韓 上,武 際*,胡現(xiàn)榮,桑亞松,胡 潤(rùn),胡 鵬,郭熙盛
(1. 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所,養(yǎng)分循環(huán)與資源環(huán)境安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,安徽 合肥 230031;2. 當(dāng)涂縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,安徽 馬鞍山 243100;3. 肥東縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,安徽 合肥 230000;4. 池州市貴池區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,安徽 池州 247100;5. 巢湖市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心,安徽 合肥 238000)
油菜是我國(guó)重要的油料作物,菜籽油是國(guó)產(chǎn)食用植物油的第一大來源。在油菜生產(chǎn)中堅(jiān)持“高油、高產(chǎn)、高效”對(duì)油菜產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展和我國(guó)的糧食安全具有重要意義[1]。安徽省淮河以南地區(qū)是我國(guó)重要的冬油菜產(chǎn)區(qū),油菜種植面積和總產(chǎn)量長(zhǎng)期居于全國(guó)前5位[2]。近年來,因?yàn)檗r(nóng)村勞動(dòng)力減少導(dǎo)致的用工難和人工成本提高等問題,加上我國(guó)油菜機(jī)械化率較低的現(xiàn)狀,使油菜在生產(chǎn)中推行輕簡(jiǎn)化成為一種必然趨勢(shì)[3]。雖有大量研究表明在油菜上肥料合理分期施用的效果最佳[3-5],但實(shí)際生產(chǎn)中仍有部分農(nóng)戶不進(jìn)行追肥。不追肥的比例在油菜種植大省的湖南、湖北和四川分別達(dá)到了23.7%、14.4%和26.0%,并仍有擴(kuò)大的趨勢(shì)[6-8]。同時(shí),當(dāng)前氣候變化導(dǎo)致部分油菜主產(chǎn)區(qū)季節(jié)性干旱加重的問題[9-10],也限制了追肥的時(shí)間和次數(shù)。多次施肥(基肥、苗肥、蕾薹肥和花肥)的方式,已經(jīng)越來越難以適應(yīng)當(dāng)前的生產(chǎn)實(shí)際,以減少施肥次數(shù)為核心的輕簡(jiǎn)化養(yǎng)分管理技術(shù)越來越受到關(guān)注。氮素是影響油菜產(chǎn)量的最主要養(yǎng)分因素,氮肥的一次性施用技術(shù)具有省時(shí)、省工的優(yōu)點(diǎn),但由于當(dāng)前市場(chǎng)上緩/控釋肥料價(jià)格仍然偏高[11],油菜生產(chǎn)中施用的氮肥仍多為速效態(tài)為主。速效態(tài)氮肥在一次性施用時(shí),容易加大氮素的損失,不利于油菜高產(chǎn)和氮肥利用率的提高,且造成一系列環(huán)境問題[12-14]。因此,開展在一次性施肥條件下,移栽和直播油菜的不同氮肥施用方式田間試驗(yàn),比較兩種栽培模式下的氮肥效應(yīng)顯得十分必要和迫切。
