侯獻(xiàn)飛,趙衛(wèi)芳,安學(xué)春,顧元國,李 強(qiáng),買買提伊明·斯馬依,賈東海
(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所 烏魯木齊 830091;2. 昭蘇縣種子管理站,新疆昭蘇 835600;3. 巴里坤縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心 新疆巴里坤 839200)
【研究意義】近年來,隨著種植業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整,新疆春油菜面積逐漸增加,除北疆傳統(tǒng)的春油菜區(qū)之外,2018年南疆部分地區(qū)開始復(fù)播春油菜,面積增加到5.33 ×104hm2(80萬畝)左右。春油菜生長(zhǎng)發(fā)育過程中對(duì)N、P、K的需求量差異較大,但許多種植戶為了提高油菜產(chǎn)量,大量使用化肥,化肥使用量過高,導(dǎo)致肥料利用效率降低,最終造成油菜大面積倒伏,更重要的是引起水資源污染、生態(tài)環(huán)境惡化等問題。研究在春油菜生長(zhǎng)發(fā)育過程中合理施用肥料。提高產(chǎn)量、緩解資源環(huán)境污染具有重要指導(dǎo)意義。【前人研究進(jìn)展】大量研究發(fā)現(xiàn)[1-5],氮肥和磷肥對(duì)春油菜籽粒產(chǎn)量的提高有顯著作用,李月梅等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)N、P、K肥對(duì)油菜籽產(chǎn)量的偏生產(chǎn)力分別為28.0 kg/kg N、46.7 kg/kg P2O5和26 kg/kg K2O,在青海互助縣當(dāng)春油菜產(chǎn)量水平在3 504 kg/hm2時(shí),NPK配施條件下每生產(chǎn)100 kg籽粒需要吸收N、P2O5、K2O量分別為4.6、2.0和5.6 kg,氮磷鉀比為1∶0.43∶1.21。鄒娟等[4]研究發(fā)現(xiàn)在長(zhǎng)江流域冬油菜主產(chǎn)區(qū),氮磷鉀肥對(duì)油菜籽產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率分別為41.9%、21.4%和11.5%;羅照霞等[5]研究發(fā)現(xiàn)化肥配施有機(jī)肥冬小麥產(chǎn)量顯著提高,尤其以氮磷鉀配施有機(jī)肥增產(chǎn)效果最好,平均產(chǎn)量達(dá)1 897.49 kg/hm2,較對(duì)照(不施任何肥料)增產(chǎn)258.02%;此外,為了更準(zhǔn)確評(píng)價(jià)、分析作物對(duì)肥料的響應(yīng)程度,國內(nèi)外許多專家利用肥料表觀利用率、肥料偏生產(chǎn)力、肥料農(nóng)學(xué)利用率、肥料生理利用率等重要參數(shù)分析、評(píng)價(jià)了在不同作物上的肥料利用效率[6-9],其中冬油菜農(nóng)學(xué)效率分別為6.2 kg/kg N、6.3 kg/kg P2O5和2.6 kg/kg K2O;表觀利用率為N 34.0%、P2O517.4%和K2O 36.9%,生理利用率為18.5 kg/kg N、35.5 kg/kg P2O5和9.1 kg/kg K2O[10]?!颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】以往許多研究,只關(guān)注普通氮肥、復(fù)合肥施用效果對(duì)比,但長(zhǎng)效配方肥施用對(duì)油菜產(chǎn)量響應(yīng)目前報(bào)道較少。研究油菜對(duì)專用長(zhǎng)效配方肥利用效率?!緮M解決的關(guān)鍵問題】在新疆昭蘇主產(chǎn)區(qū)不同專用肥處理、常規(guī)施肥下油菜產(chǎn)量、肥料利用效率,分析油菜地上部各部分養(yǎng)分積累量以及收支情況,提高油菜肥料利用效率,對(duì)新疆春油菜產(chǎn)區(qū)油菜產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。
2017年度在新疆昭蘇縣開展試驗(yàn),供試油菜品種為當(dāng)?shù)刂髟云贩N新油17號(hào),前茬作物為紅花,其基本理化性狀為pH值8.07~8.87(平均8.47),有機(jī)質(zhì)含量21.9~50.6 g/kg(平均36.25 g/kg),全氮(N)1.13~4.23 g/kg(平均2.68 g/kg),有效磷(P)70.7~73.6 mg/kg(平均72.15 mg/kg),速效鉀(K)285.8~347.4 mg/kg(平均316.6 mg/kg)。供試肥料為NPK總養(yǎng)分46%(N-P2O5-K2O-中微量元素25%~12%~9%)的“全營(yíng)養(yǎng)長(zhǎng)效緩釋型油菜配方肥”,由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜養(yǎng)分管理研究團(tuán)隊(duì)研制,湖北祥云(集團(tuán))化工股份有限公司生產(chǎn)。
