馬 祥, 賈志鋒*, 張永超, 張 然

(1. 青海省青藏高原優(yōu)良牧草種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 青海大學(xué)畜牧獸醫(yī)科學(xué)院， 青海 西寧 810016；2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院， 甘肅 蘭州 730070)

燕麥(AvenasativaL.)是一種優(yōu)良的糧飼兼用作物，其籽實(shí)、稃殼、莖葉等均可作為各類家畜的優(yōu)良飼料[1～3]，具有耐貧瘠、耐鹽堿、耐寒、耐旱，分蘗再生能力強(qiáng)等優(yōu)良特性[4]，已成為青藏高原高寒牧區(qū)近年來(lái)大力推廣的優(yōu)選牧草[5-6]。燕麥作為人工草地的主要栽培種，在解決青藏高原高寒地區(qū)草畜季節(jié)性供求矛盾、保護(hù)生態(tài)環(huán)境和促進(jìn)草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面意義重大。在青海燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展中，國(guó)內(nèi)外科研人員在品種選擇[7]、施肥[8]、播種密度[9]、混播[10]、最佳播期[11]以及營(yíng)養(yǎng)品質(zhì)評(píng)價(jià)[12]等方面進(jìn)行了大量的研究工作。

施肥對(duì)提高作物的產(chǎn)量具有非常重要的作用，對(duì)糧食增產(chǎn)的貢獻(xiàn)超過(guò)50%，青海牧區(qū)具有青藏高原典型的高寒氣候特點(diǎn)，地理位置特殊、自然條件嚴(yán)酷，枯草期長(zhǎng)，補(bǔ)飼飼草嚴(yán)重缺乏，為滿足青海燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，化肥被大量施用到土壤中[9,13～14]。因未進(jìn)行科學(xué)種植，連作等現(xiàn)象普遍存在，為了保證產(chǎn)量不下降，化肥的施用量越來(lái)越大，致使土壤肥力下降，板結(jié)、鹽漬化加劇，形成惡性循環(huán)，從而導(dǎo)致農(nóng)田環(huán)境污染、農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)下降。

因此，怎樣既能在高投入的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式下保持或改善耕地的土壤質(zhì)量，又可實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)前急需解決的重要問(wèn)題[15]。生物有機(jī)肥是以優(yōu)質(zhì)肥料型有機(jī)質(zhì)為載體，加入特定功能微生物復(fù)合而成的一類兼具微生物肥和有機(jī)肥效應(yīng)的肥料。生物有機(jī)肥已在多種作物上使用，包括水稻(OryzasativaL.)[16]，棉花(Gossypiumspp)[17]，煙草(Nicotianatabacum)[18]等，研究表明，生物有機(jī)肥不僅能夠提高土壤有機(jī)質(zhì)含量、改善土壤物理性狀、調(diào)節(jié)植物生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)能夠增強(qiáng)植物抗病蟲(chóng)的能力、改善植物根際營(yíng)養(yǎng)環(huán)境、分解土壤中難溶的磷、鉀化合物，減少氮、磷、鉀的淋溶損失，促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)元素的吸收從而提高農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)。生物有機(jī)肥兼有傳統(tǒng)有機(jī)肥與添加有機(jī)菌劑的優(yōu)勢(shì)，一定程度上可以增強(qiáng)作物抵抗不良環(huán)境的能力[19]，合理使用還可達(dá)到增產(chǎn)的效果。

為了解生物有機(jī)肥在青藏高原高寒牧區(qū)燕麥上的應(yīng)用效果，及其對(duì)常規(guī)化肥替代作用，本試驗(yàn)通過(guò)設(shè)置不同的生物有機(jī)肥施用量，通過(guò)測(cè)定土壤性質(zhì)指標(biāo)及燕麥產(chǎn)量，探究生物有機(jī)肥在燕麥生產(chǎn)上的應(yīng)用，為生物有機(jī)肥的推廣提供有力的科學(xué)依據(jù)，進(jìn)一步為青藏高原高寒地區(qū)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展、農(nóng)民增產(chǎn)增收和環(huán)境生態(tài)效益起到指導(dǎo)意義[6]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地自然概況

試驗(yàn)地位于青海省湟中縣魯沙爾鎮(zhèn)，地勢(shì)平坦，地理坐標(biāo)101°37′ E，36°28′ N，海拔2 620 m，氣候寒冷潮濕，無(wú)絕對(duì)無(wú)霜期，年均溫 3.7 ℃，歷年年降水量481 mm(降雨和降雪)，土質(zhì)栗鈣土，前茬蕎麥，土壤有機(jī)質(zhì)含量19.98 g·kg-1，速效N含量 24.2 mg·kg-1，速效P(P2O5)13.43 mg·kg-1，速效鉀(K2O)110.32 mg·kg-1，pH為8.4。

