指針式噴灌下減氮對飼用燕麥產量和氮素吸收的影響

摘要：為探究指針式噴灌下減氮對科爾沁沙地飼用燕麥（Avena sativa）產量和氮素吸收的影響，本試驗以‘領袖2號’燕麥為供試材料，設置60% N（216 kg·ha-1）、80% N（288 kg·ha-1）、100% N（360 kg·ha-1）共3個氮素水平，測定株高、地上生物量、地上氮素含量和土壤無機氮，計算氮素吸收量和氮盈余，研究不同施氮量對飼用燕麥產量和氮素吸收的影響。結果表明：在燕麥拔節期，60%N燕麥株高最低（Plt;0.05）；在燕麥抽穗期、灌漿期與成熟期，隨氮肥施用量的增加株高呈降低趨勢。80%N和100%N的燕麥干草產量均顯著高于60%N處理（Plt;0.05），且80%N和100%N間差異不顯著，說明減氮20%可穩定燕麥干草產量。在0～20 cm和60～80 cm土層，100%N土壤無機氮含量顯著高于60%N（Plt;0.05）；100%N處理氮盈余量顯著高于80%N和60%N。因此，科爾沁沙地飼用燕麥最佳施氮量為288 kg·ha-1（80%N）。該研究可為燕麥生物量提升及氮素營養高效利用提供參考。

關鍵詞：燕麥；指針式噴灌；產量；氮素吸收

中圖分類號：S543+.7 " " " "文獻標識碼：A " " " "文章編號：1007-0435（2025）01-0021-07

Effects of Different Nitrogen Application Rates through Pointer Sprinkler on Yield and Nitrogen Uptake of Oats

LIANG Pin-hang1#， FAN Li-zhao1#， ZHANG Yun-long1*， LIU Ze-yu2， WANG Xian-guo1， XU Ming-liang2， YAKUFU Kadier1

（1.College of Grassland Science and Technology， China Agricultural University， Beijing 100193， China；2.College of Grassland Science， University of The Inner Mongol， Tongliao， Inner Mongolia 028000， China）

Abstract：In order to explore the effects of nitrogen reduction under pointer sprinkler on yield and nitrogen absorption of oats （Avena sativa） in Horqin Sandy Land， ‘Leader 2’oats was taken as test material， and three nitrogen application gradients were set including 60% N （216 kg·ha-1）， 80%N（288 kg·ha-1）， and 100% N（360 kg·ha-1）. The plant height， aboveground biomass， nitrogen content， and soil inorganic nitrogen during the whole growth period of oats were measured， and nitrogen absorption and surplus were calculated. We aimed to evaluate the effects of different nitrogen application rates on yield and nitrogen uptake of Oats. The results showed that at the jointing stage of oats， 60% N showed the minimum plant height （Plt;0.05）； at the heading， filling， and maturity stages of oats， plant height showed a decreasing trend with the increase of nitrogen fertilizer amount. The dry grass yield of feed oats under 80% N and 100% N was significantly higher than that under 60%（Plt;0.05）， no change between 80% N and 100% N， indicating that reducing nitrogen by 20% could stabilize oats yield. At 0～20 cm and 60～80 cm， soil inorganic nitrogen content was higher at 100% N than 60% N （Plt;0.05）； the nitrogen surplus of 100% N was significantly higher than that of 80% N and 60% N. In conclusion， in Horqin Sandy Land， 288 kg·hm-2 （80% N， 20% nitrogen reduction） is the best nitrogen application rate for oat production. This study provided reference for improving oat yield and efficient utilization of nitrogen nutrition.

