施氮量與行距對賴草種子產量及質量的影響

關鍵詞：賴草;施氮量;行距;種子產量;種子質量;綜合評價

賴草（Leymussecalinus）是禾本科（Poaceae）小麥族（Triticeae）賴草屬（Leymus Hochst.）的多年生禾草，分布范圍廣[1]，適應環境能力強，具有耐寒、耐旱、耐鹽堿和抗病蟲害等能力[2-4]，是防風固沙、涵養水源以及防止水土流失、改良鹽堿地、生態系統恢復的重要資源[5]。賴草營養價值較高[6]，幼嫩時山羊、綿羊喜食，牛終年喜食，可作為家畜的抓膘牧草[7]，秋冬季枯草期可制成干草;賴草屬植物也是牧草和麥類作物育種的重要基因資源[8]，在草業、畜牧業、植物遺傳育種中受到極大的關注，在我國北方鹽堿、干旱地區，賴草具有廣闊的應用前景，對畜牧業發展與生態建設具有重要意義。賴草無性繁殖能力強，有性繁殖能力較弱，其存在的抽穗率、結實率、發芽率低[6]的問題極大的限制了賴草的大田種植。許多學者對于賴草發芽率低的問題做了研究，從明確賴草萌發機制，改善萌發環境[9，10]、施加外源激素等[11-13]方面，提高了賴草發芽率低的問題;但對于結實率和抽穗率低的研究還存在欠缺，研究影響賴草產量的因素，提高種子產量是生產上亟待解決的難題。

影響種子產量的因素很多，除遺傳因素[14]外，還受到環境和栽培技術的影響，如播期[15]、播種方式[16]、種植密度[17]、水肥措施[18]、收獲方式[19]等。行距是植物栽培必須考慮的因素之一，種植行距過小影響牧草群體結構、光合效能以及干物質轉運積累[20]，過寬的行距會造成雜草的生長，限制牧草對土壤養分的吸收與利用[21]，合理的行距利于植物進行光合作用，同時利于養分和水分吸收[22]，提高作物干物質量與種子產量。劉奕彤[23]對冰草（Agropyroncristatum）的研究表明，適當行距能顯著提高種子產量和營養品質;孟祥君等[24]研究結果發現不同行距顯著影響飼用黑麥（Secalecereale）的種子產量和有效分蘗數。增施氮肥也是提高牧草種子產量的主要途徑之一，江生泉等[25]研究表明，多花黑麥草（Loliummultiflorum ）種子產量與出苗期、分蘗期和抽穗期施氮量呈極顯著正相關，其中與分蘗期施氮量相關性最大。合理的施氮量在保證植株正常生長的同時還可以促進植株的生長發育、延緩器官衰老、提高植株光合能力，但過度施氮則會引起燒苗、抑制植株生長等問題[26，27]，不同的牧草對于氮肥量的需求不同，合理的利用氮肥，使得飼草產量與種子產量達到最大至關重要。

賴草作為北方農牧交錯帶半干旱草地的主要優勢種[28]，是生態修復重要牧草，蘊藏著巨大的生態與生產潛力，試驗通過設置不同施氮量與行距，探究影響賴草種子產量與質量的關鍵因素，尋求獲得較高種子產量時最佳的施肥量與行距種植措施，為高產優質賴草種子的生產提供技術指導。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在山西農業大學草業學院校內試驗基地進行，試驗地位于山西省中部（37°25'N，112°23'E），海拔799m，屬于溫帶大陸性氣候，年平均氣溫為6℃，極端高溫為37℃，極端低溫為-20℃，年均降水量在450～490mm 之間，0-20cm 耕層土壤基本養分為：有機質14.56g·kg-1，硝態氮10.04g·kg-1，銨態氮8.23g·kg-1，速效磷15.03g·kg-1，速效鉀135.27g·kg-1。

1.2 供試材料與試驗設計

1.2.1 供試材料 供試材料為2022年國家審定賴草品種‘晉北’賴草，賴草種子采自山西農業大學‘晉北’賴草保種圃。

1.2.2 試驗設計 試驗采用裂區設計，主區氮肥添加量（N00kg·hm-2，N160kg·hm-2，N2120kg·hm-2，N3180kg·hm-2），副區為行距（R130cm，R240cm，R350cm，R460cm）每處理4個重復，小區面積為3m×5m。2019年5月1日進行播種，之后進行定期除草、澆水等田間管理。苗齊后進行定株，次年于拔節期2020年5月1日采用葉面噴施的方法進行施肥，氮肥為尿素（N≥46%），對照噴施等量蒸餾水，濃度高的氮肥分批噴施。