表1 不同年份間降雨量Table 1 Rainfall through years

1.2 試驗(yàn)材料

供試燕麥品種為林納，由青海省畜牧獸醫(yī)科學(xué)院提供。供試生物有機(jī)肥為加爾蘇生物有機(jī)肥(有效活菌數(shù)≥0.20 g·億；有機(jī)質(zhì)≥40.0%)，由青海余禾生物有機(jī)肥料廠提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2015年-2017年田間試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，CK1：不施肥；CK2：?jiǎn)问┏Ｒ?guī)化肥(參照當(dāng)?shù)匮帑溕a(chǎn)施肥量，尿素75 kg·hm-2，磷酸二銨150 kg·hm-2)；T1：3000 kg·hm-2生物有機(jī)肥作底肥撒施翻耕；T2：4 500 kg·hm-2生物有機(jī)肥作底肥撒施翻耕；T3：6 000 kg·hm-2生物有機(jī)肥作底肥撒施翻耕。各處理三次重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)面積15 m2(3 m × 5 m)，行距25 cm，燕麥播量187.5 kg·hm-2，播深3～4 cm。統(tǒng)一播種，條播，播后耙耱；田間除草 2次，花期除雜1次，種子收獲實(shí)行單打單收。

1.4 測(cè)定指標(biāo)及方法

1.4.1土壤指標(biāo) 在燕麥?zhǔn)斋@后的試驗(yàn)田分別取土壤樣本，在各處理 0 ～ 15 cm耕層隨機(jī)采取 5點(diǎn)新鮮土樣混合均勻后帶回實(shí)驗(yàn)室。風(fēng)干后用于土壤理化指標(biāo)的測(cè)定。土壤pH值測(cè)定采用pH計(jì)法；全氮含量測(cè)定采用半微量凱氏法；堿解氮含量測(cè)定采用堿解擴(kuò)散法；全磷含量測(cè)定采用鉬銻抗比色法；有效磷含量測(cè)定采用高錳酸鉀氧化-葡萄糖還原法；全鉀含量測(cè)定采用NaOH熔融-火焰光度計(jì)法；有機(jī)質(zhì)含量測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法[20～21]。

1.4.2燕麥產(chǎn)量指標(biāo) 株高：每小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)均勻的燕麥植株，直接測(cè)定株高。

產(chǎn)量構(gòu)成要素：測(cè)定穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、單株粒數(shù)、單株粒重、千粒重。每小區(qū)隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)均勻的燕麥植株，帶回實(shí)驗(yàn)室晾干后測(cè)定。

產(chǎn)量：成熟期以小區(qū)為面積測(cè)定秸稈量(風(fēng)干重)和種子產(chǎn)量。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

采用Origin軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，應(yīng)用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)及方差分析，采用Duncan法對(duì)處理間差異顯著性進(jìn)行分析比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對(duì)燕麥生長(zhǎng)、產(chǎn)量及土壤理化特性的影響

2.1.1不同施肥處理對(duì)燕麥秸稈產(chǎn)量的影響 通過(guò)小區(qū)面積的秸稈產(chǎn)量計(jì)算理論產(chǎn)量(圖1)，三年燕麥秸稈產(chǎn)量在不同處理?xiàng)l件下的變化趨勢(shì)大致相同，CK2處理最高，顯著高于其他處理(P<0.05)，施用有機(jī)肥處理三年來(lái)均顯著高于CK1(P<0.05)，T2處理水平下燕麥秸稈產(chǎn)量居于第二，且T3處理略高于T2，但2015年和2017年二者之間差異不顯著，2016年表現(xiàn)為T3處理顯著高于T1處理(P<0.05)。

圖1 不同施肥處理對(duì)燕麥秸稈產(chǎn)量的影響Fig.1 Effects of different fertilization treatments on the yield of oats forage grass注：CK1：不施肥處理；CK2：常規(guī)化肥處理；T1：3 000 kg·hm-2生物有機(jī)肥處理；T2：4 500 kg·hm-2生物有機(jī)肥處理；T3：6 000 kg·hm-2生物有機(jī)肥處理；不同小寫(xiě)字母表示因素間差異顯著(P<0.05)；下同Note:CK1:control group without fertilizers;CK2;treatment with chemical fertilizers;T1:3 000 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;T2:4 500 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;T3:6 000 kg·hm-2 bio-organic fertilizer;Different letters in same column means significant differences at the 0.05 level. The same as below

