不同播期及氮磷肥配施对燕麦产量的影响

王 璐，王凤梧，高 卿，刘景辉，赵宝平

（1.内蒙古农业大学，内蒙古 呼和浩特 010019；2.乌兰察布市农牧业科学研究院，内蒙古 集宁 012000）

燕麦（Avena sativa L.）是我国北方高寒地区重要的优势特色作物，具有喜冷凉、忌高温、抗逆性强等特点。燕麦在内蒙古播种面积和产量均居全国第一位，内蒙古燕麦主产区主要集中在阴山丘陵地区，以旱作区为主[1]。燕麦生长期间常年干旱少雨，降水多集中在7—8月，生产中常常由于播种时春旱，生长旺盛期与雨季不吻合，导致该区域燕麦产量低而不稳，严重影响了当地燕麦产业的健康持续发展[2]。因此，如何促进内蒙古旱作区燕麦对降水的高效利用、提高燕麦产量是生产中面临的主要问题。研究发现，适宜的播种期可使燕麦孕穗到开花期这一需水关键时期与当地降水高峰期吻合，有利于籽粒结实和灌浆，从而提高籽粒产量[3]。因此有必要开展燕麦最佳播期研究，此外，肥料是农业生产的基础，施用氮、磷肥可以显著提高作物产量、改善品质，是目前作物增产的主要措施之一[4-5]。有研究表明，适量的氮、磷肥施入能显著地提高燕麦产量[6]。肥料的不合理施用也造成了肥料利用率低、经济损失较大、污染环境等问题[7]。贾志锋[8]研究表明，随着氮、磷肥施用量的增加，燕麦籽粒产量显著提高。杨文才等[9]研究表明，氮、磷等肥料配施可显著改善燕麦产量和品质。许国芬等[10]研究发现，随着施肥量的增加燕麦产量呈先增后降的趋势，表明不同肥料及施肥量对燕麦生产有较大影响。本试验在阴山丘陵燕麦主产区，通过设置不同播种期处理，结合氮肥、磷肥施用量，研究其对燕麦籽粒产量的影响，并通过建立关于燕麦产量的多项式回归方程，分析获得高产的最适播期和施肥量，为当地燕麦高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试作物：裸燕麦品种白燕2 号，生育期90 d，由吉林省白城市农业科学院选育。

供试肥料：尿素（N≥46%），中国石油田野化工有限责任公司；过磷酸钙（P2O5≥12%），陕西裕丰实业有限公司。

1.2 试验地概况

试验于2018年4—10月在内蒙古乌兰察布市农牧业科学研究院试验地（北纬40.9232°、东经113.1196°）进行。试验点地处内蒙古阴山丘陵地区，属典型旱作农田，年平均降水量300 mm，属温带大陆性季风气候。试验地2018年总降水量为353.5 mm，燕麦全生育期降雨量为317.4 mm；全生育期积温（≥0 ℃）为2 687 ℃。试验地土壤类型为栗钙土，土壤有机质含量12.25 g/kg，碱解氮含量78.00 mg/kg，速效磷含量13.80 mg/kg，速效钾含量106.00 mg/kg，全氮、全磷和全钾含量分别为1.27 g/kg、0.63 g/kg 和0.41 g/kg。前茬作物为马铃薯。

1.3 试验方法

试验运用改进的311-A 最优回归设计方法[11]，3个因素分别为播期、氮肥和磷肥，每个因素设5 个水平，共13 个处理，重复3 次，随机区组排列。小区长10 m、宽3 m，面积30 m2，燕麦种植行距25 cm。燕麦采用人工条播方式，播深3～4 cm，每小区种植12 行，播种量为120 kg/hm2。本试验设计播期1、2、3、4、5 分别代表4月18日、4月28日、5月8日、5月18日和5月28日。具体设计见表1 和表2。

表1 供试因素水平范围

1.4 数据分析

试验数据采用Excel 2010 处理，燕麦产量回归方程及方差分析采用SAS 9.0 软件进行统计和分析，单效应趋势作图用Origin 进程处理和分析，互作效应曲面图用SAS 9.0 制作和分析。

2 结果与分析

2.1 不同处理对燕麦产量的影响

由图1 可知，处理1 的产量最大为3 189.57 kg/hm2，即在施氮量为37.50 kg/hm2、施磷量为75.00 kg/hm2时，播期为5月28日时的产量最高，均高于其他4 个播期的产量。且处理1 与处理2、处理3、处理7、处理8、处理9 和处理10 差异显著（P＜0.05）。

