孫建平， 薛竹慧， 楊國義， 趙 祥， 董寬虎,*

(1. 山西農(nóng)業(yè)大學(xué)動(dòng)物科技學(xué)院， 山西 太谷 030801； 2. 山西省牧草工作站， 山西 太原 030001)

氮素是燕麥作物最容易吸收的營養(yǎng)物質(zhì)，是影響燕麥產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的重要營養(yǎng)元素之一，合理施氮有利于燕麥生物量及產(chǎn)量的增加[1]。近年來，國內(nèi)外有關(guān)燕麥高產(chǎn)栽培技術(shù)的研究報(bào)道逐漸增加，其中施氮是增加燕麥產(chǎn)量的重要措施之一[2-3]。May W E等[4]在加拿大東部的研究結(jié)果表明，早期播種、適宜的施氮量和合適的栽培品種相結(jié)合，可提高燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)。B. L. Ma等[5]的研究指出，在高氮供應(yīng)條件下，作物倒伏與秸稈氮含量及植物地上生物量的積累有相關(guān)性，與秸稈磷含量呈顯著相關(guān)。德科加等[6]研究表明，施氮對燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)影響顯著，隨著施氮量的增加，其栽培學(xué)性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成均發(fā)生變化，施氮量為60 kg·hm-2時(shí)種子產(chǎn)量達(dá)到最大，施氮量為75 kg·hm-2時(shí)草產(chǎn)量達(dá)最高。José A. G等[7]研究表明，施氮量為60 kg·hm-2時(shí)可以提高燕麥的氮利用率和產(chǎn)量。

燕麥(AvenasativaL.)是一種生長速度快、多汁和營養(yǎng)豐富的優(yōu)質(zhì)飼料作物，不僅具有良好的抗性基因，耐寒耐旱、耐土地貧瘠、耐鹽堿[8-9]，而且產(chǎn)量高，蛋白質(zhì)、脂肪、膳食纖維含量高，是世界各地牧區(qū)重要的優(yōu)質(zhì)牧草[10-12]。世界范圍內(nèi)，燕麥在所有谷類作物中排名第六，僅次于小麥、玉米、水稻、大麥和高粱[13]。國內(nèi)外學(xué)者對燕麥品比試驗(yàn)[14-15]、豐產(chǎn)栽培技術(shù)[16-17]、混播[18]、生產(chǎn)性能[19-20]及營養(yǎng)品質(zhì)[21]等做了大量研究，且大多集中在高寒牧區(qū)，而在晉北地區(qū)的研究鮮見報(bào)道，且對燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量及其與農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系的研究較少。

為探究晉北農(nóng)牧交錯(cuò)帶燕麥生產(chǎn)的最佳施氮量，優(yōu)化晉北地區(qū)的施肥管理。本研究以燕麥‘牧王’為研究材料，通過測定不同施氮水平條件下燕麥株高、莖粗、穗長、旗葉葉面積、鮮干比、葉莖比和干物質(zhì)產(chǎn)量，分析施氮量對燕麥農(nóng)藝性狀和干物質(zhì)產(chǎn)量的影響。同時(shí)，對施氮量與干物質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行回歸分析，對干物質(zhì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性和通徑分析，探討施氮量與燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量之間的相關(guān)關(guān)系，分析影響燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量的主要因素，以及各因素對燕麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)和影響產(chǎn)量的途徑，旨在為晉北地區(qū)燕麥生產(chǎn)中合理施肥提供科學(xué)理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在山西農(nóng)業(yè)大學(xué)右玉草地生態(tài)系統(tǒng)野外觀測研究站，山西省朔州市右玉縣威遠(yuǎn)鎮(zhèn)，地理位置為39°59′48.5″ N，112°19′39.6″ E，海拔高度為1 348 m，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候，冬季寒冷干旱，夏季雨熱同期。年均氣溫4.7℃，最冷月為1月，均溫-14℃(-9.9℃～-17.8℃)，最熱月為7月，均溫20.5℃(18.9℃～22.4℃)，≥0℃總積溫2 600～3 600℃。終霜期在5月初，初霜期為9月上、中旬，無霜期100～120天。全年太陽總輻射量598 KJ·cm-2，年日照2 600～2 700 h；年降雨量435 mm，主要集中在6-8月份。試驗(yàn)區(qū)耕作層土壤基本化學(xué)特性見表1。

表1 試驗(yàn)地土壤化學(xué)特性Table 1 The soil chemical characteristics of experimental soil

