不同施肥处理对燕麦产量、养分吸收和水肥利用效率的影响

张 君，段 玉，刘亚红，梁俊梅，王 博，安 昊，连海飞

（1.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；2.国家土壤质量武川观测实验站，内蒙古 呼和浩特 011705）

内蒙古阴山北麓地区地处我国北方农牧交错带的中段，是我国重要的旱作农业区[1]。燕麦是该地区的主要种植作物之一，播种面积占全国燕麦总面积的35%～37%[2-3]。燕麦为禾本科一年生草本植物，是优良的粮草兼用作物[4]。作为粮食作物，燕麦营养丰富，蛋白质、脂肪、膳食纤维含量均高于其他禾谷类作物[5]；作为饲料作物，燕麦植株高，草产量高，籽粒和鲜干草均为优良饲料，其鲜茎、叶、穗嫩而多汁，比其他麦类作物更有营养，可青饲、青贮、制干草[6]。燕麦的产量和品质不仅决定于遗传特性，水、肥、气、温等也是影响产量和品质的主要因素。燕麦喜湿润冷凉环境，对土壤要求低，具有耐瘠薄、耐寒、耐旱等特点，但燕麦耐肥性差、籽粒产量低，产量与品质是制约燕麦产业高速发展的主要瓶颈[7]。肥料是农业生产的物质基础，研究表明，适量的氮、磷肥施入能显著提高燕麦产量[8-9]。施肥量不足，由于燕麦植株不具备固氮能力，其生长发育所需的氮磷钾养分主要依靠根系从土壤中吸收。而通常条件下，土壤中可利用的养分往往难以满足燕麦高产优质的需要。施肥过量，又容易造成燕麦贪青徒长，倒伏减产[10-11]。因此，科学合理施肥是保证燕麦产量、降低生产投入的重要途径。关于施肥对燕麦产量、燕麦植株干物质积累分配和植株养分吸收利用的影响已有研究[12-13]，但是在内蒙古阴山北麓地区关于燕麦长期施肥的试验研究相对较少。本研究依托内蒙古自治区农牧业科学院武川旱作农业试验站2004年布置的长期定位试验，分析了长期施肥条件下不同施肥措施对2015年燕麦产量、干物质积累、养分吸收和水肥利用效率的影响，以期为当地燕麦种植合理施肥提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 试验点基本情况

武川旱作农业试验站位于内蒙古呼和浩特市武川县上秃亥乡三间房村，北纬41°08′22.8″、东经111°17′43.6″，海拔1 570 m。试验区域属中温带半干旱大陆性季风气候，干旱少雨，风大沙多，年降水量200～400 mm，年蒸发量1 850 mm，年平均气温2.7℃，无霜期110 d。地形以缓坡丘陵为主，土壤以栗钙土、灰褐土、石质土为主，沙性较重。长期定位试验开始于2004年，土壤为栗钙土，试验开始时耕层（0～20 cm）土壤碱解氮含量48.5 mg/kg、速效磷含量9.2 mg/kg、速效钾含量39.1 mg/kg、有机质含量1.5%、pH值8.5。

1.2 供试材料和试验设计

2015年种植燕麦品种为燕科二号，采用条播，行距25 cm，播量为150 kg/hm2，保苗数为400 万株/hm2。燕麦生育期降水量144.43 mm，出苗前人工补灌水量45 mm。有机肥为羊粪，用量7 500 kg/hm2，养分含量为N-P2O5-K2O=0.95-0.51-1.95，有机质含量为46.60%。化肥氮肥用缓释尿素（N：44%），由加拿大加阳公司提供；磷肥用过磷酸钙（P2O5：46%）；钾肥用氯化钾（K2O：60%）。化肥纯养分施用量为：N-P2O5-K2O=150-45-75。有机肥作基肥，在每年翻地前均匀撒在地表，人工翻压；氮磷钾化肥用作种肥在播种时开沟撒施。试验采用随机区组设计，小区面积50 m2，3次重复。试验共8个处理，包括施氮磷钾肥（NPK）；施氮磷肥（NP）；施氮钾肥（NK）；施磷钾肥（PK）；单施有机肥（OM）；有机肥配施氮磷钾肥（NPK+O）；单施氮肥（N）；不施肥（CK）。各处理具体养分用量见表1。

1.3 测定内容与方法

生物量测定：燕麦出苗后每隔15 d 取样1次，各小区选取35 cm 有代表性的植株，进行各器官鲜重测定；之后将样品烘干测定干重，并留样粉碎后测定各器官营养成分。叶面积测定：将样品植株上所有叶片逐一展开平铺到叶面积仪（LI-3000）上测定总叶面积，换算成叶面积指数。籽粒产量测定：燕麦成熟时，各小区收获中间10 行，测定籽粒产量。土壤含水量测定：在燕麦播前和收获后使用中子仪测定0～100 cm 土壤含水量，每10 cm为一层。土壤容重测定：挖0～100 cm 深土壤剖面，用环刀每10 cm取100 cm3样品后，105℃烘干称取样品干质量，计算样品容重。植株养分测定：采用H2SO4-H2O2消煮，氮、磷、钾分别用凯氏法、钒钼黄比色法、火焰光度计法测定。