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
試驗(yàn)設(shè)7個(gè)處理,分別為:(1)不施肥(CK);(2)常規(guī)施肥;(3)專用肥300 kg/hm2;(4)專用肥450 kg/hm2;(5)專用肥600 kg/hm2;(6)專用肥750 kg/hm2;(7)專用肥900 kg/hm2。其中常規(guī)施肥處理667 m2施54%(18-18-18)復(fù)合肥25 kg、尿素15 kg,第一次追肥尿素5 kg、第二次追施尿素5 kg,兩次追肥均采用沖施方式,專用肥均為一次基肥施用。小區(qū)面積 15 m2, 重復(fù) 3 次, 隨機(jī)區(qū)組排列,田間密度 22.5 × 104株/hm2,其他生產(chǎn)管理方式均采用當(dāng)?shù)卮筇锍R?guī)措施。田間試驗(yàn)于 2017年4月20日人工開溝播種,2017年8月20日收獲,各小區(qū)單打單收。表1
表1 各處理養(yǎng)分投入量
Table 1 Nutrient inputs for each treatment (kg/ hm2)
編號(hào)Number處理TreatmentNP2O5K2O1不施肥對(duì)照No fertilization control000 2農(nóng)民習(xí)慣施肥Farmers' regular fertilization240.00 67.50 67.50 3油菜示范專用肥-20Special fertilizer for rape demonstration-2075.00 36.00 27.00 4油菜示范專用肥-30Special fertilizer for rape demonstration-30112.50 54.00 40.50 5油菜示范專用肥-40Special fertilizer for rape demonstration-40150.00 72.00 54.00 6油菜示范專用肥-50Special fertilizer for rape demonstration-50187.50 90.00 67.50 7油菜示范專用肥-60Special fertilizer for rape demonstration-60225.00 108.00 81.00
1.2.2 樣品采集
成熟期按各小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn),油菜成熟后,每小區(qū)各選取長(zhǎng)勢(shì)均一的植株5株,3個(gè)重復(fù),每個(gè)處理共采樣15株,分籽粒、莖稈和角殼 3 部分制備樣品,植株全氮采用蒸餾—滴定法測(cè)定,植株全磷采用高氯酸—濃硫酸消煮—鉬銻抗比色法測(cè)定; 植株全鉀采用火焰光度法測(cè)定。
肥料偏生產(chǎn)力(kg /kg)= 施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量 /肥料施用量;
肥料表觀利用率(%)=(收獲期施肥區(qū)地上部總吸收量-收獲期不施肥區(qū)地上部總吸收量)/肥料施用量 × 100;
肥料農(nóng)學(xué)利用率(kg /kg)=(施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量)/肥料施用量;
生理利用率(kg /kg)=(施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量-不施肥區(qū)籽粒產(chǎn)量)/(收獲期施肥區(qū)地上部總吸收量-收獲期不施肥區(qū)地上部總吸收量);
收獲指數(shù)(kg /kg)= 籽粒產(chǎn)量/地上部總生物量;
養(yǎng)分收獲指數(shù),以氮為例,氮收獲指數(shù)(NHI,kg /kg)=籽粒吸氮量/地上部總吸氮量, 同理計(jì)算磷、鉀收獲指數(shù)( PHI、KHI) ;
肥料增產(chǎn)率(%)=(施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量)× 100 /不施肥區(qū)產(chǎn)量;
試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理,用SPSS19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,結(jié)果均用 SSR法檢驗(yàn)P<0.05水平上的差異顯著性。
研究表明,隨著油菜專用肥使用量的增加,成熟期有效株數(shù)、每株莢角數(shù)、每莢粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量、肥料增產(chǎn)率均呈現(xiàn)先增加,后降低的趨勢(shì)。在農(nóng)民習(xí)慣施肥處理下(處理2),肥料增產(chǎn)率42.60%,使用油菜專用肥處理,處理5肥料增產(chǎn)率最高(54.16%),且較農(nóng)民習(xí)慣施肥處理增加了11.56%。
