北方农牧交错区复种燕麦品种的筛选与评价

袁 波，徐丽君，赵雅茹，聂莹莹，杨 敏，薛 玮，吴欣珈，孟庆全，孟宪文

（1.青岛农业大学资源与环境学院, 山东 青岛 266109；2.北方干旱半干旱耕地高效利用全国重点实验室 / 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所 / 内蒙古呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站, 北京 100081；3.内蒙古正时生态农业(集团)有限公司,内蒙古 呼和浩特 010000；4.呼伦贝尔农垦特泥河农牧场有限公司, 内蒙古 呼伦贝尔 021000；5.呼伦贝尔农垦谢尔塔拉农牧场有限公司, 内蒙古 呼伦贝尔 021000）

北方农牧交错区是我国半干旱生态过渡带及半农半牧生态脆弱带，是种植业和畜牧业交织的缓冲带，生产潜力巨大，在保障粮食安全中发挥着重要作用。该区域也是传统农业种植向畜牧业过渡的区域，其草地资源非常丰富，是我国非常重要的畜牧业基地[1]。由于全球气候变暖和降水分布不均匀以及降水量减少，造成地表水资源匮乏，影响草原植被生长，导致天然鲜草产量连续降低，这种趋势仍在持续。随着经济的发展以及人们对畜牧产品的需求不断增大，过度放牧加剧了草原退化，导致畜牧业的发展与草原生态保护之间存在极大的不平衡[2]。因此，建立栽培草地对促进畜牧业发展、减缓天然草地退化具有重要意义。

2015 年中央‘一号文件’提出加快发展草牧业，农业农村部出台了《关于促进草牧业发展的指导意见》，对不同区域发展草牧业进行设计和指导，在我国广大的农区、农牧交错区和部分牧区因地制宜地发展高产优质栽培草地和半栽培草地，可以大幅度提高草地的牧草产量和品质[3]。栽培草地主要建植于中低产田[4]与撂荒地[5]。栽培草地能够有效防止黑土地水土流失，其原因是植被覆盖率大，并且根系密集[6]。通常采用草田轮作的方式解决饲草与作物的用地矛盾。草田轮作是当前消减连作障碍在农业生产中成本低、易推广的措施之一，通过科学的轮作方式既能有效减少连作引起的土壤理化环境恶化，也能使土壤中微生物多样性增加、活性增强，对逐步恢复土壤健康具有重要作用[7]。

复种是我国南北方耕作种植方式中被广泛采用的一种，以提高土地利用率，在我国农业生产中占据重要地位[8]。根据不同地区的土地与气候资源特点，利用复种方式生产优质饲草，能够提高该区域饲草的质量和数量，冷季不仅饲草数量少而且质量差，影响经济效益，加之气候条件和生态环境恶劣地区的多重作用，造成饲草短期充裕、长期不足的情况频发，而通过复种方式可以有效缓解，能够为当地发展农区及农牧交错区畜牧产业提供大量优质饲草[9-13]。

燕麦(Avena sativa)为禾本科植物，可作为粮食作物与饲草料[14]，燕麦富含膳食纤维，降脂降糖，具有抗寒旱、耐盐碱、耐瘠薄等优点，抵御农业风险系数高[15-16]。燕麦干草不仅营养价值高而且适口性好，属于优质饲草，品质显著优于麦秸等，有助于缓解呼伦贝尔地区饲草短缺供求不平衡等问题，同时也对保障区域粮食安全具有重要意义[17-18]。饲用燕麦富含水溶性碳水化合物并且中性洗涤纤维含量较低，其干草的适口性更好[19-20]，基本能满足家畜冷季的营养需求。从燕麦的生长习性来看，呼伦贝尔地区夏季时间短、降水集中，秋季气温骤降，霜冻早的气候条件最适宜燕麦生长。以呼伦贝尔市为代表的农牧交错区，缺少产量高、品质好、成熟早的饲草品种，是影响该地区草畜平衡发展的主要因素[21]。为解决饲草短缺的问题，筛选复种指数高、高产优质的牧草燕麦品种具有重要意义。然而关于燕麦复种的研究相对较少[22-23]，特别是针对北方寒旱区冷凉气候条件。因此，本研究开展筛选适宜于呼伦贝尔地区复种需求的优质饲用燕麦品种[24]，以期为当地提供适宜复种的优质品种，缓解家畜冬季饲草匮乏的草畜矛盾，为保障试验区畜牧业的健康发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于呼伦贝尔市海拉尔区谢尔塔拉农牧场，中国农业科学院呼伦贝尔草原生态系统国家野外科学观测研究站(49°23′13″ N，120°02′47″ E)，海拔627～635 m。该地区位于大兴安岭东北区域，属于农牧交错带地区，大陆性气候显著，年温差可达80 ℃，春季干燥风大，夏季时间短且温度低，秋季降温快且霜冻早，冬季寒冷漫长。年积温(1 690 ±110) ℃·d，有效积温利用率高，无霜期仅占全年三分之一，降水常集中在夏季，年平均降水量约400 mm。