表1 不同处理下的施肥量 单位：kg/hm2

1.4 参数计算方法

肥料利用率/%=（施肥区燕麦地上部植株吸收的养分量-缺素区燕麦地上部植株吸收的养分量）/N、P2O5、K2O 纯养分投入量×100；农学效率/（kg/kg）=（施肥区燕麦籽粒产量-缺素区燕麦籽粒产量）/N、P2O5、K2O 纯养分投入量；土壤储水量/mm=土层厚度（cm）×土壤容重（g/cm3）×土壤质量含水量/10；作物耗水量/mm=生育期降水量（mm）+灌溉量（mm）+生育期内土壤储水量的变化（mm）；水分利用效率/[kg·（hm2/mm）]=燕麦籽粒产量（kg/hm2）/作物耗水量[14-17]。

1.5 数据分析

数据处理与统计分析采用软件Excel 2010和SPSS 18.0。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对燕麦产量及产量构成要素的影响

由表2可知，燕麦籽粒产量在NPK+O 处理下最高，与其他处理差异显著（P＜0.05）；NPK和OM处理间、OM 与NP 处理间产量差异不显著（P＞0.05），其他处理间差异显著（P＜0.05）；NK、PK、N、CK 处理间产量差异不显著（P＞0.05）。施肥较不施肥处理（CK）均有增产效果，增产幅度为2.81%～49.86%，其中，NPK+O 处理增产幅度最大。NPK+O 处理下燕麦籽粒千粒重与OM处理差异不显著（P＞0.05），与其他处理比较差异显著（P＜0.05）。燕麦株高NPK+O 处理最高，单株穗长和单株小穗数均为NPK+O、NPK、OM处理较高，处理之间差异不显著。

表2 不同施肥处理对燕麦产量及产量构成要素的影响

2.2 不同施肥处理对燕麦生长指标的影响

长期施肥条件下不同施肥措施燕麦叶面积指数变化见图1a，各处理均呈先上升后下降的单峰曲线变化。NPK+O、OM处理叶面积指数显著高于其他处理，在出苗后60 d，叶面积指数达到最大值，分别为2.62、1.95。在出苗后45 d，NPK、NP、NK和N 处理的叶面积指数达到最大值，分别为1.98、1.75、1.50和1.30，PK和CK 处理的叶面积指数较低，在出苗后30 d 叶面积指数达到最大值，分别为1.53和1.59。

由图1b和图1c可知，燕麦籽粒和植株干物质量呈“慢-快-慢”增加的“S”形曲线变化，在出苗后15～45 d 燕麦主要为营养生长，植株生物量较小；在出苗后30 d 籽粒逐渐形成，出苗后45～60 d 是燕麦的快速生长期，之后进入籽粒灌浆期，籽粒和植株干物质量增加缓慢，甚至停止增重。在出苗后60 d 左右，NPK+O、NPK和OM处理植株干物质量显著高于其他处理，植株干物质量最大值分别为6 066、5 464、5 836 kg/hm2，3个处理籽粒干物质量最大值分别为1 785、1 672、1 678 kg/hm2。

2.3 不同施肥处理对燕麦养分吸收的影响

燕麦籽粒和植株氮磷钾养分吸收规律见图2，不同施肥措施燕麦籽粒和植株的N、P、K 养分吸收量均呈“S”形变化趋势。籽粒N、P 养分最大吸收量出现在出苗后75～90 d（图2a、图2b）；籽粒K 最大吸收量出现在出苗后60 d（图2c）。在出苗后60～75 d，植株N、P、K 吸收量达到最大值。生育期内，不同处理间籽粒和植株最大N 素吸收量表现为NPK+O＞NPK＞OM＞NP＞NK＞N＞PK＞CK，籽粒最大N 素吸收量为31.09～57.46 kg/hm2，植株最大N 素吸收量为48.57～115.28 kg/hm2（图2d）。不同处理间籽粒和植株最大P 素吸收量表现为NPK+O＞NPK＞OM＞NP＞N＞NK＞PK＞CK，籽粒最大P 素吸收量为7.27～14.24 kg/hm2，植株最大P 素吸收量为16.14～26.77 kg/hm2（图2e）。不同处理间籽粒和植株最大K 素吸收量表现为NPK+O＞OM＞NPK＞NK＞NP＞PK＞CK＞N，籽粒最大K 素吸收量为4.46～9.57 kg/hm2；植株最大K 素吸收量为70.50～132.92 kg/hm2（图2f）。