在油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子方面,對(duì)照處理每株莢角數(shù)最高,處理2、5、7每株莢角數(shù)最低且之間無顯著差異;處理5成熟期有效株數(shù)最高1.87×104/667m2,較對(duì)照高出0.52×104/667m2,較處理2高出0.24×104/667m2;處理2較對(duì)照高出0.28×104/667m2;處理5籽粒產(chǎn)量最高3 799.92 kg/hm2,較對(duì)照高出1 334.97 kg/ hm2,較處理2高出284.96 kg/ hm2。表2
表2 不同處理下油菜籽產(chǎn)量及構(gòu)成因子
Table 2 The yield and constituent factors of Rapeseed under different treatments
編號(hào)Number有效株數(shù)Effective number of plants (104/667m2)每株莢角數(shù)(個(gè))Number of pods per plant (part)每莢粒數(shù)(個(gè))Number of grains per pod (part)千粒重The weight of one thousand seeds(g)籽粒產(chǎn)量 Grain yield (kg/ hm2)肥料增產(chǎn)率(%)Fertilizer yield increase rate11.35±0.000 85e240.00±1.00a21.33±0.33ab3.76±0.08a2 464.95±0.44g-21.63±0.005 77c215.33±1.45d22.33±0.88ab3.72±0.01a3 514.96±0.33b42.6031.63±0.002 33c225.33±0.88c23.33±0.33a3.81±0.005a2 905.06±2.19e17.8541.82±0.002 52b235.00±2.08b23.33±0.88a3.79±0.02a3 130.04±1.76d26.9851.87±0.029 06a216.33±1.45d22.33±1.20ab3.43±0.33a3 799.92±1.45a54.1661.82±0.009 40b184.00±2.65e19.67±0.88b3.73±0.02a3 354.91±1.76c36.1171.40±0.008 82d214.33±1.20d24.00±1.15a3.73±0.02a2 755.03±2.91f11.76
研究表明,使用油菜專用肥處理,隨著肥料使用量的增加,籽粒、莖稈產(chǎn)量先增加后降低,而角殼的產(chǎn)量逐漸增加,在處理7下達(dá)到最大值;處理5增產(chǎn)率最大(55.64%),其次是處理2(51.79%),而收獲指數(shù)最高的是對(duì)照(0.274 3),其次是處理4(0.272 3);處理5的莖稈產(chǎn)量最高,分別為3 799.92、7 579.95 kg/ hm2;處理2的籽粒產(chǎn)量3 514.96 kg/ hm2,與處理5差異顯著;而莖稈產(chǎn)量7 579.95 kg/ hm2,與處理5差異不顯著。表3
表3 不同處理下油菜地上部生物量
Table 3 The aboveground biomass of rape under different treatments
編號(hào)Number籽粒Grain(kg/ hm2)莖稈Stem(kg/ hm2)角殼Angular shell(kg/ hm2)增產(chǎn)率Yield rate(%)收獲指數(shù)Harvest index12 464.95±0.44g4 900.05±2.963e1 594.95±2.333e-0.274 323 514.96±0.33b7 579.95±2.603a2 494.95±2.186bc51.790.258 432 905.06±2.19e6 049.95±3.179d1 785.00±3.606d19.550.267 843 130.04±1.76d5 910.00±6.557d2 400.00±4.619c27.600.272 353 799.92±1.45a7 579.95±3.480a2 575.05±0.882b55.640.271 063 354.91±1.76c6 634.95±1.453c2 554.95±0.882b39.780.265 472 755.03±2.91f7 165.05±4.409b3 120.00±4.041a46.590.216 1
