施氮对晋北燕麦饲草主要农艺性状及干物质产量的影响

孙建平， 薛竹慧， 杨国义， 赵 祥， 董宽虎,*

(1. 山西农业大学动物科技学院， 山西 太谷 030801； 2. 山西省牧草工作站， 山西 太原 030001)

氮素是燕麦作物最容易吸收的营养物质，是影响燕麦产量和营养品质的重要营养元素之一，合理施氮有利于燕麦生物量及产量的增加[1]。近年来，国内外有关燕麦高产栽培技术的研究报道逐渐增加，其中施氮是增加燕麦产量的重要措施之一[2-3]。May W E等[4]在加拿大东部的研究结果表明，早期播种、适宜的施氮量和合适的栽培品种相结合，可提高燕麦产量和品质。B. L. Ma等[5]的研究指出，在高氮供应条件下，作物倒伏与秸秆氮含量及植物地上生物量的积累有相关性，与秸秆磷含量呈显著相关。德科加等[6]研究表明，施氮对燕麦产量和品质影响显著，随着施氮量的增加，其栽培学性状、产量及产量构成均发生变化，施氮量为60 kg·hm-2时种子产量达到最大，施氮量为75 kg·hm-2时草产量达最高。José A. G等[7]研究表明，施氮量为60 kg·hm-2时可以提高燕麦的氮利用率和产量。

燕麦(AvenasativaL.)是一种生长速度快、多汁和营养丰富的优质饲料作物，不仅具有良好的抗性基因，耐寒耐旱、耐土地贫瘠、耐盐碱[8-9]，而且产量高，蛋白质、脂肪、膳食纤维含量高，是世界各地牧区重要的优质牧草[10-12]。世界范围内，燕麦在所有谷类作物中排名第六，仅次于小麦、玉米、水稻、大麦和高粱[13]。国内外学者对燕麦品比试验[14-15]、丰产栽培技术[16-17]、混播[18]、生产性能[19-20]及营养品质[21]等做了大量研究，且大多集中在高寒牧区，而在晋北地区的研究鲜见报道，且对燕麦干物质产量及其与农艺性状的相关关系的研究较少。

为探究晋北农牧交错带燕麦生产的最佳施氮量，优化晋北地区的施肥管理。本研究以燕麦‘牧王’为研究材料，通过测定不同施氮水平条件下燕麦株高、茎粗、穗长、旗叶叶面积、鲜干比、叶茎比和干物质产量，分析施氮量对燕麦农艺性状和干物质产量的影响。同时，对施氮量与干物质产量进行回归分析，对干物质产量与农艺性状进行相关性和通径分析，探讨施氮量与燕麦干物质产量之间的相关关系，分析影响燕麦干物质产量的主要因素，以及各因素对燕麦产量的贡献和影响产量的途径，旨在为晋北地区燕麦生产中合理施肥提供科学理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在山西农业大学右玉草地生态系统野外观测研究站，山西省朔州市右玉县威远镇，地理位置为39°59′48.5″ N，112°19′39.6″ E，海拔高度为1 348 m，属温带大陆性季风气候，冬季寒冷干旱，夏季雨热同期。年均气温4.7℃，最冷月为1月，均温-14℃(-9.9℃～-17.8℃)，最热月为7月，均温20.5℃(18.9℃～22.4℃)，≥0℃总积温2 600～3 600℃。终霜期在5月初，初霜期为9月上、中旬，无霜期100～120天。全年太阳总辐射量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。试验区耕作层土壤基本化学特性见表1。

表1 试验地土壤化学特性Table 1 The soil chemical characteristics of experimental soil

1.2 试验材料及设计

供试品种为‘牧王’(‘Haymaker’)，2016年关于晋北农牧交错区引进燕麦品种生产性能及饲用价值比较[22]研究结果表明，‘牧王’的粗蛋白质含量较高、产量高且适口性好，可以作为高产品种在晋北地区推广种植。本试验所用氮肥为尿素，含氮量46%，设0,30,60,90,120,150,180 kg·hm-2共7个不同施氮水平(纯氮)，分别以N0,N30,N60,N90,N120,N150,N180表示，氮肥在拔节期随灌水施入。采用完全随机区组设计，每个处理三次重复，共21个小区。试验小区面积3 m×5 m，播种量150 kg·hm-2(每小区播种量225 g)，行距30 cm，每小区10行，播种深度3～5 cm，小区间隔50 cm。种植前喷灌1天，试验期间不定期除杂草。

