施氮量和种植密度对石河子复播早熟饲用燕麦生产性能的影响

付东青， 王彦超， 宋 磊， 王旭哲， 张凡凡， 马春晖

(石河子大学动物科技学院， 新疆 石河子 832000)

燕麦(Avenasativa)是一种优良的一年生禾本科燕麦属草本植物，具有营养价值优、产草量高、抗逆性好等特点[1]。其中，饲用型燕麦作为重要的饲草料作物，营养价值高，适口性好，家畜消化率高[2]。目前，如何获得优质高产饲用燕麦是各地区研究的重点任务。优化种植密度和施肥等是现代农业主要的高产栽培措施，其中种植密度和施氮量对燕麦饲草产量和品质的影响最为突出[3]。种植密度显著影响植物种群内个体的特征，从而制约单位面积群体数量和结构，当种植密度过大时易造成无效分蘖数增加，导致群体植株质量下降，影响最终干物质积累和产量形成；种植密度过小则易造成群体植株数量下降和土壤资源浪费[4]。以往诸多研究证实，通过控制密度可达到高产的目的，青海省果洛州玛沁县种植的‘TYT’，高产栽培最佳播种量为180.00 kg·hm-2[5]；内蒙古沙尔沁地区的‘燕王’，最佳种植量为350.00万株·hm-2，其不仅产量最优，且可溶性碳水化合物、淀粉含量以及茎的粗蛋白(Crude protein，CP)含量均最高[6]。

氮元素是植物必不可少的营养元素之一，参与营养成分合成，同时影响植物对其它营养元素的吸收[7]。植物的生长规律及繁殖分配格局因为土壤不同的含氮量而发生着变化。以往研究表明，适当的施氮量可以明显促进饲草生长、提高产量和品质[8]。此外，施氮量的增加不但可以提高产量，还能提高饲草品质[9]。甘肃省天祝县高寒牧区种植的‘永久444’，随施氮量的增加，燕麦株高、分蘖能力、干草产量都有明显的提高，最佳施氮量为100.00 kg·hm-2。内蒙古科尔沁地区种植的‘燕王’，随着施氮量的增加，燕麦株高、地上生物量和总生物产量均有所提高，最佳施肥量为375.00 kg·hm-2。青藏高原地区种植的燕麦‘青引1号’，干草产量最高的施氮量为75.00 kg·hm-2。在巴西南部巴拉那州种植黑燕麦‘IAPAR 61’，当施氮量从37.00 kg·hm-2增加到225.00 kg·hm-2时，燕麦CP含量从204.00 kg·hm-2提高到249.00 kg·hm-2，增长22.06%；西藏种植的‘青海444’，施氮量从156.00 kg·hm-2提高到258.00 kg·hm-2，CP含量增加50.00%[10-14]。因此，选择合适的种植密度，并辅以合理的施肥方式，可以协调产量因子之间的关系，从而获得高产优质的燕麦[15]。

各地区为提高燕麦产量和品质均有本地区的燕麦栽培模式。其中，中国科学院海北高寒草甸生态系统定位站进行盆栽试验，分析得出种植密度为168.00 kg·hm-2、施氮量为90.00 kg·hm-2时燕麦‘巴燕3号’产量品质最高[16]。辽宁地区种植的燕麦‘白燕2号’，干草和鲜草产量最优的种植密度为150.00 kg·hm-2，施氮量为193.00 kg·hm-2；燕麦秸秆鲜重和干重最佳在施氮量为145.00 kg·hm-2和193.00 kg·hm-2、播种密度为100.00 kg·hm-2和150.00 kg·hm-2[17]。由此可见，饲用燕麦主栽区均有最佳栽培模式，由于气候、土壤等条件差异，不同地区的栽培模式并不一定通用。鉴于此，为完善新疆地区燕麦高产优质栽培模式，本研究选择4个常见早熟燕麦品种，详细研究不同种植密度和施氮量对燕麦干草产量和营养品质的影响，为新疆地区饲用燕麦种植管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于新疆石河子大学牧草试验站(44°20′ N，85°57′ E，海拔450.00 m)，其气候属于温带大陆性气候，年平均气温为11.20～13.90℃，7月温度最高，平均温度为25.10～26.10℃。平均年降雨量203.10～394.90 mm，年蒸发量为1 000.00～1 500.00 mm。试验前茬作物为冬小麦(Triticumaestivum)，土壤为壤土，速效磷含量为33.02 mg·kg-1，全氮含量为135.60 mg·kg-1，速效氮含量为92.60 mg·kg-1，pH为7.52，水溶性盐含量为2.32 mg·kg-1，试验所用的氮肥为尿素，含氮量46.00%。