1.3 主要指標及測定方法

1.3.1 賴草種子產量測定 單位面積生殖枝數：成熟期在各小區隨機取3個1m2 的樣方進行測量，統計所選樣方內的生殖枝數、每生殖枝小穗數、每生殖枝小花數、種子數、千粒重，然后計算結實率、表現種子產量和潛在種子產量。計算方法如下：

1.3.2 賴草種子質量測定 種子質量可通過發芽能力來體現，本研究將不同施氮量及行距處理下收獲的賴草種子用5%的次氯酸鈉消毒10min后用蒸餾水沖洗干凈，選取各處理種子25粒，均勻擺放在潤濕后的雙層濾紙的培養皿中，每個處理3個重復，在25℃恒溫人工氣候培養箱中培養。以胚根突破種皮作為發芽標準，并每天觀察統計發芽種子個數，于第7d計算種子發芽勢，第20d統計發芽率，用游標卡尺（精度0.01cm）測量胚根長、胚芽長，計算發芽指數、活力指數。

發芽勢（%）=第7天發芽種子數/供試種子數×100%;發芽率（%）=發芽結束時正常發芽種子數/供試種子數×100%;發芽指數（Germinationindex，GI）=ΣGt/Dt，式中Gt 為逐日發芽數，Dt為相應的發芽天數;活力指數（Vitalityindex，VI）=GI×M，式中，M 為平均胚芽長。

1.4 數據處理

使用MicrosoftExcel2021軟件進行數據處理，數據為平均值±標準誤;SPSS27對數據進行差異顯著性檢驗（Duncan法）、雙因素方差分析、灰色關聯度分析、多元回歸及通徑分析;使用Origin2021作圖。根據鄧聚龍灰色關聯[29]系統理論進行灰色關聯度分析和評價，將賴草種子產量、質量等10個主要性狀組合在一起，通過各個比較數列（Xi）與最優數列（X0）的相似程度來判斷關聯系數和關聯度。計算公式如下所示。

2 結果與分析

2.1 施氮量和行距對賴草種子產量構成因素的影響

生殖枝數在相同施氮量、不同行距之間的變化趨勢一致，均隨行距的增加而增加（圖1A），在相同行距，不同施氮水平上，生殖枝變化不明顯，只在R2、R3行距處理下，隨著施氮量的增加，生殖枝數增加。從圖中可看出行距對生殖枝數的影響要比施氮的影響大，只有行距適中，施氮水平才會發揮作用，在N3R4處理下單位面積生殖枝數達到最大，為每平方143枝，在N2R1處理下單位面積生殖枝數最小，為67枝。每生殖枝小穗數在N2R4處理下達到最大為28.25，在N0R1處理下最低為18（圖1B）。小花數/小穗在N0R4處理下最小為6.31，最大處理為N2R1，達到9.33（圖1C）。在N0R1處理下種子數/小穗達到最大為4.4903，在N2R3處理下最小為2.7325（圖1D）。千粒重在N0，N1，N3施肥量處理下，隨行距的增加變化趨勢不顯著，在N2處理下，隨行距的增加而增加，而在相同行距處理下，隨著施氮量的增加呈先增加后不變的趨勢，在N2R4處理下達到最大值為2.7478g，在N1R2處理下最低為1.9695g（圖1E）。結實率最低處理為N2R3，為36.54%，最高處理為N3R4，達76.01%（圖1F）。

如表1所示，氮肥對賴草的小花數/小穗、千粒重、結實率有極顯著影響（Plt;0.01），對生殖枝有顯著影響（Plt;0.05），對小穗數/生殖枝、種子數/小穗的影響不顯著;行距對賴草的生殖枝數、種子數/小穗有極顯著影響（Plt;0.01），對千粒重、結實率有顯著影響（Plt;0.05），對小穗數/生殖枝、小花數/小穗影響不顯著;施氮量和行距對賴草的小花數/小穗、種子數/生殖枝、種子數/小穗、結實率均有極顯著交互作用（Plt;0.01），對小穗數/生殖枝有顯著交互作用（Plt;0.05），對生殖枝、千粒重的交互作用不顯著。

2.2 施氮量和行距對賴草種子產量的影響

施氮量和行距對賴草表現、潛在種子產量均有影響。隨著行距與施氮量的增加，表現種子產量與潛在種子產量均呈增加的趨勢，在N2R4處理下表現種子產量達到最大為706.4kg·hm-2，在N1R1處理下的表現種子產量最低為185.6kg·hm-2（圖2A）;在N2R4處理下潛在種子產量達到最大為1073.02kg·hm-2，潛在種子產量最低為N0R1處理，僅有258.77kg·hm-2（圖2B）。其中N2R4和N3R4的種子產量和潛在種子產量差異均不顯著。