有關(guān)氮肥用量、基追比、施用時(shí)期和施用次數(shù)對(duì)油菜生長(zhǎng)、產(chǎn)量和氮肥利用率影響的研究已有較多報(bào)道[4-5,15-16]。關(guān)于施用氮肥可以改善油菜農(nóng)藝性狀,進(jìn)而顯著提高籽粒產(chǎn)量的研究結(jié)論更是在大量研究中被證實(shí)[17-23]。但當(dāng)前對(duì)于一次性施肥條件下,油菜氮肥施用方法的研究仍是鮮見報(bào)道[3,24]。一次性施肥在降低勞動(dòng)力成本的同時(shí),對(duì)油菜產(chǎn)量的影響有多大,在常規(guī)的氮肥用量下何種施肥方式才能更好地滿足兩種不同種植方式油菜的正常生長(zhǎng)均需試驗(yàn)研究。為此,課題組在長(zhǎng)江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū)安徽省的江淮地區(qū)和沿江地區(qū)布置了移栽和直播油菜的不同氮肥施用方式田間試驗(yàn)。通過比較兩個(gè)區(qū)域兩種栽培模式下不同氮肥施用方式(撒施、撒施后翻耕、條施/穴施)對(duì)油菜產(chǎn)量、氮積累量和氮肥利用效率的影響,明確江淮和沿江地區(qū)最適宜的施肥方式和不同栽培模式在不同施肥方式下的差異,以期為油菜一次性施肥技術(shù)提供依據(jù),順應(yīng)油菜輕簡(jiǎn)化生產(chǎn)的發(fā)展方向。
2010~2011年度在安徽省江淮地區(qū)的肥東縣和沿江地區(qū)的池州市布置移栽和直播兩種種植方式下的氮肥不同施用方式田間試驗(yàn)。試驗(yàn)點(diǎn)供試土壤均為水稻土,其基本理化性質(zhì)見表1。供試油菜品種為當(dāng)?shù)刂魍破贩N,均為秦油7號(hào),前茬作物均為水稻。
表1 供試土壤基本性狀
試驗(yàn)在同一田塊進(jìn)行,分成育苗移栽和直播兩種種植方式。每種方式均設(shè)4個(gè)處理:不施氮肥;氮肥表面撒施;氮肥撒施后翻耕(深度5 cm);氮肥集中施用(其中移栽油菜穴施、直播油菜條施,施肥深度和距離均為12 cm)。4個(gè)處理分別用N0、NB、NBP和NC表示,兩種種植方式共計(jì)8個(gè)處理。每個(gè)處理3次重復(fù),小區(qū)面積20 m2,隨機(jī)區(qū)組排列。各處理氮肥用量均為180 kg/hm2,一次性基施。整個(gè)生育期內(nèi)其它肥料用量和施用方法保持一致,每公頃施用P2O590 kg,K2O 120 kg,硼砂15 kg,各種肥料全部基施,表面撒施后耙勻。供施肥料品種分別為尿素(N 46%)、過磷酸鈣(P2O512%)、氯化鉀(K2O 60%)和硼砂(B 12%)。
兩地區(qū)移栽油菜均于2010年10月1日育苗,10月31日移栽,種植密度為11.25×104株/hm2(株距22.2 cm,行距40.0 cm);江淮地區(qū)直播油菜于2010年10月10日、沿江地區(qū)于9月27日條播,種植密度為30.00×104株/hm2(株距10.0 cm,行距33.3 cm)。田間管理均按照當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際措施進(jìn)行,并適時(shí)進(jìn)行病蟲害防治。
在油菜基肥施用前,采集0~20 cm土層土樣,采用常規(guī)方法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和pH值等基本指標(biāo)[25]。
在油菜成熟期,按小區(qū)實(shí)收油菜籽粒計(jì)重。各小區(qū)隨機(jī)選取6株油菜,風(fēng)干后按籽粒、莖稈和角殼分別計(jì)重,根據(jù)莖稈和角殼比例混成一份秸稈樣品。籽粒和秸稈樣品烘干、磨碎后測(cè)定氮、磷、鉀養(yǎng)分含量。樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消化,半微量凱氏法測(cè)定全氮含量,鉬銻抗比色法測(cè)定全磷含量,火焰光度法測(cè)定全鉀含量[25]。
根據(jù)參考文獻(xiàn)[26-28]計(jì)算如下參數(shù):
