Effects of nitrogen application rate on seed yield and nitrogen use efficiency of Elymus

doi:10.11686/cyxb2022279

Abstract

Abstract:

Nitrogen is one of the crucial macroelements contributing to the growth and development of gramineous （poaceous） plants. However， excessive nitrogen application will result in environmental pollution， increased production costs and a decrease in profitability. Based on the strong demand and the low seed yield of Elymus in the Qinghai-Tibet Plateau area， this study investigated the seed yields of two Elymus species under six nitrogen fertilizer application rates. The cultivars investigated were Elymusbreviaristatus cv. Tongdeand Elymus sibiricus cv. Qingmu No. 1. The six nitrogen application treatments in this study were 0， 45， 90， 135， 180 and 225 kg N·ha^-1. The effects of nitrogen application on seed production and nitrogen use efficiency of Elymus were analyzed to provide reference data for seed production in Elymus. It was found that nitrogen application promoted the growth of both tested Elymus varieties. Forage vegetative growth was enhanced， including plant height， tillers per unit area， the seed yield and yield components such as fertile tillers per unit area， spikelets per ear， seeds per ear and 1000-seed weight. With increase in nitrogen application rate， the various yield indexes initially increased and then plateaued or decreased. As successive nitrogen increments were added， the agronomic use efficiency of E. sibiricus cv. Qingmu No. 1 initially increased and then decreased， while the agronomic use efficiency and differential N response of both cultivars gradually decreased. In this study， E. breviaristatus cv. Tongde and E. sibiricus cv. Qingmu No. 1 had seed yields of 712-1661 kg·ha^-1and 701-1626 kg·ha^-1， respectively. In order to manage and reduce N fertilizer inputs， the recommended N fertilizer application rate was 135-180 kg·ha^-1. Correlation analysis and pathway analysis showed that fertile tillers per unit area and seeds per ear contributed more to the increase of seed yield among seed yield components.

Key words: Elymus, nitrogen application, yield components, seed yield, nitrogen utilization rate

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Figures/Tables 9

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取样时间 Sampling time	施氮水平 Nitrogen application	同德短芒披碱草E. breviaristatus cv. Tongde			青牧1号老芒麦E. sibiricus cv. Qingmu No. 1
取样时间 Sampling time	施氮水平 Nitrogen application	株高 Plant height （cm）	分蘖数 Tillers （No.·m^-2）	营养枝占比 Proportion of vegetative tillers （%）	株高 Plant height （cm）	分蘖数 Tillers （No.·m^-2）	营养枝占比 Proportion of vegetative tillers （%）
S₁	N₀	50.30a	805b	41b	50.23a	812a	62ab
	N₁	51.77a	1279ab	55ab	51.00a	985a	74a
	N₂	51.87a	1193ab	62ab	54.40a	1187a	63ab
	N₃	61.37a	1211ab	53ab	47.70a	1069a	58ab
	N₄	53.87a	1824a	69a	47.70a	1032a	63ab
	N₅	58.23a	1795a	66a	53.33a	1020a	45b
S₂	N₀	65.57ab	1227b	43a	62.27b	997c	48a
	N₁	81.10a	1569ab	52a	76.23ab	1204bc	63a
	N₂	71.17ab	1761ab	59a	75.37ab	1685abc	61a
	N₃	74.93ab	1659ab	58a	78.90a	2336a	65a
	N₄	74.10ab	1956a	55a	87.43a	2170ab	61a
	N₅	60.47b	1973a	62a	81.20a	2040ab	49a
S₃	N₀	85.27b	1031c	28c	86.17c	921b	45a
	N₁	104.03a	1727b	53b	92.57bc	1377ab	58a
	N₂	103.53a	2323a	64ab	103.27ab	1957ab	62a
	N₃	103.93a	2471a	68a	104.80ab	2209ab	66a
	N₄	104.50a	2043ab	58ab	112.13a	2101ab	58a
	N₅	112.77a	2259a	52b	109.43a	2352a	52a
S₄	N₀	88.43b	933b	32b	90.50c	925b	40b
	N₁	103.43a	1807a	50a	100.43bc	1816a	65a
	N₂	106.00a	1864a	60a	110.30ab	1719a	61a
	N₃	112.03a	2031a	54a	110.87ab	1861a	59ab
	N₄	113.53a	1993a	48ab	119.87a	2043a	55ab
	N₅	112.77a	1704a	50a	117.87a	1912a	51ab

取样时间 Sampling time	施氮水平 Nitrogen application	同德短芒披碱草E. breviaristatus cv. Tongde			青牧1号老芒麦E. sibiricus cv. Qingmu No. 1
取样时间 Sampling time	施氮水平 Nitrogen application	株高 Plant height （cm）	分蘖数 Tillers （No.·m^-2）	营养枝占比 Proportion of vegetative tillers （%）	株高 Plant height （cm）	分蘖数 Tillers （No.·m^-2）	营养枝占比 Proportion of vegetative tillers （%）
S₁	N₀	50.30a	805b	41b	50.23a	812a	62ab
	N₁	51.77a	1279ab	55ab	51.00a	985a	74a
	N₂	51.87a	1193ab	62ab	54.40a	1187a	63ab
	N₃	61.37a	1211ab	53ab	47.70a	1069a	58ab
	N₄	53.87a	1824a	69a	47.70a	1032a	63ab
	N₅	58.23a	1795a	66a	53.33a	1020a	45b
S₂	N₀	65.57ab	1227b	43a	62.27b	997c	48a
	N₁	81.10a	1569ab	52a	76.23ab	1204bc	63a
	N₂	71.17ab	1761ab	59a	75.37ab	1685abc	61a
	N₃	74.93ab	1659ab	58a	78.90a	2336a	65a
	N₄	74.10ab	1956a	55a	87.43a	2170ab	61a
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	N₁	104.03a	1727b	53b	92.57bc	1377ab	58a
	N₂	103.53a	2323a	64ab	103.27ab	1957ab	62a
	N₃	103.93a	2471a	68a	104.80ab	2209ab	66a
	N₄	104.50a	2043ab	58ab	112.13a	2101ab	58a
	N₅	112.77a	2259a	52b	109.43a	2352a	52a
S₄	N₀	88.43b	933b	32b	90.50c	925b	40b
	N₁	103.43a	1807a	50a	100.43bc	1816a	65a
	N₂	106.00a	1864a	60a	110.30ab	1719a	61a
	N₃	112.03a	2031a	54a	110.87ab	1861a	59ab
	N₄	113.53a	1993a	48ab	119.87a	2043a	55ab
	N₅	112.77a	1704a	50a	117.87a	1912a	51ab

