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        施氮量和種植密度對石河子復播早熟飼用燕麥生產(chǎn)性能的影響

        2021-11-09 02:01:00付東青王彥超王旭哲張凡凡馬春暉
        草地學報 2021年10期
        關鍵詞:乳熟期干草氮量

        付東青, 王彥超, 宋 磊, 王旭哲, 張凡凡, 馬春暉

        (石河子大學動物科技學院, 新疆 石河子 832000)

        燕麥(Avenasativa)是一種優(yōu)良的一年生禾本科燕麥屬草本植物,具有營養(yǎng)價值優(yōu)、產(chǎn)草量高、抗逆性好等特點[1]。其中,飼用型燕麥作為重要的飼草料作物,營養(yǎng)價值高,適口性好,家畜消化率高[2]。目前,如何獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)飼用燕麥是各地區(qū)研究的重點任務。優(yōu)化種植密度和施肥等是現(xiàn)代農(nóng)業(yè)主要的高產(chǎn)栽培措施,其中種植密度和施氮量對燕麥飼草產(chǎn)量和品質(zhì)的影響最為突出[3]。種植密度顯著影響植物種群內(nèi)個體的特征,從而制約單位面積群體數(shù)量和結構,當種植密度過大時易造成無效分蘗數(shù)增加,導致群體植株質(zhì)量下降,影響最終干物質(zhì)積累和產(chǎn)量形成;種植密度過小則易造成群體植株數(shù)量下降和土壤資源浪費[4]。以往諸多研究證實,通過控制密度可達到高產(chǎn)的目的,青海省果洛州瑪沁縣種植的‘TYT’,高產(chǎn)栽培最佳播種量為180.00 kg·hm-2[5];內(nèi)蒙古沙爾沁地區(qū)的‘燕王’,最佳種植量為350.00萬株·hm-2,其不僅產(chǎn)量最優(yōu),且可溶性碳水化合物、淀粉含量以及莖的粗蛋白(Crude protein,CP)含量均最高[6]。

        氮元素是植物必不可少的營養(yǎng)元素之一,參與營養(yǎng)成分合成,同時影響植物對其它營養(yǎng)元素的吸收[7]。植物的生長規(guī)律及繁殖分配格局因為土壤不同的含氮量而發(fā)生著變化。以往研究表明,適當?shù)氖┑靠梢悦黠@促進飼草生長、提高產(chǎn)量和品質(zhì)[8]。此外,施氮量的增加不但可以提高產(chǎn)量,還能提高飼草品質(zhì)[9]。甘肅省天??h高寒牧區(qū)種植的‘永久444’,隨施氮量的增加,燕麥株高、分蘗能力、干草產(chǎn)量都有明顯的提高,最佳施氮量為100.00 kg·hm-2。內(nèi)蒙古科爾沁地區(qū)種植的‘燕王’,隨著施氮量的增加,燕麥株高、地上生物量和總生物產(chǎn)量均有所提高,最佳施肥量為375.00 kg·hm-2。青藏高原地區(qū)種植的燕麥‘青引1號’,干草產(chǎn)量最高的施氮量為75.00 kg·hm-2。在巴西南部巴拉那州種植黑燕麥‘IAPAR 61’,當施氮量從37.00 kg·hm-2增加到225.00 kg·hm-2時,燕麥CP含量從204.00 kg·hm-2提高到249.00 kg·hm-2,增長22.06%;西藏種植的‘青海444’,施氮量從156.00 kg·hm-2提高到258.00 kg·hm-2,CP含量增加50.00%[10-14]。因此,選擇合適的種植密度,并輔以合理的施肥方式,可以協(xié)調(diào)產(chǎn)量因子之間的關系,從而獲得高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的燕麥[15]。