2.4 不同施肥处理对燕麦水分和肥料利用效率的影响

燕麦耗水量及水分利用效率见表3，各处理播种前0～100 cm 土壤含水量为185.6～255.2 mm，收获后0～100 cm 土壤含水量为150.4～224.1 mm，播种前和收获后0～100 cm 土壤含水量无显著差异（P＞0.05）。NPK+O 处理播种前和收获后0～100 cm土壤含水量最低，分别为179.4 mm和150.4 mm。不同处理间燕麦生育期耗水量为203.6～230.8 mm，处理间差异不显著（P＞0.05），PK 处理耗水量最高，NP 处理耗水量最低。NPK+O 处理水分利用效率最高，为8.17 kg（/hm·2mm），与NPK、OM和NP 处理差异不显著（P＞0.05），与其他处理差异显著（P＜0.05），与CK处理相比，NPK+O 处理水分利用效率提高46.5%。其次为NPK、OM和NP 处理，分别为7.84、7.33和7.10 kg（/hm·2mm），处理之间无显著差异（P＞0.05），与其他处理差异显著（P＜0.05）。与CK 处理相比，NPK 处理水分利用效率提高40.0%，OM处理水分利用效率提高29.5%。N、NK、CK、PK 处理水分利用效率较低，分别为5.93、5.85、5.58和5.31 kg（/hm·2mm）。

不同施肥处理对燕麦肥料利用效率的影响结果见表4，NPK 处理的N、P2O5、K2O 肥料利用率最高，分别为36.37%、17.93%和59.92%；OM处理次之，分别为27.29%、11.05%和20.28%；NPK+O 处理较低，分别为23.60%、10.20%和20.22%；N 处理最低，为10.57%。每增施1 kg N 燕麦籽粒增加0.44～2.86 kg；每增施1 kg P 燕麦籽粒增加4.03～8.96 kg；每增施1 kg K 燕麦籽粒增加0.36～2.68 kg。每生产100 kg燕麦籽粒吸收N 3.38～6.21 kg，平均4.93 kg；吸收P2O51.09～1.49 kg，平均1.31 kg；吸收K2O 3.98～7.43 kg，平均5.77 kg。

表3 不同施肥处理对燕麦耗水量及水分利用效率的影响

3 讨论与结论

有关长期施肥对作物产量的影响已有多项研究结果表明，氮磷钾化肥长期平衡施用或氮磷钾化肥配合施用有机肥均能显著提高作物产量[18-22]。本试验结果表明，氮磷钾化肥配合施用有机肥处理（NPK+O）和氮磷钾化肥平衡施用处理（NPK）的燕麦产量、千粒重、株高、单株穗长和单株小穗数均显著高于氮磷钾缺素处理和不施肥处理（CK）。由此说明在燕麦生产中氮磷钾化肥平衡施肥或氮磷钾化肥配合施用有机肥是提高燕麦产量的重要途径。本试验长期施肥对燕麦植株干物质量、叶面积指数和养分吸收量的影响，结果表明，氮磷钾化肥配合施用有机肥处理（NPK+O）和氮磷钾化肥平衡施用处理（NPK）的植株干物质积累、叶面积指数和养分吸收量均高于氮磷钾缺素处理和不施肥处理（CK），与肖相芬等[9]在吉林市白城的燕麦试验结果和杨晓等[23]在小麦上的试验结果一致。燕麦水分利用效率结果表明，氮磷钾化肥配合施用机肥处理（NPK+O）和氮磷钾化肥平衡施用处理（NPK）显著提高了燕麦的水分利用效率，分别达到了8.17、7.84 kg/（hm2·mm），这可能由于通过多年的氮磷钾化肥平衡施用以及化肥和有机肥配合施用，改善了土壤的理化性状，从而提高了旱地土壤水分的有效性。

表4 不同施肥处理对燕麦肥料利用效率的影响

在阴山北麓旱作区，化肥与有机肥配施（NPK+O）或化肥平衡配施（NPK）可显著提高燕麦产量、千粒重以及株高、单株穗长和单株小穗数；氮磷钾化肥配合施用有机肥（NPK+O）和氮磷钾化肥平衡施用（NPK）可显著提高燕麦叶面积指数、干物质量和NPK 养分吸收量。氮磷钾化肥配合施用有机肥（NPK+O）和氮磷钾化肥平衡施用（NPK）可显著提高燕麦水分利用效率，分别为8.17和7.84 kg（/hm·2mm）。氮磷钾化肥平衡施用（NPK）N、P2O5、K2O 肥料利用率最高，分别为36.37%、17.93%和59.92%。每生产100 kg 燕麦籽粒吸收N 3.38～6.21 kg，平均4.93 kg；吸收P2O51.09～1.49 kg，平均1.31 kg；吸收K2O 3.98～7.43 kg，平均5.77 kg。