摘要:为了明确青海湟中地区适宜燕麦种植的最佳播期,以青燕1号为试验材料,设置5个播种期,研究不同播期对燕麦生育进程、光合特性、饲草产量、种子产量及农艺性状的影响.结果显示,随着播种期的推迟,燕麦营养生长阶段和生殖生长阶段的生育进程呈加速趋势,致使整个生育期缩短;叶片净光合速率在2018和2019年均呈现先增高后降低的趋势,且叶片净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)和蒸腾速率(Tr)均在B2处理时最高.鲜草产量、干草产量及种子产量随播期的变化趋势大体一致,均表现适期早播更有利于产量积累,播期到5月份以后,草产量及种子产量均呈下降趋势.株高、穗长、小穗数、千粒重均在B2处理时表现优于其他处理,与产量的变化趋势大体一致.此外,对各播期处理下的经济效益分析发现,2018和2019年均表现为B2处理下净收益最高,因此为获得燕麦高产,青海省湟中地区燕麦播种日期选择在4月26日为宜.
关键词:燕麦;播期;光合;产量
燕麦作为优质牧草被广泛种植于我国的西北部半干旱农牧区和西南部的高海拔地区,其具有较好的经济、营养及饲用价值[1].青海属高寒区,昼夜温差较大,气候冷凉,适宜燕麦生长.近年来燕麦作为青海高寒牧区大力推广的栽培草种,不仅具有适应性强、耐寒耐旱、耐贫瘠等优点,且具备稳产高产的优良特征,已成为冷季喂养中无可替代的优良牧草,在提高牧区抗灾保畜能力以及稳定和推进畜牧业发展方面具有重要价值[2-4].
为达到燕麦高产的目标,除了要关注燕麦本身的遗传因子外,生态环境和栽培管理措施也相当重要[5-7].播期的选择与光、热、水等环境因子密切相关[8],选择适宜的播期能够为作物选择最佳的生长起点,协调作物的营养和生殖发育,为作物获得高产提供有利条件[9-10].研究表明,由于高寒牧区特殊的自然条件,适宜作物生长的时间较短,适期播种十分重要,若过早播种,大气温度和土壤温度较低,不利于作物种子的发芽,并且在出苗后容易受晚霜的危害;若播种过迟,则易遭早霜冻害,影响种子成熟,造成千粒重下降,产量降低[11].有关播期对作物生长发育的影响如作物产量、光合及生物学特性等方面的研究已有较多报道,结果显示,气象因素如光照、温度、降雨等都会显著影响燕麦的有效分蘖及干物质积累,适宜播期的选择不仅可以满足燕麦在生长发育过程中的生态环境需求,同时也有利于其充分发挥群体效益,进而为夺得高产打下坚实的基础.季晓菲等[12]研究结果显示,梦龙燕麦的株高、分蘖数、茎叶比以及草产量均随着播期的延迟呈现出降低趋势.此外,对其他牧草播期选择的研究也有很多,如田永雷等[13]研究表明随着播期推迟,苜蓿(MedicagosativaL.)在建植当年干草产量、株高和单枝条呈现降低趋势.刘春增等[14]研究发现紫云英(AstragalussinicusL.)苗期的株高、分枝数、地上部和地下部干重均随播期的推迟而降低.综上,前人研究认为早播更利于发挥作物的产量潜力.
在实际燕麦生产过程中,常在播种期遇到春旱,收获期遇到雨季,从而对燕麦的产量和品质造成严重影响.因此,通过选择适宜播期能够使燕麦在抽穗到成熟时期处于温和且适宜其生长的环境中,促进灌浆与籽粒的形成,进而提高种子产量.因此开展燕麦最佳播期的研究尤为重要.本研究以青海省畜牧兽医科学院利用传统杂交育种方式选育出根系发达、产草量高的青燕1号燕麦品种[15]为试验材料,研究播期对燕麦生长、草产量及种子产量的影响,以期找出适宜在该地区推广种植的最佳播期,指导生产实践,以及为青燕1号品种的推广应用提供理论依据.
1材料与方法
1.1试验材料
供试材料为青燕1号品种燕麦种子,由青海畜牧兽医科学院提供.
