Effects of interactions among fertilizer， water retention agent， and seeding rate on the yield production performance of oat （Avena sativa）

doi:10.11686/cyxb2024353

Abstract

Abstract:

The aim of this study was to determine the effects of interactions among fertilizer， polyacrylamide water-retention agent （PAC）， and seeding rate on the yield， yield components and nutritive traits of oat （Avena sativa） in the Hulunbuir region. A field experiment was conducted with an orthogonal design using the oat cultivar ‘Qinghai 444’. The experiment was an incomplete 3×3×3 factorial design with three fertilizer treatments （A₁， A₂， A₃）， three levels of PAC （B₁， B₂， B₃）， and three seeding rates （C₁， C₂， C₃） with nine of the 27 available treatment combinations implemented. The three fertilizer treatments were： A₁=N， 44.00 kg·ha?¹ and P， 83.00 kg·ha?¹， A₂=N， 44.00 kg·ha?¹ and P， 41.00 kg·ha?¹ and A₃=N， 89.00 kg·ha?¹， P： 41.00 kg·ha?¹. The three PAC treatments were 60， 75 and 90 kg·ha?¹ PAC for B₁， B₂ and B₃， respectively， and the three seeding rates were calculated to deliver 2.5， 3.5 and 4.5 live seeds·ha?¹ for C₁， C₂ and C₃， respectively. Agronomic traits， individual plant biomass， forage yield， and nutritional quality indicators were analyzed for each combination of treatments. The results revealed that the total plant biomass， stem biomass， crude protein， calcium， and phosphorus content were significantly higher with the A₃ level of fertilizer than with the A₁ and A₂ levels of fertilizer. As the concentration of PAC increased， the seedling number， spike number， tiller survival rate， sub-spike internode length， plant height， center of gravity height， lodging rate， and ash content increased， and total plant biomass， root biomass， and leaf biomass decreased. As the seeding rate increased， the stem number， spike number， center of gravity height， root biomass， and neutral detergent fiber content increased， whereas the grain number per plant， sub-spike internode length， spike length， plant height， spike position height， total plant biomass， spike biomass， and acid detergent fiber content decreased. Among the nine treatment combinations， the A₃B₁C₃ treatment resulted in the highest stem number， second and third internode length， stem diameter， stem wall thickness， crude protein， ether extract， calcium， and phosphorus content， along with the lowest acid detergent fiber content. The A₃B₂C₁ treatment resulted in the highest spike position， total plant biomass， stem biomass， and spike biomass. The results of a range analysis indicated that fertilizer application had the greatest impact on oat yield and quality at the flowering stage， followed by the water-retention agent， while seeding rate had the smallest effect. A multivariate evaluation using the membership function method identified the optimal combination for oat yield and quality performance as A₃B₁C₃； i.e.， a fertilizer ratio of N： 89.00 kg·ha?¹， P： 41.00 kg·ha?¹， K： 41.00 kg·ha?¹， application of PAC at 60.00 kg·ha?¹， and a seeding rate of 157.05 kg·ha?¹. These findings provide a theoretical basis and technical guidance for sustainable and high-efficiency oat cultivation in the Hulunbuir region.

Key words: oats （Avena sativa）, fertilizer application, water retention agent, sowing quantity, agronomic traits, grass yield, nutritional quality