2.1.2不同施肥處理對(duì)燕麥種子產(chǎn)量的影響 通過(guò)小區(qū)面積的種子產(chǎn)量計(jì)算理論產(chǎn)量(圖2)。三年的種子產(chǎn)量結(jié)果顯示，CK2處理顯著高于其他處理(P<0.05)，T1，T2，T3處理的燕麥平均種子產(chǎn)量分別為4 124.28 kg，4 933.58 kg，4 407.63 kg，較不施肥處理顯著增高且處理間差異顯著(P<0.05)，三年內(nèi)均是T2處理種子產(chǎn)量最高，較CK1處理分別高出0.45倍，0.37倍和0.42倍，除2015年T1和T3處理種子產(chǎn)量差異不顯著外，其他年份各處理間差異均顯著(P<0.05)。青海地區(qū)年份間的天氣和環(huán)境因素對(duì)燕麥的產(chǎn)量有較大的影響(表1)，2015年至2017年降雨量逐年增加，各處理間產(chǎn)量均逐年增高。

圖2 不同施肥處理對(duì)燕麥種子產(chǎn)量的影響Fig.2 Effects of different fertilization treatmentson oats seed yield

2.1.3不同施肥處理對(duì)燕麥株高的影響 由圖3可知，三年數(shù)據(jù)均表現(xiàn)為施化肥處理的燕麥株高最高，施肥處理均顯著高于CK1處理(P<0.05)，且隨著有機(jī)肥施肥量的增加，燕麥株高呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，在T2處理下株高最高，相比對(duì)照高出14.38%，25.34%和34.05%，2015年和2016年T1和T3處理差異不顯著。除2017年T2處理與CK2處理差異不顯著外，T2處理均顯著高于其他處理(P<0.05)。

2.1.4不同施肥處理對(duì)燕麥穗長(zhǎng)、主穗小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)及單株粒重的影響 由圖4可以知，CK2處理燕麥穗長(zhǎng)、主穗小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)及單株粒重均表現(xiàn)為最佳，在2015年、2017年穗長(zhǎng)、主穗小穗數(shù)除與T2差異不顯著，均與其他處理差異顯著(P<0.05)，單株穗粒數(shù)及單株粒重與其他處理年紀(jì)間差異均顯著(P<0.05)，其次是有機(jī)肥T2處理。穗長(zhǎng)在有機(jī)肥處理下有細(xì)微變化，2016年有機(jī)肥T3處理穗長(zhǎng)高于T2，但差異不顯著，2017年T2處理與CK2差異不顯著。主穗小穗數(shù)在2015年和2017年，T2處理與CK2處理差異不顯著，顯著高于其他處理(P<0.05)，相比CK1高出59.1%和64.7%。單株穗粒數(shù)在各處理?xiàng)l件下呈現(xiàn)趨勢(shì)與單株粒重大體一致，均表現(xiàn)為CK2處理最佳，T2處理略低于CK2，有機(jī)肥處理相比不施肥顯著增加了燕麥的單株穗粒數(shù)和單株粒重(P<0.05)。

2.1.5不同施肥處理對(duì)種子千粒重的影響 由圖5可以看出，2015年和2016年燕麥種子千粒重施化肥處理顯著高于其他處理，2017年有機(jī)肥T2處理較化肥處理差異不顯著，三年有機(jī)肥處理相比不施肥處理均顯著增加了燕麥種子的千粒重(P<0.05)，尤其是T2處理，高出不施肥處理0.29倍，1.1倍和0.27倍，除2015年外，有機(jī)肥T1與T3處理差異均顯著(P<0.05)。

圖3 不同施肥處理對(duì)燕麥株高的影響Fig.3 Effects of different fertilization treatments on oats plant height

圖4 不同施肥處理對(duì)燕麥穗長(zhǎng)、主穗小穗數(shù)、單株穗粒數(shù)及單株粒重的影響Fig.4 Effects of different fertilization treatments on ear length,spikelets,grain number and grain weight of oat

圖5 不同施肥處理對(duì)種子千粒重的影響Fig.5 Effects of different fertilization treatments on seed 1 000-grain weight

