高寒地区氮肥运筹对‘青海甜燕麦’农艺性状和种子产量的影响

段连学， 马 祥， 琚泽亮， 刘凯强， 杨钰洁， 石红霄， 贾志锋*

(1. 青海大学畜牧兽医科学院，青海省青藏高原优良牧草种质资源利用重点实验室，青海西宁 810016；2. 中国农业科学院草原研究所，内蒙古呼和浩特 010010)

氮素是植物必需的矿质营养元素，对提高产量、改善品质、提高土壤肥力等有积极作用[1-2]。中国化肥年施用量高达4 400多万t，已成为世界最大的氮肥消费国，占世界消费量的30%，然而氮肥的平均利用率仅为30%～35%[3-4]。由于氮肥过量施用，生态环境问题日益恶劣，直接威胁了现代农牧业生产的安全[5-6]。在饲草作物生产中，过度施肥的情况同样严重，农牧民为了追求更高的生产效益，化肥投入出现了异常增长，施肥量甚至远远大于植物所能吸收的范围，过量施肥对土壤有着长期而深远的影响[7-8]。随着青海地区燕麦产业的继续发展，氮肥的利用量急剧增加，虽提高了农作物的产量，但在传统氮肥运转模式下氮肥利用率较低。

青海甜燕麦是青海省畜牧兽医科学院草原所选育的皮燕麦品种，中晚熟，抗逆性强，茎秆、叶柔嫩多汁，营养价值丰富[9]。燕麦是适宜在青藏高原高寒牧区和半农半牧区种植的高产优质草料兼用作物[10]，是解决青藏高原高寒地区草畜季节性供求矛盾、保护生态环境和促进畜牧业可持续发展的重要牧草品种，对青海省畜牧业生产的稳定发展起到了重要作用。

高产稳产是燕麦产业发展的主要目标，是解决草畜矛盾的重要保障。提高草地生产力，增加燕麦在饲草产业的输出占比，提高农牧民的收入，是目前燕麦产业发展的首要任务。前人在燕麦产业发展方面做了大量研究，培育优质的燕麦品种，在一定程度上缓解了燕麦供需矛盾，然而，随着畜牧业的快速发展，已经不能满足当前的牧草需求。因此，在此背景下，减少氮肥施用量极其重要。目前我国有关燕麦育种、栽培管理技术、生产加工等方面做了部分研究[11]。关于减量分期施氮的研究多集中在玉米(ZeamaysL.)、小麦(TriticumaestivumL.)、水稻(OryzasativaL.)等粮食植物，燕麦在分期施氮方面报道较少[12-13]。因此，本研究选取青海省畜牧兽医科学院提供的青海甜燕麦为试验材料，通过分析不同施氮量和施氮时期下青海甜燕麦表型和产量的变化，筛选燕麦氮高效利用的最优施氮量和施氮时期的耦合模式，旨在为高寒地区燕麦高产栽培提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于青海省湟中县上新庄镇，是青海省燕麦主栽区，地势平坦，地理坐标101°59′ E，36°42′ N，海拔2 630 m，气候寒冷潮湿，无绝对无霜期，年均温 4.6℃，年降水量500～650 mm(降雨和降雪)。前茬是荞麦。

表1 试验地土壤基础养分含量Table 1 Basic nutrient content of experimental plot

1.2 试验设计

试验供试材料为‘青海甜燕麦’，于4月24日播种，播种方式为人工条播，条播行距为 25 cm，播量240 kg·hm-2。所用化肥为尿素(N 46%)和过磷酸钙(含P2O512 %)。试验设4个氮素水平(N1:187.5 kg·hm-2，N2:150 kg·hm-2，N3:112.5 kg·hm-2，N4:75 kg·hm-2)和2个施氮时期(D1：氮肥全部基施，D2：30%基肥+70%拔节期)，试验以不施氮肥为对照(N0)。不同处理的施氮量见表2，随机区组排列，重复3次，共27个小区，每个小区面积为3 m×5 m。拔节期追肥，采用沟施方式。

表2 各处理氮肥用量Table 2 Nitrogen application rate of each treatment kg·hm-2

1.3 测定指标与方法

1.3.1农艺性状与产量构成因素测定 在燕麦成熟期，各小区随机选取15株无病虫害植株在室内进行考种，测定株高、旗叶高、穗长、茎粗、粒长、粒宽、单株小穗数、单株穗粒数和千粒重。用直尺测定株高、旗叶高，游标卡尺测定茎粗。