1.2 试验设计

本试验于2019年7月27日在前茬作物冬小麦收获结束后进行免耕播种，出苗时间为2019年8月2日，‘青海444’(Qinghai 444)、‘青引1号’(Qingyin No. 1)和‘青燕1号’(Qingyan No.1)抽穗期和乳熟期分别为2019年9月20日和10月5日，‘领袖’(Souris)抽穗期和乳熟期分别为2019年9月24日和10月10日。试验采用两因素裂区设计，选用‘青海444’(A1)、‘青引1号’(A2)、‘领袖’(A3)和‘青燕1号’(A4)4个早熟品种为试验材料，以施氮量为主区，设3个水平[0.00 kg·hm-2(B0)、80.00 kg·hm-2(B1)、160.00 kg·hm-2(B2)]；以种植密度为副区[168.00 kg·hm-2(C1)、240.00 kg· hm-2(C2)、312.00 kg·hm-2(C3)]。播种采用人工开沟条播，行距20.00 cm，小区间隔0.50 m，小区面积18.00 m2(长×宽：6.0 m×3.0 m)，3次重复，共计108个小区。氮肥作为底肥一次性施入，滴灌，全区全年浇水量为240.00 m3。试验期间各小区统一管理，拔节期除草。

1.3 测定指标及方法

于抽穗期和乳熟期测定各处理株高、鲜草产量和营养品质。使用钢卷尺测量株高(从地表到植株直立最高点)，重复30次，求其平均值。鲜草产量测定：随机选取1.00 m×1.00 m样方，将整个样方全部刈割(留茬5 cm)称鲜重，折算鲜草产量，每个品种5次重复。随后每个品种取3份，每份500.00 g左右，带回实验室，在105℃杀青30.00 min后，65.00℃烘干至恒量，测定干鲜比，计算干草产量，粉碎过筛(0.43 mm)含量测定营养品质。其中，采用重量法测定干物质(Dry matter，DM)含量，粗蛋白含量使用凯氏定氮法测定，粗脂肪(Ether extract，EE)含量采用索式浸提法[18]。中性洗涤纤维(Neutral detergent fiber，NDF)和酸洗洗涤纤维(Acid detergent fiber，ADF)含量采用范氏(Van Soest)洗涤纤维法测定[19]。

1.4 数据处理分析

试验数据使用Excel 2016软件进行初步整理，采用SPSS 20.0对各指标进行方差分析，多组间的比较采用单因素方差分析(One-way ANOVA)，组内多重比较采用Duncan法；采用双因素方差分析(Two-way ANOVA)进行具有互作效应的显著性分析。通过隶属函数进行综合评价，隶属函数值U(X)计算公式见(1)[20]。

(1)

式中：Xij为样品第i个指标的第j个值，Ximin为第i个指标的最小值，Ximax为第i个指标的最大值，UX(+)为各指标呈正相关隶属函数值，UX(-)为各指标呈负相关隶属函数值。

2 结果与分析

2.1 施氮量和密度对燕麦产量的影响

对燕麦株高和干草产量显著性分析表明(表1)，施氮量、种植密度以及两者交互作用对燕麦的株高和干草产量均有显著影响(P<0.01)。各品种株高和干草产量在不同处理以及不同生育期差异显著(P<0.05)，其中乳熟期干草产量和株高显著高于抽穗期。

表1 不同物候期燕麦株高和干草产量Table 1 Oat plant height and hay yield at different phenological stages

乳熟期，品种A1，B2C3处理干草产量最高，B0C1处理最低，B2C1处理株高最高，B0C3处理最低。品种A2，处理B2C3干草产量最高，B0C1处理最低，处理B0C1株高最高，B2C2处理最低(P<0.05)。品种A3，处理B2C3干草产量和株高均最优，B0C1处理干草产量和株高最低(P<0.05)。品种A4，处理B1C2干草产量最高，处理B0C3最低，处理B2C1株高最高，处理B0C3最低(P<0.05)。

抽穗期，品种A1，B1C2处理干草产量最高，B0C1处理最低，B2C3处理株高最高，B1C3处理最低(P<0.05)。品种A2，处理B2C3干草产量最高，B0C1处理最低，处理B2C1株高最高，B2C3处理最低，(P<0.05)。品种A3，处理B1C3干草产量最高，B0C1处理最低，B2C2处理株高最高，B2C3处理最低(P<0.05)。品种A4，处理B2C2干草产量最高，B0C3处理最低B2C3处理株高最高，B0C1处理最低(P<0.05)。