Key words：Oats；Pointer Sprinkler；Yield；Nutrient Absorption

近年來，飼用燕麥（Avena sativa L.）在糧食和飼料領域的應用受到了國內外的廣泛關注。由于燕麥具有較強的適應性、營養價值高等優勢，研究者逐漸意識到將飼用燕麥作為糧飼兼用作物的潛力，以滿足日益增長的營養需求。在糧食安全和資源高效利用的背景下，研究表明飼用燕麥可作為雙重用途的作物，以增強農業系統的彈性，使其在糧食和飼料供應鏈中具有更高的靈活性［1-2］。2023年中央一號文件中提到多渠道拓展食物來源、加快構建糧經飼統籌等內容，凸顯了國家對發展飼草產業的重視和支持［3-4］。飼草產業高質量發展是實現增草節糧、化草為糧的必由之路［5］，其肩負著確保國家糧食安全的重任，從某種程度上來說“飼草就是糧食”。近年來，我國飼用燕麥生產發展迅猛，種植面積已經超過40萬ha，占據了我國飼草生產的半壁江山［6-8］。燕麥屬于禾本科燕麥屬一年生草本植物，是一種優良的糧草兼用型作物，因其環境適應性強、易栽培種植、牲畜喜食和營養價值高等特性，作為優良飼草被廣泛應用［9-11］。在燕麥的栽培生長過程，氮素是其必需的礦質營養元素，對提高產量、改善品質、提高土壤肥力等有積極作用［12-14］。目前，飼用燕麥多以指針式噴灌為主，其相較于常規灌溉更為節水、便捷、高效。然而指針式噴灌下的適宜施氮量尚不清楚，燕麥對氮素的吸收規律與土壤氮素供應規律不匹配，可能引起氮肥和水分低效。因此，開展指針式噴灌下燕麥施氮量的研究，明確燕麥的最佳氮肥施用量，可實現氮肥高效利用和環境友好，助力飼草業高質量發展。

土壤氮素的含量會影響燕麥生物量。土壤中氮含量缺乏會導致燕麥植株發育不良，莖葉枯黃，光合作用功能降低，制造和積累營養物質減少，進而影響產量［15］。氮素過量容易造成莖葉徒長，形成田間郁蔽，莖稈軟弱，發生倒伏，造成減產。高陽等［16］研究表明，在科爾沁沙地飼用燕麥生產中，追施氮肥增產效果明顯。王樂等［17］以‘夢龍’燕麥為試驗材料進行氮肥施用量試驗，結果表明在科爾沁沙地氮肥適宜用量為210 kg·ha-1。段連學等［18］以‘青海甜燕麥’為試驗材料，施氮量為187.5 kg·ha-1，燕麥成熟期收獲時干草產量最高。王建麗等［19］在哈爾濱地區燕麥種子生產中，施氮量為60 kg·hm-2，種子產量最高且經濟有效。邵雨喬等［20］在四川地區進行燕麥生產試驗，燕麥飼草生產適宜的施氮量為135～180 kg·hm-2，表明燕麥存在一個適應當地的最佳施氮量。因此，探究減施氮肥對飼用燕麥產量、氮素含量及土壤無機氮的影響，可明確科爾沁沙地燕麥最佳施氮量，有利于推動化肥減量增效工作。

目前，減施氮肥試驗主要在農田和草田開展，且灌溉方式多為滴灌或微噴灌［21-22］。近年來，隨著燕麥人工栽培草地發展迅速，指針式噴灌成為燕麥灌溉的主流方式，相較于傳統農業灌溉技術，在節水增產方面優勢明顯。其具有機械化程度高、噴灑覆蓋面積大、操作簡單方便等優點［23］。在一定程度上減少耗水量，提高水分利用效率［24-25］。其次，可減少肥料用量且不易淋溶，提高作物氮肥利用率［26］。并且適時適量將水分和肥料供給作物，實現水肥同步利用，提高作物產量與品質［27］。但農田和草田試驗適宜的施氮量是否適用于指針式噴灌試驗，尚不清楚，亟須研究。

