追施氮肥对饲用燕麦品种叶片生长及光合特性的影响

时间：2024-08-31

王鑫，张玉霞，鲍青龙，张庆昕，郭园，斯日古楞，丛百明

(1.内蒙古民族大学，内蒙古通辽 028041；2.赤峰市草原工作站，内蒙古赤峰 024000；3.通辽市畜牧兽医科学研究所，内蒙古通辽 028000)

燕麦(Avenasativa)为禾本科燕麦属一年生粮饲兼用作物[1-2]，种植范围广，全球范围内种植面积位居第6位，仅次于小麦，玉米，水稻，大麦和高粱[3]。我国燕麦年种植面积约70万hm2，其中，饲用燕麦年种植面积约33万hm2[4]。饲用燕麦具有耐寒、耐旱、耐贫瘠等较强的抗逆性和较高的营养价值[5-7]。近年来，在科尔沁沙地种植面积增加迅速[8]，追施氮肥是饲用燕麦在沙地生产中的关键栽培技术措施[9-10]。氮肥作为植物生长过程中主要的肥料之一，能够直接影响作物的产量[11]。氮素不仅影响植物的生长过程，同时影响植物的光合作用，对作物Pn、Ci及Gs也有显著影响[12]。目前，关于氮肥对植物光合特性影响的研究，在水稻、玉米、小麦等作物上较多[13-15]，燕麦上较少，不同饲用燕麦品种之间是否存在氮素影响的光合特性差异，则鲜有报道。刘锁云等[16]研究表明，适宜的施氮量能够提高燕麦叶片光合机构活性,使得Pn的提高幅度大于Tr。因此，本试验探究不同施氮水平下不同饲用燕麦品种的叶片生长、光合参数和产量，分析氮肥与品种互作对其光合、产量的影响，叶面积、光和参数与产量的相关性，为科尔沁沙地饲用燕麦高产、高效品种的选育及高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古自治区通辽市内蒙古民族大学农业科技园区(N 43°30′，E 122°27′)，属于温带大陆性气候。土壤以沙土为主，土壤有机质含量4.79 g/kg，全氮含量1.87 g/kg，碱解氮含量11.24 mg/kg，速效钾含量95.12 mg/kg，速效磷含量10.59 mg/kg。年平均气温0～6 ℃，≥10 ℃年积温3 000～3 200 ℃，无霜期140～150 d，年平均降水量340～400 mm，蒸发量是降水量的5倍，年平均风速3.0～4.5 m/s。

1.2 供试材料

供试燕麦品种及来源见表1。

表1 饲用燕麦品种及来源

1.3 试验设计

试验采用随机区组试验设计，2019年4月12日采用条播方式在内蒙古民族大学农业科技园区种植燕王、牧王、甜燕1号、牧乐思等4个饲用燕麦品种，播种时施用过磷酸钙和硫酸钾肥各150 kg/hm2，于燕麦的分蘖期、拔节期、抽穗期、开花期按照15%、40%、25%、20%比例追施氮肥0(CK)，100，200，300 kg/hm2氮肥(纯氮)，分别用N0、N100、N200、N300表示，共16个处理，小区面积4 m×5 m=20 m2，每处理设3个重复，共48个小区，四周设保护行。播种行距 15 cm，播种量150 kg/hm2，播种深度3 cm，氮肥、磷肥、钾肥分别为尿素(44.0%)、重过磷酸钙(P2O544.6%)、氯化钾(K2O 50.0%),灌溉方式为喷灌。灌浆期测定燕麦旗叶、倒二叶、倒三叶的叶面积、倒二叶的光合参数和产量指标。

1.4 测定指标及方法

灌浆期每个小区选择10株，采用长宽系数法测定叶面积，折算系数为0.75；每小区随机选取5株，选择晴朗无风天气于上午9∶00～11∶00，采用 LI-6400便携式光合仪(LI-COR Inc，美国)测定燕麦倒二叶的净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、胞间CO2浓度(Ci)及蒸腾速率(Tr)；成熟期每小区选定1 m×1 m面积作为测产小区，称重测产并换算成单位面积产量，每小区重复3次。

1.5 数据处理

采用Excel 2003进行数据处理，用DPS 15.10进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 施氮量对不同饲用燕麦品种干草产量的影响