1.2试验设计
试验于2018和2019年的4—9月在青海省湟中县鲁沙尔镇燕麦试验基地进行(101°37'E,36°28'N).试验田地势平坦,海拔2620m,气候寒冷潮湿,无绝对无霜期,年均气温3.7℃,历年年降水量480mm(降雨和降雪),土地类型平地,土质栗钙土,前茬荞麦.试验设5个播期处理,分别为4月19日(B1),4月26日(B2),5月3日(B3),5月10日(B4),5月17日(B5);播前施尿素75kg·hm-2,磷酸二铵150kg·hm-2.随机区组试验设计,每个处理3次重复,小区面积15m2(3m×5m),行距25cm,燕麦播量187.5kg·hm-2,播深3~4cm.条播,播后耙耱,田间除草2次,花期田间除杂1次.
1.3测定项目与方法
1)生育期.田间观察记载各播期处理下燕麦的出苗、拔节、孕穗、抽穗、开花、乳熟和完熟时期.
2)光合指标.测定开花期燕麦旗叶的净光合速率(Pn/(μmol·m-2·s-1))、胞间CO2浓度(Ci/(μmol·mol-1))、气孔导度(Gs/(mol·m-2·s-1))和蒸腾速率(Tr/(mmol·m-2·s-1)).采用LI-6800型便捷式光合测定仪(LI-COR公司,美国)测定光合参数,在晴天上午9:00~12:00测定,叶片温度25℃,CO2浓度400μmol·mol-1,叶室面积为6.25m2,气体流量为0.25L·min-1,每小区3次重复[16].农艺性状:于燕麦开花期每小区随机选取1m2(1m×1m),齐地刈割立即测定燕麦鲜重.带回实验室,自然风干后测定干重[17].于燕麦成熟期每小区随机选取长势均一的10个单株,用直尺测定株高,同时各小区随机取10株带回实验室测定穗长,小穗数和千粒重,以小区为面积测定种子产量.
1.4统计分析
采用Excel2010软件对数据进行处理及绘图,应用SPSS23.0对数据进行显著性检验及方差分析,采用Duncan法对处理间差异显著性进行分析比较.
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2结果与分析
2.1不同播期处理对燕麦生育期的影响
不同播期的青燕1号生育天数在2018和2019年均随播种期的推迟减少(表1).其中,2018和2019年生育天数最长均为B1,分别为119和123d;最短为B5,分别为98和101d.随着播期的推迟,从播种-抽穗期(营养生长阶段)、抽穗-完熟期(生殖生长阶段)的生育进程均表现为加快趋势.其中,在2018年播期每推迟7d,营养生长期平均推迟2~3d,生殖生长平均推迟2~5d;在2019年播期每推迟7d,营养生长期推迟1~5d;生殖生长期推迟1~3d.随着播期的推迟,气温逐渐升高,燕麦生长发育加快,各处理营养生长占生育天数的比例呈现先降低后升高的趋势,其中,2018年B2的营养生长占生育天数的比例最低(51.69%),2018年B4的营养生长占生育天数的比例最低(58.10%).
2.2不同播期处理对燕麦光合特性的影响
如表2所示,2018年B2处理下的青燕1号开花期的Pn,Gs和Tr均显著高于其他处理(P<0.05),Pn较其他处理分别高10.75%~40.89%,Gs较其他处理分别高28.32%~59.29%,Tr较其他处理分别高2.81%~6.36%.2019年B2处理下燕麦的Pn和Gs均显著高于其他处理(P<0.05),Pn较其他处理分别高26.05%~49.92%,Gs较其他处理分别高20.90%~40.90%,而B2处理的Tr与B1处理差异不显著(P>0.05),但显著高于其他处理(P<0.05).2018和2019年开花期青燕1号燕麦Ci随着播期的推迟大致呈现先降低后升高的趋势,最低值均出现在B2处理.
2.3不同播期处理对开花期燕麦鲜草产量的影响
通过测定2018和2019年不同播期处理下的燕麦鲜草产量发现(图1),两年的鲜草产量均在40000~56000kg·hm-2,随着播期的推迟,鲜草产量在2018年大致呈现先增加后降低的趋势,在B2处理时最高,高达55810.7kg·hm-2,相比同年其他处理高出10.02%~26.63%,差异显著(P<0.05),鲜草产量最低的处理为B5,除与B3处理差异不显著(P>0.05)外,显著低于其他处理.2019年B1和B2处理差异不显著(P>0.05),但均显著高于同年其他处理(P<0.05).B3,B4和B5处理差异不显著(P>0.05),鲜草产量平均在41216.6kg·hm-2.