1.2 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

供試品種為‘牧王’(‘Haymaker’)，2016年關(guān)于晉北農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)引進(jìn)燕麥品種生產(chǎn)性能及飼用價(jià)值比較[22]研究結(jié)果表明，‘牧王’的粗蛋白質(zhì)含量較高、產(chǎn)量高且適口性好，可以作為高產(chǎn)品種在晉北地區(qū)推廣種植。本試驗(yàn)所用氮肥為尿素，含氮量46%，設(shè)0,30,60,90,120,150,180 kg·hm-2共7個(gè)不同施氮水平(純氮)，分別以N0,N30,N60,N90,N120,N150,N180表示，氮肥在拔節(jié)期隨灌水施入。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理三次重復(fù)，共21個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)面積3 m×5 m，播種量150 kg·hm-2(每小區(qū)播種量225 g)，行距30 cm，每小區(qū)10行，播種深度3～5 cm，小區(qū)間隔50 cm。種植前噴灌1天，試驗(yàn)期間不定期除雜草。

1.3 測定內(nèi)容及方法

1.3.1主要農(nóng)藝性狀的測定 株高：從苗期到刈割前的各個(gè)生育期，在各小區(qū)隨機(jī)選取10株生長正常、長勢均勻的植株，測量燕麥從地面到植株頂部的自然高度。

莖粗：刈割前，各小區(qū)隨機(jī)選取10株燕麥，用螺旋測微儀測定第二莖節(jié)處的直徑。

葉面積：刈割前，各小區(qū)隨機(jī)選取30株燕麥，用卷尺測定其旗葉的葉長、螺旋測微儀測定旗葉葉寬，用系數(shù)法計(jì)算葉面積，葉面積=0.73×長×寬[23]。

SPAD：用SPAD-502測定旗葉基部、中部和尖部的SPAD值，計(jì)算其平均值。

1.3.2鮮干比、葉莖比 鮮干比：于2017年8月3日刈割，刈割前去除各小區(qū)邊行及兩端50 cm，即測產(chǎn)面積4 m×2.4 m，刈割后去除雜草稱重，計(jì)算燕麥鮮草產(chǎn)量。然后隨機(jī)選取1 000 g左右鮮草，帶回實(shí)驗(yàn)室，放入烘箱中，于105℃條件下殺青30 min，之后在65℃條件下烘干至恒重，稱樣并記錄，計(jì)算干草產(chǎn)量和鮮干比，留干樣。

葉莖比：刈割后，另取500 g左右鮮樣，帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行葉、莖分離，于105℃條件下殺青30 min，之后在65℃條件下烘干至恒重，分別稱其干重，計(jì)算葉莖比。

1.3.3干物質(zhì)含量及產(chǎn)量的測定 將干樣粉碎過40目篩，用烘干法測定干物質(zhì)含量(dry matter，DM)，干物質(zhì)產(chǎn)量(dry matter yield，DMY)=干物質(zhì)含量×干草產(chǎn)量

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2016進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計(jì)算、整理及作圖，采用SAS 9.0進(jìn)行單因素方差分析(ANOVA)，P<0.05為差異顯著，并用SPSS 23.0進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施氮對燕麥主要農(nóng)藝性狀的影響

由表2可以看出，施氮對燕麥株高有顯著影響(P<0.05)，施氮處理下株高均顯著高于對照，變化幅度在116.57～125.57 cm，平均值為119.42 cm；隨著施氮量的增加，株高呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢；在N90時(shí)，燕麥株高最高，比N0增加了11%。施氮對燕麥莖粗的影響不顯著，施氮處理下莖粗變化幅度在5.19～5.83 mm。施氮對穗長有顯著影響(P<0.05)，施氮處理下穗長平均值為25.01 cm；N60、N90和N120時(shí)穗長顯著高于N0及其他處理；其中N90穗最長，達(dá)26.78 cm，比N0增加了14%；N60和N120時(shí)，穗長分別為25.29 cm和25.02 cm，比N0分別增加了8%和7%。

表2 施氮對燕麥主要農(nóng)藝性狀的影響Table 2 Effects of different nitrogen levels on main agronomic traits of oat

注:同列中不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，下同

Note:In the same row different lowercase letters indicated significant difference at 0.05 level;The same as below