2.2 建立产量回归方程

根据图1 所示的13 个处理的产量建立施氮量（X1）、施磷量（X2）和播期（X3）对产量（Y）的多项式回归方程，方程为：

Y=3 019.59-50.10X12-62.80X22-20.89X32-7.72X1X2-3.73X1X3-12.07X2X3+45.04X1+48.01X2+119.67X3

其中，回归方程的R2=0.994 4，F=2 851.74，说明方程的回归关系极显著（P＜0.01），二次方程的各项因子与实际生产情况拟合效果很好，可以用该方程进行生产预测预报。

表2 设计方案

2.3 产量的最佳优化

对上述方程各因子进行一阶偏导寻优，可以得出：编码值为X1=0.33，X2=0.08，X3=2.94 时对应Y 产量最大值为3 197.04 kg/hm2，即施氮量为43.69 kg/hm2，施磷量为78.00 kg/hm2，播期为6月7日时，燕麦产量达最大值。

2.4 单因素各水平对燕麦产量的影响

由于试验设计中各因子进行了正交编码，所以回归方程中的各因子相对独立，为了更好地反映各个因子与结果的关系，只需把其他两个因子置于零水平代入回归方程，就可以得到剩下的因素与产量的降维回归方程。因此，对产量的回归方程进行降维处理，即可得到单一因素的一元二次回归子方程模型：

氮肥：Y=3 019.59-50.10X12+45.04X1

磷肥：Y=3 019.59-62.80X22+48.10X2

播期：Y=3 019.59-20.89X32+119.67X3

由图2 可知，施氮量和施磷量随着施肥量的增加产量逐渐增加，但增加到一定量时，产量会下降。在一定范围内，随着播期的推迟产量增长。在5月8日前播种时，施氮量和施磷量对燕麦产量有正向作用。施氮量对燕麦产量影响最大，施磷量次之，播期影响最小。但是在5月18日以后播种，播期对产量的影响要大于施肥量。在不考虑氮肥、磷肥和播期互作效应时，氮肥、磷肥的最佳施用量分别为45.94、89.25 kg/hm2，最适播种期为6月6日，这3 个因素各自对应的燕麦产量分别为3 029.71、3 028.80、3 190.97 kg/hm2。

2.5 各因素互作效应分析

2.5.1 氮肥和磷肥互作对燕麦产量的影响 将播期因子固定在零水平，代入产量回归方程可以得到氮肥和磷肥对燕麦产量的互作回归方程：Y=3 019.59-50.10X12-62.80X22-7.72X1X2+45.04X1+48.01X2。将不同施氮量和施磷量的自变量水平编码代入上述方程即可得到氮肥和磷肥互作对燕麦产量的曲面图。由图3 可知，燕麦产量随着施肥量的增加均呈现先升高后降低的趋势。在一定范围内，适宜的施肥量可以增加燕麦产量。当施肥量过高时，会导致产量不增反减，不利于燕麦生长。通过对回归方程的寻优求解，当氮肥编码值X1=0.42，磷肥编码值X2=0.36 时，燕麦产量可获得最高，即氮肥施用量45.37 kg/hm2、磷肥施用量81.00 kg/hm2时，燕麦产量最大达3 037.65 kg/hm2。

2.5.2 氮肥和播期互作对燕麦产量的影响 磷肥因子固定在零水平上，代入产量回归方程可以得到氮肥和播期互作对产量影响的回归方程：Y=3 019.59-50.10X12-20.89X32-3.73X1X3+45.04X1+119.67X3。把不同施氮量和播期的自变量水平编码代入上述方程，即可得到氮肥和播期互作对燕麦产量的曲面图。由图4 可知，燕麦产量随播期变化的幅度大于施氮量，说明氮肥和播期互作时，播期对产量的影响大于施氮量。对回归方程寻优可得，当施氮量为43.87 kg/hm2，播期为6月6日时，燕麦产量最高，达3 196.88 kg/hm2。当氮肥施用量在0～43.87 kg/hm2时，随着播期的推迟，燕麦产量在不断升高。当施用量大于43.87 kg/hm2后，燕麦产量逐渐下降。