由表1可知，施氮量和行距分別對表現種子產量和潛在種子產量均有極顯著影響（Plt;0.01）;施氮量和行距對賴草的表現種子產量和潛在種子產量有極顯著交互作用（Plt;0.01）。

2.3 施氮量和行距對賴草種子質量的影響

行距和施氮量對賴草種子發芽能力有顯著影響，其中N1R4和N2R4處理下的發芽勢最高達到14%，N1R2和N2R1發芽勢最低為5%;N2R3和N3R4處理下的發芽率最高為45%，N1R1的發芽率最低為25%;相同行距，N0、N2處理下發芽指數差異并不顯著，N1、N3處理下的發芽指數隨行距的增加呈增加的趨勢，相同施氮量不同行距處理的發芽指數不同，其中N1R1處理下最低為0.61，N3R3處理下的發芽指數最高為1.13;活力指數隨行距與施氮量的增加而增大，N2R4 處理最高為5.98，N1R1的活力指數最低1.81（圖3）。

通過對賴草種子質量指標測定結果可知（表2），施氮量對賴草發芽率、發芽指數、活力指數均有極顯著影響（Plt;0.01），對發芽勢影響不顯著;行距對發芽勢、發芽率、發芽指數和活力指數均有極顯著影響（Plt;0.01）;行距和施氮量對賴草活力指數有顯著交互作用（Plt;0.05），對發芽勢、發芽率、發芽指數影響均不顯著。

2.4 賴草種子產量與構成因素綜合分析

2.4.1 賴草種子產量及質量灰色關聯綜合分析關聯系數可以較好的反映各指標之間的關聯程度，關聯度的大小反映了各因子重要性的差異，關聯度越大，表明該因素與種子產量關系越密切。利用公式（1）計算得出關聯系數ξi（表3），根據權重公式計算各指標對應的權值，賦予各性狀不同權重。根據公式（3）計算得到關聯系數賴草種子產量與質量評價系統中各因素所占權重大小依次為：X5 gt;X2 gt;X8gt;X3gt;X9gt;X1gt;X6gt;X4gt;X7gt;X10，賴草種子產量與質量評價體系中構成因素權重最高的是千粒重，為0.118，其次為小穗數/生殖枝，為0.113，最低的為活力指數，權重為0.077。

將關聯系數ξi帶入公式（2），計算出各性狀指標的關聯度（表3）。在種子產量質量的客觀性評價中，加權關聯度評價和等權關聯度均能合理的反映各處理每項性狀指標與最優性狀指標的差異，通過加權關聯度公式（4）得出16個不同處理的加權關聯度值（表4）。

N3R4處理的加權關聯度和等權關聯度系數均最高，均為0.933，其次是N2R4 處理，為0.930，N1R1處理綜合表現最低。因此，180kg·hm-2的施氮量與60cm 的種植行距時，可以獲得最優的種子產量及質量，其次為120kg·hm-2 的施氮量與60cm 的種植行距。

2.4.2 賴草種子產量與構成因素多元逐步回歸及通徑分析 賴草實際種子產量（Y）與構成因素進行多元逐步回歸分析，得到賴草實際種子產量和構成因素的最優方程：Y =-1133.856+3.48X1+71.009X4 +15.348X2 +143.819X5 （F =282.383，R2=0.950），結果表明，其他條件不變，賴草的單位面積生殖枝數（X1）、種子數/小穗（X4）小穗數/生殖枝（X2）和千粒重（X5）每增加一個單位時，種子產量就分別增加3.48，71.009，15.348和143.819個單位。

對種子產量與構成因素進行通徑分析（表5），各種子產量構成因素對賴草種子產量直接作用大小依次為：種子數/小穗（X4）gt; 單位面積生殖枝數（X1）gt;小穗數/生殖枝（X2）gt;千粒重（X5）;因此，種子數/小穗對賴草種子產量的貢獻最大，其次是單位面積生殖枝數、小穗數和千粒重，在實際生產實踐中，應當適當采取措施增加每小穗種子數，從而提高賴草種子產量。

3 討論

合理的行距配置和適宜的施氮量是提高種子產量的重要栽培措施[17，18]。種植行距過小時，植株群體質量較差，影響干物質積累。土壤氮素的缺乏也會使植物的生長受到限制，植株呈現出矮小、花少、葉小的生長狀態。因此，添加施氮量與擴大行距可以有效改善賴草的單位面積生殖枝數、小穗數/生殖枝、小花數/小穗，從而增加種子產量。如垂穗披堿草（Elymusnutans）在120kg·hm-2施氮量下，單位面積生殖枝數、小花數/小穗、可育小花數/小穗和千粒重顯著提高，從而提高種子產量[30];60cm行距有利于‘川草2號’老芒麥（ElymussibiricusL.‘chuancaoNO.2’）分蘗生長、充分利用太陽光能，提高種子產量[31]。