土壤类型为暗栗钙土，试验地0－40 cm 土壤pH 6.85，有机质含量23.3 g·kg-1，全氮含量2.04 g·kg-1，全磷含量0.50 g·kg-1，全钾含量14.56 g·kg-1，碱解氮含量144.44 mg·kg-1，速效磷 含量16.98 mg·kg-1，速效钾含量228.79 mg·kg-1。

1.2 试验材料

‘燕麦品系1’‘燕麦品系2’‘燕麦品系3’‘小燕麦’‘香燕13 号’‘香燕8 号’和‘云南小燕麦’共7 个品种均来源于中国农业科学院农业资源与农业区划研究所。

1.3 试验设计

燕麦播种时间6 月26 日，前茬苜蓿(Medicago sativa)作物收割后，对土地进行翻耕，采用随机区组设计，试验区总面积615 m2，小区面积15 m2(3 m ×5 m)，试验小区间留1 m 保护行，播种行距20 cm，播种深度3～5 cm，采取条播后覆土压实，播种量150 kg·hm-2，4 次重复；该样地不施肥，不灌溉，燕麦出苗期施用一次除草剂，后续生育期人工拔除杂草。

1.4 测定指标与方法

统计发芽率、发芽势，每个供试材料每日固定观测一株测定其根长至试验结束，计算平均值。计算发芽指数、活力指数和平均发芽时间[25-26]。

发芽率 = (种子总发芽数/供试种子数) × 100%；

发芽势 = (规定时间内种子发芽数/供试种子数) ×100%；

千粒重：在纯净的样品中挑选颗粒饱满的种子1 000 粒，用精度为0.001 g 的天平称量。物候期：观察并记录各生育期，记录标准为50%的植株进入某生育期。形态特性测定：收获期各小区随机选取10 株燕麦，对其株高、叶长、叶宽、生长速率指标进行测定。产草量：为了避免边际效应干扰，先去掉小区侧边两行，再将余下的8 行留中间4 m，然后去掉两头即为实测小区面积。刈割测产后，从每个小区随机取1 kg 鲜草，编号称重，将称取鲜重后的样品置于105 ℃烘箱中杀青30 min 后，在60～65 ℃烘干至恒重，计算4 次重复干草样的平均值，通过含水量折算干草总产量。茎叶比：刈割测产后，从每个小区随机取约1 kg 的样品，将茎与叶片分离，然后将样品茎、叶分别编号称重，计算茎叶比。生长速率：生长速率(cm·d-1) = 收获时高度/生长天数。中性洗涤纤维(NDF)和酸性洗涤纤维(ADF)含量采用范氏VanSoest 法测定[27]。粗蛋白(CP)含量采用凯氏定氮法测定[28]。

饲料相对值(RFV)[29]：RFV=DMI×DDM/1.29。式 中：DMI= 120/NDF，DDM= 88.9 - 0.779 × ADF。

半纤维素含量(HC)：HC = NDF 含量 - ADF 含量。

灰色关联度分析：运用灰色关联度法对7 份燕麦品种进行综合评价。选用产量、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、粗蛋白、饲料相对值、半纤维素含量、发芽率、发芽势、发芽指数、活力指数、平均发芽时间、千粒重、根长，共计13 个指标进行权重综合评价，利用公式(1)～(4)分别计算关联度系数、等权关联度、权重系数和加权关联度[17]。