施氮對燕麥旗葉長、寬和葉面積的影響顯著(表2)。隨著施氮量的增加旗葉長呈現(xiàn)先緩慢增加后驟然降低的趨勢，N150時(shí)旗葉最長為33.14 cm，比N0增加了8.6%；其他氮處理下旗葉長的變化幅度較小，在31.52～32.94 cm；N0的旗葉最短，為30.54 cm。N90時(shí)旗葉最寬，達(dá)2.18 cm，顯著高于N0(1.96 cm)和其他氮處理(1.93～2.01 cm)(P<0.05)，比N0增加了11.2%。隨著施氮量的增加，旗葉葉面積呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，N90時(shí)葉面積達(dá)到最大，為52.34 cm2，顯著高于N0(43.76 cm2)及其他氮處理，比N0增加了19.6%(P<0.05)；N150處理下旗葉葉面積顯著高于N0，比N0增加了11.2%(P<0.05)。施氮對旗葉SPAD值的影響不顯著，施氮處理下SPAD變化幅度在55.89～57.18，均大于N0(55.00)，平均值為56.44。

2.2 施氮對燕麥鮮干比、葉莖比及干物質(zhì)產(chǎn)量的影響

由表3可知，不同的施氮量對燕麥鮮干比的影響差異顯著。在施氮量0～150 kg·hm-2之間，隨著施氮量的增加，燕麥鮮干比呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢，但當(dāng)施氮量增加到N150時(shí)，鮮干比又有所提高。N180處理下鮮干比最高，高于N0，其他氮處理下的鮮干比均低于N0，其中N120處理下最小。施氮處理下鮮干比的變化幅度在3.21～3.55，平均值為3.33，低于N0。施氮對燕麥葉莖比的影響顯著(P<0.05)，施氮處理下，葉莖比的變化幅度在0.49～0.54，平均值為0.51，高于N0；N60和N180之間葉莖比差異不顯著，但顯著高于對照，比N0增加了17.4%(P<0.05)，其余處理之間差異不顯著。

施氮對燕麥干物質(zhì)含量及產(chǎn)量的影響顯著，隨著施氮量的增加，燕麥干物質(zhì)含量和產(chǎn)量均呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，N90時(shí)達(dá)到最大值。施氮處理下，干物質(zhì)含量變化幅度在90.67%～91.45%，顯

著高于N0，提高了0.78%～1.63%(P<0.05)，平均干物質(zhì)含量為90.01%。施氮處理下，干物質(zhì)產(chǎn)量變化幅度在8.67～10.79 t·hm-2，顯著高于N0，提高了6.12%～32.07%，平均干物質(zhì)產(chǎn)量為9.50 t·hm-2。如圖1，將施氮量和干物質(zhì)含量及干物質(zhì)產(chǎn)量進(jìn)行二次曲線擬合，擬合方程分別為y=-0.0001x2+0.0177x+90.1007(R2=0.504**)、y=-0.0002x2+0.0375x+8.1287(R2=0.784**)。干物質(zhì)含量的理論最大值為90.88%。施氮量為88.50 kg·hm-2；干物質(zhì)產(chǎn)量的理論最大值為9.89 t·hm-2，施氮量為93.75 kg·hm-2。

表3 施氮對燕麥鮮干比、葉莖比及干物質(zhì)含量、產(chǎn)量的影響Table 3 Effects of different nitrogen levels on the fresh/hay,the leaf/stem,DM and DMY of oat

圖1 施氮量對干物質(zhì)的回歸曲線Fig.1 Regression curves of dry matter under different nitrogen fertilizer rates

2.3 燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及通經(jīng)分析

2.3.1燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析 由表4可知，干物質(zhì)產(chǎn)量(y)與株高(x1)、莖粗(x2)、穗長(x3)、葉面積(x4)成極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為r=0.696、r=0.676、r=0.608和r=0.647；干物質(zhì)產(chǎn)量(y)與鮮干比(x6)成極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)為r=-0.630。干物質(zhì)產(chǎn)量(y)與各農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系大小順序依次為：株高(x1)>葉面積(x4)>鮮干比(x6)>穗長(x3)>莖粗(x2)>葉莖比(x5)。

株高(x1)與穗長(x3)、葉面積(x4)成極顯著正相關(guān)(P<0.01)，相關(guān)系數(shù)分別為r=0.764和r=0.731；株高(x1)與鮮干比(x6)成極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01，r=-0.563)。莖粗(x2)與葉面積(x4)積成顯著正相關(guān)(P<0.05，r=0.528)；莖粗(x2)與鮮干比(x6)呈顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05，r=-0.530)。穗長(x3)與葉面積(x4)成極顯著正相關(guān)(P<0.01，r=0.710)。葉面積(x4)與鮮干比(x6)成極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.01，r=-0.582)。

