縮行帶狀種植和保水劑對滴灌燕麥籽粒和飼草品質的影響

田 露 劉景輝 米俊珍 趙寶平 李英浩 張 勝 王鳳梧 焦偉紅 高 卿 鄭成忠 張子臻

(1.內蒙古農業大學 農學院，呼和浩特 010019;2.內蒙古自治區農牧業科學院 特色作物研究所，呼和浩特 010031;3.烏蘭察布市農林科學研究所，內蒙古 烏蘭察布 012000;4.烏蘭察布市農牧業生態資源保護中心，內蒙古 烏蘭察布 012000)

燕麥作為糧飼兼用作物，營養全面，特別是籽粒中富含可溶性膳食纖維(β-葡聚糖)，具有較好的保健功能，是世界公認的營養價值較高的谷類作物之一[1]。燕麥在世界范圍內廣泛種植，中國是裸燕麥的原產地，距今有2 500多年的栽培歷史，是世界種植面積最大的國家，裸燕麥栽培在我國具有得天獨厚的優勢，種植區域相對集中，一是西北部半干旱農牧區，二是西南部高海拔山區[2]。內蒙古自治區是我國燕麥第一大主產區，種植面積占全國總面積的35%以上[3]。近年來，隨著內蒙古自治區農牧業種植結構調整和生態環境保護的需求，燕麥作為一種耐寒、耐旱、耐貧瘠、耐適度鹽堿的作物，具有較好的發展潛力和空間，同時也可作為馬鈴薯、玉米、豆類等作物的優勢輪作倒茬作物。目前，內蒙古自治區的燕麥種植技術單一，大多采用廣種薄收的粗獷種植方式，同時灌溉種植以大水漫灌為主，嚴重制約燕麥的產量和品質，探究內蒙古自治區燕麥優質高效的種植方式對燕麥生產的高質量發展具有重要意義。燕麥產量和品質除受自身生物學特性影響之外，還與氣候條件[4]、播期[4]、播種行距[5]、施肥方式[5]、灌溉方式[6]等諸多因素密切相關，因此，通過調整燕麥栽培措施可實現燕麥品質的改良。

滴灌是一種可以直接將水分供應于作物，對作物生長具有良好促進作用的節水灌溉方式，現已被廣泛應用于作物生產[7]。滴灌栽培能夠明顯改善小麥生長發育，促進產量和品質形成[8]。滴灌條件下行距的配置也是研究的熱點，商健等[9]研究表明1管5行(滴灌帶間距90 cm)的種植模式有利于小麥籽粒灌漿；張娜等[10]研究表明滴灌帶間距為60 cm時，冬小麥產量明顯提高。作物行距配置是構建合理群體，提高產量的重要栽培措施，劉麗平等[11]研究表明，行距過寬或過窄都不利于作物生產；Kleemann等[12]研究表明種植行距從54 cm縮小到36 cm時，小麥籽粒產量提高12%～20%，從36 cm縮小到18 cm時，其產量進一步提高5%～8%；薛盈文等[13]研究表明小麥種植行距由20 cm縮小為12 cm時，有利于晚播冬小麥產量和水分利用效率的協同提高。保水劑是近年來應用于農業節水生產中的一種高分子材料，具有反復吸水和釋水的功能，能提高和保持土壤含水量[14]，增加礦質營養含量，進而促進作物產量和品質的形成[15-16]，同時保水劑能夠改善花生品質，增加脂肪、油酸含量和油酸/亞油酸比值[17]，促進小麥籽粒出粉率、粗蛋白、軟化度、沉降值和濕面筋值的提高[18]。