不同植物對施加施氮量與種植行距的適宜范圍存在區別，羊草（Leymuschinensis）在科爾沁沙地最佳施氮量為200kg·hm-2[32];田間種植無芒雀麥（Bromusinermis）施氮量為180kg·hm-2時可以獲得最大的種子產量[33];多花黑麥草（Lolium multiflorum‘caramba’）在種植行距為30cm 處理下種子產量達到最大[34]，Vladeta等[35]通過對三種不同紅豆草（Onobrychisviciifolia）以30，50和80cm不同行距處理，發現均在高行距有較高的種子產量;Mustafa等[36]通過不同的施氮量與行距配置種植高羊茅（Festucaarundinacea），認為在300kg·hm-2和20cm 可以獲得較高的種子產量。本研究發現，在施氮量施用量為180kg·hm-2、行距為60cm 處理時達到最大種子產量，賴草作為根莖型牧草，無性繁殖能力強，寬行距使賴草有更大的空間進行無性繁殖，獲得更多的生殖枝，從而獲得更多的種子產量;不同的禾草種類、試驗區土壤差異等造成不同植物對適宜施氮量與行距的響應不同。行距設置較小時，施氮量增加對種子產量的變化影響較小，隨行距的增加，施氮量對種子產量變化影響顯著，因此，認為在行距達到一定程度時，施氮量的添加對賴草種子產量才能發揮作用;過量施用氮肥，對植物的增產作用逐漸減弱，120kg·hm-2 施氮量處理與180kg·hm-2施氮量處理獲得的最大種子產量無顯著差異，這是因為施氮量對增加植物生產力存在一個閾值，過量的氮素沉降反而會抑制植物個體的生長[37]，造成產量的不增或降低的現象，因此，120kg·hm-2為賴草田間適宜的施氮量。

種子發芽能力是衡量種子質量的重要指標[38]，施氮量和行距對種子質量也有影響，喬安海等[30]研究結果發現施氮對垂穗披堿草種子質量有一定程度的改善，能提高早期成熟種子的發芽率、芽長和芽重以及酸性磷酸脂酶的活性;施氮量可以顯著地提高高羊茅種子標準發芽率、老化發芽率和脫氫酶、酸性磷酸酯酶的活性，從而提高了種子活力[39];王琴等[38]通過設置不同行距與播量探究無芒雀麥種子產量增加的種植方式，表明行距對無芒雀麥潛在種子產量和發芽勢有極顯著影響（Plt;0.01），對發芽率有顯著影響（Plt;0.05）。本研究發現，賴草種子的發芽能力隨施氮量的施加與行距的擴大有顯著的提高，與前人的研究結果相似[30，38-39]。

多元回歸和通徑分析可以建立產量與各因素與種子間的關系模型，分析影響產量的主要因素以及各性狀對產量的直接與間接作用。如小穗數、小花數、種子數、穗長、千粒重和生殖枝數對沙蘆草（Agropyronmongolicum）種子產量有直接作用及間接作用[40];多年生黑麥草（Loliumperenne）每花序小穗數和每小穗小花數對總種子產量有顯著的直接影響[41];羊草種子產量與穗粒數、千粒重、小穗數呈極顯著（Plt;0.01）正相關關系[42];不同植物種子產量密切相關的因素存在差異，本研究通過對產量及產量相關因素的多元回歸和通徑分析發現，與賴草種子產量密切相關的因素為生殖枝數、小穗數/生殖枝、種子數/小穗和千粒重，這與同為賴草屬的羊草較為相似。

4 結論

與賴草種子產量相關的主要因素是生殖枝數、千粒重、種子數/小穗、小穗數/生殖枝，其中種子數/小穗對賴草種子產量的貢獻最大，可采用適當措施以增加該因素從而提高種子產量;經灰色關聯分析可知，180kg·hm-2施氮量和60cm 種植行距可獲得最優的種子產量與種子質量，其次為120kg·hm-2施氮量和60cm 種植行距，而在120kg·hm-2施氮量和60cm種植行距時潛在種子產量達到最大，且120kg·hm-2施氮量處理與180kg·hm-2施氮量處理下的表現種子產量無顯著差異。因此，從經濟效益與生態效益出發，可選擇120kg·hm-2施氮量與60cm的種植行距。