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Figures/Tables 12

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指标 Index	A₁	A₂	A₃	B₁	B₂	B₃	C₁	C₂	C₃
苗数 Number of seedlings （万苗Ten thousand seedling·hm^-2）	324.63±14.16a	360.95±26.13a	318.33±18.96a	321.67±17.79a	330.93±22.94a	351.31±21.79a	350.94±20.89a	323.15±18.35a	329.82±23.43a
茎数 Number of stems （万茎Ten thousand stems·hm^-2）	499.92±16.30ab	485.83±9.20b	532.90±17.19a	508.07±20.75a	494.36±11.18a	516.21±14.34a	473.60±13.37b	510.29±15.72ab	534.75±11.37a
穗数 Panicle number （万穗Ten thousand ears·hm^-2）	445.26±17.90a	437.31±17.04a	441.37±21.81a	429.52±15.45b	436.00±21.99b	458.44±17.62a	397.65±15.82b	452.68±17.64a	473.62±12.01a
分蘖成穗率 Percentage of tillering to head （%）	0.89±0.03a	0.90±0.02a	0.83±0.03a	0.85±0.03a	0.88±0.03a	0.89±0.02a	0.84±0.03a	0.89±0.02a	0.89±0.03a
单株粒数 Number of grains per plant （粒·株^-1 Grain·plant^-1）	43.87±3.12a	45.11±4.50a	37.64±3.80a	40.29±3.78a	43.86±3.64a	42.47±4.49a	50.06±4.30a	39.97±2.38ab	36.59±3.46b
第二节长 Second section length （cm）	24.51±0.91ab	23.90±0.55b	27.11±1.16a	25.62±1.26a	25.17±0.91a	24.73±0.86a	24.80±1.15a	24.49±0.73a	26.23±1.07a
第三节长 Third section length （cm）	46.49±1.24a	47.19±1.11a	49.69±1.85a	48.49±1.39a	46.68±1.18a	48.20±1.83a	48.38±1.20a	46.40±1.45a	48.59±1.74a
穗下节长Subear length （cm）	47.87±1.07a	49.84±2.00a	47.29±1.02a	47.31±1.03a	48.13±1.32a	49.56±1.87a	51.13±1.61a	47.47±1.19ab	46.40±1.03b
穗长Panicle length （cm）	17.22±0.44a	17.96±0.61a	17.42±0.30a	17.98±0.42a	16.60±0.36a	18.02±0.48a	18.22±0.47a	17.24±0.49a	17.13±0.38a
株高Plant height （cm）	117.98±1.53a	118.38±2.74a	118.31±2.80a	116.38±2.06a	118.58±2.51a	119.71±2.53a	121.13±2.13a	118.07±2.35a	115.47±2.38a
穗位高Ear height （cm）	100.76±1.48a	100.42±2.32a	100.80±2.75a	98.40±1.80a	101.98±2.44a	101.69±2.23a	102.91±2.14a	100.82±2.13a	98.33±2.16a
重心高度 Height of center of gravity （cm）	40.76±1.57a	39.33±1.39a	39.76±1.17a	38.71±1.27a	39.58±0.95a	41.56±1.68a	39.76±1.68a	39.84±1.09a	40.24±1.35a
茎粗Thick stem （mm）	4.30±0.08a	4.19±0.12a	4.46±0.06a	4.43±0.10a	4.18±0.08a	4.33±0.10a	4.41±0.10a	4.24±0.08a	4.29±0.11a
茎壁厚Stem wall thickness （mm）	1.03±0.04a	0.92±0.05a	1.01±0.05a	1.02±0.05a	0.94±0.05a	1.00±0.05a	1.04±0.04a	0.95±0.04a	0.98±0.06a
倒伏率Lodging rate （%）	0.49±0.08a	0.71±0.08a	0.66±0.09a	0.51±0.12a	0.65±0.07a	0.70±0.06a	0.54±0.11a	0.68±0.07a	0.63±0.08a