經(jīng)濟(jì)效益(元/hm2)=籽粒產(chǎn)量×籽粒單價(jià)-成本,移栽油菜成本為氮肥成本和勞動(dòng)力成本之和,直播油菜成本為氮肥成本。
氮收獲指數(shù)(NHI,kg/kg),即NHI=籽粒吸氮量/地上部總吸氮量。
氮肥表觀利用率(REN,%),即REN=(U-U0)/F×100,其中U、U0分別為施氮、不施氮時(shí)作物收獲期地上部總吸氮量,F(xiàn)代表氮肥的投入量。
氮肥偏生產(chǎn)力(PFPN,kg/kg),即PFPN=Y/F,Y為施氮后所獲得的籽粒產(chǎn)量。
氮肥農(nóng)學(xué)效率(AEN,kg/kg),即AEN=(Y-Y0)/F,Y0為不施氮條件下籽粒產(chǎn)量。
用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和表格處理;用SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析,用LSD法檢驗(yàn)P<0.05水平上的差異顯著性。
不同栽培模式在相同氮肥施用方式下油菜籽粒產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益存在明顯差異(表2)。移栽油菜各處理產(chǎn)量均高于對(duì)應(yīng)直播油菜處理,兩者的產(chǎn)量差在江淮地區(qū)為42~516 kg/hm2,在沿江地區(qū)達(dá)492~810 kg/hm2。但在扣除移栽勞動(dòng)力成本后,移栽油菜經(jīng)濟(jì)效益在江淮地區(qū)均低于對(duì)應(yīng)直播油菜處理;在沿江地區(qū)二者效益較為接近。
施用氮肥能顯著提高兩種栽培模式下油菜產(chǎn)量,不同氮肥施用方式亦對(duì)產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益影響明顯。其中氮肥施用方式對(duì)直播油菜產(chǎn)量影響更明顯。在江淮地區(qū),以氮肥集中施用處理(NC),即移栽油菜穴施、直播油菜條施處理獲得最高產(chǎn)量和最大經(jīng)濟(jì)效益。不施肥處理(N0)產(chǎn)量最低,在扣除移栽勞動(dòng)力成本后,移栽油菜經(jīng)濟(jì)效益出現(xiàn)負(fù)值。移栽方式下,氮肥穴施處理和氮肥撒施后翻耕處理(NBP)產(chǎn)量差異不顯著,但兩處理產(chǎn)量均顯著高于氮肥表面撒施處理(NB),增產(chǎn)幅度分別為9.92%和7.89%,增加收益811元/hm2和645元/hm2。直播方式下,氮肥條施處理油菜產(chǎn)量比氮肥撒施后翻耕處理和氮肥撒施處理分別增產(chǎn)17.78%和25.69%,產(chǎn)量差異均達(dá)顯著水平,每公頃增收1 325和1 794元。在沿江地區(qū),移栽和直播油菜均以氮肥撒施后翻耕和集中施用(穴施、條施)處理產(chǎn)量較高,兩處理間產(chǎn)量接近,均顯著高于氮肥表面撒施處理。移栽方式下,氮肥撒施后翻耕處理、氮肥穴施處理比氮肥表面撒施處理分別增產(chǎn)10.79%和9.54%,增加經(jīng)濟(jì)效益1 315和1 163元/hm2;直播方式下,增產(chǎn)幅度分別達(dá)到了14.54%和12.82%,每公頃增收1 242和1 095元。
表2 氮肥施用方式對(duì)移栽和直播油菜產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)效益的影響
注:2011年安徽省油菜籽粒價(jià)格以4.60元/kg計(jì)算,N以4.50元/kg計(jì)算,移栽勞動(dòng)力成本以3 600元/hm2計(jì)算。同一地點(diǎn)同列數(shù)字后字母不同表示差異達(dá)0.05顯著水平,下同。