1.3 测定内容及方法

1.3.1主要农艺性状的测定 株高：从苗期到刈割前的各个生育期，在各小区随机选取10株生长正常、长势均匀的植株，测量燕麦从地面到植株顶部的自然高度。

茎粗：刈割前，各小区随机选取10株燕麦，用螺旋测微仪测定第二茎节处的直径。

叶面积：刈割前，各小区随机选取30株燕麦，用卷尺测定其旗叶的叶长、螺旋测微仪测定旗叶叶宽，用系数法计算叶面积，叶面积=0.73×长×宽[23]。

SPAD：用SPAD-502测定旗叶基部、中部和尖部的SPAD值，计算其平均值。

1.3.2鲜干比、叶茎比 鲜干比：于2017年8月3日刈割，刈割前去除各小区边行及两端50 cm，即测产面积4 m×2.4 m，刈割后去除杂草称重，计算燕麦鲜草产量。然后随机选取1 000 g左右鲜草，带回实验室，放入烘箱中，于105℃条件下杀青30 min，之后在65℃条件下烘干至恒重，称样并记录，计算干草产量和鲜干比，留干样。

叶茎比：刈割后，另取500 g左右鲜样，带回实验室进行叶、茎分离，于105℃条件下杀青30 min，之后在65℃条件下烘干至恒重，分别称其干重，计算叶茎比。

1.3.3干物质含量及产量的测定 将干样粉碎过40目筛，用烘干法测定干物质含量(dry matter，DM)，干物质产量(dry matter yield，DMY)=干物质含量×干草产量

1.4 数据分析

利用Microsoft Excel 2016进行基础数据的计算、整理及作图，采用SAS 9.0进行单因素方差分析(ANOVA)，P<0.05为差异显著，并用SPSS 23.0进行相关性分析和回归分析。

2 结果与分析

2.1 施氮对燕麦主要农艺性状的影响

由表2可以看出，施氮对燕麦株高有显著影响(P<0.05)，施氮处理下株高均显著高于对照，变化幅度在116.57～125.57 cm，平均值为119.42 cm；随着施氮量的增加，株高呈现先增大后减小的趋势；在N90时，燕麦株高最高，比N0增加了11%。施氮对燕麦茎粗的影响不显著，施氮处理下茎粗变化幅度在5.19～5.83 mm。施氮对穗长有显著影响(P<0.05)，施氮处理下穗长平均值为25.01 cm；N60、N90和N120时穗长显著高于N0及其他处理；其中N90穗最长，达26.78 cm，比N0增加了14%；N60和N120时，穗长分别为25.29 cm和25.02 cm，比N0分别增加了8%和7%。

表2 施氮对燕麦主要农艺性状的影响Table 2 Effects of different nitrogen levels on main agronomic traits of oat

注:同列中不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

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

施氮对燕麦旗叶长、宽和叶面积的影响显著(表2)。随着施氮量的增加旗叶长呈现先缓慢增加后骤然降低的趋势，N150时旗叶最长为33.14 cm，比N0增加了8.6%；其他氮处理下旗叶长的变化幅度较小，在31.52～32.94 cm；N0的旗叶最短，为30.54 cm。N90时旗叶最宽，达2.18 cm，显著高于N0(1.96 cm)和其他氮处理(1.93～2.01 cm)(P<0.05)，比N0增加了11.2%。随着施氮量的增加，旗叶叶面积呈现先增加后降低的趋势，N90时叶面积达到最大，为52.34 cm2，显著高于N0(43.76 cm2)及其他氮处理，比N0增加了19.6%(P<0.05)；N150处理下旗叶叶面积显著高于N0，比N0增加了11.2%(P<0.05)。施氮对旗叶SPAD值的影响不显著，施氮处理下SPAD变化幅度在55.89～57.18，均大于N0(55.00)，平均值为56.44。

2.2 施氮对燕麦鲜干比、叶茎比及干物质产量的影响

由表3可知，不同的施氮量对燕麦鲜干比的影响差异显著。在施氮量0～150 kg·hm-2之间，随着施氮量的增加，燕麦鲜干比呈现逐渐降低的趋势，但当施氮量增加到N150时，鲜干比又有所提高。N180处理下鲜干比最高，高于N0，其他氮处理下的鲜干比均低于N0，其中N120处理下最小。施氮处理下鲜干比的变化幅度在3.21～3.55，平均值为3.33，低于N0。施氮对燕麦叶茎比的影响显著(P<0.05)，施氮处理下，叶茎比的变化幅度在0.49～0.54，平均值为0.51，高于N0；N60和N180之间叶茎比差异不显著，但显著高于对照，比N0增加了17.4%(P<0.05)，其余处理之间差异不显著。

施氮对燕麦干物质含量及产量的影响显著，随着施氮量的增加，燕麦干物质含量和产量均呈现先增加后减少的趋势，N90时达到最大值。施氮处理下，干物质含量变化幅度在90.67%～91.45%，显