指标 Index	A₁	A₂	A₃	B₁	B₂	B₃	C₁	C₂	C₃
苗数 Number of seedlings （万苗Ten thousand seedling·hm^-2）	324.63±14.16a	360.95±26.13a	318.33±18.96a	321.67±17.79a	330.93±22.94a	351.31±21.79a	350.94±20.89a	323.15±18.35a	329.82±23.43a
茎数 Number of stems （万茎Ten thousand stems·hm^-2）	499.92±16.30ab	485.83±9.20b	532.90±17.19a	508.07±20.75a	494.36±11.18a	516.21±14.34a	473.60±13.37b	510.29±15.72ab	534.75±11.37a
穗数 Panicle number （万穗Ten thousand ears·hm^-2）	445.26±17.90a	437.31±17.04a	441.37±21.81a	429.52±15.45b	436.00±21.99b	458.44±17.62a	397.65±15.82b	452.68±17.64a	473.62±12.01a
分蘖成穗率 Percentage of tillering to head （%）	0.89±0.03a	0.90±0.02a	0.83±0.03a	0.85±0.03a	0.88±0.03a	0.89±0.02a	0.84±0.03a	0.89±0.02a	0.89±0.03a
单株粒数 Number of grains per plant （粒·株^-1 Grain·plant^-1）	43.87±3.12a	45.11±4.50a	37.64±3.80a	40.29±3.78a	43.86±3.64a	42.47±4.49a	50.06±4.30a	39.97±2.38ab	36.59±3.46b
第二节长 Second section length （cm）	24.51±0.91ab	23.90±0.55b	27.11±1.16a	25.62±1.26a	25.17±0.91a	24.73±0.86a	24.80±1.15a	24.49±0.73a	26.23±1.07a
第三节长 Third section length （cm）	46.49±1.24a	47.19±1.11a	49.69±1.85a	48.49±1.39a	46.68±1.18a	48.20±1.83a	48.38±1.20a	46.40±1.45a	48.59±1.74a
穗下节长Subear length （cm）	47.87±1.07a	49.84±2.00a	47.29±1.02a	47.31±1.03a	48.13±1.32a	49.56±1.87a	51.13±1.61a	47.47±1.19ab	46.40±1.03b
穗长Panicle length （cm）	17.22±0.44a	17.96±0.61a	17.42±0.30a	17.98±0.42a	16.60±0.36a	18.02±0.48a	18.22±0.47a	17.24±0.49a	17.13±0.38a
株高Plant height （cm）	117.98±1.53a	118.38±2.74a	118.31±2.80a	116.38±2.06a	118.58±2.51a	119.71±2.53a	121.13±2.13a	118.07±2.35a	115.47±2.38a
穗位高Ear height （cm）	100.76±1.48a	100.42±2.32a	100.80±2.75a	98.40±1.80a	101.98±2.44a	101.69±2.23a	102.91±2.14a	100.82±2.13a	98.33±2.16a
重心高度 Height of center of gravity （cm）	40.76±1.57a	39.33±1.39a	39.76±1.17a	38.71±1.27a	39.58±0.95a	41.56±1.68a	39.76±1.68a	39.84±1.09a	40.24±1.35a
茎粗Thick stem （mm）	4.30±0.08a	4.19±0.12a	4.46±0.06a	4.43±0.10a	4.18±0.08a	4.33±0.10a	4.41±0.10a	4.24±0.08a	4.29±0.11a
茎壁厚Stem wall thickness （mm）	1.03±0.04a	0.92±0.05a	1.01±0.05a	1.02±0.05a	0.94±0.05a	1.00±0.05a	1.04±0.04a	0.95±0.04a	0.98±0.06a
倒伏率Lodging rate （%）	0.49±0.08a	0.71±0.08a	0.66±0.09a	0.51±0.12a	0.65±0.07a	0.70±0.06a	0.54±0.11a	0.68±0.07a	0.63±0.08a