目前，滴灌燕麥的研究集中于滴灌量和水肥一體對燕麥生理特性和產量形成的影響[19-20]。燕麥行距配置的研究集中在旱作燕麥播量與行距配置對其生長和產量的影響[21]。關于保水劑對燕麥的影響報道不多，Robiul等[22]研究了施用保水劑對燕麥生長發育，產量及品質的影響，結果表明施用保水劑促進燕麥生長，提高干物質積累量，改善成熟期燕麥籽粒和秸稈品質。關于滴灌下保水劑對燕麥的研究僅見吳娜等[6]相關報道，其研究表明滴灌中施用保水劑有利于裸燕麥大多數品質性狀的提高以及礦質元素的吸收利用。目前，有關滴灌燕麥中適宜種植方式的研究尚未見報道。本研究針對內蒙古自治區滴灌燕麥栽培生產現狀，通過設置種植方式和保水劑的二因素的田間試驗，測定滴灌燕麥籽粒和秸稈品質指標，旨在建立適應于優質燕麥栽培的高效滴灌種植方法，以期為內蒙古自治區的燕麥優質高效生產提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019—2020年在內蒙古自治區烏蘭察布市農林科學研究所試驗地(40.923 2° N，113.119 6° E)進行，中溫帶大陸性季風氣候，多寒干燥，風多雨少，晝夜溫差大，年均氣溫為4.5 ℃，最高氣溫為39.7 ℃，最低氣溫-34.4 ℃；年降水量376.1 mm，且多集中在7—8月上旬；年均無霜期131 d。2019和2020年試驗地非同一地塊，兩地塊均位于烏蘭察布市農林科學研究所試驗地內。試驗地土壤化學性質詳細情況見表1。

表1 試驗地土壤基礎養分Table 1 Soil basic nutrients in the experimental field

1.2 試驗材料

供試燕麥品種為‘壩莜1號’。農林保水劑(聚丙烯酸鉀鹽型，K-PAM)選購于任丘市鵬宇化工有限公司。

1.3 試驗設計

試驗采取裂區設計，種植方式為主區，保水劑為副區。種植方式設置3個水平：TW，對照，行距20 cm等行距種植，滴灌帶間隔60 cm；FI，縮行15 cm帶狀種植，8行一帶，帶寬1.05 m，帶間隔30 cm，每帶鋪設2根滴灌管，滴灌管間隔60 cm；TE，縮行10 cm帶狀種植，12行一帶，帶寬1.10 m，帶間隔30 cm，每帶鋪設2根滴灌管，滴灌管間隔60 cm，見圖1。保水劑設置2個水平：Y，施用保水劑22.5 kg/hm2；N，對照，不施用保水劑。

TW，等行距20 cm種植；FI，縮行15 cm帶狀種植；TE，縮行10 cm帶狀種植。下同。TW, equal row spacing planting with row spacing 20 cm； FI， strip planting with row spacing 15 cm； TE， strip planting with row spacing 10 cm. The same below.

試驗共6個處理，重復3次。小區面積10.0 m×7.2 m=72 m2，重復之間間距2.0 m，處理之間間距1.5 m，四周保護行各設2.0 m。處理TW小區內種植37行，鋪設13根滴灌帶；處理FI小區內種植40行，鋪設10根滴灌帶；處理TE小區內種植60行，鋪設10根滴灌帶。

不同處理燕麥播種量均為150 kg/hm2，采用人工畫線按行播種，處理TW單行播種量29.17 g，處理FI單行播種量26.99 g，處理TE單行播種量17.99 g。復合肥施用量150 kg/hm2。保水劑和肥料在播前均勻撒施，結合旋耕施入，施入深度為 20～25 cm。2019年播種時間5月8日，收獲時間8月27日；2020年播種時間5月12日，收獲時間8月30日。田間管理參照當地水澆地燕麥種植進行，灌溉根據實際情況在播種后、分蘗期、拔節期、開花期進行，采用測墑補灌的方式進行灌溉，見表2。

表2 不同處理灌溉量Table 2 Irrigation amount of different treatments mm

播種前、分蘗期、拔節期、開花期，測定不同處理小區內0—20 cm土層土壤含水質量百分數(θm，%)、田間持水率(FCm，%)，并利用公式(1)計算0—20 cm土層土壤相對含水率(θr，%)。當θr>70%時，無需灌溉，當θr≤70%時進行灌溉，用公式(2)計算灌溉量I(mm)，進行灌溉。

θr=θm÷FCm×100%

(1)

I=10×0.2×γ0-20×(FCm-θm)