        各地區(qū)為提高燕麥產(chǎn)量和品質(zhì)均有本地區(qū)的燕麥栽培模式。其中,中國科學院海北高寒草甸生態(tài)系統(tǒng)定位站進行盆栽試驗,分析得出種植密度為168.00 kg·hm-2、施氮量為90.00 kg·hm-2時燕麥‘巴燕3號’產(chǎn)量品質(zhì)最高[16]。遼寧地區(qū)種植的燕麥‘白燕2號’,干草和鮮草產(chǎn)量最優(yōu)的種植密度為150.00 kg·hm-2,施氮量為193.00 kg·hm-2;燕麥秸稈鮮重和干重最佳在施氮量為145.00 kg·hm-2和193.00 kg·hm-2、播種密度為100.00 kg·hm-2和150.00 kg·hm-2[17]。由此可見,飼用燕麥主栽區(qū)均有最佳栽培模式,由于氣候、土壤等條件差異,不同地區(qū)的栽培模式并不一定通用。鑒于此,為完善新疆地區(qū)燕麥高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)栽培模式,本研究選擇4個常見早熟燕麥品種,詳細研究不同種植密度和施氮量對燕麥干草產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)的影響,為新疆地區(qū)飼用燕麥種植管理提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地概況

        試驗地位于新疆石河子大學牧草試驗站(44°20′ N,85°57′ E,海拔450.00 m),其氣候屬于溫帶大陸性氣候,年平均氣溫為11.20~13.90℃,7月溫度最高,平均溫度為25.10~26.10℃。平均年降雨量203.10~394.90 mm,年蒸發(fā)量為1 000.00~1 500.00 mm。試驗前茬作物為冬小麥(Triticumaestivum),土壤為壤土,速效磷含量為33.02 mg·kg-1,全氮含量為135.60 mg·kg-1,速效氮含量為92.60 mg·kg-1,pH為7.52,水溶性鹽含量為2.32 mg·kg-1,試驗所用的氮肥為尿素,含氮量46.00%。

        1.2 試驗設計

        本試驗于2019年7月27日在前茬作物冬小麥收獲結束后進行免耕播種,出苗時間為2019年8月2日,‘青海444’(Qinghai 444)、‘青引1號’(Qingyin No. 1)和‘青燕1號’(Qingyan No.1)抽穗期和乳熟期分別為2019年9月20日和10月5日,‘領袖’(Souris)抽穗期和乳熟期分別為2019年9月24日和10月10日。試驗采用兩因素裂區(qū)設計,選用‘青海444’(A1)、‘青引1號’(A2)、‘領袖’(A3)和‘青燕1號’(A4)4個早熟品種為試驗材料,以施氮量為主區(qū),設3個水平[0.00 kg·hm-2(B0)、80.00 kg·hm-2(B1)、160.00 kg·hm-2(B2)];以種植密度為副區(qū)[168.00 kg·hm-2(C1)、240.00 kg· hm-2(C2)、312.00 kg·hm-2(C3)]。播種采用人工開溝條播,行距20.00 cm,小區(qū)間隔0.50 m,小區(qū)面積18.00 m2(長×寬:6.0 m×3.0 m),3次重復,共計108個小區(qū)。氮肥作為底肥一次性施入,滴灌,全區(qū)全年澆水量為240.00 m3。試驗期間各小區(qū)統(tǒng)一管理,拔節(jié)期除草。

        1.3 測定指標及方法

        于抽穗期和乳熟期測定各處理株高、鮮草產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)。使用鋼卷尺測量株高(從地表到植株直立最高點),重復30次,求其平均值。鮮草產(chǎn)量測定:隨機選取1.00 m×1.00 m樣方,將整個樣方全部刈割(留茬5 cm)稱鮮重,折算鮮草產(chǎn)量,每個品種5次重復。隨后每個品種取3份,每份500.00 g左右,帶回實驗室,在105℃殺青30.00 min后,65.00℃烘干至恒量,測定干鮮比,計算干草產(chǎn)量,粉碎過篩(0.43 mm)含量測定營養(yǎng)品質(zhì)。其中,采用重量法測定干物質(zhì)(Dry matter,DM)含量,粗蛋白含量使用凱氏定氮法測定,粗脂肪(Ether extract,EE)含量采用索式浸提法[18]。中性洗滌纖維(Neutral detergent fiber,NDF)和酸洗洗滌纖維(Acid detergent fiber,ADF)含量采用范氏(Van Soest)洗滌纖維法測定[19]。

        1.4 數(shù)據(jù)處理分析

        試驗數(shù)據(jù)使用Excel 2016軟件進行初步整理,采用SPSS 20.0對各指標進行方差分析,多組間的比較采用單因素方差分析(One-way ANOVA),組內(nèi)多重比較采用Duncan法;采用雙因素方差分析(Two-way ANOVA)進行具有互作效應的顯著性分析。通過隸屬函數(shù)進行綜合評價,隸屬函數(shù)值U(X)計算公式見(1)[20]。

