施氮水平对沙地生境下不同饲用燕麦品种干物质积累及氮素吸收利用的影响

张玉霞，王 鑫，张庆昕，斯日古楞，郭 园，杜晓艳，王月林

(1内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽 028041；2内蒙古自治区林草苗木总站，内蒙古 呼和浩特 010017)

氮素是植物必需的大量营养元素之一，是限制禾谷类作物产量和品质的重要因子[1]。但氮肥施用过多会对土壤和环境造成不利影响[2-3]。科尔沁沙地土壤瘠薄，含氮量低，种植禾谷类饲草及饲料作物，需要投入大量的氮素[4-6]。田永雷等[7]研究表明，在科尔沁沙地饲用作物生产中，由于土壤保肥力差，存在化肥投入量大，施用不合理现象。因此，在保护生态环境的同时进行饲用作物的生产，提高氮肥利用率，有效利用沙化草地显得尤为重要。

燕麦(AvenasativaL.)属禾本科燕麦属一年生草本植物，具有喜凉、抗寒、抗旱和耐瘠薄等特性[8]，是我国北方及西北地区重要的粮饲兼用作物[9]。饲用燕麦在科尔沁沙地一年种植两季[10]，是苜蓿等豆科牧草的倒茬作物，具有产量高、品质好、经济效益高等优良特性[11]。随着内蒙古农牧交错区奶牛、肉羊等畜牧业的不断发展，饲草料尤其是青绿饲草的需求量不断增加。作为饲料作物，燕麦在饲草料利用方面具有较大发展潜力[12]。品种对燕麦产量和氮素吸收利用有显著影响[13]，苗玉红等[14]研究了24个燕麦品种在2个氮素水平下的生物学产量、氮素积累及氮素利用效率等方面的差异，结果表明不同燕麦品种对低氮的忍耐能力不同。为系统研究裸燕麦氮效率，葛军勇等[15]选用8个不同基因型裸燕麦种质进行田间试验，在祼燕麦不同生育期对不同氮素利用效率指标的基因型差异及裸燕麦氮素营养进行分析，结果表明裸燕麦氮效率基因型效应显著。因此，在农业生产上应因地制宜，选育适宜的燕麦品种，以提高氮素利用率，实现优质高产。

高阳等[16]研究表明，在科尔沁沙地饲用燕麦生产中，追施氮肥增产效果明显。王乐等[17]以梦龙燕麦为试验材料进行氮肥施用量试验，结果表明在科尔沁沙地氮肥适宜用量为210 kg/hm2。娜日苏等[18]对科尔沁沙地13个主栽饲用燕麦品种进行了适应性筛选，结果表明贝勒二代和牧王综合表现最好，适宜在阿鲁科尔沁旗地区推广种植。但到目前为止，针对科尔沁沙地饲用燕麦适宜品种的最优施氮量的研究尚未见报道。因此，本研究针对科尔沁沙地主栽的燕王、牧王、甜燕1号、牧乐思4个饲用燕麦品种，分别设置0，100，200，300 kg/hm24个施氮水平，研究不同饲用燕麦品种的干物质积累量、氮素吸收量及氮素利用率对施氮水平的响应，筛选科尔沁沙地饲用燕麦的最佳施氮水平及氮高效饲用燕麦品种，为科尔沁沙地饲用燕麦高产栽培及氮肥利用率的提高提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古民族大学农牧业科技园区(43°30′ N，122°27′ E)，属于温带大陆性气候。土壤为风沙土，土壤有机质7.28 mg/kg，全氮素1.87 g/kg，碱解氮素11.24 mg/kg，速效钾95.12 mg/kg，速效磷10.59 mg/kg。年平均气温0～6 ℃，≥10 ℃积温3 000～3 200 ℃，无霜期140～150 d，年平均降水量340～400 mm，蒸发量是降水量的5倍左右，年平均风速3.0～4.5 m/s。

1.2 供试材料

饲用燕麦品种燕王、牧王、牧乐思来源于北京正道生态科技有限公司，饲用燕麦品种甜燕1号来源于北京佰清源畜牧科技有限公司，4个饲用燕麦品种的原产地均为加拿大。

1.3 试验设计

在内蒙古民族大学农牧业科技园区，于2019年4月1日采用条播方式种植4个饲用燕麦品种，条播行距15 cm，播种量150 kg/hm2，播种深度3 cm，基肥为重过磷酸钙(P2O546%)、氯化钾(K2O 50%)，施用量均为150 kg/hm2，灌溉方式为喷灌。设置0(CK)，100，200，300 kg/hm24个氮素(纯N)水平，依次用N0，N100，N200，N300表示，肥料为尿素(含N 46%)，分别按照15%，40%，25%，20%比例在燕麦分蘖期、拔节期、孕穗期、开花期4次施入，撒施后及时灌水[19]。采用裂区试验设计，主区为施氮水平，副区为品种，各品种在主区内随机排列，小区面积4 m×5 m=20 m2，四周设保护行，4次重复。于燕麦成熟期测产量及茎、叶、穗干物质含量，取烘干样品测定氮素含量。