指标 Index	A₁B₁C₁	A₁B₂C₂	A₁B₃C₃	A₂B₁C₂	A₂B₂C₃	A₂B₃C₁	A₃B₁C₃	A₃B₂C₁	A₃B₃C₂
苗数Number of seedlings （万苗 Ten thousand seedlings·hm^-2）	337.97±16.40a	291.28±12.02a	344.64±31.37a	344.64±28.60a	362.43±39.15a	375.77±35.37a	282.38±16.85a	339.08±26.43a	333.53±24.30a
茎数Number of stems （万茎Ten thousand stems·hm^-2）	471.38±38.24c	500.29±27.16abc	528.08±13.66abc	481.39±22.48bc	504.73±7.29abc	471.36±12.80c	571.44±12.82a	478.05±22.48bc	549.20±22.32ab
穗数 Panicle number （万穗 Ten thousand ears·hm^-2）	402.45±4.77d	441.36±27.95cd	533.64±8.08a	489.17±13.19abc	490.28±11.65abc	462.49±32.39bcd	446.92±20.60bcd	394.67±32.61d	515.85±24.34ab
分蘖成穗率 Percentage of tillering to head （%）	0.83±0.02cd	0.88±0.04bcd	0.97±0.02a	0.92±0.02ab	0.80±0.05d	0.82±0.01cd	0.82±0.06cd	0.82±0.04cd	0.91±0.11abc
单株粒数 Number of grains per plant （粒·株^-1 Grains·plant^-1）	61.93±1.43a	59.93±1.85ab	59.80±0.72ab	59.07±2.56ab	58.40±0.76ab	59.67±2.15ab	43.53±0.95c	54.00±2.87b	58.47±3.43ab
第二节长Second section length （cm）	22.80±1.51b	24.60±1.25ab	26.13±0.76ab	24.67±0.94ab	23.17±0.77b	23.87±1.37b	29.40±1.24a	27.73±1.67ab	24.20±1.54b
第三节长Third section length （cm）	45.53±1.85a	45.40±1.79a	48.53±1.61a	47.33±1.51a	44.63±1.12a	49.60±2.86a	52.60±1.52a	50.00±1.96a	46.47±2.39a
穗下节长Subear length （cm）	49.20±1.38ab	47.27±1.64ab	47.13±0.98ab	47.93±0.96ab	47.27±1.63ab	54.33±2.62a	44.80±1.14b	49.87±1.60ab	47.20±1.42ab
穗长Panicle length （cm）	18.27±0.51ab	16.40±0.57b	17.00±0.52b	17.80±0.57ab	16.53±0.75b	19.53±0.79a	17.87±0.36ab	16.87±0.66b	17.53±0.56ab
株高Plant height （cm）	117.20±2.07a	119.07±1.34a	117.67±1.84a	117.33±2.08a	114.13±2.63a	123.67±3.83a	114.60±1.97a	122.53±2.15a	117.80±3.32a
穗位高Ear height （cm）	98.93±2.13a	102.67±1.38a	100.67±1.74a	99.53±1.77a	97.60±2.36a	104.13±3.56a	96.73±2.00a	105.67±2.25a	100.27±3.11a
重心高度Height of center of gravity （cm）	39.87±1.68a	38.87±1.48a	43.53±1.82a	38.87±1.13a	39.80±1.24a	39.33±2.35a	37.40±1.35a	40.07±1.92a	41.80±1.39a
茎粗Thick stem （mm）	4.54±0.15ab	4.14±0.11ab	4.21±0.10ab	4.15±0.13ab	4.05±0.12b	4.36±0.16ab	4.59±0.08a	4.34±0.14ab	4.44±0.14ab
茎壁厚Stem wall thickness （mm）	1.08±0.06a	0.99±0.05a	1.01±0.10a	0.90±0.07a	0.83±0.08a	1.03±0.07a	1.10±0.06a	1.00±0.07a	0.94±0.06a
倒伏率Lodging rate （%）	0.22±0.15b	0.57±0.07ab	0.68±0.03ab	0.76±0.14a	0.66±0.16ab	0.70±0.18a	0.55±0.22ab	0.72±0.14a	0.72±0.13a