2.2 施氮量和种植密度对燕麦营养品质的影响

施氮量、种植密度以及两者互作对燕麦营养品质影响的显著性分析表明(表2)，施氮量、种植密度以及两者互作对燕麦的DM，CP，ADF和NDF含量有极显著影响(P<0.01)。抽穗期DM含量显著低于乳熟期，抽穗期CP，NDF和ADF含量显著高于乳熟期(P<0.05)，抽穗期和乳熟期EE含量差异不显著(表2)。

乳熟期，各品种随种植密度的增加，DM，CP，NDF和ADF含量不断递减(表2)，其中品种A1，B2C1处理DM,CP,NDF和ADF含量最高，B0C3处理最低(P<0.05)。品种A2，B2C1处理DM含量最高，B1C2处理CP含量最高，B0C3处理DM和CP含量最低，B2C3处理NDF含量最低，B1C3处理ADF含量最低，B0C1处理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。品种A3，B2C1处理DM含量最高，B1C1处理CP含量最高，B2C2处理NDF和ADF含量最高，B0C3处理DM，CP，NDF和ADF含量最低(P<0.05)。品种A4，B1C1处理DM含量最高，B0C3处理最低，B1C2处理CP含量最高，B2C3处理最低，B0C3处理NDF含量最低，B2C2处理ADF含量最低，B0C1处理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。

表2 不同处理燕麦营养品质比较Table 2 Nutritional quality of different treatments

抽穗期，品种A1，B1C1处理DM和CP含量最高，B0C3处理最低，B2C3处理NDF含量最低，B2C1处理最高，B0C3处理ADF含量最低，B2C2处理最高(P<0.05)。品种A2，B1C1处理DM含量最高，B2C3处理最低，B2C3处理CP含量最高，B0C3处理CP和NDF含量最低，B1C3处理ADF含量最低，B0C1处理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。品种A3，B2C1处理DM含量最高，B2C2处理CP含量最高，B1C3处理NDF含量最高，B1C1处理ADF含量最高，B1C2处理CP含量最低，B0C3处理DM,NDF和ADF含量最低(P<0.05)。品种A4，B1C2处理DM和CP含量最高，B1C3处理DM含量最低，B0C3处理CP最低，B1C3处理NDF含量最低，B2C3处理最高，B1C2处理ADF含量最低，B1C1处理最高(P<0.05)。

2.3 不同处理生产性能、营养品质的综合评价

综合产量和营养品质，在乳熟期收获能获得高产高质的燕麦饲草。因此，以乳熟期的干草产量和营养品质为综合评价指标，进行隶属函数综合评价，其中干草产量、DM,CP和EE为正向指标，NDF和ADF为负向指标。结果表明(表3)，品种A1,A2,A3和A4中综合评价最优的处理分别为B1C3处理(0.75)、B2C2处理(0.42)、B1C1处理(0.63)和B1C2处理(0.74)。

表3 不同处理各指标综合评价Table 3 Comprehensive evaluation of each index in different treatments

3 讨论

3.1 施氮量和种植密度对燕麦干草产量的影响

燕麦干草产量是衡量燕麦经济价值的重要指标。播种量和施肥量是影响燕麦群体性状和产量形成的重要因素[21]。氮素会影响土壤氧化酶活力，合理的施肥量能影响作物对土壤中养分吸收的能力，进而影响作物产量[22]。播种量会影响作物群落结构，同时还会影响单位叶片叶绿素含量和比叶重等指标，合理的密度能减少作物群落结构重叠现象，增加作物光合作用强度，进而达到高产的效果[23]。

本研究中，‘青燕1号’干草产量随施氮量和种植密度的增加先增加后减小，这与以往科尔沁沙地饲用燕麦产量及氮肥利用率的研究和松嫩平原西部燕麦产量形成的研究结果一致[24-25]。虽然各学者研究地区、气候等环境条件不同，但其研究结果一致，这也进一步证明施氮量和种植密度对作物生物产量的影响存在阈值[26-27]。一般植株高度由生物学特性决定[28]，但环境因素也会对株高产生影响，在播种量低时，因为植株个体间营养竞争较弱，植株能够获得更多的养分和能量，从而生长较快；但是随着播种量的增大，植株间对资源的竞争变得更加激烈，在资源有限的情况下，种群内个体可获得的资源量减少，从而引起株高的响应变化[16]。本研究也证实，随种植密度的增加供试燕麦‘青海444’和‘青燕1号’株高不断减小，这表明密度限制效应在某些燕麦生长过程中极其明显；而对于‘青引1号’和‘领袖’没有表现出类似的变化规律，这可能与植物生物量的积累与分配有关。生物量的累积和分配体现了密度对植物种群的影响[27]，一般来说，植物地上(茎叶)生物量分配越多对光照的需求越高，即光竞争能力越强[29]，而较高的地下生物量表明植物对土壤养分有着较高的需求及强的地下竞争力[30]。

