陇中黄土高原半干旱区9个燕麦品种籽粒产量及其营养价值研究

2022-12-01张成君任生兰刘彦明

草地学报 2022年11期

张成君，任生兰，边芳，黄凯，陈富，杨洁，张明，刘彦明

(定西市农业科学研究院，甘肃定西, 743000)

燕麦(Avenasativa)是禾本科(Gramineae)燕麦属(Avena)的一年生草本植物，是一种粮饲兼用型作物[1]，在世界各地广泛种植，一般分为带稃型的皮燕麦(A.sativa)和裸粒型的裸燕麦(A.nuda)。我国种植的燕麦以裸燕麦为主，主要集中在西北、西南、华北等地区的冷凉、高寒地带，可种植在干旱及半干旱地区的不同土壤上[2]。燕麦不仅有适口性好、草产量高、粗蛋白和可消化纤维含量高、粗纤维含量较少、家畜喜食等优点，而且具有抗旱、耐寒、耐盐碱、耐贫瘠、适应性广等特点[3-4]，是一种高产、稳定、优质的饲草料作物；燕麦籽粒中含有较高的蛋白质、维生素、脂肪、碳水化合物等营养物质，可为牛、羊、马等各类家畜提供能量，是被公认的良好精饲料。燕麦全株被应用于调制青干草，籽粒广泛用于精饲料，对解决农牧交错地带家畜饲料短缺、天然退化草场补播及草地畜牧业可持续发展等方面具有重要意义[5]。

甘肃陇中黄土高原半干旱区作为典型的雨养农业区，年降水量350～500 mm，是全国燕麦的主要种植区域之一[6]，其海拔高、日照长、气温低、温差大，为燕麦种植生产提供了得天独厚的自然条件[7]，燕麦产业的发展对促进该地区农业结构调整和农村经济发展具有重要意义。然而，甘肃陇中黄土高原半干旱区燕麦生产长期存在品种多杂乱、易倒伏、抗逆性差及种质资源匮乏等问题，导致种植效益不高，严重阻碍了燕麦产业的发展，要实现燕麦的高产稳产，充分发挥其在旱作农业生产和畜牧业发展的作用[7]，必须筛选出丰产、优质、稳定、适宜在当地环境条件大面积推广种植的品种。

近年来，越来越多的学者对引进燕麦品种的生产性能和区域适应性进行了大量的品比试验[8-12]，为不同地区高产优质燕麦的选择提供了大量的实践依据，但主要集中在燕麦草产量、营养品质及饲用价值等方面，且以平原、高寒地区皮燕麦品种的适应性评价为主，而对干旱地区燕麦的农艺性状、群体特征及籽粒营养品质的研究却鲜有报道。我国畜牧业快速发展，对饲料的需求越来越大，供需失衡在一定程度上阻碍着畜牧业的发展。因此，研究燕麦品种的籽粒产量及其营养价值，并筛选出优质丰产的饲料型燕麦品种对解决家畜精饲料短缺问题有重要意义。本试验选用9个燕麦品种在陇中黄土高原半干旱区开展品比试验，对其主要农艺性状、种子产量及籽粒营养品质的分析，并应用灰色关联度法进行综合评价，旨在筛选出适宜种植在陇中黄土高原半干旱区的优质丰产的饲料型燕麦品种，为当地燕麦新品种的推广和生产利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在甘肃省定西市农业科学研究院旱作农业科技创新园(104°27′ E，35°32′ N)进行，该地海拔1 920 m，属典型的温带干旱大陆性季风气候，雨养旱作农业区，年均气温7.5～9.6℃，年降水量350～500 mm，年日照时数1 900～2 100 h，无霜期140～170 d，昼夜温差大。试验地土壤属黄绵土，有机质含量为10.11 g·kg-1，全氮含量为0.84 g·kg-1，速效氮含量为56.43 mg·kg-1，速效磷含量为35.43 mg·kg-1，速效钾含量为195.48 mg·kg-1，pH值为8.03。

1.2 试验材料

供试燕麦品种如表1所示，均由甘肃省定西市农业科学研究院提供。

表1 试验材料及来源

1.3 试验设计

田间试验采用随机区组设计，3次重复，小区面积22.2 m2(11.1 m×2 m)，小区四周设保护行，2019—2020年均在4月上旬播种，人工开沟条播，行距25 cm，播量180 kg·hm-2。播种前一次性施尿素(N)150 kg·hm-2，硫酸钾(K2O)300 kg·hm-2，磷肥(P2O5)525 kg·hm-2，生育期内不追肥、不灌水，田间管理与当地大田管理一致。

