王 璐，王鳳梧，高 卿，劉景輝，趙寶平

（1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)，內(nèi)蒙古 呼和浩特 010019；2.烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院，內(nèi)蒙古 集寧 012000）

燕麥（Avena sativa L.）是我國(guó)北方高寒地區(qū)重要的優(yōu)勢(shì)特色作物，具有喜冷涼、忌高溫、抗逆性強(qiáng)等特點(diǎn)。燕麥在內(nèi)蒙古播種面積和產(chǎn)量均居全國(guó)第一位，內(nèi)蒙古燕麥主產(chǎn)區(qū)主要集中在陰山丘陵地區(qū)，以旱作區(qū)為主[1]。燕麥生長(zhǎng)期間常年干旱少雨，降水多集中在7—8月，生產(chǎn)中常常由于播種時(shí)春旱，生長(zhǎng)旺盛期與雨季不吻合，導(dǎo)致該區(qū)域燕麥產(chǎn)量低而不穩(wěn)，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)匮帑湲a(chǎn)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展[2]。因此，如何促進(jìn)內(nèi)蒙古旱作區(qū)燕麥對(duì)降水的高效利用、提高燕麥產(chǎn)量是生產(chǎn)中面臨的主要問(wèn)題。研究發(fā)現(xiàn)，適宜的播種期可使燕麥孕穗到開(kāi)花期這一需水關(guān)鍵時(shí)期與當(dāng)?shù)亟邓叻迤谖呛?，有利于籽粒結(jié)實(shí)和灌漿，從而提高籽粒產(chǎn)量[3]。因此有必要開(kāi)展燕麥最佳播期研究，此外，肥料是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的基礎(chǔ)，施用氮、磷肥可以顯著提高作物產(chǎn)量、改善品質(zhì)，是目前作物增產(chǎn)的主要措施之一[4-5]。有研究表明，適量的氮、磷肥施入能顯著地提高燕麥產(chǎn)量[6]。肥料的不合理施用也造成了肥料利用率低、經(jīng)濟(jì)損失較大、污染環(huán)境等問(wèn)題[7]。賈志鋒[8]研究表明，隨著氮、磷肥施用量的增加，燕麥籽粒產(chǎn)量顯著提高。楊文才等[9]研究表明，氮、磷等肥料配施可顯著改善燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)。許國(guó)芬等[10]研究發(fā)現(xiàn)，隨著施肥量的增加燕麥產(chǎn)量呈先增后降的趨勢(shì)，表明不同肥料及施肥量對(duì)燕麥生產(chǎn)有較大影響。本試驗(yàn)在陰山丘陵燕麥主產(chǎn)區(qū)，通過(guò)設(shè)置不同播種期處理，結(jié)合氮肥、磷肥施用量，研究其對(duì)燕麥籽粒產(chǎn)量的影響，并通過(guò)建立關(guān)于燕麥產(chǎn)量的多項(xiàng)式回歸方程，分析獲得高產(chǎn)的最適播期和施肥量，為當(dāng)?shù)匮帑湼弋a(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試作物：裸燕麥品種白燕2 號(hào)，生育期90 d，由吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育。

供試肥料：尿素（N≥46%），中國(guó)石油田野化工有限責(zé)任公司；過(guò)磷酸鈣（P2O5≥12%），陜西裕豐實(shí)業(yè)有限公司。

1.2 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2018年4—10月在內(nèi)蒙古烏蘭察布市農(nóng)牧業(yè)科學(xué)研究院試驗(yàn)地（北緯40.9232°、東經(jīng)113.1196°）進(jìn)行。試驗(yàn)點(diǎn)地處內(nèi)蒙古陰山丘陵地區(qū)，屬典型旱作農(nóng)田，年平均降水量300 mm，屬溫帶大陸性季風(fēng)氣候。試驗(yàn)地2018年總降水量為353.5 mm，燕麥全生育期降雨量為317.4 mm；全生育期積溫（≥0 ℃）為2 687 ℃。試驗(yàn)地土壤類(lèi)型為栗鈣土，土壤有機(jī)質(zhì)含量12.25 g/kg，堿解氮含量78.00 mg/kg，速效磷含量13.80 mg/kg，速效鉀含量106.00 mg/kg，全氮、全磷和全鉀含量分別為1.27 g/kg、0.63 g/kg 和0.41 g/kg。前茬作物為馬鈴薯。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)運(yùn)用改進(jìn)的311-A 最優(yōu)回歸設(shè)計(jì)方法[11]，3個(gè)因素分別為播期、氮肥和磷肥，每個(gè)因素設(shè)5 個(gè)水平，共13 個(gè)處理，重復(fù)3 次，隨機(jī)區(qū)組排列。小區(qū)長(zhǎng)10 m、寬3 m，面積30 m2，燕麥種植行距25 cm。燕麥采用人工條播方式，播深3～4 cm，每小區(qū)種植12 行，播種量為120 kg/hm2。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)播期1、2、3、4、5 分別代表4月18日、4月28日、5月8日、5月18日和5月28日。具體設(shè)計(jì)見(jiàn)表1 和表2。