追施氮肥均显著增加不同饲用燕麦品种的产量(P<0.05)，随着施氮量的增加燕王与牧王饲用燕麦品种的产量呈现先增加后降低的变化趋势，在N200处理下显著高于其他施氮处理(P<0.05)；甜燕1号与牧乐思则呈现持续增加的变化趋势，在N300氮素水平下产量最高，亦显著高于其他施氮处理(P<0.05)；与N0处理相比，在N200氮素水平下燕王和牧王产量分别提高61.43%和54.23%，在N300处理下甜燕1号和牧乐思产量分别提高65.53%和76.89%；在N0和N200处理下，牧王的产量显著高于燕王、甜燕1号和牧乐思(P<0.05)，且各品种间差异显著(P<0.05)；在N100处理下，燕王的产量显著高于其他饲用燕麦品种(P<0.05)；甜燕1号在N300氮素水平的产量显著高于其他饲用燕麦品种(P<0.05)。说明，饲用燕麦品种燕王和牧王适宜施氮量为200 kg/hm2，甜燕1号和牧乐思适宜施氮量为300 kg/hm2(表2)。

表2 不同饲用燕麦品种产量在不同施氮量下的变化

2.2 施氮量对不同饲用燕麦品种叶片生长的影响

与不施氮肥相比，追施氮肥均显著促进了不同饲用燕麦品种叶片的生长(P<0.05)，燕王和牧王饲用燕麦品种的叶面积随着施氮量的增加呈先增加后降低的变化趋势，且均在N200处理下叶面积最大，燕王的旗叶叶面积最大为45.52 cm2，倒二叶叶面积最大为46.41 cm2，倒三叶叶面积最大为38.11 cm2；牧王的旗叶叶面积最大为70.6 cm2，倒二叶叶面积最大为68.31cm2，倒三叶叶面积最大为52.00 cm2；其中燕王的旗叶、倒二叶、倒三叶和牧王的倒二叶的叶面积均为N200处理显著高于其他施氮处理(P<0.05)，牧王的旗叶和倒三叶的叶面积则是N200与N300处理差异不显著(P>0.05)，但显著高于对照和N100(P<0.05)。甜燕1号和牧乐思燕麦品种的叶片面积则随着施氮量的增加呈增加的趋势，但在N200和N300处理下，只有甜燕1号的倒二叶和牧乐思的旗叶叶面积差异显著(P<0.05)，甜燕1号的旗叶叶面积最大为40.78 cm2，倒二叶叶面积最大为48.72 cm2，倒三叶叶面积最大为39.65 cm2，牧乐思的旗叶叶面积最大为43.46 cm2，倒二叶叶面积最大为40.91 cm2，倒三叶叶面积最大为34.14 cm2(表3)。

表3 不同饲用燕麦品种叶片面积在不同施氮量下的变化

2.3 施氮量对不同饲用燕麦光合参数的影响

燕王、牧王、甜燕1号饲用燕麦品种的Pn均在N100处理最高(表4)，牧王的Pn最高为21.51 μmol/(m2·s)，燕王的Pn在N100和N200处理下差异不显著(P>0.05)，但显著高于N0和N300处理(P<0.05)，牧王和甜燕1号的Pn则是N100显著高于其他施氮量处理(P<0.05)。牧乐思饲用燕麦品种的Pn在N300处理最高，且显著高于其他处理(P<0.05)，与N0处理相比，N100、N200和N300处理下，燕王的Pn值分别提高了28.72%、25.11%和18.64%，牧王的Pn值分别提高了46.25%、24.54%和22.78%，甜燕1号的Pn值分别提高了32.01%、16.33和15.02%，牧乐思的Pn值分别提高了2.31%、0.78%和18.5%，由此说明，牧王、甜燕1号的Pn在100 kg/hm2最强，燕王则在100～200 kg/hm2施氮处理下较强，牧乐思的Pn在300 kg/hm2处理下最强，与N0处理相比牧王在各个施氮水平处理下的增加值较高，不同饲用燕麦品种的Pn对施氮水平存在明显的差异，牧王对氮素较敏感。随着施氮水平的增加，各饲用燕麦品种Gs呈现先增加后降低的变化趋势，甜燕1号在施氮水平为200 kg/hm2时达到最大，其他品种则是在施氮水平为100 kg/hm2时达到最大，且显著高于其他氮肥处理(除牧乐思的N200处理)(P<0.05)，在N100处理下，燕王与牧王的Gs显著高于甜燕1号和牧乐思，与N0处理相比，燕王、牧王和牧乐思的Gs分别提高了55.07%、63.41%和67.5%，甜燕1号的Gs在N200处理下与N0处理相比提高了66.15%；