1.3.2产量测定 种子产量：成熟期小区全区收获，人工脱粒、晾晒、清杂后称量。

秸秆产量：成熟期各小区全区测产。

1.4 数据处理

采用Excel 2019进行试验数据整理，用SPSS 21.0 进行双因素方差分析，结合Duncan法进行多重比较(P<0.05)，相关性分析和通径分析同样在SPSS 21.0软件中进行。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥运筹方式对燕麦生长发育的影响

从不同施氮量和施氮时期对燕麦生长发育影响的方差分析结果可知，施氮量和施氮时期对青海甜燕麦株高、旗叶高、穗长和茎粗均达到显著影响(P<0.01)，同时，施氮量与施氮时期互作效应对株高、旗叶高和穗长均达到显著影响(P<0.01)且施氮量对燕麦生长发育的影响较施氮时期大(表3)。

表3 不同处理对燕麦生长发育影响的方差分析(F值)Table 3 Analysis of variance of the effects of different treatments on oat growth and development(F value)

随着施氮量的减少，株高、旗叶高、穗长、茎粗、都呈逐渐降低的趋势。与对照相比，各个施氮处理均优于对照(表4)。D1、D2条件下，株高、旗叶高、穗长和茎粗均表现为N1>N2>N3>N4。

表4 不同处理对燕麦生长发育的影响Table 4 Effects of different treatments on oat growth and development

同一施氮量比较，N1条件下，株高、旗叶高、茎粗和穗长为表现为D2>D1(P<0.05)；N2条件下，茎粗和穗长为D2>D1(P<0.05)，株高、旗叶高为D2>D1；N3条件下，株高、穗长为D2>D1(P<0.05)，旗叶高和茎粗为D2>D1；N4条件下，株高、穗长和为D2>D1(P<0.05)，旗叶高和茎粗为D2>D1。表明氮肥运筹显著影响株高、旗叶高、穗长和茎粗，施氮时期对燕麦的株高和穗长影响成效显著，构成对燕麦产量的间接正向效应。

2.2 不同氮肥运筹方式对燕麦种子产量及秸秆产量的影响

从不同施氮量和施氮时期对燕麦产量影响的方差分析结果可知(表5)，施氮量和施氮时期对青海甜燕麦秸秆产量和种子产量均达到显著影响(P<0.01)，施氮量与施氮时期互作效应对秸秆产量和种子产量均达到显著影响(P<0.01)。施氮时期对种子产量的影响较大，表明在同等施氮量条件下，施氮时期尤为重要。

表5 不同处理对燕麦种子产量及秸秆产量影响的方差分析(F值)Table 5 Variance Analysis of the effects of different treatments on oat seed yield and straw yield(F value)

施氮量和施氮时期对燕麦种子产量和秸秆产量影响较大，随施氮量减少均呈逐渐下降趋势，但都显著高于对照(图1、图2)。

图1 不同处理对种子产量的影响Fig.1 Effect of different treatments on seed yield注：小写字母表示同一施氮量不同施氮时期下差异显著(P<0.05)，大写字母表示同一施氮时期不同施氮量下差异显著(P<0.05)。下同Note:The lowercase letters indicate significant difference between the same nitrogen application rate and different nitrogen application periods at the 0.05 level,and the capital letters indicate significant difference between the same nitrogen application period and different nitrogen application rates at the0.05 level. The same as below

图2 不同处理对秸秆产量的影响Fig.2 Effect of different treatments on stalk yield

同一施氮时期下，种子产量和秸秆产量与施氮量呈正比，且不同施氮时期下均以施氮量N1水平产量最高，施氮量N0水平最低；同一施氮水平下，种子产量和秸秆产量随施氮时期不同而不同，均以按比例分期施氮(D2)最高，在N1水平下，按比例分期施氮(D2)较氮肥全部基施(D1)种子产量和秸秆产量高5.32%和6.47%。

表明按比例分期施氮(D2)优于氮肥全部基施(D1)，表明施氮时期对燕麦产量的影响程度大于施氮水平，按比例分期施氮成效显著。

2.3 不同氮肥运筹方式对燕麦种子产量构成因素的影响

不同施氮量和施氮时期对燕麦产量构成因素影响显著(表6)。施氮量和施氮时期对单株小穗数、单株穗粒数和千粒重均达到显著影响(P<0.01),与施氮时期相比，施氮量对粒宽的影响较大且达到显著(P<0.01),施氮量与施氮时期互作效应仅对粒宽和单株穗粒数影响显著。

表6 不同处理对燕麦产量构成因素影响的方差分析(F值)Table 6 Analysis of variance of the effects of different treatments on yield components of oat(F value)