灰色关联度系数计算公式：

1.5 数据处理

采用Excel 2019 进行数据处理，SPSS 19.0 软件进行方差分析(P＜ 0.05)。利用Original 2017 制图。

2 结果与分析

2.1 不同燕麦品种萌发指标分析

品种间发芽率存在差异(表1)，其中‘燕麦品系2’与‘燕麦品系3’在85.00%以上，‘小燕麦’‘香燕13 号’‘燕 麦 品 系1’和‘云 南 小 燕 麦’在62.67%～75.33%，‘香燕8 号’不足50%，显著低于其他品种(P＜ 0.05)。‘燕麦品系3’发芽势最高，可达78.67%，‘香燕8 号’最低，仅为16.67%，‘燕麦品系3’发芽势是其他几个品种的1.30～4.72 倍(表1)。发芽指数‘燕麦品系3’最高，达到16.56，‘燕麦品系2’ ‘燕麦品系1’ ‘云南小燕麦’ ‘小燕麦’ ‘香燕13 号’在8.80～13.97，‘香燕8 号’最低(表1)。活力指数‘燕麦品系3’最高，达到79.45，‘香燕8 号’最低，仅为17.81，其余品种在27.56～53.26，‘燕麦品系3’是其他品种的1.49～4.46 倍。平均发芽时间‘燕麦品系3’为4.54 d，‘香燕8 号’与‘云南小燕麦’在6.97 d 以上，‘小燕麦’‘香燕13 号’ ‘燕麦品系1’ ‘燕麦品系2’在4.69～6.85 d(表1)。千粒重‘燕麦品系2’最高，达到30.05 g，‘香燕8 号’最低，为16.03 g，其余品种在22.91～28.47 g(表1)。根长‘燕麦品系3’达到4.80 cm，其余品种在3.13～3.76 cm，‘燕 麦 品 系3’根 长 是 其 余 品 种 的1.28～1.53 倍(表1)。

表1 燕麦种子萌发指标Table 1 Oat seed germination indices

2.2 不同燕麦品种物候期比较

7 个燕麦品种同时到达出苗期，‘香燕8 号’分蘖期、拔节期与孕穗期分别比其余品种推迟19～20、24 和16～19 d。复种燕麦9 月5 日收割，‘燕麦品系1’与‘香燕8 号’处于孕穗期—抽穗期，其余品种均处于孕穗期(表2)。

表2 燕麦各品种生育期时间Table 2 Growth period time of oat varieties

2.3 不同燕麦品种形态特性分析

收获时不同燕麦品种生育期均处于孕穗期。品种间株高存在差异，其中‘香燕13 号’高达71.79 cm，‘香燕8 号’最低，仅为31.93 cm，显著低于其他品 种(P＜ 0.05)，‘香 燕13 号’是 其 他 品 种 的1.10～2.25 倍(表3)。‘燕 麦 品 系2’与‘小 燕 麦’叶 片 较 长，在40.00 cm 以上，‘香燕13 号’‘香燕8 号’‘燕麦品系1’与‘云南小燕麦’在33.88～38.33 cm，‘燕麦品系3’最低，仅为33.49 cm。 ‘小燕麦’‘香燕13 号’‘燕麦品系1’叶片较宽，可达1.80 cm，‘燕麦品系2’‘燕麦品系3’‘云南小燕麦’在1.39～1.62 cm，‘香燕8 号’最低，仅为0.94 cm (表3)。

表3 收获时不同燕麦品种株高及叶片形态特征Table 3 Plant height and leaf morphological traits of different oat varieties at harvest

2.4 不同燕麦品种生产性能比较

2.4.1 生长速率

品种间生长速率存在差异，‘小燕麦’和‘香燕13 号’生长较快，‘燕麦品系1’‘燕麦品系2’‘云南小燕 麦’在1.09～1.27 cm·d-1，‘燕 麦 品 系3’与‘香 燕8 号’较慢，仅为0.68～0.91 cm·d-1。

2.4.2 产量

‘小燕麦’鲜草产量最高，达到25 959.18 kg·hm-2，‘香燕8 号’最低，仅为13 894.56 kg·hm-2，‘小燕麦’是其他品种的1.15～1.87 倍。‘香燕13 号’干草产量最高，达到4 614.17 kg·hm-2，‘香燕8 号’最低，仅为2 161.88 kg·hm-2，‘香燕13 号’是其余品种的1.01～2.13 倍(图1)。

图1 各品种鲜草及干草产量与干鲜比Figure 1 Fresh grass and hay yield and dry/fresh ratio of different oat varieties

2.4.3 干鲜比

7 个品种间干鲜比差异均不显著(P＞ 0.05)，其中‘香燕13 号’最高，达到0.196，‘燕麦品系2’‘燕麦品 系3’‘小 燕 麦’‘香 燕8 号’与‘燕 麦 品 系1’在0.165～0.189，‘云南小燕麦’最低，仅为0.157 (图1)。

