化范圍為1.49～2.84 g，相差1.91倍，其中‘魏都莜5號’的穗粒重最大(2.84 g)，顯著高于除‘晉燕17號’和‘白燕16號’以外的其他品種(P<0.05)；‘張莜8號’的千粒重最高，為28.20 g，顯著高于其他品種(P<0.05)，大多數品種的千粒重在21.30～25.50 g之間；‘晉燕17號’種子產量最高(2 500.00 kg·hm-2)，顯著高于除‘壩莜18號’和‘魏都莜5號’以外的其他品種(P<0.05)，‘迪燕1號’最低(1734.20 kg·hm-2)，較‘晉燕17號’低了30.62%。

表3 不同燕麥品種農藝性狀和種子產量的差異

2.3 籽粒營養品質比較

不同燕麥品種籽粒營養品質差異顯著(P<0.05)(圖1)。燕麥籽粒粗蛋白含量為15.95%～18.75%，β-葡聚糖含量為3.75 %～4.37%，淀粉含量為50.64%～53.68%，粗脂肪含量為4.76%～6.35%。其中‘張莜9號’的粗蛋白含量最高，達18.75%，顯著高于除‘迪燕1號’以外的其他品種(P<0.05)，‘晉燕17號’的粗蛋白含量最低，為15.95%，顯著低于其他品種(P<0.05)，較‘張莜9號’低了14.93%；‘壩莜18號’的β-葡聚糖含量最高，達4.37%，‘晉燕17號’次之，為4.28%，且‘壩莜18號’和‘晉燕17號’的β-葡聚糖含量顯著高于除‘白燕18號’以外的其他品種(P<0.05)；‘白燕16號’和‘晉燕17號’的淀粉含量最高，均為53.68%，顯著高于除‘張莜8號’以外的其他品種(P<0.05)；‘壩莜18號’的粗脂肪含量最高，達6.35%，顯著高于除‘白燕18號’以外的其他品種(P<0.05)，‘張莜9號’的粗脂肪含量最低，為4.76%，較‘壩莜18號’低了25.04%。

圖1 不同燕麥品種籽粒品質的差異

2.4 綜合評價

供試燕麥品種的主要農藝性狀、種子產量和籽粒營養品質性狀指標因計量單位不同，缺乏相應的可比性，為保證其具有同等性和客觀性，需對各指標進行標準化處理[20]。本試驗對各燕麥品種的株高、穗長、小穗數、穗粒數、穗粒重、千粒重、種子產量、粗蛋白、β-葡聚糖、總淀粉和粗脂肪11個指標進行Min-max標準化法進行無量綱化處理，根據公式計算得到相應的關聯系數(表4)，在通過關聯度公式得到供試燕麥品種的等權關聯度(表5)。

表4 不同燕麥品種的關聯系數及權重

供試燕麥品種各指標在農藝性狀、種子產量和籽粒營養品質中的重要性不同，根據權重系數公式得出各指標的權重:總淀粉(0.121 8)>粗蛋白(0.107 9)>β-葡聚糖(0.102 6)>株高(0.101 7)>種子產量(0.093 7)>粗脂肪(0.085 5)>千粒重(0.085 2)>穗粒重(0.078 7)>穗長(0.078 0)>小穗數(0.072 9)>穗粒數(0.072 0)。在根據加權關聯度公式得到供試燕麥品種的加權關聯度(表5)。

根據灰色關聯度的加權分析原則，加權關聯度較全面考慮了各指標對綜合評價的貢獻不一致，使結果更加合理，加權關聯度排序越靠前，其綜合性狀越好。由表5可知，供試燕麥品種‘晉燕17號’的加權關聯度最大(0.7740)，表明其綜合性狀最好，如種子產量和淀粉含量最高，分別為2 500.00 kg·hm-2和53.68%；其次‘魏都莜5號’和‘迪燕1號’的綜合性狀較好，加權關聯度分別為0.727 3和0.718 8；而‘白燕18號’的綜合性狀較差，加權關聯度為0.616 2；‘白燕16號’、‘壩莜18號’、‘張莜8號’、‘張莜9號’和‘晉燕18號’綜合性狀處于中間水平，加權關聯度的變化范圍為0.648 3～0.706 2。加權關聯度分析結果與等權關聯度分析結果基本一致。

表5 不同燕麥品種的關聯度及排序

3 討論

3.1 生育期

在水熱條件適宜的情況下，播種8～10 d后燕麥即可出苗[21]，本試驗中，2019年參試燕麥品種出苗時間在22～27 d，主要是播種期間當地土壤墑情較差、氣溫較低，影響了燕麥種子的萌發，導致出苗時間較往年推遲，楊發林等[22]研究也得出過相似的結果。生育期是評價燕麥品種對試驗區域環境適應性的重要指標之一。本試驗中，不同燕麥品種的生育期在101～113 d，在隴中黃土高原半干旱區均能夠正常成熟，兩年的生長發育期也沒有明顯的差異，不存在晚熟及成熟不了的品種，與南銘等[3]在甘肅中部引洮灌區不同燕麥品種適應性的研究得到的結果相似，說明類似生態區種植對燕麥生育期的影響并不明顯。