內蒙古自治區赤峰市阿魯科爾沁旗被譽為“中國草都”，有廣闊的草場面積（7333.33 ha），氣候資源適宜燕麥生長，燕麥基地規模大且集中連片，基本實現了標準化、機械化，是國內燕麥生產現代化程度最高的地區［28］。鑒于此，在內蒙古自治區阿魯科爾沁旗地區開展指針式噴灌減氮對飼用燕麥產量和氮素吸收的影響試驗，通過對燕麥農藝性狀、產量、土壤無機氮及氮盈余量的分析評價，旨在明確該區域燕麥生長的最佳施氮水平，以期為當地飼用燕麥高效生產、飼草行業高質量發展提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于內蒙古自治區赤峰市阿魯科爾沁旗巖峰農業生物科技有限公司試驗基地（43°21′43″N、121°21′07″E）。阿魯科爾沁旗屬于中溫帶半干旱大陸性季風氣候區，年平均氣溫22℃左右；年平均降水量為300～400 mm；年無霜期為95～140 d。該試驗地0～15 cm土層的土壤全氮含量為0.63 g·kg-1，無機氮含量為91.21 mg·kg-1，速效鉀含量為78.03 mg·kg-1，速效磷含量為13.18 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試燕麥品種為‘領袖2號’，種子均由巖峰農業生物科技有限公司提供。2023年5月13日采用機械種植，播種量為105 kg·ha-1，行距為15 cm，播種深度為5 cm。

1.3 試驗設計

本試驗采用單因素隨機區組設計，以巖峰農業生物科技有限公司企業習慣施氮量為對照，設置兩個減氮處理，分別為企業習慣施氮（360 kg·ha-1，100%N）、減氮20%（288 kg·ha-1，80%N）和減氮40%（216 kg·ha-1，60%N）。每個處理包括3次重復，共9個小區，試驗處理具體布局如圖1。供試氮肥為尿素（46%N），磷肥為過磷酸鈣（12%P2O5），鉀肥為硫酸鉀（52%K2O）。氮肥分3次施入，100%N每次施120 kg·ha-1，80%N和60%N分別按照100%N的20%和40%氮減量進行施加，施肥日期分別為2023年的5月13日、5月26日和6月7日。磷肥和鉀肥于2023年的5月13日一次性施入。不同氮肥用量的投入，通過控制指針式噴灌機的走速和運作時間來完成，具體如表1。

1.4 樣品采集、指標測定與計算

株高：在燕麥拔節期、抽穗期、灌漿期、成熟期，每個小區隨機選30株長勢均勻的單株測其自然高度，計算其平均值。

干草產量：在燕麥成熟期，每個小區隨機選取9個代表該試驗小區整體生長狀況的1 m樣段，用鐮刀刈割，留茬高度10 cm左右，稱鮮草重量（邊割邊測，防止滯留時間過長水分蒸發導致稱量結果不準），將植株切割成10 cm左右的短條裝進網袋，同時在網袋上做好標記，帶回實驗室使用烘箱105℃殺青30 min，然后在50℃下進行烘干，稱干草重量。

土壤無機氮：在燕麥收獲期，用土鉆取土1 m深，每20 cm一層，共5層；于每個部分取5鉆，混勻后將根系和砂礫揀出來；把土壤即刻帶回實驗室并過5 mm篩，用100 mL的0.01 mol·L-1CaCl2浸提，浸提液使用AA3連續流動分析儀（德國 BRAN+LUEBBE）分析測定銨態氮和硝態氮，兩者加和為無機氮含量。

植株氮素含量：將植株樣品粉碎后，準確稱取0.05 g置于消煮管中，采用H2SO4-H2O2方法于260℃～270℃高溫消化，定容后用凱氏定氮儀（濟南海能儀器股份有限公司 K9840）測定消化液中的氮素含量，計算植株氮素含量，并通過與植株生物量相乘獲得氮吸收量。

氮盈余：燕麥施肥量與燕麥成熟期氮素吸收量的差值即為氮盈余量［29］。

1.5 統計分析

采用Microsoft Excel 2021軟件對試驗數據進行整理。使用SPSS 27.0軟件對株高、生物量、全氮含量、全氮吸收量、土壤無機氮和氮盈余分別進行單因素方差分析，采用LSD法進行多重比較，對各指標在α＝0.05水平下進行顯著性檢驗。采用軟件R 4.3.1、RStudio進行作圖。