1.4 测定指标及方法

于燕麦成熟期在每小区选定1 m2作为测产小区，称质量并换算成单位面积产量，每小区重复3次。采集样品时，选择长势一致的20株植株，地上部分的叶片、茎秆及穗分别采集，带回实验室将各部分用蒸馏水洗净后，于105 ℃烘箱内杀青30 min， 75 ℃烘干至恒质量，称质量后记录每部分生物量，对样品进行粉碎过筛(孔径为2 mm)备用。

植株氮素含量的测定：将各部分植株样品烘干粉碎后，准确称取0.05 g置于消煮管中，采用H2SO4-H2O2方法于260～270 ℃高温消化，定容后用流动分析仪(bran+luEBBE，德国)测定消化液中的氮素含量，计算植株各组织氮素浓度[20]。

1.5 氮素积累量及氮肥利用率的计算

植株氮素积累量根据以下公式计算[21]：

全株干物质积累量=茎干物质质量+叶干物质质量+穗干物质质量；

器官氮素积累量(kg/hm2)=[器官氮素含量(mg/g)×器官生物量(kg/hm2)]/1 000；

全株氮素积累量(kg/hm2)=[全株氮素含量(mg/g)×全株生物量(kg/hm2)]/1 000 ；

氮肥表观回收率(nitrogen recovery efficiency，NRE)=(施氮区全株氮素累积量-无氮区全株氮素累积量)/施氮量×100%；

氮素干物质生产效率(nitrogen dry matter production efficiency，NDMPE)= 全株干物质积累量/全株氮素积累量；

干物质生产效率(dry matter production erriciency，DMPE)= 全株干物质积累量/施氮量；

氮肥农艺效率(nitrogen agronomic efficiency，NAE) = (施氮区全株干物质积累量-不施氮区全株干物质积累量)/施氮量。

1.6 数据处理

采用Excel 2003进行数据处理，采用DPS 15.10进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 氮肥对饲用燕麦干物质积累的影响

由表1可知，燕王和牧王的茎、叶、穗及全株干物质积累量均为N200处理最高，且显著高于其他氮肥处理(牧王N300处理的穗干物质积累量除外)(P<0.05)；甜燕1号、牧乐思的茎、叶、穗及全株干物质积累量则均以N300处理最高，且均显著高于其他氮肥处理(P<0.05)；在N200处理下，牧王的茎、叶、穗和全株干物质积累量均显著高于甜燕1号和牧乐思(P<0.05)，且牧王的叶和全株的干物质积累量显著高于燕王；在N300处理下，牧乐思的茎、叶、全株及甜燕1号的穗干物质积累量最高，且显著高于其他饲用燕麦品种(P<0.05)。表明不同饲用燕麦的氮肥适宜用量存在明显差异，燕王和牧王氮肥适宜用量为200 kg/hm2，甜燕1号和牧乐思的氮肥适宜用量为300 kg/hm2。

表1 施氮水平对饲用燕麦干物质积累的影响

2.2 氮肥对饲用燕麦氮素含量的影响

如表2所示，随着施氮量的增加，4个饲用燕麦品种茎、叶、穗及全株的氮素含量均呈先增加后降低的变化趋势，且均在N200处理下氮素含量最高。说明科尔沁沙地生境下饲用燕麦在N200处理下吸收氮素能力最强。

由表2还可知，不同饲用燕麦品种的氮素含量有差异，其中牧乐思茎的氮素含量较高，且在N0、N100、N300处理下均显著高于其他饲用燕麦品种(P<0.05)，在N200处理下亦显著高于燕王(P<0.05)。叶片的氮素含量则是燕王较高，且在N0和N300处理下显著高于其他饲用燕麦品种(P<0.05)，在N100和N200处理下亦显著高于甜燕1号和牧乐思。穗的氮素含量则是甜燕1号和燕王较高。在N100处理下燕王的全株氮素含量显著高于其他饲用燕麦品种，在N200和N300处理下牧王的全株氮素含量显著高于其他饲用燕麦品种。由此说明牧王和燕王吸收氮的能力强于甜燕1号和牧乐思。

表2 施氮水平对饲用燕麦氮素含量的影响

2.3 氮肥对饲用燕麦氮素积累量的影响

如表3所示，燕王和牧王的茎、叶、穗及全株的氮素积累量均以N200处理最高，且显著高于其他施氮处理(除牧王穗的氮素积累量外)(P<0.05)；牧乐思的茎、叶及全株的氮素积累量则是在N300处理下最高，且与其他氮肥处理差异显著(P<0.05)；穗的氮素积累量均以N200处理最高，显著高于其他施氮处理(P<0.05)。甜燕1号茎、叶、穗的氮素积累量在N200处理下最高，且显著高于其他施氮处理(除穗的N300处理外)(P<0.05)；全株氮素积累量则以N300处理最高，且显著高于其他施氮处理(P<0.05)。表明不同饲用燕麦品种的氮素积累量在不同施氮处理下存在明显差异，燕王和牧王在N200处理下吸收积累氮素能力较强，牧乐思则在N300处理下吸收积累氮素能力最强。