(2)

式(2)中：γ0-20為0—20 cm土層土壤容重，g/cm3。

1.4 測定指標及方法

1.4.1籽粒品質

燕麥成熟期，每個小區取1 m2，刈割時地面留茬10～20 cm，重復3次，進行考種。考種后采用凱氏定氮法[23]測定籽粒粗蛋白；粗脂肪含量采用SZC-101自動脂肪測定儀測定；β-葡聚糖含量采用混聯試劑盒法[4]，試劑盒購自上海意果科技有限公司。

1.4.2飼草品質

燕麥成熟期，在考種取樣材料中取秸稈樣品測定秸稈酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)。酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)用濾袋法[23]測定，采用北京安科博瑞科技有限公司生產的ANKOM 200i半自動纖維分析儀測定。并根據以下公式計算可消化干物質(DDM)、潛在干物質采食量(DMI)和相對飼用價值(RFV)。

DDM=88.9-0.779ADF;DMI=120/NDF;RFV=(DDM×DMI)/1.29

1.5 數據分析

1.5.1圖表制作和分析

采用Excel 2019進行數據整理和繪制圖表，采用SAS 9.3、SPSS 25.0對試驗數據進行統計分析，采用最小顯著差法(LSD)檢驗處理間顯著性。

1.5.2基于隸屬函數法和主成分分析的綜合評價計算

各評價指標由于代表的意義不同，為保證評價過程的客觀性，對各指標的原始數據進行標準化處理，按照公式(3)進行計算。

A(xi)=(xi-ximin)/(ximax-ximin)

(3)

式中：A(xi)代表各指標的隸屬度值；xi代表各指標的測定值；ximax和ximin分別代表第i項指標中的最大值和最小值。

本研究采用主成分分析法計算各評價指標的主成分的特征值、比例、累積方差貢獻率以及變量共同度，計算各評價指標的權重Wi，按照公式(4)進行計算。

(4)

式中：Extraction(xi)為第i個評價指標的變量共同度。

各處理燕麥品質的綜合評價指數，均按照公式(5)進行計算。

(5)

式中：SQI為評價指數，Ai為指標隸屬度值，Wi為第i個評價指標的權重。

2 結果與分析

2.1 種植方式及保水劑對燕麥籽粒品質的影響

由表3可知，種植方式和保水劑處理均極顯著(P<0.01)影響籽粒粗蛋白、粗脂肪和β-葡聚糖含量；兩者交互極顯著(P<0.01)影響籽粒粗脂肪和β-葡聚糖含量，顯著(P<0.05)影響了籽粒粗蛋白含量。3種種植方式中，施用保水劑(Y)處理的燕麥籽粒粗蛋白、籽粒粗脂肪和β-葡聚糖含量由高到低均表現為FI>TW>TE；FI比TW燕麥籽粒粗蛋白、籽粒粗脂肪、籽粒β-葡聚糖含量2019年分別提高3.04%、2.99%、6.81%，2020年分別提高5.70%、12.88%、14.96%；TE比TW燕麥籽粒粗蛋白、籽粒粗脂肪、籽粒β-葡聚糖含量2019年分別降低3.14%、3.69%、3.84%，2020年分別降低4.63%、7.70%、9.55%。3種種植方式中，不施用保水劑條件(N)處理的籽粒粗蛋白、籽粒粗脂肪和β-葡聚糖含量同樣由高到低均表現為FI>TW>TE，2年均表現為TW和FI之間差異不顯著，兩者與TE之間差異顯著。同種種植方式下，僅FI中Y的燕麥籽粒粗蛋白、籽粒粗脂肪、籽粒β-葡聚糖含量比N在2019年分別提高4.54%、8.05%、14.27%，2020年分別提高5.00%、7.95%、19.62%；TW和TE中Y的籽粒粗蛋白、籽粒粗脂肪和籽粒β-葡聚糖含量較N有所提高，但差異均不顯著。

表3 不同種植方式和保水劑處理下燕麥籽粒的品質指標Table 3 Grain quality of oat under different plant mode and super absorbent polymer treatment g/100 g