2.5 不同燕麦品种茎叶产量及比值分析

品种间鲜茎重与鲜叶重存在明显差异，其中‘云南小燕麦’鲜茎重最高，达到0.58 kg，‘香燕8 号’鲜叶重最高，达到0.72 kg，‘燕麦品系2’‘燕麦品系3’‘香 燕13 号’鲜 茎 重 在0.50～0.54 kg，鲜 叶 重 在0.46～0.50 kg，‘香燕8 号’鲜茎重最低，仅为0.28 kg，‘云南小燕麦’鲜叶重最低，仅为0.42 kg。品种间茎叶比存在差异，‘小燕麦’与‘云南小燕麦’较高，达到1.38，‘燕麦品系1’‘燕麦品系2’‘燕麦品系3’‘香燕13 号’在1.03～1.31，‘香燕8 号’最低，仅为0.39，说明其叶量丰富(表4)。

表4 燕麦茎叶产量及比值Table 4 Oat stem and leaf yields and stem-to-leaf ratio

2.6 不同燕麦品种营养品质特征

品种间中性洗涤纤维含量存在明显差异，其中‘小燕麦’和‘香燕13 号’在49.80%以上，‘燕麦品系2’‘燕 麦 品 系1’‘燕 麦 品 系3’‘云 南 小 燕 麦’在45.13%～47.18%，‘香燕8 号’最低，仅为43.39% (表5)。酸性洗涤纤维含量以‘燕麦品系1’最高，达到23.55%，‘燕麦品系2’最低，仅为20.79%，‘燕麦品系1’是其他品种的1.04～1.13 倍(表5)。粗蛋白含量以‘香燕8 号’最高，达到18.43%，‘香燕13 号’最低，仅为12.24% (表5)。饲料相对饲喂值以‘香燕8 号’最高，达到154.93，‘香燕13 号’最低，仅为133.34 (表5)。半纤维素含量‘小燕麦’与‘香燕13 号’在27.00%以上，‘燕麦品系2’‘燕麦品系3’‘燕麦品系1’‘云南小燕 麦’在23.30%～25.73%，‘香 燕8 号’最 低，仅 为21.75% (表5)。

表5 不同燕麦品种饲用价值比较Table 5 Comparison of the feeding value of different oat varieties

2.7 灰色关联度分析

对品质与生产性能共计13 项指标进行灰色关联度综合分析，7 个燕麦品种的综合排名依次为‘燕麦品系3’ ＞ ‘燕麦品系2’ ＞ ‘小燕麦’ ＞ ‘香燕13 号’ ＞‘燕麦品系1’ ＞ ‘云南小燕麦’ ＞ ‘香燕8 号’，‘燕麦品系3’综合表现最好(表6)。

表6 燕麦各指标关联度结果Table 6 Results of correlation analysis of different indicators of oat

3 讨论

3.1 复种制度下燕麦早熟性至关重要

燕麦在呼伦贝尔地区的优劣适应性，生育周期可以作为评价指标之一，而气候条件与播种期以及作物自身遗传因素等均对生育期有影响[30]。由于可供复种植物生长的时间短促，因此合适的播种时间不仅能保证种子及时萌发，而且出苗环节的管理是保证苗齐苗壮的关键，这也是评价品种高产高效的基础[8]。有研究表明在降水和温度条件适宜的情况下，燕麦播种后一周左右即可出苗[31-32]，而贮藏会通过各种生理生化反应致使种子老化、劣变，影响种子活力[24]，但种子本身的质量好坏对试验结果的影响大于储存年限的影响[33]。参试的7 个燕麦品种从播种到出苗时间为15 d，主要是试验播种时间为6 月26 日，受当地昼夜温差大、降水少的干扰，不适宜燕麦种子萌发，导致燕麦出苗期略有推迟，这与徐长林[31]、杨发林和胡自治[34]的研究报道一致，在贮藏条件下多长时间能保持燕麦种的出苗率和燕麦生长势有待了解。生育期是评价燕麦品种对区域适应性的直观表现之一[35]。这主要与品种遗传特性的差异有关[36-39]，本研究发现，7 个燕麦品种到达孕穗期‘香燕8 号’用时最长，为71 d，‘香燕13 号’用时最短，仅为52 d，其余燕麦品种用时居中，均为55 d，而且‘小燕麦’与‘香燕13 号’生长最快，二者的干草产量也最高，所以在复种中这两个品种具有良好的竞争优势与推广优势。

