不同燕麦品种的施氮效应差异

苗玉红，李慧，韩燕来，谭金芳

(河南农业大学资源与环境学院，河南 郑州 450002)

燕麦(Avenasativa)子粒营养价值高，具有降低血脂、调节血糖、润肠通便、预防结肠癌、美容护肤、减肥、改善睡眠、抗疲劳等功效，是备受人们关注的保健食品。在谷类食品中，燕麦是最好的全价营养食品之一，然而，燕麦种植技术落后、产量及生产效益低等问题仍普遍存在，严重妨碍了燕麦产业的进一步发展[1-5]。对燕麦开展深入研究对保障人类健康具有重要作用。

1 材料与方法

1.1 试验材料

燕麦品种(系)及编号见表1，其中5号、6号燕麦品种为皮燕麦品种，其余均为裸燕麦品种。燕麦品种(系)由中国农业科学院、河北张家口市农业科学院、吉林白城市农业科学院等单位提供。

表1 供试燕麦品种Table 1 Oat varieties used in the experiment

1.2 试验地点

试验在河南农业大学科教园区进行。供试土壤为黄河冲积物上形成的潮土，采自新郑市三官庙乡沙壤土的心土层，其基本理化性状见表2。

表2 供试土壤基本理化性状Table 2 Soil properties of experimental site

1.3 试验设计与方法

采用盆栽试验，每盆装风干土10 kg。每个处理重复4次，随机排列。2015-10-25播种，每盆定植5株，2016年6月收获。每个品种设置2个处理：N0(不施氮)，N1[施N 0.13 g·kg-1(风干土)]，施磷肥(P2O5)、钾肥(K2O)均为0.10 g·kg-1。供试肥料为尿素、磷酸二铵、氯化钾，其中氮肥的70%做基肥施用，30%以营养液形式做追肥施入。除追肥外，其余肥料一次性与土混匀装入盆内，其他管理按常规进行。

1.4 项目测定

于成熟期收获燕麦，在105 ℃下杀青15 min，于65 ℃烘干至质量恒定，并将其分为子粒、穗轴(包括颖壳)、茎、叶(包括叶鞘)等4部分，称其质量后粉碎，并作干样分析，采用半微量凯氏定氮法测定植株全氮[17]。

1.5 数据计算方法

根据植株各器官的干物质质量及其氮含量，计算以下参数[24]：

(1)收获指数(HI，harvest index)=经济产量/生物学产量；

(2)效应系数(EC，effect coefficient)=(N0生物学产量/N1生物学产量)×100%；

(3)氮边际生产效率[NMPE，N marginal production efficiency/(g·g-1)]=(N1生物学产量-N0生物学产量)/(N1氮积累量-N0氮积累量)，表示与不施氮处理(N0)相比，施氮处理(N1)的燕麦植株体内每多积累1 g氮所增加的地上部干物质的质量；

(4)氮利用效率[NUE，N use efficiency/(g·g-1)]=生物学产量或经济产量/吸氮总量，其中,把燕麦体内单位氮生产的子粒产量叫氮经济利用效率(ENUE)，把燕麦体内单位氮生产的生物量叫氮生物利用效率(BNUE)；

(5)R=(N0的氮积累量/N1的氮积累量)×100%，R为不施氮处理的氮积累量占施氮处理的氮积累量的百分数。

2 结果与分析

2.1 不同燕麦品种对氮肥的敏感性

燕麦产量形成既受遗传控制又受环境影响，氮肥、品种对燕麦产量均有影响[18]，经济产量(子粒产量)或生物学产量是燕麦在整个生育期内各因子综合作用的结果[19]。

由表3可知，在不同氮肥处理下，不同燕麦品种的经济产量、生物学产量、收获指数存在一定的差异。从表3还可以看出，不施氮条件下，24号燕麦品种的子粒产量最高，与其他品种相比，达到显著水平，甚至极显著；其次为燕麦6号、3号、20号，产量均在20 g·pot-1以上，属于氮高效品种。施氮水平下，24号燕麦品种的子粒产量同样达到最高值，显著高于其他品种，6号、3号、20号、11号燕麦品种的经济产量也都大于25 g·pot-1。

表3还表明，相同施氮水平下，不同品种间的生物学产量也存在一定的差异。不施氮条件下，20号、24号品种的生物学产量较高，均达到105 g·pot-1以上，也与部分燕麦品种达到了极显著差异；施氮水平下，2号、4号、22号、23号品种的生物量产量则较低，均在82 g·pot-1以下。在2种氮素水平下，20号、24号品种均获得较高的生物学产量。说明这2个品种具有较高的干物质积累能力，对氮含量高低不敏感。