2.4不同播期处理对开花期燕麦干草产量的影响
由图2可以看出,不同播期处理下2018年干草产量的波动范围为11000~14000kg·hm-2,2019年干草产量为6800~11000kg·hm-2,2019年干草产量低于2018年干草产量.2年的干草产量均随播期的推迟呈现先增加后降低的趋势,B2处理的干草产量最高,2018年干草产量高达13786.7kg·hm-2,显著高于其他处理(P<0.05),B4和B5处理的干草产量差异不显著(P>0.05),但显著低于其他处理(P<0.05).2019年B3,B4和B5处理下的燕麦干草产量的差异不显著(P>0.05),平均干草产量约7274.2kg·hm-2,显著低于B1和B2处理(P<0.05).
2.5不同播期处理对成熟期燕麦种子产量的影响
如图3所示,与干草产量结果不同,2019年的种子产量平均高出2018年的3019.0kg·hm-2.不同播期处理下2018年的平均种子产量为4160kg·hm-2,随着播期的推迟,种子产量在B2处理下达到峰值,与B1处理差异不显著(P>0.05),但显著高于其他处理(P<0.05),随后逐渐下降,B5处理种子产量最低,仅3244.4kg·hm-2,相比其他处理低10.43%~39.04%,差异显著(P<0.05).但B3和B4处理差异不显著(P>0.05).2019年种子产量在不同播期处理下的变化趋势与2018年基本一致.仍然表现为B2处理种子产量最高,为8241.7kg·hm-2,B5处理的种子产量最低,相比同年B2处理低42.03%.
2.6不同播期处理对燕麦农艺性状的影响
随着播期的延迟,参试材料青燕1号燕麦的株高先增加后降低,2018年和2019年均表现为B2处理最高,B5处理最低,这2个处理差异显著(P<0.05),同时发现2019年燕麦平均株高高出前一年约33.9cm.穗长的变化趋势与株高大致相似.2018年不同播期处理的小穗数之间差异不显著,均在40个左右,但2019年处理间表现出差异,其中B2的小穗数最多,但与B1处理差异不显著(P>0.05).B3,B4和B5随着播期的推迟表现出小穗数减少,其中B5处理小穗数最少,仅约34.7个,与其他处理差异显著(P<0.05).2018和2019年的千粒重均表现为在B2最高,比最低的B5处理高出0.116和0.201g,二者差异显著(P<0.05),B2和B3差异不显著(P>0.05).
2.7效益分析
不同播期处理的经济效益分析见表4.不同播期处理燕麦因用途不同,最终草产量收益和种子产量收益不同.分析结果显示,B2处理下的净收益最好,草产量净收益2018和2019年分别高达22398.2和14352.9元·hm-2,分别比当年最低播期处理净收入高出26.09%和50.29%.种子产量净收益2018和2019年分别高达9966.7和18725.1元·hm-2,分别比当年最低播期处理净收入高出62.54%和60.77%.