不同氮肥施用方式對(duì)移栽和直播油菜地上部各部位氮素積累有明顯影響(表3)。移栽油菜各處理氮積累量無論是在江淮地區(qū)還是在沿江地區(qū)均明顯高于直播油菜對(duì)應(yīng)處理氮積累量,增幅在11.37~30.05 kg/hm2。在相同的氮肥用量和施用方式下,移栽油菜比直播油菜吸收積累了更多的氮素。在江淮地區(qū),移栽和直播油菜的籽粒和秸稈氮積累量均以氮肥集中施用處理(NC),即移栽油菜穴施、直播油菜條施處理最高,顯著高于其它處理。撒施后翻耕處理(NBP)和氮肥表面撒施處理(NB)次之,不施氮肥處理(N0)地上各部位氮積累量均處于最低水平。不同施氮方式對(duì)江淮地區(qū)油菜的氮收獲指數(shù)無明顯影響,各施氮處理氮收獲指數(shù)在0.73~0.74之間。不施氮處理的氮收獲指數(shù)在直播油菜上達(dá)到了0.80。在沿江地區(qū),移栽和直播油菜均以氮肥撒施后翻耕和氮肥集中施用處理地上部氮積累量較高。二者差異未達(dá)顯著水平,但二者均顯著高于氮肥表面撒施處理。籽粒中的氮積累量也具有上述趨勢(shì),但在秸稈中表現(xiàn)并不一致。分析氮收獲指數(shù)可知,移栽和直播油菜氮收獲指數(shù)均以氮肥集中施用處理和氮肥撒施后翻耕處理較高,與氮肥表面撒施處理相比,更有利于氮素在籽粒中的積累。
表3 氮肥施用方式對(duì)油菜地上部氮積累的影響
比較移栽和直播兩種栽培模式下油菜的氮肥利用效率(表4),在氮肥施用方式相同時(shí),沿江地區(qū)移栽油菜的氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力以及氮肥農(nóng)學(xué)利用率均高于直播油菜;江淮地區(qū)移栽油菜的氮肥偏生產(chǎn)力均高于直播油菜,而農(nóng)學(xué)效率均低于直播油菜。直播油菜的氮肥農(nóng)學(xué)效率較高與不施氮肥處理產(chǎn)量(102 kg/hm2)較低有關(guān)。氮肥表觀利用率方面,在氮肥表面撒施和氮肥撒施后翻耕條件下,移栽油菜較直播油菜高;而直播油菜在氮肥集中施用時(shí)具有更高的氮肥表觀利用率。
氮肥利用效率在不同氮肥施用方式下表現(xiàn)不一。在江淮地區(qū),各處理中氮肥表觀利用率、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)效率在移栽油菜和直播油菜上均以氮肥集中施用處理最高,氮肥撒施后翻耕處理次之。二者在氮肥表觀利用率上的差異達(dá)到了顯著水平,其中在直播油菜上表現(xiàn)更明顯,氮肥條施處理的氮肥表觀利用率、偏生產(chǎn)力和農(nóng)學(xué)利用率比撒施后翻耕處理分別提高了42.18%、17.77%和18.98%。這可能與江淮地區(qū)試驗(yàn)點(diǎn)在試驗(yàn)期間出現(xiàn)了持續(xù)無有效降雨的狀況,天氣較干旱有關(guān)。在沿江地區(qū),以氮肥撒施后翻耕和氮肥集中施用處理各氮肥利用效率指標(biāo)較高,二者各指標(biāo)差異均不顯著。氮肥表面撒施處理在兩個(gè)區(qū)域、兩種栽培模式下的氮肥表觀利用率、氮肥偏生產(chǎn)力以及氮肥農(nóng)學(xué)效率均處于最低水平,明顯低于氮肥集中施用和氮肥撒施后翻耕處理。
表4 不同氮肥施肥方式對(duì)油菜氮肥利用效率的影響
已有研究表明[15,29],移栽油菜和直播油菜的施氮效果存在差異,施氮對(duì)移栽油菜生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成的影響更為明顯;直播油菜對(duì)外源氮肥的需求相對(duì)較少,但對(duì)氮素缺乏更為敏感。本研究發(fā)現(xiàn),在氮肥一次性基施時(shí),相同氮肥施用方式下移栽油菜的產(chǎn)量、氮積累量和氮肥偏生產(chǎn)力在江淮地區(qū)和沿江地區(qū)均高于直播油菜對(duì)應(yīng)指標(biāo)。