氮素添加对燕麦生长和产量的影响

2023-12-13蔡天革李洋洋唐凤德

沈阳大学学报(自然科学版) 2023年6期

蔡天革, 姜雪, 李洋洋, 唐凤德

(辽宁大学 a. 生命科学院, b. 商学院, 辽宁沈阳 110036)

燕麦(AvenasativaL.),禾本科燕麦属,一年生草本植物,是优良粮饲兼用作物[1],也是世界主要粮食作物之一,主要分为皮燕麦和裸燕麦两大类。燕麦具有抗寒、抗旱等优良特点,在世界各国广泛种植,其主产区是北半球的温带地区,主产国有加拿大、美国、澳大利亚、俄罗斯及中国等76个国家,种植面积在世界禾谷类粮食作物中居第6位[2-3]。燕麦在我国西北地区的陕西、青海、甘肃及华北地区的河北、山西、内蒙古自治区等地广泛种植,裸燕麦在燕麦总产量中占比高达90%以上[4]。燕麦在我国具有较高的营养价值、饲用价值和经济价值。燕麦茎秆柔嫩、叶量较高,是优质的饲料来源[5],燕麦籽粒不仅可用于家畜精饲料添加,还对人体健康起着不可或缺的作用[6]。燕麦营养丰富,包括燕麦蛋白质、燕麦不饱和脂肪酸、燕麦生物碱、矿物质和维生素等,在控糖降脂等方面有着积极作用,是适宜健康及亚健康人群长期食用的健康谷物[7-8]。

氮是作物细胞核、细胞膜等细胞结构的重要组成元素,同时还参与了细胞内蛋白质、磷脂、维生素等营养物质的组成。合理的氮肥施用量对农作物生长有一定的促进作用,施氮可以有效地促进作物对氮、磷、钾等营养元素的吸收,进而提高作物的植株高度、叶面积指数,使相对叶绿素含量、地上生物量、产量显著增加[9-10],同时也可以促进茎粗、分蘖等农艺性状[11]。燕麦在不同的生长发育时期对氮肥的需求量存在较大差异,研究表明,施肥量、施肥时期、施肥方法及施肥配比等因素都会对作物产生不同的作用,所以合理地、适时适量地施加氮肥,既可以有效减少肥料的使用,减少环境污染,同时还能增加作物的产量、提高作物的品质。作物产量和品质与自身的品种特性、栽培措施都有着密切的关联,同一品种在不同的氮肥运筹下,其产量和品质也会产生明显差异[12-13]。氮肥可以调节作物的氮代谢过程,进而影响作物生长期的生理生化反应、改变产量,是调节作物生长、生殖和产量的关键影响因素[14-15]。因此,研究不同氮素添加量及氮素添加比例对燕麦生长及产量的影响、提高燕麦的品质具有重要的作用。

1 材料与方法

1.1 实验设计

实验于2021年在辽宁大学试验基地进行。实验材料为裸燕麦品种白燕2号(Y1)品种,采用随机区组实验设计,以不施加氮素(N0)作对照,氮素添加设置处理组90 kg·hm-2(N90)、180 kg·hm-2(N180)、270 kg·hm-2(N270),底施和拔节期添加氮素质量比为7∶3(B1)、5∶5(B2)、3∶7(B3),共10个处理,3次重复,共30个小区,小区面积为1 m2,每个小区播种3行,行距20 cm。

1.2 测定指标及方法

在拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期分别测定燕麦株高和叶面积。成熟期测定产量及其构成性状:各小区随机取长势均匀的10株燕麦,测定其穗长、单株穗粒数、单株穗粒重。各小区选取长势均匀的1 m2的植株,单独脱粒,籽粒风干后进行测定千粒重,籽粒产量。

1.3 数据处理

统计分析和差异显著性检验用SPSS 20.0版进行数据处理系统分析,用LSD法进行显著性测验。

2 结果分析

2.1 氮素添加对燕麦株高的影响

如图1所示,在氮素添加比例一定时,裸燕麦株高随着氮素添加量的增加呈现出先增加后下降的趋势。株高在拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期均在N180时达到最大值,各组株高由高到低依次为:N180、N90、N270、N0。除成熟期N270条件、氮素添加比例B3处理下,株高与对照组相比差异性不显著,其他处理组株高与N0相比均达到显著性差异(P<0.05)。在N90、N180、N270条件下,各个时期燕麦株高均呈现随氮添加比例增加而增加的趋势,均在氮添加比例为B1时株高达到最大值,与对照组相比差异性显著(P<0.05)。燕麦株高在拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期均在氮添加量为180 kg·hm-2、氮添加比例为7∶3处理下达到最大值,分别为63.86、87.38、89.28和91.20 cm,与对照组相比,株高分别增加43.63%,39.63%,36.14%及32.44%。