3讨论
3.1播期对燕麦生长及光合特性的影响
播期是作物生产过程中一项重要的栽培措施,它可以通过改变植物生长过程中的一系列外部环境,如光照、温度、降水等,从而调节植物的生长发育[18-20].选择适宜的播种时期有利于作物避开不良气候,从而有效促进作物的正常生长,获得高产,同时也为作物的适时收获提供便利.研究表明,播期对作物的生育进程具有至关重要的调节作用.本研究结果表明,在2018年播期每推迟7d,营养生长期平均推迟2~3d,生殖生长平均推迟2~5d;在2019年播期每推迟7d,营养生长期推迟1~5d;生殖生长期推迟1~3d,总而言之,播期对青燕1号燕麦的营养生长和生殖生长时期的调控作用非常明显.随着播期的推迟,青燕1号燕麦的整个生育期明显缩短,这可能是由于随着播期的推迟,气温逐渐升高,光照、温度、水分等外界环境可以满足燕麦生长的需要,从而加快生育进程.若过早播种,燕麦种子易受到低温及少雨的影响,降低出苗率,且新出的幼苗也更易受到霜冻的威胁.这与王永刚等[21]、孙园园等[22]的研究结果一致.此外,光合作用是作物获得产量的重要源泉[23],净光合速率是反映植物光合生产能力的重要指标之一.郑盛华等[24]的研究结果显示,随着播期的推迟,直播稻的净光合速率总体呈现下降趋势,且作物产量受播期影响较大;王永刚等[21]研究发现,随着播期的推迟,白燕7号燕麦的Pn,Gs和Tr整体呈现降低趋势,Ci整体呈现增高趋势.在本研究中,随着播期的推迟,青燕1号燕麦的Pn大体呈现先增加后降低的趋势,说明适时早播可以使青燕1号燕麦在开花期维持较高的净光合速率,且这一趋势与最终物质积累的产量变化趋势类似,说明播期的变化能够显著影响燕麦的光合物质合成与积累,从而影响产量的形成,这与前人的研究结果一致.此外,Ci随着播期推迟的变化趋势与Pn正好相反,Gs和Tr的变化与Pn相似.
3.2播期对燕麦产量及农艺性状的影响
燕麦作为饲草饲料作物,草产量和种子产量的高低可以直接反映其生产性能,而产量的高低受到多种因素的调控,充分利用种植地区的环境条件及配以合适的栽培管理措施有助于促进作物生长,达到提高产量的目的.株高作为衡量牧草生长状况和反映草产量高低最理想的特征指标,对其进行测定意义重大.本研究结果发现,燕麦株高在B2处理时高于其他播期处理,且播期到5月份以后,株高随播期的推迟逐渐降低.此外,穗长、小穗数和千粒重作为种子产量重要的构成要素,同样受到外界环境的影响.研究表明,播期不同会造成水稻生长进程和籽粒灌浆环境条件的差异,从而影响产量,选择适宜的播期能够使水稻有效利用光温资源,提高有效分蘖和成穗率[25-26].本研究中,播种时间超过5月后,鲜干草产量及种子产量均显著降低,早播的B1和B2处理中,播期为4月26日的燕麦草产量和种子产量均最佳,这一变化趋势与株高及产量构成要素的变化趋势较为一致,说明适当早播更有利于燕麦进行光合作用,提高干物质的积累量;而随着播期的推迟,虽然水热条件较好,但会加快燕麦的生育进程,造成生育期缩短,灌浆期也随之缩短,影响籽粒的正常发育和成熟,易产生瘪粒,从而容易导致千粒重及小穗数降低,进而影响种子产量.吴娜等[27]的研究中提出,适宜早播对燕麦进行春化处理非常有利,促进燕麦冬前的有效分蘖,确保成穗数的增加;另外开花后,光合产物持续积累,且光合产物在燕麦各个器官中的分配比例发生变化,干物质向籽粒分配的比例明显升高,有利于提高燕麦籽粒产量.此外,马永安等[28]对小麦适宜播期选择的研究中发现,适当早播有助于促进杂交小麦的分蘖,增加小穗数和小花数.刘文辉等[29]的研究发现,随着播期的推迟,参试的3个裸燕麦品种的小穗数和千粒重均明显下降,且不孕小穗数和瘪粒数增加,最终导致种子产量随播期的延迟而下降,这与本文的研究结果一致.
3.3最佳播期的确定
关于燕麦最佳播期的选择,与试验地点的水热条件、参试品种、栽培措施等的差异有所不同.徐长林[30]的研究结果发现,甘肃天祝适宜燕麦生长的播期为4月下旬,以收获青干草为目标的适宜播期为5月20日—6月4日,以收获种子为目的播期不得迟于5月20日.马雪琴等[31]研究指出,在甘肃天祝县4月下旬种植燕麦较好,其有效穗数、每穗粒数及千粒重皆高于4月中旬与5月上旬,同时5月上旬播种其有效穗数最少.杨丽娜等[32]提出在甘南夏河县种植燕麦以4月中旬播种为宜,刘文辉等[29]指出裸燕麦在青海地区的最佳播期为4月上旬.本试验研究发现,适宜青海省湟中县地区的燕麦最佳播期为4月26日.——论文作者：马祥1,2,贾志锋1,2*,刘勇1,2
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