2.2 種植方式及保水劑對燕麥飼草品質的影響

由表4可知，種植方式和保水劑處理均極顯著(P<0.01)影響燕麥秸稈的中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量、可消化干物質含量、潛在干物質采食量和相對飼用價值。兩者交互作用顯著(P<0.05)或極顯著(P<0.01)影響燕麥秸稈的中性洗滌纖維含量、酸性洗滌纖維含量、可消化干物質含量、潛在干物質采食量和相對飼用價值。

表4 不同種植方式和保水劑處理下燕麥的飼草品質Table 4 Forage quality of oat under different plant mode and super absorbent polymer treatment

3種種植方式中，施用保水劑(Y)處理2年的燕麥秸稈的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量由高到低均表現為TE>TW>FI。2019年TW 和FI之間差異不顯著，兩者與TE之間差異均達顯著水平，2020年三者間差異均達顯著水平。2019和2020年FI的中性洗滌纖維比TW分別降低1.61%和2.48%，TE的中性洗滌纖維比TW分別提高3.20% 和5.66%。酸性洗滌纖維含量兩年均表現為三者之間差異顯著，2019和2020年FI的酸性洗滌纖維比TW分別降低了6.86%和4.81%，TE的酸性洗滌纖維比TW分別提高2.18%和4.28%。不施用保水劑(N)處理2年燕麥秸稈的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量由高到低同樣均表現為TE>TW>FI，2年顯著性差異均表現為TW和FI間差異不顯著，兩者與TE間差異均達顯著水平。同種種植方式下，只有FI中Y的中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量在2019年較N分別降低3.99% 和2.03%，2020年分別降低10.01%和7.85%；2年TW和TE中Y較N的秸稈中性洗滌纖維和酸性洗滌纖維含量有所降低，但差異均不顯著。

3種種植方式，施用保水劑(Y)處理2年的燕麥秸稈可消化干物質含量、潛在干物質采食量和相對飼用價值由高到低均表現為FI>TW>TE。可消化干物質2年均表現為三者間差異達顯著水平，FI較TW可消化干物質含量2019年和2020年分別提高2.22% 和1.64%，TE較TW分別降低1.62%和2.48%。潛在干物質采食量2年均表現為TW和FI差異不顯著，兩者與TE差異顯著。相對飼用價值2019年表現為三者間差異均達顯著水平，FI較TW提高6.59%，TE較TW降低9.27%；2020年則表現為TW和FI差異不顯著，兩者與TE差異均顯著。不施用保水劑(N)處理2年的可消化干物質含量、潛在干物質采食量和相對飼用價值由高到低同樣均表現為FI>TW>TE，但TW和FI差異不顯著，兩者與TE差異顯著。同種種植方式下，只有FI中Y的燕麥可消化干物質含量、潛在干物質采食量和相對飼用價值較N在2019年提高3.40%、4.16%和7.70%，2020年提高2.80%、2.08%和4.39%；TW和TE中Y較N可以提高可消化干物質含量、潛在干物質采食量和相對飼用價值，但差異均不顯著。

2.3 基于隸屬函數法和主成分分析的燕麥品質綜合評價

由表5可知，3種種植方式中，施用保水劑(Y)和不施用保水劑(N)處理的燕麥品質評價綜合指數由高到低表現為FI>TW>TE； 3種種植方式中施用保水劑(Y)處理的品質綜合評價指數均高于不施用保水劑(N)處理。綜上，滴灌燕麥栽培中，適度縮小行距帶狀種植后能夠整體促進燕麥品質的提升，其中以配施保水劑后效果更佳。

表5 種植方式和保水劑處理下燕麥品質綜合評價Table 5 Comprehensive evaluation of oat quality under different plant mode and super absorbent polymer treatments