表4 燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of dry matter yield and agronomic traits in oat

注：表內(nèi)數(shù)字為相關(guān)系數(shù)r值，r>0為正相關(guān)，r<0為負(fù)相關(guān)；*表示在0.05水平顯著相關(guān)，**表示在0.01水平極顯著相關(guān)

Note:the number is r value of correlation coefficient in the table,r>0 is positive correlation,r<0 is negative correlation;* significant at the 0.05 level of probability,and **significant at the 0.01 level of probability

表5 正態(tài)性檢驗(yàn)Table 5 Normality test

如表5所示，對干物質(zhì)產(chǎn)量(y)進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，其顯著水平P=0.863>0.05，服從正態(tài)分布，可進(jìn)行多元回歸分析。以干物質(zhì)產(chǎn)量(y)為因變量，株高(x1)、莖粗(x2)、穗長(x3)、葉面積(x4)、葉莖比(x5)和鮮干比(x6)為自變量，通過逐步回歸分析，建立自變量與因變量的最優(yōu)多元回歸方程y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611，F(xiàn)=14.149**)。方程篩選了2個(gè)對干物質(zhì)產(chǎn)量(y)有顯著效應(yīng)的自變量，分別為株高(x1)和莖粗(x2)，這表明，當(dāng)2個(gè)自變量中的一個(gè)取值固定在某一水平時(shí)，株高(x1)每增加1 cM，干物質(zhì)產(chǎn)量(y)增加0.123 t·hm-2；莖粗(x2)每增加1 mm，干物質(zhì)產(chǎn)量(y)增加0.803 t·hm-2。決定系數(shù)R2=0.611，表明株高和莖粗對干物質(zhì)產(chǎn)量的總影響達(dá)到61.1%以上。

2.3.2燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的通徑分析 在相關(guān)分析和多元回歸的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步進(jìn)行通徑分析，如表6所示。結(jié)果表明，各參數(shù)對干物質(zhì)產(chǎn)量(y)的直接通徑系數(shù)大小依次為株高(x1)>莖粗(x2)>鮮干比(x6)>穗長(x3)>葉莖比(x5)>葉面積葉面積(x4)。株高(x1)對干物質(zhì)產(chǎn)量(y)的直接通徑系數(shù)最大(0.384)，株高通過鮮干比對干物質(zhì)產(chǎn)量產(chǎn)生的間接作用較大(P=0.118)，說明株高并不是影響干物質(zhì)產(chǎn)量的主導(dǎo)因素，而是與鮮干比共同對干物質(zhì)產(chǎn)量產(chǎn)生影響。莖粗的直接通徑系數(shù)為0.288，通過株高和鮮干比的間接通徑系數(shù)相對較大，說明莖粗、株高和鮮干比共同對干物質(zhì)產(chǎn)量產(chǎn)生影響。葉面積對干物質(zhì)產(chǎn)量的直接通徑系數(shù)較小，但是通過株高和莖粗對干物質(zhì)產(chǎn)量的間接作用較大，間接通徑系數(shù)為0.281和0.152。綜合來看，對燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量作用的最主要兩個(gè)農(nóng)藝性狀是株高和莖粗。

表6 干物質(zhì)產(chǎn)量與主要農(nóng)藝性狀的通徑分析Table 6 Path analysis of dry matter yield and main agronomic traits

3 討論

3.1 施氮對燕麥主要農(nóng)藝性狀的影響

株高與莖粗是影響牧草產(chǎn)量和其利用方式的主要因素，是衡量牧草生長發(fā)育狀況的重要標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)也是反映草地生產(chǎn)能力的生產(chǎn)指標(biāo)。本試驗(yàn)研究表明，施氮對燕麥株高、穗長和葉面積的影響顯著，但對莖粗的影響不顯著。燕麥在施氮處理下株高和穗長的平均值分別為119.42 cm和25.01 cm，均比對照組高；隨著施氮量的增加，燕麥株高和穗長均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，當(dāng)N90時(shí)，達(dá)到最大值，說明施氮能顯著促進(jìn)燕麥株高的增長，但過高施氮量對株高有抑制作用。崔瑞棗[24]和王樂[3]的研究指出：在一定范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，燕麥株高、穗長和葉面積呈現(xiàn)二次曲線關(guān)系，這與本研究結(jié)果相似。而德科加等[6]的研究表明施氮水平與株高和莖粗呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與本試驗(yàn)結(jié)果不一致，這可能是由于試驗(yàn)使用的燕麥品種、試驗(yàn)地及施肥量的不同而導(dǎo)致的。