本研究其他燕麦品种，干草产量随氮肥量和种植密度的增加不断增加，这与以往研究结果稍有不同[31]，可能是品种的原因，不同品种对各养分吸收利用效率不同，同时由于本地区常年降水量少(400.00 mm以下)，滴灌成为农业发展重要模式，滴灌能充分发挥人为作用，根据作物生长情况，灵活调配水资源，提高氮素的利用效率；另一方面，可能由于新疆地区特殊的气候环境，即日照时间长，早晚温差较大，诱发了燕麦的生长潜能，改变了施氮量和种植密度的阈值。

3.2 施氮量和种植密度对营养品质的影响

牧草营养价值的高低直接影响其饲喂效果，CP含量越高，NDF，ADF含量越低，饲料品质和饲喂效果越好[32]。种植密度对饲用作物的CP，NDF，ADF和EE含量等营养指标有一定的影响[6]。本研究中，适当的增加种植密度可以有效降低不同品种燕麦NDF和ADF，但种植密度过高可能会导致CP含量的下降，这主要可能是因为种植密度增加，导致群落个体间竞争加强，养分分配减少。随着生育期的推进，CP含量逐渐降低，NDF和ADF含量不断增加，这与前人研究结果一致[33]。

施氮量影响植物氮利用效率[34]，在高施氮量条件下，植物氮利用效率的大小受植物氮吸收能力限制，在低施氮量条件下，植物氮利用效率的大小受环境中氮的可利用性限制[35]。同时，植物的氮利用效率因品种和基因型而异[36]，有研究表明，在90.00 kg·hm-2施氮水平下燕麦平均氮肥表观利用率为62.00%[37]。本研究中，也得出相似的变化规律，随着种植密度和施氮量的增加，‘青海444’和‘青引1号’ CP含量整体增加，‘领袖’ CP含量出现增加的迹象，但没有明显的规律性，‘青燕1号’出现先增加后减少的趋势。这说明‘青燕1号’在160.00 kg·hm-2施氮水平下，将限制燕麦对氮的利用率，减少蛋白质的积累，而其他品种在该施肥条件下，并未达到氮吸收能力的限制水平。因此，对于其他3个品种在今后的种植过程中应适当增加施氮量。

NDF和ADF的累积受植物品种、种植地点、施氮类型和施氮水平等多因素的共同影响。在英格兰的4个燕麦品种研究中发现施氮促使燕麦NDF含量增加[38]；在西藏地区种植的燕麦研究中发现，施氮不仅增加了燕麦秸秆杆中NDF含量，还増加了ADF和纤维素含量[14]。但也有学者研究表明[39]，在120.00～240.00 kg·hm-2的施氮水平下，水稻稻杆、叶部和茎部的ADF和NDF含量随施氮量的增加呈线性或二次曲线性降低。本研究中，NDF和ADF含量也表现出不一致的变化规律，这可能是由于品种的原因，不同品种对各营养成分的吸收和转化存在差异；另一方面，可能因为氮肥的增加影响了物质的分配，氮肥作为植物生长发育过程的重要影响因素，其对物质分配规律和品质均具有影响[11]。本研究中，氮肥的增加提高了土壤有效氮含量，一定程度上改善了燕麦对氮的利用率，导致氮的积累，氮素的累积可能会影响植物对其他物质的合成，也有可能会促进某些物质的合成，同时氮素的增加，也可能影响了其他养分的吸收利用，其具体的机制尚不明确，今后还需进一步研究。EE是饲料中的一个重要组成部分，当饲料中含量超过5.00%，容易引起腹泻或过肥，对于反刍家畜还会抑制瘤胃微生物的繁殖，从而降低消化功能[40]。本研究中，各燕麦EE均未超过5.00%，最高为4.06%。

4 结论

新疆石河子地区4种饲用燕麦均适合在乳熟期收获；‘青海444’、‘领袖’和‘青燕1号’最佳施氮量为80.00 kg·hm-2，‘青引1号’为160.00 kg·hm-2；‘青引1号’和‘青燕1号’，最佳播种密度为240.00 kg·hm-2，‘青海444’为312.00 kg·hm-2，‘领袖’为168.00 kg·hm-2；综合评价本地区最佳种植燕麦品种为‘青海444’，其最佳施氮量为80.00 kg·hm-2，种植密度为312.00 kg·hm-2。