表3 不同燕麦品种的经济学产量和生物学产量Table 3 Differences in biomass and economic yield among oat varieties g·pot-1

从收获指数来看(表3)，施氮以后，收获指数变化程度不一，大部分品种是随着施氮水平的增加而提高，但也有个别品种的收获指数呈下降趋势或者保持不变，可能是由于生物学产量增加所致。

综上所述，不施氮条件下，3号、6号、24号品种不仅具有较高的生物学产量，而且还具有较高的经济学产量和收获指数。说明这几个品种在较低的氮素水平下具有良好的产量性状，耐低氮能力强，是氮高效利用燕麦品种。随着施氮水平的增加，各燕麦品种的经济产量、生物学产量均有所增加，但不同燕麦品种之间的增加幅度存在一定的差异，即不同燕麦品种对氮肥的反应程度不同，其中11号、12号、13号、19号品种的生物学产量的增加幅度均在171%以上，属于氮敏感品种。

2.2 不同燕麦品种的施氮效应系数分级

表4表明，24个燕麦品种的施氮效应系数为51.97%～88.15%，不同品种之间差异较大，其中8号、9号、11号、12号、13号、19号等6个品种的施氮效应系数相对较低，均小于60%，表明施氮肥以后增产幅度大，属于氮肥敏感品种。6号、20号、24号等燕麦品种的施氮效应系数比较大，均高于85%，说明施氮肥以后产量的增加幅度小，属于施氮低效品种。

表4 不同燕麦品种的施氮效应系数分级Table 4 The effect coefficient grading of oat varieties under 2 levels of N supply %

2.3 不同燕麦品种的氮素积累量差异

表5表明，不同供氮水平下，不同燕麦品种的氮积累量亦有所不同，表明不同燕麦品种的氮素吸收能力呈现一定的差异性。随着氮肥水平的增加，植株氮素积累量均呈上升趋势，但不同燕麦品种之间的增加幅度存在一定的差异。

从表5还可以看出，在不施氮(N0)水平下，24号燕麦品种的氮素积累量最高，达0.58 g·pot-1，其次是20号品种，总氮素积累量为0.56 g·pot-1，属于氮高效品种，最低的23号品种，总氮素积累量仅达到0.31 g·pot-1；在施氮条件(N1)下，不同燕麦品种的氮素积累量为0.64～1.31 g·pot-1，其中 24号品种的总氮素积累量最多，为1.31 g·pot-1，其次是20号品种，达到1.24 g·pot-1，4号品种的氮素积累量最低，仅为0.64 g·pot-1，只有最高积累量的1/2左右。无论施氮与否，24号、20号燕麦品种均可以积累较多的氮，说明对氮含量高低反应不明显。

植株氮积累量R值表示N0,N1水平下植株氮积累量的比值。从表5可以看出，19号、23号、11号、12号、16号燕麦品种的R值依次为32.56%,36.66%,36.71%,40.35%,40.38%，较其他品种低；而18号、5号、4号、1号、6号燕麦品种的R值较高，分别为58.72%,59.93%,59.95%,60.91%,66.91%，其中6号燕麦品种与这几个品种之间差异不显著，但与其他品种之间差异显著，甚至个别达到极显著水平，随着供氮的增加，植株体内氮积累量增加较多，属于氮敏感品种。

表5 2个氮水平下不同燕麦品种的氮积累量Table 5 Differences of nitrogen accumulation among oat varieties under two N levels g·pot-1

2.4 不同燕麦品种氮边际生产效率差异

由表6可知，14号、8号、13号、5号燕麦品种的氮边际生产效率最大，分别为89.56,95.24,96.98,110.74 g·g-1。表明施氮以后，5号燕麦品种植株每积累1 g氮所增加的地上部干物质的质量最大，其次为13号、8号、14号等3个燕麦品种，属于氮肥敏感品种；而24号燕麦品种的氮边际生产效率最小，为22.62 g·g-1，施氮以后，增加的干物质量最小，其次为20号燕麦品种，氮边际生产效率为25.44 g·g-1，是氮肥不敏感品种。

表6 不同燕麦品种氮边际生产效率差异Table 6 Differences of N marginal production efficiency (NMPE)among oat varieties g·g-1

