种植密度对科尔沁沙地饲用燕麦产量和品质的影响

林志玲， 朱铁霞， 李天琦， 赵力兴， 恩和珠拉， 高 凯,2*， 张志华

(1. 内蒙古民族大学， 内蒙古 通辽 028043； 2. 内蒙古自治区饲用作物工程技术研究中心， 内蒙古 通辽 028043；3. 扎鲁特旗研究中心， 内蒙古 通辽 029100)

植物生长与很多因素息息相关，其中种植密度是影响作物产量、物质分配及品质的重要因素，密度是通过改变单位面积内植物个体数量，使个体植株对光照、水分、矿质元素吸收产生竞争，从而影响株高及体内物质分配。合理的种植密度是增加作物产量、提高植株营养品质的关键技术[1-2]。当前关于牧草生物量和品质与密度关系的研究，主要集中在密度对植物群落生物量的影响[3]和密度对单株植物营养物质的影响[4,5]方面。密度不但对群落总生物量有着巨大影响，而且制约着植株各器官的物质分布格局。植物各器官物质分配的变化主要受两类因子制约，一类是群落内植株个体对生存空间的竞争[6]，另一类是光照、水分等环境因素对植株的影响，即物质分配是植物对自然条件和人工管理的一种适应性表现。当外界自然环境因素处在相同水平时，密度则是影响植物生长的重要因素[7]。因此，了解植物在不同栽培密度下的产量、品质及物质分配特征，可以更好地进行栽培管理。

燕麦(Avenasativa)，一年生禾本科，燕麦种植面积在世界上粮食种植中仅次于小麦、玉米、稻谷等，位居第六位[8]。燕麦具有较强适应性、抗旱、抗寒和耐贫瘠的优良品性，由于其蛋白质、矿质元素、脂肪酸等营养物质丰富[9]，也具有防风固沙的作用。尤其在当前我国大规模施行禁牧政策和牲畜圈养条件下，燕麦作为优良饲草对其优质高产的需求不断增加，因此燕麦栽培对我国畜牧业发展具有十分重要的作用[10]。在科尔沁沙地，燕麦作为近年来主要栽培牧草之一，已被大力推广，因此如何提高其产量和品质至关重要[11]。燕麦的产量和品质不仅与自身的遗传特性有关，同时还与环境条件有关，除了自然环境因子对燕麦物质分配的影响外，施肥、改变种植密度等管理措施也是重要的影响因素[12-13]。关于不同栽培措施对燕麦物质分配方面的研究主要为氮肥添加的研究，如魏巍等[14]通过对燕麦进行氮磷肥配施研究发现其对燕麦产量、株高、养分含量均影响显著。目前，关于不同种植密度对沙地燕麦的物质分配规律的研究鲜有报道，选择合适的种植密度对燕麦实践生产有重要意义。本试验对科尔沁沙地燕麦设置不同种植密度，通过对燕麦株高、各器官生物量和营养指标的测定及相关指标的计算，探讨不同种植密度对科尔沁沙地燕麦产量和品质的影响，期望为科尔沁沙地燕麦栽培管理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

样地设在内蒙古民族大学试验基地(43°3' N、122°2' E)，海拔高度178 m左右，年平均气温6.4℃，≥10℃活动积温平均为3 184℃，极端低温—30.9℃。年平均日照时数3 000 h左右，无霜期145 d左右，年平均降水量399.1 mm左右，8月、9月降雨比较集中，土壤为沙壤土。试验地播种前灌水1次。

1.2 试验设计

2017年4月20日进行燕麦种植，种子为北京正道科技有限公司提供的美国品种‘燕王’，种子发芽率为95%，通过查找之前关于燕麦种植的研究，设置4个种植密度，为300万株· hm-2(M1)、350万株·hm-2(M2)、400万株·hm-2(M3)、450万株·hm-2(M4)，条播，种子用量分别为12.42 g·m-2、14.49 g·m-2、16.56 g·m-2、18.63 g·m-2，行距为18 cm，播种深度3 cm左右，氮肥施入量为375 kg·hm-2，在三叶期和拔节期分两次追施，小区面积5 m×5 m，5个重复，小区随机排列，进行田间管理灌水等操作。在其生长过程中遇干旱时浇水，苗期进行人工除草3次。

1.3 测定指标

株高(cm)：2017年7月15日在乳熟期进行收获，以燕麦单株为研究对象，除去边行外，每个小区内部随机选取株丛10处，分别测定单株包含花序的垂直株高。

生物量(g·m-2)：燕麦总生物量测定是在每个小区除去边行外的内行随机选取10 处同样高度的燕麦植株进行测定，将样块内全部地上生物量齐地刈割，同时将地面0～50 cm深度的根系全部挖出，洗净，将表面水吸干后称取鲜重。各器官生物量也是在每个小区边行外的内行随机选取10处燕麦株丛，将其整株完整挖出，进行器官分离并烘干，测定各生物量。