品种 Cultivars	施氮水平 Nitrogen application	穗长 Ear length （cm）	每穗小穗数 Spikelets per ear （No.）	每穗种子数 Seeds per ear （No.）	每小穗种子数 Seeds per spikelet （No.）	千粒重 1000-seed weight （g）	种子产量 Seed yield （kg·hm^-2）	收获指数 Harvest index
同德短芒披碱草 E. breviaristatus cv. Tongde	N₀	12.85a	28.22b	80.07b	2.87a	0.4708b	712c	0.1800ab
	N₁	14.51a	30.74ab	88.66ab	3.02a	0.5497a	1211ab	0.2408a
	N₂	14.17a	31.27ab	96.65ab	3.22a	0.5053ab	1198ab	0.2067ab
	N₃	14.72a	31.18ab	94.85ab	3.02a	0.5740a	1179bc	0.1700b
	N₄	15.10a	35.35a	103.40a	3.00a	0.5704a	1623ab	0.2000ab
	N₅	14.53a	32.29ab	95.20ab	2.96a	0.5499a	1661a	0.1833ab
青牧1号老芒麦 E. sibiricus cv. Qingmu No. 1	N₀	15.22b	33.69b	101.78c	3.11a	0.4217b	717b	0.2200ab
	N₁	16.50ab	41.58a	120.00ab	3.11a	0.5284a	701b	0.1600c
	N₂	18.92a	39.71ab	124.24ab	3.45a	0.4273b	1168ab	0.2067abc
	N₃	16.66ab	39.05ab	131.87a	3.47a	0.4509ab	1607a	0.2400a
	N₄	17.27ab	38.33ab	127.93ab	3.33a	0.4576ab	1626a	0.1900bc
	N₅	16.62ab	29.29b	113.82bc	3.02a	0.3961b	1575a	0.1967abc

品种 Cultivars	施氮水平 Nitrogen application	穗长 Ear length （cm）	每穗小穗数 Spikelets per ear （No.）	每穗种子数 Seeds per ear （No.）	每小穗种子数 Seeds per spikelet （No.）	千粒重 1000-seed weight （g）	种子产量 Seed yield （kg·hm^-2）	收获指数 Harvest index
同德短芒披碱草 E. breviaristatus cv. Tongde	N₀	12.85a	28.22b	80.07b	2.87a	0.4708b	712c	0.1800ab
	N₁	14.51a	30.74ab	88.66ab	3.02a	0.5497a	1211ab	0.2408a
	N₂	14.17a	31.27ab	96.65ab	3.22a	0.5053ab	1198ab	0.2067ab
	N₃	14.72a	31.18ab	94.85ab	3.02a	0.5740a	1179bc	0.1700b
	N₄	15.10a	35.35a	103.40a	3.00a	0.5704a	1623ab	0.2000ab
	N₅	14.53a	32.29ab	95.20ab	2.96a	0.5499a	1661a	0.1833ab
青牧1号老芒麦 E. sibiricus cv. Qingmu No. 1	N₀	15.22b	33.69b	101.78c	3.11a	0.4217b	717b	0.2200ab
	N₁	16.50ab	41.58a	120.00ab	3.11a	0.5284a	701b	0.1600c
	N₂	18.92a	39.71ab	124.24ab	3.45a	0.4273b	1168ab	0.2067abc
	N₃	16.66ab	39.05ab	131.87a	3.47a	0.4509ab	1607a	0.2400a
	N₄	17.27ab	38.33ab	127.93ab	3.33a	0.4576ab	1626a	0.1900bc
	N₅	16.62ab	29.29b	113.82bc	3.02a	0.3961b	1575a	0.1967abc

系数 Coefficient	品种 Cultivars	单位面积生殖枝数 Fertile tillers per square meter	穗长 Ear length	每小穗种子数Seeds per spikelet	每穗小穗数 Spikelets per ear	每穗种子数Seeds per ear	千粒重 1000-seed weight
相关系数Correlation coefficient	同德短芒披碱草E. breviaristatus cv. Tongde	0.59*	0.52*	0.19	0.63**	0.64**	0.34
相关系数Correlation coefficient	青牧1号老芒麦E. sibiricus cv. Qingmu No. 1	0.53*	0.33	0.41	0.18	0.58*	-0.20
通径系数Pathway coefficient	同德短芒披碱草E. breviaristatus cv. Tongde	0.42*	-0.16	-0.11	0.01	0.67*	-0.05
通径系数Pathway coefficient	青牧1号老芒麦E. sibiricus cv. Qingmu No. 1	0.42*	-0.02	-0.09	-0.04	0.66*	-0.31