分析原因,這可能與移栽油菜和直播油菜的群體結(jié)構(gòu)和個(gè)體形態(tài)存在明顯差異,但在栽培和養(yǎng)分管理上,針對(duì)直播油菜的高產(chǎn)技術(shù)仍未普及有關(guān)。直播油菜直接大田播種,其出苗和苗期生長(zhǎng)發(fā)育受田間環(huán)境影響較大。與移栽油菜經(jīng)過苗床培育在移栽時(shí)已經(jīng)具有一定的生物量相比,直播油菜在苗期的抗逆性和植株健壯程度上均劣于移栽油菜。移栽油菜的苗期特征使其個(gè)體在整個(gè)生育期內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育穩(wěn)定,單株產(chǎn)量較高,最終獲得高產(chǎn)和高養(yǎng)分積累;而直播油菜個(gè)體植株較弱的特點(diǎn)決定了單株產(chǎn)量較低,需要發(fā)揮群體的優(yōu)勢(shì)獲得高產(chǎn)。這也是本研究中直播油菜的密度達(dá)到30.00×104株/hm2,而移栽油菜只有11.25×104株/hm2的原因。但在提高直播油菜播種量的同時(shí)又增加了油菜群體內(nèi)部對(duì)養(yǎng)分等各種資源的競(jìng)爭(zhēng),進(jìn)而影響油菜植株養(yǎng)分含量和個(gè)體發(fā)育,使油菜個(gè)體營(yíng)養(yǎng)不良易受環(huán)境脅迫。本研究在江淮地區(qū),肥料集中施用方式下直播油菜的氮肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率高于移栽油菜。原因?yàn)橛筒松捌谠撛囼?yàn)點(diǎn)持續(xù)干旱,而直播油菜由于單株較移栽油菜瘦小且生育期縮短、對(duì)缺氮更敏感[29-30],導(dǎo)致其不施氮肥處理的產(chǎn)量只有102 kg/hm2,幾近絕收,致使直播油菜的氮肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率偏高。總的來說,在一定施氮量的前提下,移栽油菜氮素利用效率整體上高于直播油菜。這可能與移栽油菜吸收和利用了更多的外源氮素,而直播油菜的群體根系分布特征使其從土壤中吸收氮素的能力更強(qiáng)有關(guān)[15,31-32]。因此,針對(duì)直播油菜的生育特點(diǎn),建立以調(diào)控群體密度和個(gè)體發(fā)育為核心的養(yǎng)分管理策略變得尤為重要和迫切。
已經(jīng)有大量研究證實(shí)[3-5,16,33-34],在油菜上氮肥分次施用能提高籽粒產(chǎn)量。但在我國(guó)油菜機(jī)械化率不高的大背景下,多次施肥面臨勞動(dòng)力數(shù)量不足、人工成本較高和氣候限制等問題[1,3,10,35]。輕簡(jiǎn)化的生產(chǎn)需求迫切需要輕簡(jiǎn)化的養(yǎng)分管理技術(shù)。本研究在肥料一次性施用的基礎(chǔ)上,比較了不同油菜產(chǎn)區(qū)適宜的氮肥施用方式及其在不同栽培方式上的差異。結(jié)果表明,在江淮地區(qū),氮肥集中施用(移栽油菜穴施、直播油菜條施)方式下,油菜產(chǎn)量和氮積累最高、氮肥利用效率最優(yōu);氮肥撒施后翻耕的方式效果次之,余常兵等[3]也得到類似結(jié)論;在沿江地區(qū)則以氮肥撒施后翻耕和氮肥集中施用兩種方式獲得較高產(chǎn)量、氮積累量和氮肥利用效率;而氮肥表面撒施的方式,在兩個(gè)地區(qū)的油菜產(chǎn)量、氮積累量和氮肥利用效率均顯著低于上述兩種施肥方式。從產(chǎn)量和肥料的吸收利用角度考慮,在一次性施肥條件下,氮肥集中施用是江淮地區(qū)的最優(yōu)施肥方式,氮肥撒施后翻耕和氮肥集中施用均是沿江地區(qū)的較佳選擇。但選擇合適的施肥方式仍需考慮當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)際。例如,采用肥料穴施的施肥方式需要考慮當(dāng)?shù)氐膭趧?dòng)力狀況;采用肥料條施和撒施后翻耕時(shí),需要具有相關(guān)機(jī)械且田塊適宜機(jī)械操作等條件;肥料表面撒施雖然施用效果較差,但也具備省時(shí)省工的優(yōu)點(diǎn)。