3.2 施氮對燕麥鮮干比、葉莖比及干物質(zhì)產(chǎn)量的影響

牧草鮮干比反映了牧草的干物質(zhì)累積程度和利用價(jià)值，同時(shí)也反映了牧草的含水量；而葉莖比是評價(jià)牧草經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)劣的一個(gè)重要指標(biāo)，它反映干草品質(zhì)，二者均可反映牧草的適口性。本試驗(yàn)研究表明，一定的施氮量對燕麥鮮干比有顯著影響，且在一定范圍內(nèi)，鮮干比整體上隨著施氮量的增加而降低。同時(shí)還表明，施氮處理下葉所占比重和莖所占比重均顯著高于對照，但葉所占比重的增加量大于莖所占比重；同時(shí)，施氮處理下燕麥葉莖比的平均值為0.51，明顯高于對照，說明施氮可以同時(shí)促進(jìn)葉和莖的增長，但對葉的促進(jìn)作用更大。因此，施氮可以增加燕麥的鮮干比和葉莖比。對于適口性，N180處理下，燕麥的鮮干比和葉莖比均最高，適口性最好。

渠暉等[25]在不同施氮水平對甜高粱干物質(zhì)產(chǎn)量和主要農(nóng)藝性狀影響的研究中表明，施氮量對甜高粱干物質(zhì)產(chǎn)量的影響呈拋物線變化，隨施氮量的增加呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢。本試驗(yàn)中也有類似的結(jié)論，施氮不僅可以提高燕麥干草產(chǎn)量，而且可顯著提高干物質(zhì)含量，因此施氮對燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量的提高有顯著作用。此外，施氮量與干物質(zhì)含量及干物質(zhì)產(chǎn)量呈極顯著二次曲線關(guān)系，N90時(shí)達(dá)到最大值。

3.3 燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性及通經(jīng)分析

張昆等[26]對紫花苜蓿干物質(zhì)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀進(jìn)行通徑分析表明，株高是影響紫花苜蓿飼草干物質(zhì)產(chǎn)量的重要影響因子之一。渠暉等[25]對甜高粱的研究指出：株高、葉面積指數(shù)和莖粗均與干物質(zhì)產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.01)，株高是決定干物質(zhì)產(chǎn)量的主要農(nóng)藝性狀，莖葉比和葉面積指數(shù)與干物質(zhì)產(chǎn)量的關(guān)系對不同施氮水平的響應(yīng)不同。

本試驗(yàn)研究也有類似的結(jié)果，干物質(zhì)產(chǎn)量(y)與各農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系大小順序依次為：株高(x1)>葉面積(x4)>鮮干比(x6)>穗長(x3)>莖粗(x2)>葉莖比(x5)，其中除了與鮮干比呈極顯著負(fù)相關(guān)以外，與其他性狀均成極顯著的正相關(guān)關(guān)系。干物質(zhì)產(chǎn)量與株高和莖粗的最優(yōu)回歸方程為y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611,F=14.149**)，這表明株高越高，莖粗越粗，干物質(zhì)產(chǎn)量越大；同時(shí)R2=0.611，說明株高和莖粗對干物質(zhì)產(chǎn)量的總影響達(dá)到61.1%以上。通徑分析表明，株高和莖粗是影響干物質(zhì)產(chǎn)量最主要的兩個(gè)農(nóng)藝性狀。

4 結(jié)論

施氮對燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)有顯著影響，一定施氮量對燕麥株高、穗長和旗葉葉面積主要農(nóng)藝性狀和干物質(zhì)的積累有明顯的促進(jìn)作用。施氮量與干物質(zhì)產(chǎn)量成極顯著的二次曲線關(guān)系，綜合干物質(zhì)產(chǎn)量、鮮干比和葉莖比，當(dāng)施氮量為N90和N120時(shí)，“牧王”的干物質(zhì)產(chǎn)量較高。因此，在晉北農(nóng)牧交錯(cuò)帶燕麥的最佳施氮量為90～120 kg·hm-2。另外，干物質(zhì)產(chǎn)量與株高和莖粗的最優(yōu)回歸方程為y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611，F(xiàn)=14.149**)。因此，株高和莖粗是影響燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量最主要的農(nóng)藝性狀，總影響達(dá)到61.1%以上，可以通過株高和莖粗預(yù)測燕麥干物質(zhì)產(chǎn)量。