3 討 論

燕麥籽粒品質和秸稈品質的形成既受遺傳因子的控制，又受環境和栽培條件的影響，環境條件中水分是對燕麥籽粒品質和秸稈品質影響重要的因素之一[24]。

已有研究表明水分條件能夠影響籽粒蛋白質的合成，且供水過多會對籽粒蛋白質的合成起到抑制作用[25]，施用保水劑可以調節作物水分供應，進而影響作物品質，其中部分研究表明保水劑能夠提高烤煙中煙堿和總糖等的含量，使烤煙氮堿比和糖堿比適宜，提高烤煙品質[26]；施用保水劑可以提高花生脂肪含量、油酸含量、油酸/亞油酸比值，改善花生品質[17]。本研究在滴灌燕麥栽培中，僅在行距15 cm帶狀種植(FI)中施用保水劑(Y)較不施用保水劑(N)處理顯著提高籽粒粗蛋白、粗脂肪、β-葡聚糖、秸稈的可消化干物質含量和潛在干物質采食量、相對飼用價值，等行距20 cm種植(TW)和行距10 cm 帶狀種植(TE)中施用保水劑(Y)無顯著提高的效果，這與吳娜[6]研究結果不盡一致，原因可能是本研究滴灌燕麥均為充分灌溉，3種模式中均提供給燕麥植株足夠的水分，而在水分充足條件下保水劑效果不顯著。

目前，關于行距調整對作物品質影響的研究結果不盡一致，其中李玲等[27]研究表明在同種種植密度下，調整株行距對棉花纖維品質指標無顯著影響；劉曉亮等[28]研究則表明隨著行株距擴大，水稻稻米的堊白度和堊白粒率均下降；王彥雯[29]研究表明行距可以顯著影響谷子的籽粒蛋白質和脂肪含量；賈志鋒[21]研究表明隨著行距的增加燕麥籽粒粗蛋白含量增加，粗脂肪、β-葡聚糖含量呈現先增后降趨勢，這與本研究結果部分一致，本研究中與種植方式TW相比，不論是否施用保水劑，種植方式TE的籽粒品質和秸稈品質指標均顯著低于TW(P<0.05)；FI的燕麥籽粒和秸稈品質均比TW有所升高，但在施用保水劑(Y)后各指標表現顯著升高(P<0.05)。可見，燕麥滴灌栽培中調整行距帶狀種植影響了燕麥品質的形成，與等行距20 cm種植(TW)相比，行距15 cm(FI)帶狀種植更利于滴灌燕麥品質的形成，原因是由于適度的縮小行距使作物群體分布均勻，可提高群體葉面積指數、提高光合有效輻射的截獲率、降低漏光損失、改善光合特性[30-31]，進而促進產量和品質的形成[32-33]，但行距10 cm(TE)帶狀種植對產量和品質則表現一定程度的抑制效果，是由于過度的縮小行距造成作物群體通風透光差，葉片擁擠，相互蔭蔽，葉片光合能力下降，產量和品質形成受阻[11]。本研究得出的行距15 cm (FI)縮行帶狀種植方式配合施用保水劑能夠改善燕麥品質的內在分子機制還有待進一步研究。

4 結 論

相同種植方式下，僅行距15 cm帶狀種植(FI)施用保水劑(Y)較對應不施用(N)可顯著提高燕麥籽粒粗蛋白、粗脂肪、β-葡聚糖、秸稈可消化干物質含量和潛在干物質采食量、相對飼用價值。在施用保水劑(Y)條件下，與等行距20 cm種植(TW)相比，行距15 cm帶狀種植(FI)顯著提高燕麥籽粒粗蛋白、粗脂肪、β-葡聚糖、可消化干物質含量和潛在干物質采食量、相對飼用價值，該效果在不施用保水劑(N)條件下表現不顯著；行距10 cm帶狀種植(TE)不論是否施用保水劑(N)，籽粒粗蛋白、粗脂肪、β-葡聚糖、秸稈可消化干物質含量和潛在干物質采食量、相對飼用價值均顯著低于等行距20 cm種植(TW)。綜上，在滴灌帶間距60 cm，采用燕麥行距15 cm(FI)，8行為一帶，帶間距30 cm，同時配施22.5 kg/hm2(Y)保水劑的帶狀種植方式可以實現內蒙古自治區滴灌燕麥籽粒和秸稈品質的提升。