王曉雪，侯莉萍，張美俊，路花，馮美臣，楊武德

（山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學院，山西太谷030801）

我國是世界上氮肥年施用量最多的國家之一，由于氮肥盲目施用，導致農(nóng)田土壤大量氮素盈余，不僅造成氮肥資源浪費，還影響土壤生態(tài)環(huán)境，造成土壤酸化、板結(jié)、污染等與土壤質(zhì)量有關(guān)的問題[1-2]。減量施氮及合理高效施用氮肥成為目前土壤學和植物營養(yǎng)學等的研究熱點之一。減少氮肥投入，用有機肥替代高效管理養(yǎng)分資源，是實現(xiàn)作物高產(chǎn)和農(nóng)田環(huán)境保護的根本出路，也是實現(xiàn)我國“到2020年化肥零增長”目標的重要途徑之一[3]。多數(shù)試驗研究表明，有機肥替代部分氮肥能夠顯著改善作物生長和提高作物產(chǎn)量。減氮50%配施有機肥能顯著調(diào)節(jié)馬鈴薯花前花后耗水量，增加生物量和提高生長速率，使馬鈴薯塊莖產(chǎn)量、水分利用效率和養(yǎng)分利用效率增加，研究認為，減氮配施有機肥是資源高效和作物增產(chǎn)的養(yǎng)分有效管理模式[4]。減氮50%～80%配施有機肥對玉米拔節(jié)期和大喇叭口期地上、地下生長均有顯著促進作用[5]。減氮20%配施生物有機肥是提高玉米產(chǎn)量的推薦施肥措施[6]。有機肥替代20%化肥處理的早稻產(chǎn)量較常規(guī)施肥處理增加1.58%，且氮肥利用率提高了7.84百分點[7]。減氮與有機肥配施有助于增加冬小麥和夏玉米的生物量及產(chǎn)量[8]。

關(guān)于減氮配施有機肥研究，目前大多集中在其對作物生長生理特性和產(chǎn)量的影響上，對作物氮素積累和品質(zhì)影響方面的研究報道相對較少。而氮肥和有機肥均會影響作物氮素積累、轉(zhuǎn)運，提高籽粒氮素的獲取能力是提質(zhì)的關(guān)鍵[9-11]。燕麥被稱為藥食同源作物，其含有較高籽粒蛋白質(zhì)含量及保健功能物質(zhì)β-葡聚糖含量。

本試驗就減氮配施有機肥對燕麥氮素積累、轉(zhuǎn)運以及籽粒蛋白質(zhì)和β-葡聚糖含量的影響進行研究，旨在為燕麥產(chǎn)量增加和品質(zhì)提升的氮肥和有機肥施用管理措施提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試燕麥品種為壩莜18號。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年在山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)場試驗田開展。試驗土壤肥力水平中等，其中，有機質(zhì)16.41 g/kg、全氮1.80 g/kg、速效磷6.90 mg/kg和pH值7.30。

采用隨機區(qū)組設(shè)計，設(shè)7個處理：不施氮肥對照（CK）；常規(guī)氮肥90 kg/hm2（N1）；50%氮肥45 kg/hm2（N2）；有機肥15 000 kg/hm2（O1）；有機肥7 500 kg/hm2（O2）；50%氮肥45 kg/hm2＋有機肥15 000 kg/hm2（N2O1）；50%氮肥45 kg/hm2＋有機肥7 500 kg/hm2（N2O2）。其中，氮肥為尿素（46% N），有機肥為羊糞（含N、P2O5、K2O養(yǎng)分分別為總N 0.6%、總P2O50.3%、總K2O 0.2%）。各處理補充磷、鉀肥，使各處理的磷、鉀養(yǎng)分含量保持一致，均為45 kg/hm2P2O5和30 kg/hm2K2O。各處理肥料用量如表1所示。每個處理重復3次，共21個小區(qū)。小區(qū)面積為3 m×4 m。于5月25日播種，播量為200 kg/hm2，行距為20 cm。

表1 不同施肥處理 kg/hm2

1.3 測定項目及方法

1.3.1 植株氮素含量及氮積累量測定于燕麥主要生育時期，每小區(qū)選10株長勢均勻的植株進行莖、葉、穗分離，殺青烘干至恒質(zhì)量。粉碎后消煮，用全自動化學分析儀測定各器官的氮含量。

1.3.2 燕麥產(chǎn)量構(gòu)成測定及計產(chǎn)在燕麥成熟期，每小區(qū)隨機取20株，分析穗長、穗鈴數(shù)、穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。每小區(qū)選取生育時期未取樣的1 m2面積燕麥，收獲后計產(chǎn)。