表1 供試因素水平范圍

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010 處理，燕麥產(chǎn)量回歸方程及方差分析采用SAS 9.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和分析，單效應(yīng)趨勢(shì)作圖用Origin 進(jìn)程處理和分析，互作效應(yīng)曲面圖用SAS 9.0 制作和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響

由圖1 可知，處理1 的產(chǎn)量最大為3 189.57 kg/hm2，即在施氮量為37.50 kg/hm2、施磷量為75.00 kg/hm2時(shí)，播期為5月28日時(shí)的產(chǎn)量最高，均高于其他4 個(gè)播期的產(chǎn)量。且處理1 與處理2、處理3、處理7、處理8、處理9 和處理10 差異顯著（P＜0.05）。

2.2 建立產(chǎn)量回歸方程

根據(jù)圖1 所示的13 個(gè)處理的產(chǎn)量建立施氮量（X1）、施磷量（X2）和播期（X3）對(duì)產(chǎn)量（Y）的多項(xiàng)式回歸方程，方程為：

Y=3 019.59-50.10X12-62.80X22-20.89X32-7.72X1X2-3.73X1X3-12.07X2X3+45.04X1+48.01X2+119.67X3

其中，回歸方程的R2=0.994 4，F(xiàn)=2 851.74，說(shuō)明方程的回歸關(guān)系極顯著（P＜0.01），二次方程的各項(xiàng)因子與實(shí)際生產(chǎn)情況擬合效果很好，可以用該方程進(jìn)行生產(chǎn)預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)。

表2 設(shè)計(jì)方案

2.3 產(chǎn)量的最佳優(yōu)化

對(duì)上述方程各因子進(jìn)行一階偏導(dǎo)尋優(yōu)，可以得出：編碼值為X1=0.33，X2=0.08，X3=2.94 時(shí)對(duì)應(yīng)Y 產(chǎn)量最大值為3 197.04 kg/hm2，即施氮量為43.69 kg/hm2，施磷量為78.00 kg/hm2，播期為6月7日時(shí)，燕麥產(chǎn)量達(dá)最大值。

2.4 單因素各水平對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響

由于試驗(yàn)設(shè)計(jì)中各因子進(jìn)行了正交編碼，所以回歸方程中的各因子相對(duì)獨(dú)立，為了更好地反映各個(gè)因子與結(jié)果的關(guān)系，只需把其他兩個(gè)因子置于零水平代入回歸方程，就可以得到剩下的因素與產(chǎn)量的降維回歸方程。因此，對(duì)產(chǎn)量的回歸方程進(jìn)行降維處理，即可得到單一因素的一元二次回歸子方程模型：

氮肥：Y=3 019.59-50.10X12+45.04X1

磷肥：Y=3 019.59-62.80X22+48.10X2

播期：Y=3 019.59-20.89X32+119.67X3

由圖2 可知，施氮量和施磷量隨著施肥量的增加產(chǎn)量逐漸增加，但增加到一定量時(shí)，產(chǎn)量會(huì)下降。在一定范圍內(nèi)，隨著播期的推遲產(chǎn)量增長(zhǎng)。在5月8日前播種時(shí)，施氮量和施磷量對(duì)燕麥產(chǎn)量有正向作用。施氮量對(duì)燕麥產(chǎn)量影響最大，施磷量次之，播期影響最小。但是在5月18日以后播種，播期對(duì)產(chǎn)量的影響要大于施肥量。在不考慮氮肥、磷肥和播期互作效應(yīng)時(shí)，氮肥、磷肥的最佳施用量分別為45.94、89.25 kg/hm2，最適播種期為6月6日，這3 個(gè)因素各自對(duì)應(yīng)的燕麥產(chǎn)量分別為3 029.71、3 028.80、3 190.97 kg/hm2。