2.5.3 磷肥和播期互作对燕麦产量的影响 将施氮量以零水平处理代入回归方程，可得到施磷量和播期互作对燕麦产量影响的回归方程：Y=3 019.59-62.80X22-20.89X32-12.07X2X3+48.01X2+119.67X3。以不同的施磷量和播期自变量水平编码代入上述方程中，可得到磷肥和播期对产量影响的曲面图。由图5可知，燕麦产量随施磷量的增大呈先升后降的趋势，随着播期的推迟呈升高趋势，说明播期的推迟有利于提高燕麦籽粒产量，施磷量过高或者过低都不利于产量形成。且随着播期推迟燕麦产量提高幅度大于施磷量增加下产量变化幅度，说明适当的晚播，有利于燕麦生长发育和籽粒产量形成。对方程寻优可得，当施磷量为79.12 kg/hm2播期为6月6日时，燕麦产量最大是3 191.71 kg/hm2。

3 讨论

燕麦产量因其品种品质特性、播期和施肥等栽培管理措施、栽培地区等差异较大[12]。播期对作物的产量影响主要是通过改变作物生长过程中对温度、光照以及水分等外部环境条件的利用，使其有利于作物生长，从而达到作物高产[13]。本研究发现，阴山丘陵地区裸燕麦品种白燕2 号以6月8日左右播种较为适宜。其原因可能包括以下两个方面，一是过早播种气温相对较低，可能会导致种子发芽缓慢，影响出苗率，且出苗后易受冻害影响燕麦生长，王永刚等[14]在黑龙江中西部得出相似研究结果。二是从燕麦孕穗到开花期，是燕麦的需水临界期，该阶段缺水对燕麦生长影响较大[15]；而内蒙古阴山丘陵地区年降雨主要集中在7—8月，因此，适当的晚播可使燕麦孕穗到开花期与当地的雨季吻合，有利于燕麦的孕穗、抽穗及籽粒灌浆，从而获得高产。

氮素是作物增产的首要因素[16]。研究表明，施氮肥可以提高燕麦植株含氮量，增加干物质积累，从而提高籽粒产量[17]。土壤中缺氮时，植株中氮代谢生理活性降低，直接影响籽粒形成[18]。氮肥施用过量时，虽能使蛋白质含量增加，但会降低产量；且氮肥施用量过多时，不利于茎秆细胞壁抗倒化学成分的提高，机械组织松软，容易发生倒伏，影响产量[19-20]。本试验研究表明施氮量为43.69 kg/hm2时，可使得燕麦籽粒产量达最大，这一用量较常规施肥较少，可能的原因是马铃薯作为前茬作物在阴山南麓地区习惯施用量为300 kg/hm2，而马铃薯全生育期所需氮量相比常规施用量较少，土壤中氮素遗留较多，从而为下一季燕麦生长提供部分养分；且马铃薯-燕麦轮作模式下会增加土壤中养分有效性，改善根系微生物群落结构，提高土壤酶活性从而为作物生长创造良好的条件[21-23]。磷素与作物产量也具有显著的相关性。高聚林等[24]研究表明，增施磷肥可以促进籽粒灌浆，增加粒重，从而增加作物产量。李孝良[25]研究表明，适宜的施磷量可明显提高小麦穗数、穗粒数和千粒重；而过量施磷时对小麦千粒重无明显增加作用，甚至有降低的趋势，这一研究与本试验研究结果一致。本试验采用的311-A 最优饱和回归设计，优化了施氮量、施磷量和播期三因素试验方案。通过建立产量回归方程模型，得出该区域燕麦籽粒获得高产的最适播期和施肥量。研究结果可为阴山南麓燕麦高产高效栽培提供理论依据及技术指导。

4 结论

本试验进行关于施氮量、施磷量和播期对燕麦产量影响的研究，根据试验设计与结果建立3 个因素与产量的多项式回归方程为Y=3 019.59-50.10X12-62.80X22-20.89X32-7.72X1X2-3.73X1X3-12.07X2X3+45.04X1+48.01X2+119.67X3。通过计算机模拟寻优可得，当施氮量为43.69 kg/hm2、施磷量为78.00 kg/hm2、播种日期为6月7日，燕麦产量最高达3 197.04 kg/hm2。单因素下施氮量和施磷量对燕麦产量的影响呈先上升后下降的趋势，播期对产量的影响表现为上升趋势，且单因素对提高燕麦产量效果为播期＞施氮量＞施磷量。施氮量和施磷量互作下燕麦产量为3 037.65 kg/hm2；施氮量和播期互作下燕麦产量为3 196.88 kg/hm2；施磷量和播期互作下燕麦产量为3 191.71 kg/hm2。在仅考虑两因素的情况下，综合效果最好的是氮肥和播期处理。