1.3.3 籽粒蛋白質(zhì)含量和β-葡聚糖含量測定采用全自動化學分析儀測量籽粒氮含量，根據(jù)式（2）計算燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量。

式中，c為氮含量（mg/L）；m為粉碎后燕麥籽粒質(zhì)量（g）；0.5為體積（L）；6.25為氮含量換算成蛋白質(zhì)含量的平均系數(shù)。

采用酶試劑盒法測定燕麥籽粒β-葡聚糖含量。其中，購置的試劑盒內(nèi)含有地衣聚糖酶、β-葡聚糖苷酶、葡萄糖氧化酶緩沖液、葡萄糖的定量試劑、D-葡萄糖標樣、大麥標樣和燕麥標樣，按照試劑盒說明書測定β-葡聚糖含量。

式中，ΔA為樣品吸光值-反應(yīng)空白吸光值；W為樣品的質(zhì)量（g）；FV為9.4×10-3L。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Excel和SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行Tukey新復極差多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 減氮配施有機肥對燕麥地上部各器官氮素積累量的影響

從表2、3可以看出，各處理燕麥地上部各器官氮素積累量存在差異，常規(guī)氮肥N1處理燕麥地上部各器官氮素積累量在整個生育期均顯著高于減氮50%的N2處理，表明氮肥減半會顯著降低燕麥地上部各器官氮素積累。分蘗期到拔節(jié)期常規(guī)氮肥N1處理燕麥地上部各器官氮素積累量最高，在拔節(jié)期，N1處理燕麥地上部莖鞘氮素積累量、葉片氮素積累量比等氮處理的N2O2、O1處理分別顯著提高20.26%、56.41%（莖鞘）和23.51%、63.36%（葉片）；莖鞘氮素積累量、葉片氮素積累量比減氮50%配施有機肥的N2O1處理分別顯著提高14.19%和18.75%。孕穗期到成熟期，減氮50%配施有機肥N2O1處理燕麥地上部各器官氮素積累量最高，顯著高于其他各處理，表明減氮50%配施足夠量的有機肥，有利于燕麥生育后期地上部各器官氮素積累量的提高；等氮條件下，常規(guī)氮肥N1處理和減氮50%配施有機肥的N2O2處理之間，燕麥地上部各器官氮素積累量無顯著差異，但顯著高于單施有機肥的O1處理，說明減氮50%條件下配施等量氮的有機肥處理，燕麥各器官氮素積累量能達到常規(guī)氮肥的效果，但是單施等量氮的有機肥處理卻會顯著降低各器官氮素積累量，可能是由于單施有機肥處理有效氮供應(yīng)緩慢，使得干物質(zhì)量較低，燕麥地上部各器官氮素積累量小于等氮水平的其他處理，表明適當?shù)牡视袡C肥配施，有利于燕麥后期各器官氮素積累量的穩(wěn)定和提高。

表2 不同施肥處理對燕麥生育前期地上部各器官氮素積累量的影響 kg/hm2

2.2 減氮配施有機肥對燕麥產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量的影響

從表4可以看出，在燕麥產(chǎn)量構(gòu)成因素方面，各施肥處理穗長之間顯著不差異；穗鈴數(shù)僅常規(guī)氮肥N1處理和減氮50%配施有機肥的N2O1處理顯著大于CK，其他處理之間無顯著差異；處理間千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)則表現(xiàn)出較大差異，常規(guī)氮肥N1處理和減氮50%的N2處理間差異達顯著水平，顯示減氮50%會顯著降低燕麥千粒質(zhì)量和穗粒數(shù)，減氮50%配施有機肥的N2O2和N2O1處理千粒質(zhì)量之間無顯著差異，且氮肥配施有機肥的等氮處理N2O2與常規(guī)氮肥N1處理間也無顯著差異，但N2O1處理與常規(guī)氮肥N1處理間存在顯著差異，N2O1處理千粒質(zhì)量增幅達4.97%，表明減氮50%條件下，配施等量氮的有機肥N2O2處理不會降低燕麥千粒質(zhì)量，但如配施足夠量的有機肥則能挖掘燕麥千粒質(zhì)量的潛力；從穗粒數(shù)看，等氮條件下，N1、N2O2和O1處理之間存在顯著差異，N1處理分別比N2O2處理和O1處理顯著提高4.57%和14.39%，但是常規(guī)氮肥N1處理與減氮50%配施有機肥的N2O1處理間無顯著差異，表明減氮50%后只有增施足夠量的有機肥，燕麥穗粒數(shù)才能達到常規(guī)氮肥的水平。