2.5 各因素互作效應(yīng)分析

2.5.1 氮肥和磷肥互作對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響 將播期因子固定在零水平，代入產(chǎn)量回歸方程可以得到氮肥和磷肥對(duì)燕麥產(chǎn)量的互作回歸方程：Y=3 019.59-50.10X12-62.80X22-7.72X1X2+45.04X1+48.01X2。將不同施氮量和施磷量的自變量水平編碼代入上述方程即可得到氮肥和磷肥互作對(duì)燕麥產(chǎn)量的曲面圖。由圖3 可知，燕麥產(chǎn)量隨著施肥量的增加均呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)。在一定范圍內(nèi)，適宜的施肥量可以增加燕麥產(chǎn)量。當(dāng)施肥量過(guò)高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)量不增反減，不利于燕麥生長(zhǎng)。通過(guò)對(duì)回歸方程的尋優(yōu)求解，當(dāng)?shù)示幋a值X1=0.42，磷肥編碼值X2=0.36 時(shí)，燕麥產(chǎn)量可獲得最高，即氮肥施用量45.37 kg/hm2、磷肥施用量81.00 kg/hm2時(shí)，燕麥產(chǎn)量最大達(dá)3 037.65 kg/hm2。

2.5.2 氮肥和播期互作對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響 磷肥因子固定在零水平上，代入產(chǎn)量回歸方程可以得到氮肥和播期互作對(duì)產(chǎn)量影響的回歸方程：Y=3 019.59-50.10X12-20.89X32-3.73X1X3+45.04X1+119.67X3。把不同施氮量和播期的自變量水平編碼代入上述方程，即可得到氮肥和播期互作對(duì)燕麥產(chǎn)量的曲面圖。由圖4 可知，燕麥產(chǎn)量隨播期變化的幅度大于施氮量，說(shuō)明氮肥和播期互作時(shí)，播期對(duì)產(chǎn)量的影響大于施氮量。對(duì)回歸方程尋優(yōu)可得，當(dāng)施氮量為43.87 kg/hm2，播期為6月6日時(shí)，燕麥產(chǎn)量最高，達(dá)3 196.88 kg/hm2。當(dāng)?shù)适┯昧吭?～43.87 kg/hm2時(shí)，隨著播期的推遲，燕麥產(chǎn)量在不斷升高。當(dāng)施用量大于43.87 kg/hm2后，燕麥產(chǎn)量逐漸下降。

2.5.3 磷肥和播期互作對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響 將施氮量以零水平處理代入回歸方程，可得到施磷量和播期互作對(duì)燕麥產(chǎn)量影響的回歸方程：Y=3 019.59-62.80X22-20.89X32-12.07X2X3+48.01X2+119.67X3。以不同的施磷量和播期自變量水平編碼代入上述方程中，可得到磷肥和播期對(duì)產(chǎn)量影響的曲面圖。由圖5可知，燕麥產(chǎn)量隨施磷量的增大呈先升后降的趨勢(shì)，隨著播期的推遲呈升高趨勢(shì)，說(shuō)明播期的推遲有利于提高燕麥籽粒產(chǎn)量，施磷量過(guò)高或者過(guò)低都不利于產(chǎn)量形成。且隨著播期推遲燕麥產(chǎn)量提高幅度大于施磷量增加下產(chǎn)量變化幅度，說(shuō)明適當(dāng)?shù)耐聿ィ欣谘帑溕L(zhǎng)發(fā)育和籽粒產(chǎn)量形成。對(duì)方程尋優(yōu)可得，當(dāng)施磷量為79.12 kg/hm2播期為6月6日時(shí)，燕麥產(chǎn)量最大是3 191.71 kg/hm2。

3 討論

燕麥產(chǎn)量因其品種品質(zhì)特性、播期和施肥等栽培管理措施、栽培地區(qū)等差異較大[12]。播期對(duì)作物的產(chǎn)量影響主要是通過(guò)改變作物生長(zhǎng)過(guò)程中對(duì)溫度、光照以及水分等外部環(huán)境條件的利用，使其有利于作物生長(zhǎng)，從而達(dá)到作物高產(chǎn)[13]。本研究發(fā)現(xiàn)，陰山丘陵地區(qū)裸燕麥品種白燕2 號(hào)以6月8日左右播種較為適宜。其原因可能包括以下兩個(gè)方面，一是過(guò)早播種氣溫相對(duì)較低，可能會(huì)導(dǎo)致種子發(fā)芽緩慢，影響出苗率，且出苗后易受凍害影響燕麥生長(zhǎng)，王永剛等[14]在黑龍江中西部得出相似研究結(jié)果。二是從燕麥孕穗到開(kāi)花期，是燕麥的需水臨界期，該階段缺水對(duì)燕麥生長(zhǎng)影響較大[15]；而內(nèi)蒙古陰山丘陵地區(qū)年降雨主要集中在7—8月，因此，適當(dāng)?shù)耐聿タ墒寡帑溤兴氲介_(kāi)花期與當(dāng)?shù)氐挠昙疚呛?，有利于燕麥的孕穗、抽穗及籽粒灌漿，從而獲得高產(chǎn)。