3.2 農藝性狀及種子產量

株高既是衡量牧草生長發育狀況的重要標準，也是反映其生產能力的常用指標[23]。本試驗發現，供試9個燕麥品種的株高介于110.6～150.0 cm之間，略低于楊海磊等[24]在肅南地區的報道結果，但高于孫建平等[23]在晉北農牧交錯區的研究結果，可能是由于燕麥生境條件的差異過大所致。燕麥生產性能包括產量、株高及生長情況等，而種子產量是生產性能高低的具體體現[25]。本試驗中，9個燕麥品種中種子產量范圍在1 734.20～2 500.00 kg·hm-2之間，明顯低于彭先琴等[12]在川西北高寒地區燕麥2 250～3 750 kg·hm-2的研究結果，說明隴中半干旱地區與川西北高寒地區種植對于燕麥種子產量影響較大。研究指出，燕麥種子產量的構成因素包括穗長、小穗數和千粒重等，這些因素的差異均會使種子產量的高低受到影響。本試驗中，‘魏都莜5號’和‘晉燕17號’的穗粒數和穗粒重均較高，其種子產量也高于其他品種，可能由于燕麥籽粒的飽滿度及穗部的緊實度不同，從而對種子產量產生不同影響[25]。千粒重作為種子質量的重要指標，標志著種子的發育程度，千粒重越高，種子越飽滿。本試驗中，‘張莜8號’的千粒重顯著高于其他品種，種子大而飽滿，種子質量相對較高。相同栽培條件下，品種不同，其性狀變現差異很大，且不同燕麥品種對小穗數和穗粒數有極顯著的影響[26]，本試驗發現，9個燕麥品種在隴中黃土高原半干旱區的穗長、小穗數、穗粒數和穗粒重等性狀表現均不同，是由于燕麥品種本身遺傳特性差異所致。

3.3 籽粒營養品質

燕麥籽粒中豐富的蛋白質、脂肪、β-葡聚糖和礦物元素等營養物質可為各類家畜提供能量及營養[12]。粗蛋白是飼料作物中含氮物質的總和，是決定籽粒營養品質的重要指標[27]。本試驗發現，9個燕麥品種籽粒粗蛋白含量的變化范圍為15.95%～18.75%，苗玉紅等[28]的研究也得出過相似的結果，說明燕麥籽粒蛋白含量受其自身遺傳特性限制，研究區域和品種對燕麥籽粒蛋白含量變化影響不大。燕麥籽粒中β-葡聚糖含量高低與自身遺傳特性有關，許多研究也表明了燕麥籽粒β-葡聚糖含量有明顯的遺傳差異[29]。本試驗中，供試燕麥品種籽粒β-葡聚糖含量變化范圍為3.75%～4.37%，這與Doehlert等[30]研究結果相接近，即不同燕麥品種籽粒的β-葡聚糖含量為3.00%～7.43%?！畨屋?8號’的β-葡聚糖含量最高，為4.37%，略低于姜超等[31]在晉北地區的研究結果，燕麥生境條件差異可能會導致β-葡聚糖含量不同。籽粒中碳水化合物可以代謝成葡萄糖、提供機體能量及維持反芻動物瘤胃健康高效的發酵，而淀粉既是籽粒中占比最大的碳水化合物，也是衡量燕麥籽粒營養價值的常見指標。本研究中，參試燕麥品種的淀粉含量介于49.22%～53.68%之間，‘白燕16號’和‘晉燕17號’的淀粉含量最高，均為53.68%，這與南銘等[11]在西北半干旱區種植燕麥品種的淀粉含量相近，說明類似生態區種植對燕麥籽粒淀粉含量影響不大。脂類具有維持體溫、提供能量以及對脂溶性維生素促進吸收的作用，因此飼料作物中脂肪含量對家畜能量的提供很重要。本研究中粗脂肪含量比柴繼寬等[32]在甘肅二陰區報道的結果略低，這可能是由于燕麥的品種不同和生長環境差異較大造成的。

3.4 利用灰色關聯度綜合評價

燕麥品種的優劣性和適應性并不能由單一的生產性能或營養成分指標決定，而是各種性狀的綜合表現，因此需要將多個性狀指標進行綜合分析。而灰色關聯度法能夠綜合考慮分散信息，使得到的結果更加準確、可靠，明確了燕麥各性狀指標的相對重要性，且與試驗表現較吻合，能綜合判別出品種的優劣，有效克服單項比較分析的缺點，從而篩選出適宜在本地區種植推廣的優良燕麥品種[33-34]。因此本試驗運用灰色關聯度法，選取7個主要農藝性狀和4個主要營養性狀指標，比較全面、準確的反映了引進燕麥品種的綜合性狀。然而，本試驗未將各供試燕麥品種在該地區的飼用性能以及抗逆性等因子考慮進去，對此將在后續試驗中加強對燕麥品種的分析與觀察，以期為隴中黃土高原干旱區引進優質高產的燕麥品種提供理論依據。

4 結論

‘晉燕17號’‘魏都莜5號’和‘迪燕1號’3個燕麥品種的綜合性狀較好，適宜在隴中半干旱地區大面積推廣種植；‘白燕16號’‘壩莜18號’‘張莜8號’‘張莜9號’和‘晉燕18號’這5個品種有待進一步繼續種植、觀察與評價；‘白燕18號’綜合表現較差，引種時需謹慎考慮。