粗蛋白质(Crude Protein，CP/%)：参照GB/T6432-94标准，采用凯氏定氮法测定[15]。

酸性洗涤纤维(Acid Detergent Fiber，ADF/%)和中性洗涤纤维含量(Neutral Detergent Fiber，NDF/%)：采用范氏(Van Soest)的洗涤纤维分析法测定[16]，仪器为ANKOM-A200i半自动纤维分析仪。

粗脂肪含量(Ether Extract，EE/%)：参照GB/T6433-2006标准[17]，用索氏浸提法测定含量。

淀粉、可溶性糖(Soluble Sugar，SS/%；Starch Content，SC/%)：硫酸-蒽酮比色法[16]测定。

总生物量(Total biomass/g·m-2)=根系生物量+地上生物量

茎叶比(Stem leaf ratio)=茎重/叶片重

根冠比(Root shoot ratio)=根系生物量/地上生物量

根系贡献率(Root mass ratio，RMR/%)=根系生物量/总生物量

茎杆贡献率(Stem mass ratio，SMR/%)=茎生物量/总生物量

叶片贡献率(Leaf mass ratio，LMR/%)=叶片生物量/总生物量

穗贡献率(Spike mass ratio，SMR/%)=穗生物量/总生物量[10]

1.4 数据处理

利用WPS 2019对数据进行初步计算，不同密度处理下的燕麦生物量、株高、根冠比、茎叶比、物质分配、营养物质含量数据采用DPS 14.0进行单因素分析，显著性水平为P<0.05。百分数的数据转换采用反正弦转换，求相应的角度值，全部转换完之后用角度数进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 密度对株高的影响

随着种植密度的增加，燕麦株高呈现逐渐增高的变化趋势(图1)。在M3、M4处理时燕麦株高显著高于M1(P<0.05)，M2处理下株高与其他密度处理之间没有表现出显著差异。因此，提高种植密度有利于促进燕麦株高的生长，以处理密度为M4时最有利于燕麦株高的增加。

图1 不同密度处理下的燕麦株高Fig.1 Plant height of oatsunder different densities

2.2 密度对生物量的影响

由图2可以看出，随着密度的不断增加燕麦地上生物量、地下生物量及总生物量均呈现先增加后降低再增加的变化趋势。燕麦地上生物量随着密度的增加最大值出现在M2处理条件下，显著高于M4(P<0.05)，M1、M3之间与M2、M4之间差异不显著；地下生物量最大值和最小值分别出现在M2、M3处理中，M1、M2与M3处理之间差异显著(P<0.05)；随着密度的增加，燕麦总生物量的大小关系为：M2>M4>M1>M3，且各密度处理之间差异不显著。

图2 不同密度处理下燕麦生物量Fig.2 Biomass of oats under different densities

2.3 密度对茎叶比和根冠比的影响

由图3可知，燕麦根冠比、茎叶比随着种植密度的增加变化趋势相同。根冠比随着密度的增加呈先降低后增加的趋势，在M1条件下燕麦根冠比最大，且与其他三个密度处理形成显著差异(P<0.05)，M2与M4之间差异不显著；燕麦茎叶比也呈现先降低后增加的变化趋势，但各个密度处理之间差异不显著，在M1时值最大，M2时值最小。

图3 不同密度处理下燕麦根冠比、茎叶比Fig.3 Root/shoot ratio,stem/leaf ratio of oats under different density treatments

2.4 密度对物质分配的影响

由表1可知，随着密度的变化，燕麦根系贡献率、穗贡献率之间差异显著，但茎杆贡献率、叶片贡献率之间差异不显著。根系贡献率呈先降低后增加的趋势，其中M1处理时值最大且与最小值M3之间差异显著(P<0.05)；穗贡献率随着密度的增加则表现先增加后降低的趋势，在M3时达到最大值，M2、M3与M4之间差异显著(P<0.05)；茎杆贡献率与叶片贡献率的最小值均出现在M2条件下，随着密度的增大茎杆及叶片贡献率在M3时出现最大值，说明在密度为M3时对燕麦茎杆和叶片生长最有利。

2.5 密度对根、茎、叶营养物质含量的影响

由表2可知，不同密度条件对燕麦根、茎、叶器官的粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗脂肪各项营养指标的影响规律不同。中性洗涤纤维含量增高会降低燕麦的品质，粗蛋白、粗脂肪、酸性洗涤纤维含量增加能够提高燕麦营养品质。随着种植密度的增加，根系中的粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维之间差异不显著，粗脂肪含量呈降低的变化趋势，在M1时达到最大值且与M3、M4处理时差异显著(P<0.05)。茎杆中粗蛋白含量在M2时值最大，与M1、M3之间差异显著(P<0.05)；中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维均在M3处理时值最大，与M2处理时差异显著(P<0.05)；粗脂肪在M1、M3处理时与其他处理之间差异显著(P<0.05)。叶片中除中性洗涤纤维含量外，其他营养指标含量总体上高于根系和茎秆；燕麦叶片作为家畜采食的主要部位，其营养含量高会增加家畜喜食程度，提高营养品质。