1.4 测定指标

农艺性状：参照王柳英[13]的生育期鉴定标准，观察并记录燕麦的出苗期、分蘖期、拔节期、抽穗期、开花期、乳熟期和完熟期。田间收获前每个小区随机选取10株测量株高和穗长，数取小穗数，并进行室内考种，统计穗粒数、穗粒重和千粒重等指标。

种子产量：完熟期收获小区地上部分，晾晒脱粒，称重测产。

籽粒营养品质：采用凯氏定氮法测定粗蛋白含量[14]；采用Megazyme试剂盒测定β-葡聚糖含量[15]；采用双波长法测定总淀粉含量[16]；采用索氏抽提法测定粗脂肪含量[17]。

1.5 数据分析

通过SPSS 19.0软件对数据进行单因素方差分析，采用Duncan法进行显著性检验，并用Microsoft Excel 2010作图。本文农艺性状、种子产量和籽粒营养品质均为2019和2020两年的平均值。用灰色关联度分析对9个燕麦的品种主要农艺性状、种子产量和籽粒营养品质进行综合评价，根据灰色系统理论[18-19]，将供试燕麦品种的所有性状归纳为一个灰色系统，而每一个性状是该系统的一个因素，采用灰色关联度分析法进行综合评价。供试燕麦品种以X表示，指标以k表示，各供试燕麦品种X在性状k处的值构成比较数列Xi，X0为构建的参考品种。根据以下公式求得关联系数、等权关联度、权重系数和加权关联度。

式中，miniimink|X0(k)—Xi(k)|为二级最小差，maximaxk|X0(k)—Xi(k)|为二级最大差，ρ为分辨系数，此处取为0.5。n为供试燕麦品种各性状指标的个数(n=11)，k为性状；i为品种编号。等权关联度越大，表明该品种与参考品种的相似程度越高，其综合性状也就越好，而各指标在评价燕麦品种农艺性状、种子产量籽粒品质中的贡献率不同，因此，为了客观、全面评价供试燕麦品种的农艺性状、种子产量和籽粒营养价值，需通过加权关联度对供试燕麦品种的农艺性状、种子产量和籽粒营养价值进行综合评价。

2 结果与分析

2.1 生育期观测

由表2可知，9个燕麦品种在2019—2020年均能顺利完成其生长发育。2019年供试燕麦品种因播种期间土壤墒情较差，导致出苗时间较以往推迟，出苗时间在22～27 d，‘白燕18号’出苗最早(4月23日)，‘迪燕1号’出苗最晚(4月28日)，较‘白燕18号’晚5 d。生育期最短的是‘白燕16号’，为101 d，最先进入完熟期，其余品种间同一生育时期差异不明显，生育期在105～111 d之间，均为中熟品种。2020年供试燕麦品种播种期间土壤墒情与2019年相比较好，出苗时间在13～15 d，出苗期保持相对一致，‘白燕16号’和‘白燕18号’出苗最早(4月14日)，‘迪燕1号’出苗最晚(4月16日)，生育期最短的是‘白燕16号’，为105 d，生育期最长的是‘魏都莜5号’和‘晋燕18号’，为113 d，二者相差8 d。9个燕麦品种在2019与2020年间生育期差异不明显。

表2 不同燕麦品种生育期

2.2 农艺性状和种子产量的比较

9个燕麦品种农艺性状间存在显著差异(P<0.05)(表3)。‘迪燕1号’的株高最高(150.00 cm)，穗长最长(30.50 cm)，其株高除与‘张莜8号’‘张莜9号’和‘晋燕17号’无显著差异外，显著高于其他燕麦品种(P<0.05)，其穗长显著高于其他燕麦品种(P<0.05)；‘迪燕1号’的小穗数最多(45.73个)，‘白燕18号’的小穗数最少(23.63个)，比前者低48.33%；‘魏都莜5号’的穗粒数最多(128.83粒)，显著高于除‘白燕16号’以外的其他品种(P<0.05)；穗粒重变化范围为1.49～2.84 g，相差1.91倍，其中‘魏都莜5号’的穗粒重最大(2.84 g)，显著高于除‘晋燕17号’和‘白燕16号’以外的其他品种(P<0.05)；‘张莜8号’的千粒重最高，为28.20 g，显著高于其他品种(P<0.05)，大多数品种的千粒重在21.30～25.50 g之间；‘晋燕17号’种子产量最高(2 500.00 kg·hm-2)，显著高于除‘坝莜18号’和‘魏都莜5号’以外的其他品种(P<0.05)，‘迪燕1号’最低(1734.20 kg·hm-2)，较‘晋燕17号’低了30.62%。