著高于N0，提高了0.78%～1.63%(P<0.05)，平均干物质含量为90.01%。施氮处理下，干物质产量变化幅度在8.67～10.79 t·hm-2，显著高于N0，提高了6.12%～32.07%，平均干物质产量为9.50 t·hm-2。如图1，将施氮量和干物质含量及干物质产量进行二次曲线拟合，拟合方程分别为y=-0.0001x2+0.0177x+90.1007(R2=0.504**)、y=-0.0002x2+0.0375x+8.1287(R2=0.784**)。干物质含量的理论最大值为90.88%。施氮量为88.50 kg·hm-2；干物质产量的理论最大值为9.89 t·hm-2，施氮量为93.75 kg·hm-2。

表3 施氮对燕麦鲜干比、叶茎比及干物质含量、产量的影响Table 3 Effects of different nitrogen levels on the fresh/hay,the leaf/stem,DM and DMY of oat

图1 施氮量对干物质的回归曲线Fig.1 Regression curves of dry matter under different nitrogen fertilizer rates

2.3 燕麦干物质产量与农艺性状的相关性及通经分析

2.3.1燕麦干物质产量与农艺性状的相关性分析 由表4可知，干物质产量(y)与株高(x1)、茎粗(x2)、穗长(x3)、叶面积(x4)成极显著正相关关系(P<0.01)，相关系数分别为r=0.696、r=0.676、r=0.608和r=0.647；干物质产量(y)与鲜干比(x6)成极显著负相关(P<0.01)，相关系数为r=-0.630。干物质产量(y)与各农艺性状的相关关系大小顺序依次为：株高(x1)>叶面积(x4)>鲜干比(x6)>穗长(x3)>茎粗(x2)>叶茎比(x5)。

株高(x1)与穗长(x3)、叶面积(x4)成极显著正相关(P<0.01)，相关系数分别为r=0.764和r=0.731；株高(x1)与鲜干比(x6)成极显著负相关关系(P<0.01，r=-0.563)。茎粗(x2)与叶面积(x4)积成显著正相关(P<0.05，r=0.528)；茎粗(x2)与鲜干比(x6)呈显著负相关(P<0.05，r=-0.530)。穗长(x3)与叶面积(x4)成极显著正相关(P<0.01，r=0.710)。叶面积(x4)与鲜干比(x6)成极显著负相关关系(P<0.01，r=-0.582)。

表4 燕麦干物质产量与农艺性状的相关性分析Table 4 Correlation analysis of dry matter yield and agronomic traits in oat

注：表内数字为相关系数r值，r>0为正相关，r<0为负相关；*表示在0.05水平显著相关，**表示在0.01水平极显著相关

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 正态性检验Table 5 Normality test

如表5所示，对干物质产量(y)进行正态性检验，其显著水平P=0.863>0.05，服从正态分布，可进行多元回归分析。以干物质产量(y)为因变量，株高(x1)、茎粗(x2)、穗长(x3)、叶面积(x4)、叶茎比(x5)和鲜干比(x6)为自变量，通过逐步回归分析，建立自变量与因变量的最优多元回归方程y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611，F=14.149**)。方程筛选了2个对干物质产量(y)有显著效应的自变量，分别为株高(x1)和茎粗(x2)，这表明，当2个自变量中的一个取值固定在某一水平时，株高(x1)每增加1 cM，干物质产量(y)增加0.123 t·hm-2；茎粗(x2)每增加1 mm，干物质产量(y)增加0.803 t·hm-2。决定系数R2=0.611，表明株高和茎粗对干物质产量的总影响达到61.1%以上。

2.3.2燕麦干物质产量与主要农艺性状的通径分析 在相关分析和多元回归的基础上，进一步进行通径分析，如表6所示。结果表明，各参数对干物质产量(y)的直接通径系数大小依次为株高(x1)>茎粗(x2)>鲜干比(x6)>穗长(x3)>叶茎比(x5)>叶面积叶面积(x4)。株高(x1)对干物质产量(y)的直接通径系数最大(0.384)，株高通过鲜干比对干物质产量产生的间接作用较大(P=0.118)，说明株高并不是影响干物质产量的主导因素，而是与鲜干比共同对干物质产量产生影响。茎粗的直接通径系数为0.288，通过株高和鲜干比的间接通径系数相对较大，说明茎粗、株高和鲜干比共同对干物质产量产生影响。叶面积对干物质产量的直接通径系数较小，但是通过株高和茎粗对干物质产量的间接作用较大，间接通径系数为0.281和0.152。综合来看，对燕麦干物质产量作用的最主要两个农艺性状是株高和茎粗。