指标 Index	A₁B₁C₁	A₁B₂C₂	A₁B₃C₃	A₂B₁C₂	A₂B₂C₃	A₂B₃C₁	A₃B₁C₃	A₃B₂C₁	A₃B₃C₂
苗数Number of seedlings （万苗 Ten thousand seedlings·hm^-2）	337.97±16.40a	291.28±12.02a	344.64±31.37a	344.64±28.60a	362.43±39.15a	375.77±35.37a	282.38±16.85a	339.08±26.43a	333.53±24.30a
茎数Number of stems （万茎Ten thousand stems·hm^-2）	471.38±38.24c	500.29±27.16abc	528.08±13.66abc	481.39±22.48bc	504.73±7.29abc	471.36±12.80c	571.44±12.82a	478.05±22.48bc	549.20±22.32ab
穗数 Panicle number （万穗 Ten thousand ears·hm^-2）	402.45±4.77d	441.36±27.95cd	533.64±8.08a	489.17±13.19abc	490.28±11.65abc	462.49±32.39bcd	446.92±20.60bcd	394.67±32.61d	515.85±24.34ab
分蘖成穗率 Percentage of tillering to head （%）	0.83±0.02cd	0.88±0.04bcd	0.97±0.02a	0.92±0.02ab	0.80±0.05d	0.82±0.01cd	0.82±0.06cd	0.82±0.04cd	0.91±0.11abc
单株粒数 Number of grains per plant （粒·株^-1 Grains·plant^-1）	61.93±1.43a	59.93±1.85ab	59.80±0.72ab	59.07±2.56ab	58.40±0.76ab	59.67±2.15ab	43.53±0.95c	54.00±2.87b	58.47±3.43ab
第二节长Second section length （cm）	22.80±1.51b	24.60±1.25ab	26.13±0.76ab	24.67±0.94ab	23.17±0.77b	23.87±1.37b	29.40±1.24a	27.73±1.67ab	24.20±1.54b
第三节长Third section length （cm）	45.53±1.85a	45.40±1.79a	48.53±1.61a	47.33±1.51a	44.63±1.12a	49.60±2.86a	52.60±1.52a	50.00±1.96a	46.47±2.39a
穗下节长Subear length （cm）	49.20±1.38ab	47.27±1.64ab	47.13±0.98ab	47.93±0.96ab	47.27±1.63ab	54.33±2.62a	44.80±1.14b	49.87±1.60ab	47.20±1.42ab
穗长Panicle length （cm）	18.27±0.51ab	16.40±0.57b	17.00±0.52b	17.80±0.57ab	16.53±0.75b	19.53±0.79a	17.87±0.36ab	16.87±0.66b	17.53±0.56ab
株高Plant height （cm）	117.20±2.07a	119.07±1.34a	117.67±1.84a	117.33±2.08a	114.13±2.63a	123.67±3.83a	114.60±1.97a	122.53±2.15a	117.80±3.32a
穗位高Ear height （cm）	98.93±2.13a	102.67±1.38a	100.67±1.74a	99.53±1.77a	97.60±2.36a	104.13±3.56a	96.73±2.00a	105.67±2.25a	100.27±3.11a
重心高度Height of center of gravity （cm）	39.87±1.68a	38.87±1.48a	43.53±1.82a	38.87±1.13a	39.80±1.24a	39.33±2.35a	37.40±1.35a	40.07±1.92a	41.80±1.39a
茎粗Thick stem （mm）	4.54±0.15ab	4.14±0.11ab	4.21±0.10ab	4.15±0.13ab	4.05±0.12b	4.36±0.16ab	4.59±0.08a	4.34±0.14ab	4.44±0.14ab
茎壁厚Stem wall thickness （mm）	1.08±0.06a	0.99±0.05a	1.01±0.10a	0.90±0.07a	0.83±0.08a	1.03±0.07a	1.10±0.06a	1.00±0.07a	0.94±0.06a
倒伏率Lodging rate （%）	0.22±0.15b	0.57±0.07ab	0.68±0.03ab	0.76±0.14a	0.66±0.16ab	0.70±0.18a	0.55±0.22ab	0.72±0.14a	0.72±0.13a

因素水平 Factor level	单株总生物量 Total biomass per plant	根系生物量 Root biomass	茎秆生物量 Stem biomass	叶片生物量 Blade biomass	穗部生物量 Panicle biomass
A₁	3.01±0.06b	0.33±0.02a	1.22±0.04b	0.21±0.02a	1.25±0.02a
A₂	2.98±0.16b	0.37±0.04a	1.17±0.06b	0.21±0.02a	1.24±0.08a
A₃	3.43±0.12a	0.33±0.03a	1.51±0.07a	0.24±0.02a	1.36±0.09a
F	4.46	0.50	9.14	1.17	0.83
显著性 Significance	*	NS	**	NS	NS
B₁	3.22±0.07a	0.40±0.04a	1.31±0.05a	0.23±0.02a	1.29±0.02a
B₂	3.14±0.22a	0.31±0.02b	1.31±0.11a	0.22±0.02a	1.30±0.11a
B₃	3.06±0.07a	0.30±0.02b	1.27±0.06a	0.21±0.01a	1.26±0.07a
F	0.34	3.35	0.08	0.12	0.06
显著性 Significance	NS	*	NS	NS	NS
C₁	3.34±0.15a	0.32±0.03a	1.34±0.09ab	0.21±0.02a	1.48±0.07a
C₂	3.20±0.04ab	0.35±0.04a	1.40±0.04a	0.24±0.02a	1.21±0.03b
C₃	2.88±0.15b	0.36±0.03a	1.16±0.07b	0.21±0.02a	1.15±0.05b
F	3.84	0.52	3.15	0.99	10.44
显著性 Significance	*	NS	NS	NS	**