2.5 不同燕麦品种的氮利用效率差异

养分利用效率(Nutrition use efficiency)通常用来作为衡量养分利用的指标，利用效率是指植株体内单位养分所产生的子粒产量或生物学产量[20-21]。

从表7可以看出，不同燕麦品种氮利用效率在不同的施氮水平下存在着一定的差异。在不施氮(N0)条件下，氮经济利用效率在13.14～49.97 g·g-1，最大的是6号品种，氮经济利用效率为49.97 g·g-1，与其他品种均呈显著性差异；其次为24号、22号品种，分别达到45.40，42.01 g·g-1，为高效利用型；最小的为16号品种，仅为13.14 g·g-1，与其他品种也达到显著差异，其中大于40 g·g-1的有2号、3号、4号、6号、22号、24号这6个品种。在施氮(N1)水平下，氮经济利用效率在12.03～39.68 g·g-1范围之内变动，最大的是6号品种，最小的为16号品种。随着施氮水平的增加，不同燕麦品种的氮经济利用效率或增大或降低，但氮生物利用效率均随施氮水平的增加而下降。这可能是由于施氮水平的增加发生稀释效应，也就是氮积累量增大的缘故[22-23]。

表7 2个氮水平下不同燕麦品种的氮利用效率Table 7 Differences of N use efficiency(NUE)among oat varieties under two N levels g·g-1

3 结论与讨论

燕麦作为粮草兼用型的一年生植物，适应能力很强，且具有抗旱、耐寒、耐贫瘠等特征，可作为中国低肥力土壤，特别是盐碱土改良的优质作物[25]。燕麦品种的适应性存在明显的地区差异，目前研究者已经进行了大量相关研究。龙鸿艳等[26]探索了4个燕麦品种在新疆地区的种植适应性，从干草产量、种子产量评价指标中优选出一个推广价值较高的品种白燕2号。赵祎伟等[27]比较了青海地区8个主栽燕麦品种农艺性状、产量和品质因素，从种子高产角度推荐种植白燕7号、青海甜燕麦和林纳3个品种。同时，周启龙等[28]对拉萨地区16个燕麦引进品种进行了灰色关联分析，从生产性能和营养品质上筛选了4个优良品种。在江淮地区，亦有关于不同燕麦品种地区生产性能的研究[29]。由此可见，最新的研究对燕麦品种的地区适应性极为看重。不同地区气候条件、土壤类型、土壤肥力存在极大差异。不同燕麦品种对特定环境条件的适应性存在明显差异[30]。

土壤氮素含量低是中国农田土壤普遍存在的障碍性因子，氮肥的过量施用带来的环境代价已经被广泛关注[31]。因此，探索燕麦品种对在低氮条件的适应性具有重要的经济和环境意义，可为中国低氮地区燕麦种植品种的选择提供有效的参考。本研究在2个氮素水平下探索了24个燕麦品种的生长特性及其氮响应大小。结果表明，不同燕麦品种对低氮条件的适应性存在极显著差异。植物对低氮条件的适应性受多种因素的影响，包括根系形态、氮吸收能力、根际微生物的活动、根系分泌物及其他养分协同吸收等多方面的因素的影响。本研究为后期开展燕麦氮高效分子机制及相关的根际土壤微生物促进燕麦氮吸收机制提供了一定的理论依据。

综上所述，本研究结果具有指导低氮土壤燕麦品种选择的应用价值，亦为深入开展植物氮高效分子生物学机制及植物-土壤-微生物互作机制具有一定的参考作用。本试验通过对不同燕麦品种在不同供氮水平下的施氮效应系数和氮边际生产效率的研究表明，11号、12号、13号、19号燕麦品种属于氮敏感品种，20号、24号燕麦品种属于对氮不敏感品种。耐低氮养分的品种在低养分条件下应该具有较高的产量和氮积累量。在低氮水平下，1号、10号、20号、24号燕麦品种均具有较高的生物学产量和氮积累量，是耐低氮品种，特别是20号和24号燕麦品种，即使在高氮水平下也获得了较高的生物学产量和氮积累量。如果想要在这方面获得高效，可以对这2个燕麦品种作进一步深入研究。在本试验条件下，24个燕麦品种的氮经济利用效率，在施氮以后虽有的增加有的降低，但其氮生物利用效率均呈一定程度的下降趋势。这可能是由于氮水平增加以后，使得氮的积累量增加较大的缘故。具体原因有待在今后的试验中进一步探讨与研究。