江淮地區(qū)和沿江地區(qū)是安徽省冬油菜主產(chǎn)區(qū),在本研究條件下,兩地的最優(yōu)氮肥施用方式并不一致。分析原因,筆者認(rèn)為主要與兩地的氣候特征,特別是水資源狀況有關(guān)。安徽省沿江地區(qū)雨量充沛,且雨熱同季,為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供了良好的條件[36]。在沿江地區(qū),氮肥撒施后翻耕和氮肥集中施用在移栽和直播油菜上均獲得較高產(chǎn)量。安徽省江淮地區(qū),特別是江淮丘陵區(qū)歷史上就是干旱缺水比較嚴(yán)重的地區(qū),旱災(zāi)頻發(fā),水資源嚴(yán)重不足[37],且降雨集中在夏季和春季,在油菜生育前期(10~12月)降雨較少,經(jīng)常出現(xiàn)持續(xù)無有效降雨的狀況。本試驗(yàn)期間,江淮地區(qū)就出現(xiàn)了持續(xù)干旱,氣象資料[38]統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示直播油菜出苗后一個(gè)月內(nèi)只有一次有效降雨,降雨量為39 mm;育苗油菜移栽后,15 d內(nèi)也無降雨。育苗油菜在移栽時(shí)大量根系受損,使根系呈現(xiàn)出分布較淺且相對(duì)集中的特點(diǎn),這使得移栽油菜在移栽初期耐旱性較差、對(duì)養(yǎng)分的吸收能力有限;直播油菜雖有形成龐大“根群”的潛力,但苗期水分缺乏造成的地上部生長(zhǎng)受阻會(huì)導(dǎo)致根系發(fā)育停滯,進(jìn)一步影響根系對(duì)地上部正常的肥水供應(yīng)[39]。油菜前期營(yíng)養(yǎng)供應(yīng)不足會(huì)出現(xiàn)生長(zhǎng)緩慢的現(xiàn)象,進(jìn)而導(dǎo)致油菜后期角果發(fā)育受到限制[40],這也是本研究條件下江淮地區(qū)移栽油菜和直播油菜的產(chǎn)量均低于沿江地區(qū)的主要原因。在江淮地區(qū)持續(xù)干旱的條件下,與其他氮肥施用方式相比,氮肥集中施用(移栽油菜穴施、直播油菜條施)能有效減少氮肥損失,更利于油菜根系對(duì)氮素的吸收利用,使移栽油菜和直播油菜均獲得更高產(chǎn)量。綜上所述,在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)根據(jù)不同區(qū)域氣候特征,綜合考慮該區(qū)域勞動(dòng)力現(xiàn)狀、機(jī)械化水平和種植規(guī)模等確定最適宜的氮肥施用方式。
相同氮肥施用方式下,移栽油菜在江淮地區(qū)和沿江地區(qū)產(chǎn)量均高于直播油菜;但在扣除移栽勞動(dòng)力成本后,江淮地區(qū)以直播油菜經(jīng)濟(jì)效益較高,沿江地區(qū)移栽和直播油菜效益接近。直播栽培是油菜輕簡(jiǎn)化發(fā)展的方向。
不同地區(qū)油菜籽粒產(chǎn)量、地上部氮積累量和氮素利用效率受氮肥施用方式影響明顯。在氮肥用量為180 kg/hm2且一次性基施的條件下,無論是移栽油菜還是直播油菜,江淮地區(qū)以氮肥集中施用(移栽油菜穴施、直播油菜條施)的施肥方式獲得最高產(chǎn)量、最大氮積累量和最優(yōu)氮肥利用效率;沿江地區(qū)以氮肥撒施后翻耕和氮肥集中施用兩種方式的產(chǎn)量、氮積累量較高,氮肥利用效率較佳。
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