3.2 不同饲用燕麦品种生产性能比较

产量是生产者追求的最终目标，也是判断作物生产和经济效益的主要指标[37-40]。充分了解不同地理来源饲草燕麦品种在特定生长环境中的适应性表现，是准确判断某一品种生产性能和利用价值的前提[41]。燕麦的适应性不仅受遗传特点，还受气候条件以及栽培措施等因素的影响[36]，因此适宜的生长环境及科学的栽培措施是能够让品种遗传特性得以充分表达的重要条件，进而达到高产、优质的目的[42]。燕麦饲草产量受植株高度、叶片长度、茎叶比和干鲜比等因子综合作用的影响[37]。鲍根生等[43]研究表明，植株越高大产量则越高，说明植株高度与产量正相关[44-45]。牧草营养价值受多指标影响，茎叶比是重要指标之一，有研究表明茎叶比与粗蛋白含量负相关，与纤维素含量正相关[46]。本研究中，7 个供试燕麦品种中‘香燕13 号’的株高最高，‘小燕麦’次之，干草产量也是‘香燕13 号’最高，其次是‘小燕麦’。由此可见，燕麦植株高度与产量正相关，本研究结果表明较高的植株有相对较高的生产潜力，这与柴继宽等[47]的研究结果一致。有研究表明植物的光合作用与呼吸作用主要在叶片中进行，同时能够为自己制造食物，储存营养物质，满足生长需求[48]，燕麦不同器官中的营养价值不同，按营养价值由高到低依次为叶片、籽粒、茎秆[49]。研究发现‘香燕8 号’的茎叶比显著低于其他品种(P ＜0.05)，而牧草的营养物质主要在叶片中，因此茎叶比与饲草中的营养物质含量负相关，这与研究结果中‘香燕8 号’粗蛋白含量和RFV 值最高的结论一致，也与徐长林[31]、王桃等[50]的研究结果一致。

3.3 不同燕麦品种营养品质、饲喂价值分析与综合排名

评价牧草优劣性的最好方法是检测其营养价值的高低[51]。测定粗蛋白是为了解饲料中必需氨基酸的营养含量，因为牲畜体内不能合成必需氨基酸或合成速度较慢，所以必须从饲料中获取[52]。本研究对7 个燕麦品种的粗蛋白含量、纤维素含量等5 个营养成分进行测定发现，7 个供试燕麦除酸性洗涤纤维外，其余4 项指标间存在差异，粗蛋白含量介于12.24%～18.43%，其中‘香燕8 号’的最高，为18.43%。相对饲喂价值差异较明显，最高的品种为‘香燕8 号’，最低的为‘香燕13 号’，这与林伟静等[53]不同品种燕麦对其营养品质影响的研究结果一致。中性洗涤纤维影响饲草的采食率，酸性洗涤纤维影响饲草的消化率[54]。相对饲喂价值是体现家畜能从牧草中获得多少营养的指标，其值越高，说明该饲草的营养价值越高[55-56]，本研究中，‘香燕8 号’最高，饲用价值最高，‘香燕13 号’最低，饲用价值最差。

灰色关联度是对各品种多个性状的综合评价，使评价结果更全面可靠，为避免单一指标判断的片面性，本研究将13 个指标进行权重分析，根据分析结果综合判别7 种燕麦材料的生产性能，为筛选出适宜该地区种植和推广的品种提供可靠依据[57-58]。本研究结果中，按综合评价排名依次为‘燕麦品系3’ ＞ ‘燕麦品系2’ ＞ ‘小燕麦’ ＞ ‘香燕13 号’ ＞ ‘燕麦品系1’ ＞ ‘云南小燕麦’ ＞ ‘香燕8 号’，综合评价值依 次 为0.956、0.939、0.929、0.924、0.910、0.887 和0.828。虽然‘香燕8 号’粗蛋白含量与相对饲喂价值最高，但是其生长速率最慢，草产量最低，综合评价排名最差，因此不能作为最优品种在北方农牧交错区复种推广。

4 结论

在呼伦贝尔地区，综合评价了7 个燕麦品种在燕麦复种试验中的表现，部分参试品种表现良好，在未完成整个生育期的情况下，‘香燕13 号’的株高与干草产量最高，适宜种植。如果在饲草产量的基础上兼顾品质，则‘燕麦品系3’‘燕麦品系2’‘小燕麦’‘香燕13 号’和‘燕麦品系1’综合表现较好，也适宜在试验区推广种植。