(a) 拔节期(b) 抽穗期(c) 灌浆期(d) 成熟期

2.2 氮素添加对燕麦叶面积的影响

如图2所示,在不同氮添加比例条件下,在各个时期裸燕麦叶面积随着氮添加量增加呈现出先增加后减少的趋势,且均在N180时叶面积达到最大值,最大值与对照组相比差异性显著(P<0.05),叶面积由大到小依次为:N180、N90、N270、N0。在N90、N180、N270条件下,除成熟期N270条件下,其余各个时期裸燕麦叶面积均呈现随氮添加比例增加而增加的趋势,均在氮素添加比例为7∶3时叶面积达到最大值,与对照组相比差异性显著(P<0.05)。在N180条件下,拔节期、抽穗期、灌浆期时B1与组内其他处理差异性显著(P<0.05),在成熟期组内各处理差异性不显著。在拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期均在氮添加量为180 kg·hm-2、氮添加比例为7:3处理下裸燕麦叶面积达到最大值,分别为62.35、65.21、64.51和65.36 cm2,与对照组相比叶面积分别增加149.70%,98.63 %,89.62%及91.95%。

(a) 拔节期(b) 抽穗期(c) 灌浆期(d) 成熟期

2.3 氮素添加对燕麦产量及产量构成因素的影响

如表1所示,裸燕麦的穗长、千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重和种子产量均在N0有最小值,氮素添加对种子产量及产量构成因素有一定的促进作用,各指标均在N180条件、氮添加比例为B1处理下达到最大值,分别为24.47 cm、27.90 g、56.33粒、1.55 g和409.05 g·m-2,与对照组相比差异显著(P<0.05)。最高产量与N0相比增加20.66%。

表1 不同氮素添加处理对白燕2号产量及其构成因素的影响Table 1 Effects of different nitrogen addition treatments on yield and its components of Baiyan No.2

2.4 氮素添加下燕麦种子产量与产量构成因素的相关性分析

表2为白燕2号的产量构成因素与产量进行相关性分析,结果表明,穗长和种子产量之间有显著性正相关关系(P<0.05),其他指标与产量均达到极显著正相关关系(P<0.01)。该实验条件下,白燕2号品种的穗长、千粒重、单株穗粒数、单株穗粒重与种子产量关系均达到极显著正相关关系(P<0.01),千粒重相关系数、单株穗粒数相关系数、单株穗粒重相关系数、单株穗粒重相关系数分别为0.552、0.400、0.503、0.501,因此,种子产量与千粒重相关性最大。

由此可知,燕麦在不同的氮添加量和氮添加比例条件下,籽粒产量与产量构成因素的相关性表现呈正相关关系,对提高燕麦的产量具有重要的作用。

3 讨论

适当的施氮量可以促进燕麦株高生长,而过多的施氮量则会对株高起到抑制作用。对作物的产量有一定的影响[16]。

植物叶片是植物进行光合作用的重要器官,叶面积大小会直接影响光合作用。通常情况下二者表现为正相关关系,光合产物积累越多,产量越高[17]。本实验表明,施加氮肥在一定程度上能够影响燕麦的生长指标、促进燕麦的生长。在拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,不同氮添加处理均对叶面积产生显著性影响。

合理施加氮肥可以增加作物产量,添加过量则有可能抑制作物生长,使产量降低。氮素的利用有利于作物的物质积累,促进作物进行光合作用,进而获得高产量[18]。研究认为随着施肥量的增加,氮素的利用效率不能无限增加,找到作物最合适的施肥水平才能发挥肥料的最大经济效益[19]。通过进行氮添加实验,筛选出合适的施肥组合,对燕麦的科学种植有着重大的意义。燕麦产量随着氮素添加量的增加而增加, 施肥量达一定量时, 产量达到最高, 再继续增加氮素添加量则产量下降[20]。燕麦产量决定于构成产量的各要素, 如花序长度、每穗小穗数、每小穗小花数、结实小花数等的变化[21]。本实验中,氮素添加对燕麦的产量及其构成因素有显著影响,在氮素添加量为180 kg·hm-2、氮添加比例为7∶3时产量及其构成因素达到最大值。