表3 不同燕麦品种农艺性状和种子产量的差异

2.3 籽粒营养品质比较

不同燕麦品种籽粒营养品质差异显著(P<0.05)(图1)。燕麦籽粒粗蛋白含量为15.95%～18.75%，β-葡聚糖含量为3.75 %～4.37%，淀粉含量为50.64%～53.68%，粗脂肪含量为4.76%～6.35%。其中‘张莜9号’的粗蛋白含量最高，达18.75%，显著高于除‘迪燕1号’以外的其他品种(P<0.05)，‘晋燕17号’的粗蛋白含量最低，为15.95%，显著低于其他品种(P<0.05)，较‘张莜9号’低了14.93%；‘坝莜18号’的β-葡聚糖含量最高，达4.37%，‘晋燕17号’次之，为4.28%，且‘坝莜18号’和‘晋燕17号’的β-葡聚糖含量显著高于除‘白燕18号’以外的其他品种(P<0.05)；‘白燕16号’和‘晋燕17号’的淀粉含量最高，均为53.68%，显著高于除‘张莜8号’以外的其他品种(P<0.05)；‘坝莜18号’的粗脂肪含量最高，达6.35%，显著高于除‘白燕18号’以外的其他品种(P<0.05)，‘张莜9号’的粗脂肪含量最低，为4.76%，较‘坝莜18号’低了25.04%。

图1 不同燕麦品种籽粒品质的差异

2.4 综合评价

供试燕麦品种的主要农艺性状、种子产量和籽粒营养品质性状指标因计量单位不同，缺乏相应的可比性，为保证其具有同等性和客观性，需对各指标进行标准化处理[20]。本试验对各燕麦品种的株高、穗长、小穗数、穗粒数、穗粒重、千粒重、种子产量、粗蛋白、β-葡聚糖、总淀粉和粗脂肪11个指标进行Min-max标准化法进行无量纲化处理，根据公式计算得到相应的关联系数(表4)，在通过关联度公式得到供试燕麦品种的等权关联度(表5)。

表4 不同燕麦品种的关联系数及权重

供试燕麦品种各指标在农艺性状、种子产量和籽粒营养品质中的重要性不同，根据权重系数公式得出各指标的权重:总淀粉(0.121 8)>粗蛋白(0.107 9)>β-葡聚糖(0.102 6)>株高(0.101 7)>种子产量(0.093 7)>粗脂肪(0.085 5)>千粒重(0.085 2)>穗粒重(0.078 7)>穗长(0.078 0)>小穗数(0.072 9)>穗粒数(0.072 0)。在根据加权关联度公式得到供试燕麦品种的加权关联度(表5)。

根据灰色关联度的加权分析原则，加权关联度较全面考虑了各指标对综合评价的贡献不一致，使结果更加合理，加权关联度排序越靠前，其综合性状越好。由表5可知，供试燕麦品种‘晋燕17号’的加权关联度最大(0.7740)，表明其综合性状最好，如种子产量和淀粉含量最高，分别为2 500.00 kg·hm-2和53.68%；其次‘魏都莜5号’和‘迪燕1号’的综合性状较好，加权关联度分别为0.727 3和0.718 8；而‘白燕18号’的综合性状较差，加权关联度为0.616 2；‘白燕16号’、‘坝莜18号’、‘张莜8号’、‘张莜9号’和‘晋燕18号’综合性状处于中间水平，加权关联度的变化范围为0.648 3～0.706 2。加权关联度分析结果与等权关联度分析结果基本一致。

表5 不同燕麦品种的关联度及排序

3 讨论

3.1 生育期

在水热条件适宜的情况下，播种8～10 d后燕麦即可出苗[21]，本试验中，2019年参试燕麦品种出苗时间在22～27 d，主要是播种期间当地土壤墒情较差、气温较低，影响了燕麦种子的萌发，导致出苗时间较往年推迟，杨发林等[22]研究也得出过相似的结果。生育期是评价燕麦品种对试验区域环境适应性的重要指标之一。本试验中，不同燕麦品种的生育期在101～113 d，在陇中黄土高原半干旱区均能够正常成熟，两年的生长发育期也没有明显的差异，不存在晚熟及成熟不了的品种，与南铭等[3]在甘肃中部引洮灌区不同燕麦品种适应性的研究得到的结果相似，说明类似生态区种植对燕麦生育期的影响并不明显。