從表4還可以看出，各施肥處理燕麥產(chǎn)量均顯著高于CK；常規(guī)氮肥N1處理和減氮50%的N2處理之間燕麥產(chǎn)量存在顯著差異，表明氮肥減半施用會顯著降低燕麥產(chǎn)量，降低幅度達17.82%；常規(guī)氮肥N1處理與減氮50%配施有機肥的N2O1處理之間燕麥產(chǎn)量沒有達顯著差異，但與配施等量氮的有機肥N2O2處理間差異達顯著水平，增幅達8.26%，表明減氮50%的條件下，配施等量氮的有機肥燕麥產(chǎn)量不能達到常規(guī)氮肥的效果，只有配施足夠的有機肥才能達到施用常規(guī)氮肥的效果；等氮有機肥的O1處理燕麥產(chǎn)量也顯著低于常規(guī)氮肥N1處理，降低幅度為11.66%，說明僅單施等量氮的有機肥燕麥產(chǎn)量達不到施用常規(guī)氮肥的效果。

表4 不同施肥處理對燕麥產(chǎn)量構(gòu)成及產(chǎn)量的影響

2.3 減氮配施有機肥對燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量的影響

從圖1可以看出，各施肥處理燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量均顯著高于CK，與不施肥CK處理相比，各施肥處理燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量增幅為7.96%～34.62%；減氮50%的N2處理與常規(guī)氮肥N1處理相比，顯著降低了燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量，降低幅度達7.78%；與常規(guī)氮肥N1、N2處理比較，含有機肥的處理均顯著提高了燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量，表明有機肥的施用能顯著提高燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量；等氮條件下，減氮50%配施等量氮有機肥的N2O2處理比常規(guī)氮肥N1處理燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量顯著提高了10.83%，表明與常規(guī)氮肥相比，氮肥減半配施等量氮的有機肥施用有利于提高燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量。

2.4 減氮配施有機肥對燕麥籽粒β-葡聚糖含量的影響

由圖2可知，各施肥處理燕麥籽粒β-葡聚糖含量差異較大，減氮50%的N2處理和CK顯著低于其他施肥處理，常規(guī)氮肥N1處理比減氮50%的N2處理顯著提高7.85%，表明氮肥減量50%會顯著降低燕麥籽粒β-葡聚糖含量；等氮水平下，O1、N2O2和N1處理之間燕麥籽粒β-葡聚糖含量存在顯著差異，表現(xiàn)為O1處理＞N2O2處理＞N1處理，單施有機肥的O1處理燕麥籽粒β-葡聚糖含量為3.12%，分別比減氮50%配施有機肥的N2O2處理和常規(guī)氮肥N1處理顯著增加10.50%和17.31%；減氮50%配施有機肥的N2O2處理比常規(guī)氮肥N1處理燕麥籽粒β-葡聚糖提高6.17%；且O1處理與減氮50%配施有機肥的N2O1處理間燕麥籽粒β-葡聚糖沒有顯著差異，表明相比常規(guī)氮肥，單施等氮的有機肥或減氮配施適量的有機肥都能顯著提高燕麥籽粒β-葡聚糖含量。

3 結(jié)論與討論

在作物的生長過程中，氮素供應(yīng)的多少會直接影響到作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，合理的氮素運籌是作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要保障。氮肥和有機肥配施具有改善土壤微生物區(qū)系特征、增加土壤養(yǎng)分供應(yīng)、提高土壤保墑能力以及促進作物生長發(fā)育等優(yōu)點[12-14]。本研究結(jié)果表明，在生育前期（分蘗期到拔節(jié)期），常規(guī)氮肥N1處理燕麥莖鞘氮素積累量、葉片氮素積累量顯著高于減氮50%的N2處理和減氮50%配施有機肥處理。但到中后期（孕穗期到成熟期），減氮50%配施等量氮的有機肥N2O2處理的燕麥莖鞘、葉片和穗氮素積累量就能達到與單施等量氮肥N1處理同樣的效果，而減氮50%配施足夠多的有機肥（15 000 kg/hm2）處理比N1處理顯著提高燕麥莖鞘、葉片和穗氮素積累量，表明配施足夠的有機肥能夠促進燕麥地上部各器官氮素積累量的提高。陳志龍等[15]研究表明，播種到拔節(jié)期單施氮肥的小麥氮累積量一直最高，拔節(jié)期以后直到成熟期減氮25%配施有機肥處理小麥氮累積量最高。高洪軍等[16]研究表明，等氮條件下，有機氮替代部分氮肥能夠提高春玉米的氮素積累量。孟琳等[17]在減氮配施有機肥對水稻氮素積累量的研究中也表明，減氮配施有機肥處理水稻地上部氮素積累量顯著高于單施氮肥處理。本試驗中，減氮50%配施有機肥對燕麥地上部各器官氮素積累量影響結(jié)果表明，在作物生育前期由于有機肥分解的有效氮很少，減氮配施有機肥處理的植株氮素積累量顯著低于單施氮肥處理，到成熟期減氮配施有機肥作物植株氮素積累量均會達到或顯著高于單施氮肥處理，與已有研究結(jié)果一致。