2.1.7不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響 土壤是植物賴以生存的環(huán)境條件，本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定2015-2017年不同施肥處理下的8個(gè)土壤指標(biāo)，分析不同的施肥量對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響(表2)。2015年、2016年CK2處理下土壤全氮、堿解氮、速效磷含量為最高，T2處理下全磷、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量最高，2015年不同有機(jī)肥處理下的土壤全氮含量差異不顯著，均在1.46 g·kg-1左右，且在2016年和2017年逐漸增加，有機(jī)肥處理土壤堿解氮含量隨著施入量的增加先增高后降低，T2處理最優(yōu)。2016年CK1處理各項(xiàng)指標(biāo)含量最低，且均與T2，CK2處理有顯著差異2017年T2處理土壤堿解氮、速效磷、全鉀、速效鉀、有機(jī)質(zhì)含量最高，CK2處理除了全氮、全磷外其余指標(biāo)均與T2處理有顯著差異，2015年土壤有機(jī)質(zhì)含量CK1最低，施加化肥可以顯著增加有機(jī)質(zhì)含量，但效果顯著低于有機(jī)肥處理，2016年有機(jī)肥T1處理顯著低于CK2(P<0.05)，T3處理與CK2相同，無(wú)顯著差異，2017年與2015年表現(xiàn)一致；試驗(yàn)地土壤為堿性，pH為8，施入化肥和生物有機(jī)肥能夠調(diào)節(jié)土壤pH，三年來(lái)呈現(xiàn)趨勢(shì)大致相同，施加有機(jī)肥均降低了土壤pH，且處理間差異顯著(P<0.05)。

表2 不同年份不同施肥處理對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響Table 2 Effects of different fertilization treatments in different years on soil physical and chemical properties

2.2 燕麥農(nóng)藝性狀與種子產(chǎn)量的相關(guān)性分析

對(duì)不同年份的燕麥農(nóng)藝性狀與種子產(chǎn)量做了相關(guān)性分析(表3)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三年種子產(chǎn)量與株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、單株穗粒、單株穗重及千粒重均呈極顯著正相關(guān)(P< 0.01)。在各農(nóng)藝性狀中，種子產(chǎn)量與穗長(zhǎng)的相關(guān)性最小，三年均值達(dá)到0.858，2015年和2016年種子產(chǎn)量與主穗小穗數(shù)的相關(guān)性最強(qiáng)，且與千粒重的相關(guān)性均在0.9以上，而2017年與單株穗粒數(shù)相關(guān)性達(dá)到最高，為0.974，與千粒重相關(guān)性為0.898。

表3 不同年份燕麥農(nóng)藝性狀與種子產(chǎn)量的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of oat agronomic traits and seed yield in different years

注：**表示因素的影響達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，*表示因素的影響達(dá)到顯著水平(P<0.05)

Note：** and * is represent for significant difference at the 0.01 and 0.05 level respectively

3 討論

3.1 不同施肥處理對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響

施肥是提高作物產(chǎn)量的關(guān)鍵措施之一[8]。眾多研究結(jié)果表明，生物有機(jī)肥含有大量的有機(jī)物質(zhì)、無(wú)機(jī)物質(zhì)和有益微生物，施入土壤以后能迅速提高土壤有機(jī)質(zhì)含量和微生物的數(shù)量，增強(qiáng)土壤酶活性，促進(jìn)土壤難溶性礦物質(zhì)養(yǎng)分的釋放，進(jìn)一步提高土壤養(yǎng)分的有效性，從而提高作物產(chǎn)量[22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，生物有機(jī)肥的使用提高了燕麥各農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的表現(xiàn)值，并且隨著有機(jī)肥施肥量的增加，相比不施肥處理燕麥的株高、穗長(zhǎng)、小穗數(shù)、單株粒數(shù)及株粒重等產(chǎn)量相關(guān)性狀及秸稈和種子產(chǎn)量增高明顯，這與李春花[23]等人的研究結(jié)果相似。對(duì)產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析比較發(fā)現(xiàn)，種子產(chǎn)量與穗部性狀顯著相關(guān)，這與前人在水稻上的研究結(jié)果一致[24]。潘大偉[25]等人對(duì)小麥?zhǔn)┓实难芯堪l(fā)現(xiàn)，有機(jī)肥與化肥配施均顯著提高了小麥產(chǎn)量和土壤肥力，且較單施化肥效果更好，本試驗(yàn)施化肥處理增加了與燕麥產(chǎn)量相關(guān)的多個(gè)要素，且效果優(yōu)于生物有機(jī)肥處理，施常規(guī)化肥和與施4 500 kg·hm-2生物有機(jī)肥處理相比產(chǎn)量種子產(chǎn)量和秸稈上增加了8.17%，9.08%，后期試驗(yàn)可進(jìn)行生物有機(jī)肥替代部分化肥，相互配合使用達(dá)到燕麥增產(chǎn)增效[26]。