氮素是作物增產(chǎn)的首要因素[16]。研究表明，施氮肥可以提高燕麥植株含氮量，增加干物質(zhì)積累，從而提高籽粒產(chǎn)量[17]。土壤中缺氮時(shí)，植株中氮代謝生理活性降低，直接影響籽粒形成[18]。氮肥施用過(guò)量時(shí)，雖能使蛋白質(zhì)含量增加，但會(huì)降低產(chǎn)量；且氮肥施用量過(guò)多時(shí)，不利于莖稈細(xì)胞壁抗倒化學(xué)成分的提高，機(jī)械組織松軟，容易發(fā)生倒伏，影響產(chǎn)量[19-20]。本試驗(yàn)研究表明施氮量為43.69 kg/hm2時(shí)，可使得燕麥籽粒產(chǎn)量達(dá)最大，這一用量較常規(guī)施肥較少，可能的原因是馬鈴薯作為前茬作物在陰山南麓地區(qū)習(xí)慣施用量為300 kg/hm2，而馬鈴薯全生育期所需氮量相比常規(guī)施用量較少，土壤中氮素遺留較多，從而為下一季燕麥生長(zhǎng)提供部分養(yǎng)分；且馬鈴薯-燕麥輪作模式下會(huì)增加土壤中養(yǎng)分有效性，改善根系微生物群落結(jié)構(gòu)，提高土壤酶活性從而為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的條件[21-23]。磷素與作物產(chǎn)量也具有顯著的相關(guān)性。高聚林等[24]研究表明，增施磷肥可以促進(jìn)籽粒灌漿，增加粒重，從而增加作物產(chǎn)量。李孝良[25]研究表明，適宜的施磷量可明顯提高小麥穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重；而過(guò)量施磷時(shí)對(duì)小麥千粒重?zé)o明顯增加作用，甚至有降低的趨勢(shì)，這一研究與本試驗(yàn)研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)采用的311-A 最優(yōu)飽和回歸設(shè)計(jì)，優(yōu)化了施氮量、施磷量和播期三因素試驗(yàn)方案。通過(guò)建立產(chǎn)量回歸方程模型，得出該區(qū)域燕麥籽粒獲得高產(chǎn)的最適播期和施肥量。研究結(jié)果可為陰山南麓燕麥高產(chǎn)高效栽培提供理論依據(jù)及技術(shù)指導(dǎo)。

4 結(jié)論

本試驗(yàn)進(jìn)行關(guān)于施氮量、施磷量和播期對(duì)燕麥產(chǎn)量影響的研究，根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)與結(jié)果建立3 個(gè)因素與產(chǎn)量的多項(xiàng)式回歸方程為Y=3 019.59-50.10X12-62.80X22-20.89X32-7.72X1X2-3.73X1X3-12.07X2X3+45.04X1+48.01X2+119.67X3。通過(guò)計(jì)算機(jī)模擬尋優(yōu)可得，當(dāng)施氮量為43.69 kg/hm2、施磷量為78.00 kg/hm2、播種日期為6月7日，燕麥產(chǎn)量最高達(dá)3 197.04 kg/hm2。單因素下施氮量和施磷量對(duì)燕麥產(chǎn)量的影響呈先上升后下降的趨勢(shì)，播期對(duì)產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，且單因素對(duì)提高燕麥產(chǎn)量效果為播期＞施氮量＞施磷量。施氮量和施磷量互作下燕麥產(chǎn)量為3 037.65 kg/hm2；施氮量和播期互作下燕麥產(chǎn)量為3 196.88 kg/hm2；施磷量和播期互作下燕麥產(chǎn)量為3 191.71 kg/hm2。在僅考慮兩因素的情況下，綜合效果最好的是氮肥和播期處理。