        (1)

        式中:Xij為樣品第i個指標的第j個值,Ximin為第i個指標的最小值,Ximax為第i個指標的最大值,UX(+)為各指標呈正相關隸屬函數(shù)值,UX(-)為各指標呈負相關隸屬函數(shù)值。

        2 結果與分析

        2.1 施氮量和密度對燕麥產(chǎn)量的影響

        對燕麥株高和干草產(chǎn)量顯著性分析表明(表1),施氮量、種植密度以及兩者交互作用對燕麥的株高和干草產(chǎn)量均有顯著影響(P<0.01)。各品種株高和干草產(chǎn)量在不同處理以及不同生育期差異顯著(P<0.05),其中乳熟期干草產(chǎn)量和株高顯著高于抽穗期。

        表1 不同物候期燕麥株高和干草產(chǎn)量Table 1 Oat plant height and hay yield at different phenological stages

        乳熟期,品種A1,B2C3處理干草產(chǎn)量最高,B0C1處理最低,B2C1處理株高最高,B0C3處理最低。品種A2,處理B2C3干草產(chǎn)量最高,B0C1處理最低,處理B0C1株高最高,B2C2處理最低(P<0.05)。品種A3,處理B2C3干草產(chǎn)量和株高均最優(yōu),B0C1處理干草產(chǎn)量和株高最低(P<0.05)。品種A4,處理B1C2干草產(chǎn)量最高,處理B0C3最低,處理B2C1株高最高,處理B0C3最低(P<0.05)。

        抽穗期,品種A1,B1C2處理干草產(chǎn)量最高,B0C1處理最低,B2C3處理株高最高,B1C3處理最低(P<0.05)。品種A2,處理B2C3干草產(chǎn)量最高,B0C1處理最低,處理B2C1株高最高,B2C3處理最低,(P<0.05)。品種A3,處理B1C3干草產(chǎn)量最高,B0C1處理最低,B2C2處理株高最高,B2C3處理最低(P<0.05)。品種A4,處理B2C2干草產(chǎn)量最高,B0C3處理最低B2C3處理株高最高,B0C1處理最低(P<0.05)。

        2.2 施氮量和種植密度對燕麥營養(yǎng)品質(zhì)的影響

        施氮量、種植密度以及兩者互作對燕麥營養(yǎng)品質(zhì)影響的顯著性分析表明(表2),施氮量、種植密度以及兩者互作對燕麥的DM,CP,ADF和NDF含量有極顯著影響(P<0.01)。抽穗期DM含量顯著低于乳熟期,抽穗期CP,NDF和ADF含量顯著高于乳熟期(P<0.05),抽穗期和乳熟期EE含量差異不顯著(表2)。

        乳熟期,各品種隨種植密度的增加,DM,CP,NDF和ADF含量不斷遞減(表2),其中品種A1,B2C1處理DM,CP,NDF和ADF含量最高,B0C3處理最低(P<0.05)。品種A2,B2C1處理DM含量最高,B1C2處理CP含量最高,B0C3處理DM和CP含量最低,B2C3處理NDF含量最低,B1C3處理ADF含量最低,B0C1處理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。品種A3,B2C1處理DM含量最高,B1C1處理CP含量最高,B2C2處理NDF和ADF含量最高,B0C3處理DM,CP,NDF和ADF含量最低(P<0.05)。品種A4,B1C1處理DM含量最高,B0C3處理最低,B1C2處理CP含量最高,B2C3處理最低,B0C3處理NDF含量最低,B2C2處理ADF含量最低,B0C1處理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。

        表2 不同處理燕麥營養(yǎng)品質(zhì)比較Table 2 Nutritional quality of different treatments

        抽穗期,品種A1,B1C1處理DM和CP含量最高,B0C3處理最低,B2C3處理NDF含量最低,B2C1處理最高,B0C3處理ADF含量最低,B2C2處理最高(P<0.05)。品種A2,B1C1處理DM含量最高,B2C3處理最低,B2C3處理CP含量最高,B0C3處理CP和NDF含量最低,B1C3處理ADF含量最低,B0C1處理NDF和ADF含量最高(P<0.05)。品種A3,B2C1處理DM含量最高,B2C2處理CP含量最高,B1C3處理NDF含量最高,B1C1處理ADF含量最高,B1C2處理CP含量最低,B0C3處理DM,NDF和ADF含量最低(P<0.05)。品種A4,B1C2處理DM和CP含量最高,B1C3處理DM含量最低,B0C3處理CP最低,B1C3處理NDF含量最低,B2C3處理最高,B1C2處理ADF含量最低,B1C1處理最高(P<0.05)。