3.2 不同施肥處理對(duì)燕麥土壤理化特性的影響

施用生物有機(jī)肥4 500 kg·hm-2和施常規(guī)化肥比較，施常規(guī)化肥處理產(chǎn)量略高，但土壤有機(jī)質(zhì)在逐年遞減，而施生物有機(jī)肥土壤有機(jī)質(zhì)在逐年增加。作物生產(chǎn)過(guò)程中，單一的施用化肥會(huì)破壞土壤的自我調(diào)節(jié)能力，使土壤的肥力下降，而生物肥中含有大量的微生物，能夠活化土壤，改善土壤微環(huán)境，提高肥力[27-31]且生物有機(jī)肥對(duì)燕麥有明顯增產(chǎn)效果。

在本試驗(yàn)中，生物有機(jī)肥在土壤理化性質(zhì)的改善方面表現(xiàn)出很好的效果。施肥處理相比不施肥處理土壤的全氮含量和速效氮含量呈現(xiàn)出明顯的效果，但有機(jī)肥含量的多少對(duì)其影響較小，此外，有機(jī)肥處理顯著增加了土壤的全磷、全鉀、速效磷和速效鉀含量。土壤的有效磷含量是反映土壤本身供磷水平的指標(biāo)，短期施肥后，有機(jī)肥含有的較易分解的部分有機(jī)磷釋放到土壤中，直接進(jìn)入土壤的速效養(yǎng)分庫(kù)，使得土壤中的有效磷大幅度增加[32-33]。因此，施用有機(jī)肥可短時(shí)間內(nèi)快速提升土壤中有效磷的含量，李歡[34]等人關(guān)于有機(jī)肥對(duì)土壤養(yǎng)分的研究結(jié)果同樣是生物有機(jī)肥顯著提高了土壤的速效磷含量，與本研究相一致。是因生物有機(jī)肥中磷含量較高，且被土壤吸收利用率較高，更為重要的是，有機(jī)肥實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，能夠促使土壤的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化調(diào)整，促進(jìn)土壤難溶性礦物質(zhì)養(yǎng)分的釋放，使土壤有效養(yǎng)分增加，在此背景之下促使燕麥土壤當(dāng)中的養(yǎng)分含量得到大幅度提升[35]。施用有機(jī)物料可以加速有機(jī)碳分解，增強(qiáng)土壤同化作用，從而培肥土壤且改善土壤結(jié)構(gòu)[36]。在本試驗(yàn)中，隨著有機(jī)肥料的使用，土壤有機(jī)質(zhì)含量呈現(xiàn)出遞增的趨勢(shì)，且效果優(yōu)于化肥處理，與田小明[17]等人的研究結(jié)果一致。此外，生物有機(jī)肥在土壤pH的改良方面起到關(guān)鍵的作用，降低了土壤的pH，這與馮偉[37]對(duì)旱地玉米的研究及莊鐘娟[38]等人在番茄上的研究結(jié)果相符。

4 結(jié)論

合理施用生物有機(jī)肥，不僅能使燕麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，且能改善土壤肥力，增加土壤有機(jī)質(zhì)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，施用4 500 kg·hm-2的生物有機(jī)肥能夠顯著提高燕麥的種子和秸稈產(chǎn)量，改善土壤理化性質(zhì)，且對(duì)單株小穗數(shù)及千粒重等的增產(chǎn)作用與化肥效果相當(dāng)。只施用化肥雖然產(chǎn)量較高，但會(huì)使土壤肥力逐年下降，需要逐年加大化肥的用量才能維持土壤養(yǎng)分的平衡、保持作物的產(chǎn)量。生物有機(jī)肥既能供應(yīng)作物所需要的各種養(yǎng)分，又能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，是化學(xué)肥料所不及的。雖然目前生物有機(jī)肥在整個(gè)肥料市場(chǎng)上因成本比常規(guī)化肥較高所占市場(chǎng)份額較少，在以后的研究中，可以嘗試施加更多的生物有機(jī)肥替代部分化肥或與土壤改良劑相互配合使用的方式來(lái)使燕麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，為青海東部農(nóng)區(qū)燕麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。