3.2 农艺性状及种子产量

株高既是衡量牧草生长发育状况的重要标准，也是反映其生产能力的常用指标[23]。本试验发现，供试9个燕麦品种的株高介于110.6～150.0 cm之间，略低于杨海磊等[24]在肃南地区的报道结果，但高于孙建平等[23]在晋北农牧交错区的研究结果，可能是由于燕麦生境条件的差异过大所致。燕麦生产性能包括产量、株高及生长情况等，而种子产量是生产性能高低的具体体现[25]。本试验中，9个燕麦品种中种子产量范围在1 734.20～2 500.00 kg·hm-2之间，明显低于彭先琴等[12]在川西北高寒地区燕麦2 250～3 750 kg·hm-2的研究结果，说明陇中半干旱地区与川西北高寒地区种植对于燕麦种子产量影响较大。研究指出，燕麦种子产量的构成因素包括穗长、小穗数和千粒重等，这些因素的差异均会使种子产量的高低受到影响。本试验中，‘魏都莜5号’和‘晋燕17号’的穗粒数和穗粒重均较高，其种子产量也高于其他品种，可能由于燕麦籽粒的饱满度及穗部的紧实度不同，从而对种子产量产生不同影响[25]。千粒重作为种子质量的重要指标，标志着种子的发育程度，千粒重越高，种子越饱满。本试验中，‘张莜8号’的千粒重显著高于其他品种，种子大而饱满，种子质量相对较高。相同栽培条件下，品种不同，其性状变现差异很大，且不同燕麦品种对小穗数和穗粒数有极显著的影响[26]，本试验发现，9个燕麦品种在陇中黄土高原半干旱区的穗长、小穗数、穗粒数和穗粒重等性状表现均不同，是由于燕麦品种本身遗传特性差异所致。

3.3 籽粒营养品质

燕麦籽粒中丰富的蛋白质、脂肪、β-葡聚糖和矿物元素等营养物质可为各类家畜提供能量及营养[12]。粗蛋白是饲料作物中含氮物质的总和，是决定籽粒营养品质的重要指标[27]。本试验发现，9个燕麦品种籽粒粗蛋白含量的变化范围为15.95%～18.75%，苗玉红等[28]的研究也得出过相似的结果，说明燕麦籽粒蛋白含量受其自身遗传特性限制，研究区域和品种对燕麦籽粒蛋白含量变化影响不大。燕麦籽粒中β-葡聚糖含量高低与自身遗传特性有关，许多研究也表明了燕麦籽粒β-葡聚糖含量有明显的遗传差异[29]。本试验中，供试燕麦品种籽粒β-葡聚糖含量变化范围为3.75%～4.37%，这与Doehlert等[30]研究结果相接近，即不同燕麦品种籽粒的β-葡聚糖含量为3.00%～7.43%。‘坝莜18号’的β-葡聚糖含量最高，为4.37%，略低于姜超等[31]在晋北地区的研究结果，燕麦生境条件差异可能会导致β-葡聚糖含量不同。籽粒中碳水化合物可以代谢成葡萄糖、提供机体能量及维持反刍动物瘤胃健康高效的发酵，而淀粉既是籽粒中占比最大的碳水化合物，也是衡量燕麦籽粒营养价值的常见指标。本研究中，参试燕麦品种的淀粉含量介于49.22%～53.68%之间，‘白燕16号’和‘晋燕17号’的淀粉含量最高，均为53.68%，这与南铭等[11]在西北半干旱区种植燕麦品种的淀粉含量相近，说明类似生态区种植对燕麦籽粒淀粉含量影响不大。脂类具有维持体温、提供能量以及对脂溶性维生素促进吸收的作用，因此饲料作物中脂肪含量对家畜能量的提供很重要。本研究中粗脂肪含量比柴继宽等[32]在甘肃二阴区报道的结果略低，这可能是由于燕麦的品种不同和生长环境差异较大造成的。

3.4 利用灰色关联度综合评价

燕麦品种的优劣性和适应性并不能由单一的生产性能或营养成分指标决定，而是各种性状的综合表现，因此需要将多个性状指标进行综合分析。而灰色关联度法能够综合考虑分散信息，使得到的结果更加准确、可靠，明确了燕麦各性状指标的相对重要性，且与试验表现较吻合，能综合判别出品种的优劣，有效克服单项比较分析的缺点，从而筛选出适宜在本地区种植推广的优良燕麦品种[33-34]。因此本试验运用灰色关联度法，选取7个主要农艺性状和4个主要营养性状指标，比较全面、准确的反映了引进燕麦品种的综合性状。然而，本试验未将各供试燕麦品种在该地区的饲用性能以及抗逆性等因子考虑进去，对此将在后续试验中加强对燕麦品种的分析与观察，以期为陇中黄土高原干旱区引进优质高产的燕麦品种提供理论依据。