不同施氮量和施氮时期对燕麦产量构成因素影响较大，单株小穗数、单株穗粒数与施氮量呈正比，千粒重反之。与对照相比，各个施氮处理均优于对照(表7)。在同一施氮时期下不同施氮量对产量构成因素影响显著。

表7 不同处理对燕麦种子产量构成因素的影响Table 7 Effects of different treatments on yield components of oat seeds

D1条件下，株高、单株小穗数、单株穗粒数表现为N1>N2>N3>N4，千粒重为D4>N3>N2>N1，粒长为D4>D1>D2>D3，粒宽为D1>D2>D4>D3。D2件下，单株小穗数、单株穗粒数表现为N1>N2>N3>N4，千粒重为N4>N3>N2>N1，粒长为N1>N3>N2>N4，粒宽为N1>N3>N4>N2。

同一施氮量比较，N1水平下，单株小穗数、单株穗粒数表现为D2>D1(P<0.05),千粒重、粒长和粒宽为D2>D1；N2水平下，单株小穗数和千粒重为D2>D1，单株穗粒数为D2>D1(P<0.05)，粒长和粒宽为D1>D2(P<0.05)；N3水平下，单株小穗数、单株穗粒数为D2>D1(P<0.05),千粒重、粒长和粒宽为D2>D1；N4水平下，单株小穗数、单株穗粒数、千粒重、粒长和粒宽均为D2>D1。N1，N2，N3和N4水平下，与D1相比，D2的单株小穗数、单株穗粒数和千粒重均高于D1。

综上：施氮时期和施氮量均显著影响产量构成因素，同一施氮水平下，氮肥按比列分期施用显著提高了产量构成因素。不同施氮量和施氮时期对燕麦产量构成因素影响显著，通过研究表明N1D2处理为最佳组合。

2.4 不同施氮时期下施氮量对燕麦种子产量及构成因素的相关性分析

由图5所示，在D1条件下，施氮量与单株小穗数、单株穗粒数、种子产量呈显著正相关(P<0.01)；施氮量与千粒重呈显著负相关(P<0.05)。按相关关系大小依次为种子产量>单株穗粒数>单株小穗数>粒宽>粒长>千粒重。在各个指标之间，粒长与粒宽、单株小穗数、单株穗粒数、千粒重、种子产量呈正相关；粒宽与单株小穗数、单株穗粒数、种子产量呈显著正相关；单株小穗数与单株穗粒数、种子产量呈显著正相关；千粒重与粒宽、单株小穗数、单株穗粒数、种子产量呈负相关。

图5 D1条件下施氮量对燕麦种子产量及产量构成因素的影响Fig.5 Effect of nitrogen application rate on oat seed yield and yield components under D1 condition注：*表示在0.05水平相关；**表示 0.01水平相关；***表示在0.001水平相关。下同Note:* indicates correlation at 0.05 level;** indicates correlation at 0.01 level;***indicates correlation at 0.001 level. The same as below

在D2条件下(图6)，施氮量与单株小穗数、单株穗粒数、种子产量呈显著正相关(P<0.001)；施氮量与粒长呈显著正相关(P<0.05)；施氮量与千粒重呈负相关。按相关关系大小依次为种子产量>单株穗粒数>单株小穗数>粒长>粒宽>千粒重。在各个指标之间，粒长与粒宽、单株小穗数、单株穗粒数、千粒重、种子产量呈正相关；粒宽与单株小穗数、单株穗粒数、种子产量呈正相关；单株小穗数与单株穗粒数、种子产量呈显著正相关(P<0.01);千粒重与粒宽、单株小穗数、单株穗粒数呈负相关；千粒重与种子产量呈正相关。

图6 D2条件下施氮量对燕麦种子产量及产量构成因素的影响Fig.6 Effect of nitrogen application rate on oat seed yield and yield components under D2 condition

综上，施氮量与单株小穗数、单株穗粒数相关性较大(P<0.01)，这间接的影响了施氮量对种子产量的相关性。

2.5 燕麦种子产量与构成因素的多元回归及通径分析

通过回归分析得到种子产量最优方程：y= 570.625+20.251SL+24.126SN(R2=0.636)，对于种子产量来说，单株小穗数对种子产量的贡献比较大，单株小穗数每提高1个单位，种子产量将提高0.66；其次是粒长，粒长每提高1个单位，其种子产量提高0.58。基于相关分析和多元回归的基础上，进一步进行通径分析，如表8所示，粒长和单株小穗数是影响燕麦种子产量的主要因素，从直接通径系数可知，单株小穗数(0.563)较粒长(0.457)对种子产量直接作用大，粒长通过单株小穗数对种子产量产生了正向的间接作用(P=0.251)，单株小穗数通过单株穗粒数对种子产量产生的间接作用为P=0.309。