表6 干物质产量与主要农艺性状的通径分析Table 6 Path analysis of dry matter yield and main agronomic traits

3 讨论

3.1 施氮对燕麦主要农艺性状的影响

株高与茎粗是影响牧草产量和其利用方式的主要因素，是衡量牧草生长发育状况的重要标准，同时也是反映草地生产能力的生产指标。本试验研究表明，施氮对燕麦株高、穗长和叶面积的影响显著，但对茎粗的影响不显著。燕麦在施氮处理下株高和穗长的平均值分别为119.42 cm和25.01 cm，均比对照组高；随着施氮量的增加，燕麦株高和穗长均呈现先增加后降低的趋势，当N90时，达到最大值，说明施氮能显著促进燕麦株高的增长，但过高施氮量对株高有抑制作用。崔瑞枣[24]和王乐[3]的研究指出：在一定范围内，随着施氮量的增加，燕麦株高、穗长和叶面积呈现二次曲线关系，这与本研究结果相似。而德科加等[6]的研究表明施氮水平与株高和茎粗呈极显著正相关关系，与本试验结果不一致，这可能是由于试验使用的燕麦品种、试验地及施肥量的不同而导致的。

3.2 施氮对燕麦鲜干比、叶茎比及干物质产量的影响

牧草鲜干比反映了牧草的干物质累积程度和利用价值，同时也反映了牧草的含水量；而叶茎比是评价牧草经济性状优劣的一个重要指标，它反映干草品质，二者均可反映牧草的适口性。本试验研究表明，一定的施氮量对燕麦鲜干比有显著影响，且在一定范围内，鲜干比整体上随着施氮量的增加而降低。同时还表明，施氮处理下叶所占比重和茎所占比重均显著高于对照，但叶所占比重的增加量大于茎所占比重；同时，施氮处理下燕麦叶茎比的平均值为0.51，明显高于对照，说明施氮可以同时促进叶和茎的增长，但对叶的促进作用更大。因此，施氮可以增加燕麦的鲜干比和叶茎比。对于适口性，N180处理下，燕麦的鲜干比和叶茎比均最高，适口性最好。

渠晖等[25]在不同施氮水平对甜高粱干物质产量和主要农艺性状影响的研究中表明，施氮量对甜高粱干物质产量的影响呈抛物线变化，随施氮量的增加呈现先增加后降低的趋势。本试验中也有类似的结论，施氮不仅可以提高燕麦干草产量，而且可显著提高干物质含量，因此施氮对燕麦干物质产量的提高有显著作用。此外，施氮量与干物质含量及干物质产量呈极显著二次曲线关系，N90时达到最大值。

3.3 燕麦干物质产量与农艺性状的相关性及通经分析

张昆等[26]对紫花苜蓿干物质产量与农艺性状进行通径分析表明，株高是影响紫花苜蓿饲草干物质产量的重要影响因子之一。渠晖等[25]对甜高粱的研究指出：株高、叶面积指数和茎粗均与干物质产量呈极显著正相关关系(P<0.01)，株高是决定干物质产量的主要农艺性状，茎叶比和叶面积指数与干物质产量的关系对不同施氮水平的响应不同。

本试验研究也有类似的结果，干物质产量(y)与各农艺性状的相关关系大小顺序依次为：株高(x1)>叶面积(x4)>鲜干比(x6)>穗长(x3)>茎粗(x2)>叶茎比(x5)，其中除了与鲜干比呈极显著负相关以外，与其他性状均成极显著的正相关关系。干物质产量与株高和茎粗的最优回归方程为y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611,F=14.149**)，这表明株高越高，茎粗越粗，干物质产量越大；同时R2=0.611，说明株高和茎粗对干物质产量的总影响达到61.1%以上。通径分析表明，株高和茎粗是影响干物质产量最主要的两个农艺性状。

4 结论

施氮对燕麦产量和品质有显著影响，一定施氮量对燕麦株高、穗长和旗叶叶面积主要农艺性状和干物质的积累有明显的促进作用。施氮量与干物质产量成极显著的二次曲线关系，综合干物质产量、鲜干比和叶茎比，当施氮量为N90和N120时，“牧王”的干物质产量较高。因此，在晋北农牧交错带燕麦的最佳施氮量为90～120 kg·hm-2。另外，干物质产量与株高和茎粗的最优回归方程为y=-9.583+0.123x1+0.803x2(R2=0.611，F=14.149**)。因此，株高和茎粗是影响燕麦干物质产量最主要的农艺性状，总影响达到61.1%以上，可以通过株高和茎粗预测燕麦干物质产量。