表3 施氮水平对饲用燕麦氮素积累的影响

在N200处理下，牧王和甜燕1号茎的氮素积累量显著高于燕王和牧乐思(P<0.05)，叶的氮素积累量则是燕王和牧王显著高于甜燕1号，穗的氮素积累量为燕王显著高于其他饲用燕麦品种，全株的氮素含量为牧王显著高于其他饲用燕麦品种(P<0.05)；在N300处理下，牧乐思茎的氮素积累量、燕王叶的氮素积累量、牧王全株氮素积累量最高，且与其他饲用燕麦品种差异显著(P<0.05)，牧乐思穗的氮素积累量显著低于其他饲用燕麦品种(P<0.05)。由此说明，不同饲用燕麦品种氮素积累分配部位亦存在明显差异。

2.4 氮肥对饲用燕麦氮肥利用率的影响

由表4可知，施氮处理的氮素干物质生产效率(NDMPE)均低于对照，且甜燕1号和牧乐思均高于燕王和牧王；在N200处理下，4个饲用燕麦品种的NDMPE均最低；但干物质生产效率(DMPE)、氮素农艺效率(NAE)、氮素表观回收率(NRE)均为燕王、牧王高于甜燕1号和牧乐思。在N300处理下，甜燕1号和牧乐思的DMPE和NAE高于燕王和牧王，说明燕王和牧王是低氮高效型饲用燕麦品种，甜燕1号和牧乐思则属于高氮高效型饲用燕麦品种。

表4 施氮水平对饲用燕麦氮素利用效率的影响

表4(续) Continued table 4

3 讨 论

干物质积累是作物产量形成的基础，氮素营养是影响作物干物质形成的重要因素。高丽敏等[21]研究表明，施用氮肥对甜高粱的生长起着重要作用，长江下游农区饲用甜高粱每茬氮肥用量以244.50 kg/hm2为宜；过量施用氮肥不仅不会持续提高甜高粱的生物量，还会导致氮肥利用率降低。适宜施氮量不仅有利于植物自身的生长发育，而且对土壤环境的改善具有正效作用，氮肥施用量因地而异，不同品种间亦不同[22-25]。侯迷红等[22]研究表明，甜荞麦干物质积累总量随着施氮量的增加呈先增后降的变化趋势。王茂莹等[25]研究表明，鲁中山区小麦最佳施氮量为240 kg/hm2，泰农18号为最适宜推广小麦品种，汶农5号具有较大的增产潜力。根据干物质积累量确定不同植物种类及品种在不同地区的适宜氮肥用量，本研究以4个饲用燕麦品种为材料，研究了氮肥用量对科尔沁沙地生境下饲用燕麦干物质积累的影响，结果表明，燕王和牧王氮肥适宜用量为200 kg/hm2，甜燕1号和牧乐思氮肥适宜用量为300 kg/hm2。

适量氮可以提高作物的物质生产能力，一定程度上促进植株氮素积累总量的提升[21]；而过量施氮，植物根系生长受到抑制进而影响根系对养分的吸收速率，并最终导致氮素含量的降低[26-29]。冯洋等[30]研究发现，在正常氮处理条件下，不同生育期氮高效水稻品种地上部氮累积量与低效品种间无显著差异；但在低氮处理下，灌浆期和成熟期氮高效水稻品种氮素累积量高于或显著高于低效品种。本研究表明，随着施氮量的增加，4个饲用燕麦品种茎、叶、穗及全株的氮素含量均呈先增加后降低的变化趋势，且均在N200处理下氮素含量最高，但燕王和牧王的茎、叶、穗和全株氮素积累量为N200处理最高，而甜燕1号的全株和牧乐思的茎、叶、穗及全株氮素积累量均以N300处理最高。因此，研究认为燕王和牧王为低氮高效型饲用燕麦品种，甜燕1号和牧乐思则为高氮高效型饲用燕麦品种。

氮肥农艺效率(NAE)可以用来评价氮肥的增产效果，过量施氮导致作物物质生产能力增幅变小，氮肥农艺效率降低[8,21,26]。本研究中氮肥农艺效率随施氮量的增加逐渐降低，因此，适当的降低氮肥施用，不仅是提高实际生产中产出投入比的需要，亦是降低氮肥过量施用风险的需要。氮素表观回收率(NRE)反映了植株氮素吸收和氮肥施用量之间的平衡状况。本研究中，N100处理下燕王表观回收率大于牧王、甜燕1号和牧乐思，而在N200处理下燕王和牧王高于甜燕1号和牧乐思，在N300处理时4个燕麦品种表观回收率均较低，故本研究认为施氮量应在200 kg/hm2左右，更有利于在维持土壤氮素输入和输出平衡的同时，降低土壤氮素的残留。

4 结 论

燕王和牧王属于低氮高效型饲用燕麦品种，甜燕1号和牧乐思则属于高氮高效型饲用燕麦品种；在科尔沁沙地生境下，燕王和牧王氮肥适宜用量是200 kg/hm2，甜燕1号和牧乐思适宜氮肥用量为300 kg/hm2；在科尔沁沙地生境下种植燕王和牧王饲用燕麦品种，200 kg/hm2施氮量下，其氮素利用率高，干物质积累量大。