        2.3 不同處理生產(chǎn)性能、營養(yǎng)品質(zhì)的綜合評價

        綜合產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì),在乳熟期收獲能獲得高產(chǎn)高質(zhì)的燕麥飼草。因此,以乳熟期的干草產(chǎn)量和營養(yǎng)品質(zhì)為綜合評價指標,進行隸屬函數(shù)綜合評價,其中干草產(chǎn)量、DM,CP和EE為正向指標,NDF和ADF為負向指標。結果表明(表3),品種A1,A2,A3和A4中綜合評價最優(yōu)的處理分別為B1C3處理(0.75)、B2C2處理(0.42)、B1C1處理(0.63)和B1C2處理(0.74)。

        表3 不同處理各指標綜合評價Table 3 Comprehensive evaluation of each index in different treatments

        3 討論

        3.1 施氮量和種植密度對燕麥干草產(chǎn)量的影響

        燕麥干草產(chǎn)量是衡量燕麥經(jīng)濟價值的重要指標。播種量和施肥量是影響燕麥群體性狀和產(chǎn)量形成的重要因素[21]。氮素會影響土壤氧化酶活力,合理的施肥量能影響作物對土壤中養(yǎng)分吸收的能力,進而影響作物產(chǎn)量[22]。播種量會影響作物群落結構,同時還會影響單位葉片葉綠素含量和比葉重等指標,合理的密度能減少作物群落結構重疊現(xiàn)象,增加作物光合作用強度,進而達到高產(chǎn)的效果[23]。

        本研究中,‘青燕1號’干草產(chǎn)量隨施氮量和種植密度的增加先增加后減小,這與以往科爾沁沙地飼用燕麥產(chǎn)量及氮肥利用率的研究和松嫩平原西部燕麥產(chǎn)量形成的研究結果一致[24-25]。雖然各學者研究地區(qū)、氣候等環(huán)境條件不同,但其研究結果一致,這也進一步證明施氮量和種植密度對作物生物產(chǎn)量的影響存在閾值[26-27]。一般植株高度由生物學特性決定[28],但環(huán)境因素也會對株高產(chǎn)生影響,在播種量低時,因為植株個體間營養(yǎng)競爭較弱,植株能夠獲得更多的養(yǎng)分和能量,從而生長較快;但是隨著播種量的增大,植株間對資源的競爭變得更加激烈,在資源有限的情況下,種群內(nèi)個體可獲得的資源量減少,從而引起株高的響應變化[16]。本研究也證實,隨種植密度的增加供試燕麥‘青海444’和‘青燕1號’株高不斷減小,這表明密度限制效應在某些燕麥生長過程中極其明顯;而對于‘青引1號’和‘領袖’沒有表現(xiàn)出類似的變化規(guī)律,這可能與植物生物量的積累與分配有關。生物量的累積和分配體現(xiàn)了密度對植物種群的影響[27],一般來說,植物地上(莖葉)生物量分配越多對光照的需求越高,即光競爭能力越強[29],而較高的地下生物量表明植物對土壤養(yǎng)分有著較高的需求及強的地下競爭力[30]。

        本研究其他燕麥品種,干草產(chǎn)量隨氮肥量和種植密度的增加不斷增加,這與以往研究結果稍有不同[31],可能是品種的原因,不同品種對各養(yǎng)分吸收利用效率不同,同時由于本地區(qū)常年降水量少(400.00 mm以下),滴灌成為農(nóng)業(yè)發(fā)展重要模式,滴灌能充分發(fā)揮人為作用,根據(jù)作物生長情況,靈活調(diào)配水資源,提高氮素的利用效率;另一方面,可能由于新疆地區(qū)特殊的氣候環(huán)境,即日照時間長,早晚溫差較大,誘發(fā)了燕麥的生長潛能,改變了施氮量和種植密度的閾值。