表1 密度对燕麦物质分配规律的影响Table 1 Effects of density on the distribution of Oat matter

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同

Note:There are significant differences in different lowercase letters in the same column at the 0.05 level,the following are the same

表2 密度对燕麦根、茎、叶营养物质含量的影响Table 2 Effects of density on nutrient distribution of oat roots,stems and leaves

2.6 密度对可溶性糖、淀粉含量的影响

由图4可知，燕麦根茎叶的可溶性糖、淀粉含量随密度的增加总体上呈现出一致的变化规律。种植密度增加，燕麦不同器官的可溶性糖、淀粉含量均随密度增加呈先增后降的变化趋势，除淀粉含量在M3时值最大，与其他处理差异显著(P<0.05)外，均在M2时值最大，且各处理之间显著差异(P<0.05)。

图4 不同密度下燕麦根、茎、叶的可溶性糖、淀粉含量Fig.4 Soluble sugar and starch content of oat roots,stems and leaves under different densities

3 讨论

种植密度的大小直接制约着种内竞争，导致植株个体性状发生适当的改变[18]。种群内密度过大时，种内竞争相对激烈，个体植株的生长空间及养分吸收减少，从而影响地上生物量、地下生物量、营养品质以及各器官间的物质分配格局[19-20]。本研究表明，密度对燕麦株高、茎叶比、根冠比等各性状参数均产生显著影响(P<0.05)，各性状最大值不同，可能是由于密度增大，燕麦生长受资源短缺限制造成的。本研究结果与杨允菲等[21]对松嫩平原碱化草甸天然虎尾草(Chlorisvirgata)种群密度制约特征的研究结果一致。此外，单雪华等[22]通过对烤烟叶(Flue-curedTobacco)设置不同施氮量和不同种植密度，发现株高在相同施氮量下随密度增加而增加，本试验也得出燕麦株高随着密度的增加逐渐上升，这主要由于在高密度条件下，燕麦个体对光的竞争剧烈，为了能更好地利用光能，植株需要通过增加茎杆高度来提高自身对光的竞争能力；当密度过大时，只会使燕麦徒长，燕麦品质降低，这与聊麦(Triticumaestivum)[23]、燕麦[24]的研究结果一致。

密度增加，单位面积内光照、水分、肥料等资源分配不均，燕麦植株对资源竞争激烈，茎杆为了获得更多光照条件生长得更高、更细，根系为了获得更多的水肥不断延伸扩展[25-26]。因此，植株通过地上生物量和地下生物量的配比来适应环境中各种资源条件的变化。一般来说，植株地上生物量越高表明其对环境中光照的要求越高，同时，对植株自身而言要有较高的光竞争能力[27]，而地下生物量高表示其需要大量的土壤养分和水分条件以及较强的地下竞争能力[28]。本研究中燕麦叶片贡献率均随密度增加先降低后增加再降低，在M3时值最大，叶片是进行光合作用的关键器官，其贡献率增加可能会提高燕麦产量；根系贡献率则在M3时出现最小值，这也充分表明了密度制约对燕麦生长的调控作用。

种植密度对饲用作物的粗蛋白含量、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗脂肪含量等营养指标也有一定的影响[29]，合理的种植密度对燕麦产量和营养品质会有很大的提升。何振富等[30]通过对光敏型高丹草设置不同种植密度，研究光敏型高丹草的营养成分变化，得出植株粗脂肪含量随密度的增大逐渐降低，且对中性洗涤纤维影响明显，本研究结果与其一致，燕麦根、茎、叶中的粗脂肪含量均随着密度的增加而降低，粗蛋白含量在根、叶中最大值出现在M1中，茎的粗蛋白含量最大值出现在M2处理中；可溶性糖和淀粉含量在不同器官中随密度变化的趋势不同，均在M2处理时值最高，说明在低密度M1时可能由于植株间竞争压力小，植株体内养分含量少；当燕麦种植密度过大时，土壤中的水分、矿质营养不足，造成叶片发黄脱落，茎秆纤细，使得燕麦植株个体生长发育受阻，从而导致各营养物质含量下降[31]。

4 结论

燕麦的株高、生物量、根冠比、茎叶比、物质分配规律、营养物质含量对密度变化的反应不同，生物量的适宜密度较低，根冠比和茎叶比的最佳密度较低，而各营养物质含量对密度的最佳表现不一致，随着密度增大，燕麦粗蛋白含量逐渐降低，粗脂肪、可溶性糖、淀粉含量随密度增加呈先增加后降低的变化趋势，中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维含量均在M3处理时最高。综合分析认为，科尔沁沙地饲用燕麦种植密度以350万株·hm-2(M2)较好。