2 結果與分析

2.1 減施氮肥對飼用燕麥株高的影響

不同施氮量對燕麥不同生育時期株高的影響如圖2所示。燕麥拔節期，60%N燕麥株高顯著低于80%N和100%N（Plt;0.05），分別減少11.1%和7.5%；燕麥抽穗期、灌漿期與成熟期各施氮處理間株高差異不顯著，但隨著氮肥施用量的增加，燕麥株高有逐漸降低的趨勢。燕麥的株高從拔節期至成熟期逐漸升高，即隨燕麥生育期的推進呈上升趨勢。

2.2 減施氮肥對飼用燕麥鮮草產量和干草產量的影響

不同施氮水平對飼用燕麥的鮮草產量及干草產量影響如圖3所示。100%N的鮮草產量顯著高于60%N（Plt;0.05），且隨著氮肥施用量的增加，飼用燕麥的鮮草產量逐漸升高（圖3a）。80%N和100%N的飼用燕麥干草產量顯著高于60%N（Plt;0.05），其中100%N（11 104.8 kg·ha-1）和80%N的干草產量（11 026 kg·ha-1）相較于60%N（8878 kg·ha-1）分別增加了20%和19%（圖3b）。在氮肥減施20%的水平下燕麥的鮮草及干草產量幾乎與不減施氮肥持平，由此可見，80%N可穩定燕麥鮮干草產量。

2.3 減施氮肥對植物氮素含量與吸收量的影響

不同施氮水平對植物全氮含量與氮素吸收量均有顯著影響，均表現為隨著氮肥施用量的增加呈上升趨勢（圖4）。100%N、80%N和60%N全氮含量分別為4.49，2.26和1.55 g·kg-1，其中100%N顯著高于80%N和60%N（Plt;0.05），分別增加50%和65%；100%N、80%N和60%N全氮吸收量分別為49，25，13 kg·ha-1，100%N全氮吸收量顯著高于80%和60%N（Plt;0.05），分別增加49%和73%。

2.4 減施氮肥對土壤無機氮和氮盈余的影響

由圖5可知，不同土壤深度下，各施氮水平間硝態氮含量無顯著差異，但不同施氮水平下的硝態氮含量隨著土層的加深而降低，其中60%N除外（80～100 cm）（圖5a）。與硝態氮在不同土層間變化趨勢不同，銨態氮含量在不同土層間差異不是很大（圖5b），在80～100 cm土層，氮肥施用量未顯著影響土壤銨態氮含量，在20～40 cm和60～80 cm土層，100%N土壤銨態氮含量顯著高于80%N和60%N，20～40 cm土層中各施肥處理的銨態氮含量分別為1.97，0.84和0.87 mg·kg-1，60～80 cm土層中各施肥處理的銨態氮含量分別為2.04，1.15和0.90 mg·kg-1；在40～60 cm土層中，與80%N銨態氮含量（0.68 mg·kg-1）相比，100%N（1.73 mg·kg-1）顯著提高61%；在0～20 cm土層中，100%N銨態氮含量（2.15 mg·kg-1）相較于60%N（0.74 mg·kg-1）顯著提高66%。除在0～20 cm和60～80 cm土層中，各施氮水平間在不同土層的無機氮含量均沒有顯著差異（圖5c）。在0～20 cm和60～80 cm土層，100%N無機氮含量均顯著高于60%N，分別提高了55%和36%；在20～60 cm土層中，各處理無機氮含量沒有顯著差異，但3個處理的無機氮含量都有隨著施氮水平增加而增加的趨勢。80～100 cm土層中，60%N處理的無機氮含量略高，為7.67 mg·kg-1。

不同減氮處理下，氮盈余為200～320 kg·ha-1。100%N、80%N、60%N氮盈余量分別為310.8，262.9和202.6 kg·ha-1， 100%N氮盈余量顯著高于80%N和60%N，分別增加15%和35%（圖5d）。因此可知，氮盈余隨著施氮量的增加，呈線性上升趨勢。