表4 不同饲用燕麦品种光合系数在不同施氮量下的变化

施氮降低饲用燕麦叶片的Ci，且与对照差异显著(P<0.05)。燕王，牧王，甜燕1号在N100施氮水平下Ci最低，牧乐思在N200施氮水平下Ci最低，均与其他施氮处理差异显著(P<0.05)，在N200处理下，燕王和牧王的Ci显著低于甜燕1号和牧乐思(P<0.05)。随着施氮量的增加，燕王和牧王饲用燕麦品种的Tr呈先增加后降低的变化趋势，燕王在N200、牧王在N100处理下Tr最高，且均显著高于对照和其他氮肥处理(P<0.05)；甜燕1号则随着施氮量的增加Tr呈增加趋势，显著高于对照(P<0.05)，施氮处理之间差异不显著(P>0.05)；牧乐思的不同氮肥处理差异不显著(P>0.05)，N100处理与N200处理显著高于对照(P<0.05)。

2.4 叶面积、光合参数及产量指标的相关性分析

相关性分析表明(表5)，产量与Tr呈正相关，与Ci呈负相关，但不显著，Pn与旗叶叶面积呈极显著正相关，与倒二叶、倒三叶叶面积呈显著正相关。Gs与倒三叶叶面积呈显著相关，与Pn呈极显著正相关。Tr与产量、倒三叶叶面积呈显著正相关，与Gs呈极显著正相关(表5)。由此说明，施肥可提高Pn、Gs、Tr、产量，降低Ci促进植物光合作用和蒸腾作用，光合因子是增产的主要因素之一。旗叶、倒二叶、倒三叶叶面积与产量之间呈极显著正相关，说明追施氮肥促进叶片的生长，进一步促进光合作用，提高饲用燕麦的产量。

表5 叶面积、光合参数及产量指标的相关性

3 讨论

叶片是植物进行光合作用的主要场所，叶面积是反映植株光合能力的重要生长指标[17]。崔纪菡等[18]研究表明施氮可显著扩展燕麦单叶面积，可提高叶片实际受光面积，保持较高的叶面积指数，促进光合转化率和物质积累。焦瑞枣[19]研究表明，增施氮肥可提高不同品种裸燕麦各生育时期的叶面积指数。本研究表明，适宜的施氮量可显著提高植株的叶面积与产量，提高植物光合性能，叶面积与产量呈极显著正相关，叶面积大有利于燕麦获得更多的光能从而增加产量。这与张衍华等[20]研究施肥对不同品种小麦光合速率及叶绿素含量的影响结果一致。叶片生长特性对氮肥施用量的响应亦表明，燕王和牧王饲用燕麦品种较甜燕1号和牧乐思对施氮量敏感，在N200施氮量处理达到最大值。

施氮量对植株叶片Pn、Gs、Ci、Tr有重要影响[21]。张秋英等[22]和JIMG[23]发现，光合速率的变化趋势与氮素营养的供应多少有密切关系。孙旭生等[24]研究表明，合理施氮在一定程度上可使冬小麦旗叶叶片气孔导度得以延缓，提高旗叶对Ci的利用能力，提高光合性能，但过量施氮无益于小麦旗叶蒸腾速率的提高。施氮能够提高杂交谷子的净光合速率、蒸腾速率和气孔导度[25]。在光合作用下植物进行物质生产，较高的光合生产力是作物获得高产的物质基础[26]。本研究表明：增施氮肥增加了燕麦倒二叶Pn、Gs、与Tr，但Ci降低，因此施氮可提高燕麦光合特性。Tr与产量、倒三叶叶面积呈显著正相关，Tr是影响产量的因素之一，适量的施氮量有助于燕麦光合产物的积累并获得高产。殷毓芬[27]等研究表明不同冬小麦品种旗叶Pn出现的高峰期差异较大。本研究表明，随着施氮水平的提高，不同燕麦品种光合性能之间存在较大的差异，燕王和牧王饲用燕麦品种在N100处理下具有较强的光合性能。这与董祥开等[28]研究氮素对燕麦冠层结构及光合特性的影响结果一致。