表8 D1条件下燕麦种子产量与构成因素的通径分析Table 8 Path analysis of oat seed yield and its components under D1 condition

通过回归分析得到种子产量最优方程：y=2446.773+20.251GS+21.451SN(R2=0.854)，对于种子产量来说，单株穗粒数对种子产量的贡献比较大，单株穗粒数每提高1个单位，种子产量将提高0.88；其次是单株小穗数，单株小穗数每提高1个单位，其种子产量提高0.82。基于相关分析和多元回归的基础上，进一步进行通径分析，如表9所示，单株穗粒数和单株小穗数是影响燕麦种子产量的主要因素，从直接通径系数可知，单株穗粒数(0.610)较单株小穗数(0.383)对种子产量直接作用大，单株穗粒数通过单株小穗数对种子产量产生了正向的间接作用(P=0.276)，单株小穗数通过单株穗粒数对种子产量产生的间接作用为P=0.439。

表9 D2条件下燕麦种子产量与构成因素的通径分析Table 9 Path analysis of oat seed yield and its components under D2 condition

3 讨论

合理的氮肥施用量、运筹比例和施肥时期是燕麦优质高产高效的一项重要栽培措施。关于施氮量对燕麦产量的影响，前人已做了大量的研究报道。一致认为施氮量与燕麦的产量密切相关，且不同施氮量之间差异显著[14-15]。氮肥施用时期对小麦产量有很大的影响，总量不变的情况下，氮肥按比例分期施入优于全部基施[16-18]。何杰等[19]研究发现在施氮量相同的条件下，与单施尿素处理相比，分期施氮可以显著提高冬小麦生物量。本试验研究燕麦产量亦呈现相同规律，其氮肥施用量在187.5 kg·hm-2，理论产量最大。氮肥施用时期对燕麦产量影响较大，在N1水平下，氮肥按比例分期施用，单株小穗数和单株穗粒数的协同提高，获得较高种子产量和干草产量，与氮肥全部基施相比，种子产量和秸秆产量分别提高了4.17%和0.47%。

增施氮肥可促进燕麦营养生长，燕麦株高、茎粗均显著增加[20-21]。多数研究发现，株高随施氮量增加显著增加，而当施氮量达到90 kg·hm-2[19]或 140 kg·hm-2[22]时不再变化。郭金金[23]研究表明在拔节期追施尿素，能显著增加玉米株高和茎粗。本研究中，D1、D2条件下施氮量均为187.5 kg·hm-2时，燕麦株高和茎粗表现最好，与薛竹慧等研究结果不同。综上可得，增施氮素不能作为燕麦增产的主要措施。因品种、地区施氮，才是保证产量、减少环境负荷的科学途径。

郝代成和张蕾等[24-25]研究表明，适宜的氮肥施用量对小麦单株穗粒数和千粒重影响显著。田纪春[26]研究表明，小麦生长后期追施氮肥能显著增加单株穗粒数和千粒重。多数研究表明，在0～180 kg·hm-2施氮范围内，小麦产量及产量构成因素随施氮量增加而增加，千粒重相反[27-29]。在本研究中，施氮量与施氮时期均显著影响穗长、单株穗粒数和千粒重。在拔节期追施尿素，燕麦的株高、旗叶高、穗长和茎粗表现最好。王旭等[30]研究表明小黑麦产量与穗粒重呈极显著正相关(P<0.01)。本试验研究结果与其类似，相关关系表明燕麦种子产量与单株穗粒数、单株小穗数和穗长呈极显著正相关(P<0.01)。通径分析表明，单株穗粒数和单株小穗数是影响种子产量最主要的2个指标且对种子产量产生直接正向效应。燕麦籽粒产量受遗传和环境因素的影响，各种因素对籽粒产量的影响是综合效应。本研究发现单株穗粒数和单株小穗数对青海甜燕麦种子产量起决定性作用。

4 结论

在选用优质燕麦品种的基础上，适当改变传统施氮模式，保证燕麦充足的氮肥供应，可以最大限度发挥品种的增产潜力。本试验中，施氮量和施氮时期对燕麦产量及构成因素影响显著，与氮肥全部基施相比，氮肥按比例分期施用能显著提高单株小穗数、单株穗粒数。187.5 kg·hm-2氮肥按比例分期施用青海甜燕麦的种子产量和秸秆产量最高，运筹比例和施肥时期可供高寒地区青海甜燕麦种子田参考。