3 討論

施氮是燕麥高產的重要措施，氮素能促進細胞分裂，影響植物株高和干物質累積，從而間接影響燕麥產量 ［30-31］。薛竹慧［32］在山西地區以17個燕麥品種進行研究發現，燕麥株高隨施氮量增加顯著增加。馬小龍等［33］在青海地區以‘林納’燕麥品種研究發現氮肥可以促進燕麥的生長發育，減施氮肥可使株高呈下降趨勢。姜雪［34］在遼寧地區以‘白燕2號’和‘白燕7號’燕麥品種研究發現不同燕麥品種的株高隨著施氮量增加表現為先增大后減小的趨勢。本試驗發現燕麥的株高在整個生育時期，不同氮肥施用量間無顯著差異，可能與品種、地區和施氮量有關。

合理的施氮量能促進作物植株生長，是形成高產的基礎，過高或過低的施氮量都不利于產量的形成。蔡天革等［35］研究發現，在遼寧地區，燕麥產量隨施氮量增加呈現先增加后降低的趨勢。本研究發現，60%N處理飼用燕麥干草產量最低，80%N和100%N處理產量最高且兩者差異不顯著。在一定施氮量范圍內，產量隨施氮量增加而增加，在超過一定限定范圍后再增加施氮量產量增加不顯著。這可能因為施氮量過多，燕麥的分蘗能力提高、單位面積穗數增加，但由于群體偏大、遮光，影響光合作用，容易導致“貪青晚熟”現象，影響籽粒淀粉的積累，導致粒重降低，產量下降。施建軍等［36-37］研究表明，燕麥飼草產量隨施氮量增加而增加，當施肥量到達一定量后（300 kg·ha-1），繼續施入氮肥，產量增加的幅度有所下降，甚至導致產量下降。段連學等［18］以‘青海甜燕麥’為試驗材料進行研究發現減施25%氮肥施用能獲得較高的產量，比常規施氮水平提高10.16%。雖然各學者研究地區土壤類型不同、氣候等環境條件不同，但各試驗的研究結果一致，隨著氮素的增加，燕麥產量表現為先增加后降低的變化趨勢。即在一定施氮范圍內實行減氮能減少化肥浪費，提高燕麥產量。因此，施氮量越高不一定有利于燕麥生長和產量形成，找到燕麥最合適的施氮水平才能發揮肥料的最大經濟效益和獲得更高的產量。

土壤硝態氮和銨態氮作為飼用燕麥吸收利用的主要氮素形式，其豐缺程度可有效表征土壤供氮狀況。一般而言，施肥量越大，土壤硝態氮和銨態氮含量越大［38］，這與本實驗結果一致。段文學等［39］研究表明，氮肥用量越大，土壤硝態氮含量就越高。施用氮肥可提高土壤銨態氮含量，施氮量多銨態氮含量就高，銨態氮主要分布在表層土壤中，隨土壤深度的增加銨態氮含量逐漸下降［40-41］。本次試驗中不同施氮水平在不同土壤深度的無機氮含量沒有顯著差異，但100%N無機氮含量最高。本試驗結果發現無機氮和硝態氮含量變化趨勢一致，氮添加提高了土壤無機氮含量，與韓菲等［42］的研究結果一致。氮肥施用量在一定程度上可影響土壤無機氮的含量與累積。孫文彥等［43］研究表明低有機肥氮處理氮素土壤殘留量比較低，而高有機肥氮處理的氮素殘留量很高，這與本試驗研究結果一致，隨著氮肥施用量的增加，氮盈余量逐漸升高。本試驗在單個地點且僅在燕麥建植當年開展，缺乏區域尺度和長期監測數據，且對于指針式噴灌下研究燕麥最佳施氮量相關研究文獻量不足。因此，對于指針式噴灌下減量施用氮肥能否保持燕麥高產、穩產和可持續性生產，還有待進一步研究。

4 結論

科爾沁沙地減氮20%未引起飼用燕麥干草產量降低，證實減氮策略的有效性，實現減氮不減產目標。因此，在阿魯科爾沁旗燕麥生產中，288 kg·ha-1（減氮20%）作為最佳施氮量。這為科爾沁沙地燕麥種植提供科學施氮方案，同時也為化肥減量增效、氮肥管理策略優化提供科學理論支持。

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（責任編輯 "彭露茜）