施肥是提高作物產(chǎn)量的重要農(nóng)業(yè)措施之一，氮肥對提高農(nóng)作物的產(chǎn)量具有重要作用，適當減量施氮，既能保證作物產(chǎn)量，也能提高肥料利用率[18]。減量施氮適當配施有機肥能達到更好的效果[19-20]。本研究結(jié)果表明，施肥處理顯著提高了燕麥的穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和最終產(chǎn)量。與減氮50%的N2處理相比，常規(guī)氮肥N1處理顯著提高了燕麥的千粒質(zhì)量、穗粒數(shù)和產(chǎn)量。等氮條件下，常規(guī)氮肥的N1處理燕麥千粒質(zhì)量與減氮50%配施有機肥的N2O2處理之間無顯著差異，但顯著低于減氮50%配施有機肥的N2O1處理，表明減氮50%配施等量氮的有機肥不會降低燕麥千粒質(zhì)量，但配施足夠量的有機肥（15 000 kg/hm2）則能挖掘燕麥千粒質(zhì)量的潛力。等氮條件下，燕麥穗粒數(shù)在常規(guī)氮肥N1處理下顯著高于減氮50%配施有機肥的N2O2處理，而與減氮50%配施有機肥的N2O1處理無顯著差異，說明減氮50%后，只有增施足夠量的有機肥（15 000 kg/hm2）燕麥穗粒數(shù)才能達到常規(guī)氮肥的水平。減氮50%配施有機肥對燕麥產(chǎn)量影響的結(jié)果表明，減氮50%配施等量氮的有機肥（7 500 kg/hm2）燕麥產(chǎn)量達不到常規(guī)氮肥的效果，只有配施足夠的有機肥（15 000 kg/hm2）燕麥產(chǎn)量才能達到常規(guī)氮肥的效果。黨翼等[21]研究減氮配施有機肥對春玉米產(chǎn)量的影響表明，在等氮條件下，與常規(guī)氮肥相比，配施有機肥不會增加春玉米的產(chǎn)量，而增加有機肥的施用量，會提高春玉米百粒質(zhì)量、穗行數(shù)和產(chǎn)量。王興龍等[6]研究表明，減氮20%配施生物有機肥比常規(guī)施氮玉米產(chǎn)量顯著提高。本研究結(jié)果與這些研究結(jié)果一致。減氮配施有機肥增加作物產(chǎn)量是因為減氮后配施有機肥不僅能夠提升土壤化學因子，而且通過增加土壤微生物的碳源和土壤酶的底物，促進微生物繁殖和土壤酶活性的提高，具有較高的土壤貯水，可為作物生長發(fā)育提供良好的土壤環(huán)境，且顯著提高水氮利用效率等[12-23]。

本研究顯示，施肥均能顯著提高燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量和β-葡聚糖含量，有效改善燕麥品質(zhì)。與單施氮肥相比，含有機肥的處理均顯著提高了燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量，表明有機肥的施用對燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量的增加有顯著作用。多數(shù)研究表明，增施有機肥能改善作物籽粒蛋白質(zhì)含量[24-25]，與本研究結(jié)果一致。本研究表明，與常規(guī)氮肥N1處理相比，減氮50%的N2處理顯著降低了燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量和β-葡聚糖含量。減氮50%情況下，配施等量氮的有機肥（7 500 kg/hm2），就有顯著提高燕麥籽粒蛋白質(zhì)含量和β-葡聚糖含量的效果。氮肥和有機肥配施可顯著促進作物地上部和根系氮積累量和植株總氮吸收量，而作物氮素積累量與作物籽粒品質(zhì)相關(guān)[26-27]。本研究結(jié)果表明，減氮50%配施有機肥燕麥生育后期地上部各器官氮素積累量與常規(guī)氮肥相當或顯著高于常規(guī)氮肥，說明配施有機肥處理燕麥籽粒蛋白質(zhì)和β-葡聚糖含量增加與其促進燕麥植株氮素積累量增加相關(guān)。