        3.2 施氮量和種植密度對營養(yǎng)品質(zhì)的影響

        牧草營養(yǎng)價值的高低直接影響其飼喂效果,CP含量越高,NDF,ADF含量越低,飼料品質(zhì)和飼喂效果越好[32]。種植密度對飼用作物的CP,NDF,ADF和EE含量等營養(yǎng)指標有一定的影響[6]。本研究中,適當?shù)脑黾臃N植密度可以有效降低不同品種燕麥NDF和ADF,但種植密度過高可能會導致CP含量的下降,這主要可能是因為種植密度增加,導致群落個體間競爭加強,養(yǎng)分分配減少。隨著生育期的推進,CP含量逐漸降低,NDF和ADF含量不斷增加,這與前人研究結果一致[33]。

        施氮量影響植物氮利用效率[34],在高施氮量條件下,植物氮利用效率的大小受植物氮吸收能力限制,在低施氮量條件下,植物氮利用效率的大小受環(huán)境中氮的可利用性限制[35]。同時,植物的氮利用效率因品種和基因型而異[36],有研究表明,在90.00 kg·hm-2施氮水平下燕麥平均氮肥表觀利用率為62.00%[37]。本研究中,也得出相似的變化規(guī)律,隨著種植密度和施氮量的增加,‘青海444’和‘青引1號’ CP含量整體增加,‘領袖’ CP含量出現(xiàn)增加的跡象,但沒有明顯的規(guī)律性,‘青燕1號’出現(xiàn)先增加后減少的趨勢。這說明‘青燕1號’在160.00 kg·hm-2施氮水平下,將限制燕麥對氮的利用率,減少蛋白質(zhì)的積累,而其他品種在該施肥條件下,并未達到氮吸收能力的限制水平。因此,對于其他3個品種在今后的種植過程中應適當增加施氮量。

        NDF和ADF的累積受植物品種、種植地點、施氮類型和施氮水平等多因素的共同影響。在英格蘭的4個燕麥品種研究中發(fā)現(xiàn)施氮促使燕麥NDF含量增加[38];在西藏地區(qū)種植的燕麥研究中發(fā)現(xiàn),施氮不僅增加了燕麥秸稈桿中NDF含量,還増加了ADF和纖維素含量[14]。但也有學者研究表明[39],在120.00~240.00 kg·hm-2的施氮水平下,水稻稻桿、葉部和莖部的ADF和NDF含量隨施氮量的增加呈線性或二次曲線性降低。本研究中,NDF和ADF含量也表現(xiàn)出不一致的變化規(guī)律,這可能是由于品種的原因,不同品種對各營養(yǎng)成分的吸收和轉化存在差異;另一方面,可能因為氮肥的增加影響了物質(zhì)的分配,氮肥作為植物生長發(fā)育過程的重要影響因素,其對物質(zhì)分配規(guī)律和品質(zhì)均具有影響[11]。本研究中,氮肥的增加提高了土壤有效氮含量,一定程度上改善了燕麥對氮的利用率,導致氮的積累,氮素的累積可能會影響植物對其他物質(zhì)的合成,也有可能會促進某些物質(zhì)的合成,同時氮素的增加,也可能影響了其他養(yǎng)分的吸收利用,其具體的機制尚不明確,今后還需進一步研究。EE是飼料中的一個重要組成部分,當飼料中含量超過5.00%,容易引起腹瀉或過肥,對于反芻家畜還會抑制瘤胃微生物的繁殖,從而降低消化功能[40]。本研究中,各燕麥EE均未超過5.00%,最高為4.06%。

        4 結論

        新疆石河子地區(qū)4種飼用燕麥均適合在乳熟期收獲;‘青海444’、‘領袖’和‘青燕1號’最佳施氮量為80.00 kg·hm-2,‘青引1號’為160.00 kg·hm-2;‘青引1號’和‘青燕1號’,最佳播種密度為240.00 kg·hm-2,‘青海444’為312.00 kg·hm-2,‘領袖’為168.00 kg·hm-2;綜合評價本地區(qū)最佳種植燕麥品種為‘青海444’,其最佳施氮量為80.00 kg·hm-2,種植密度為312.00 kg·hm-2。

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