研究表明,隨著油菜專用肥使用量的增加,籽粒、莖稈中N積累量先增加后降低,而角殼中N積累量逐漸增加;處理5籽粒N積累量最大(143.40 kg/ hm2),較對(duì)照增加了55.20 kg/ hm2,較處理2增加了10.05 kg/ hm2,而莖稈、角殼中N積累量處理2與處理5之間無顯著差異;莖稈、角殼中P2O5積累量隨著油菜專用肥使用量的增加,逐漸增加,而籽粒中的積累量先增加后降低,處理2籽粒P2O5積累量最高(70.20 kg/ hm2),其次是處理5(68.25 kg/hm2),分別比對(duì)照高出28.20 kg/667 m2、26.25 kg/hm2;K2O積累量變化趨勢(shì)與P2O5積累量一致,但處理5籽粒、莖稈、角殼K2O積累量均顯著高于處理2,分別高出6.45、27.45、11.25 kg/ hm2。表4
表4 不同處理下油菜地上部各部分養(yǎng)分積累量
Table 4 The nutrient accumulation in different parts of rape under different treatments(kg/ hm2)
編號(hào)NumberN積累量N accumulationP2O5積累量 P2O5 AccumulationK2O積累量K2O accumulation籽粒Grain莖稈Stem角殼Angular shell籽粒Grain莖稈Stem角殼Angular shell籽粒Grain莖稈Stem角殼Angular shell188.20±0.212 3e25.95±0.069 8d11.25±0.034 8e42.00±0.036 1f4.95±0.028 5f3.75±0.020 3e20.10±0.031 8e58.50±0.031 8d33.30±0.031 8f2133.35±0.087 3b59.70±0.072 3a26.25±0.033 8b70.20±0.065 1a23.25±0.032 1b12.30±0.037 9b26.55±0.045 8c72.00±0.012 0c46.80±0.066 9d397.80±0.196 6d46.20±0.052 9c14.25±0.060 8d48.15±0.038 4e10.5±0.053 6e3.60±0.026 0e21.90±0.032 1d73.20±0.046 2c37.80±0.036 1e4116.70±0.043 3c47.10±0.029 1c23.25±0.020 3c56.70±0.068 3d15.75±0.035 1d7.50±0.044 8d25.35±0.057 8c74.40±0.058 6c51.60±0.115 7c5143.40±0.049 8a62.40±0.008 8a28.20±0.063 9b68.25±0.071 3ab18.6±0.028 5c9.60±0.035 3c33.00±0.027 3a99.45±0.083 9a58.05±0.006 7b6127.95±0.176 4b54.00±0.251 7b28.35±0.037 8b65.85±0.073 1b18.15±0.020 3c11.25±0.020 8b29.10±0.028 9b88.65±0.025 2b58.65±0.046 7b7114.30±0.020 2c61.35±0.043 3a37.80±0.038 4a61.20±0.026 0c27.45±0.025 2a14.25±0.011 5a25.35±0.031 8c97.95±0.217 3a73.50±0.040 4a
研究表明,隨著油菜專用肥使用量的增加,N、P2O5產(chǎn)出先增加后降低,且在處理3、4、5 N產(chǎn)出量均大于投入量,處理2習(xí)慣施肥,N投入量240.0 kg/ hm2,而產(chǎn)出量為133.05 kg/ hm2,P2O5產(chǎn)出量均低于投入量,處理6的P2O5產(chǎn)出量最高136.95 kg/ hm2,投入量90.00 kg/hm2。處理3肥料中N的養(yǎng)分利率最高(89.8%),處理5肥料中P2O5的養(yǎng)分利率最高(46.9%);肥料表觀利用率最高的是處理3(86.84%),其次是處理5(85.27%),較處理2分別高出了33.64%、32.07%。表5
表5 不同處理養(yǎng)分收支情況及利用率
編號(hào)Number養(yǎng)分投入Nutrient input(kg/ hm2)養(yǎng)分產(chǎn)出Nutrient production(kg/ hm2)肥料中的養(yǎng)分利用Nutrient Utilization in Fertilizer(kg/ hm2)肥料中的養(yǎng)分利率Nutrient Interest Rate in Fertilizer(%)NP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2ONP2O5K2O肥料表觀利用率Apparent Utilization Rate of Fertilizer ( % )1000 63.75 20.25 40.50 -------2240.00 67.50 67.50 133.05 46.05 144.90 69.30 25.80 104.40 28.90 38.20 -53.200 0f375.00 36.00 27.00 131.10 34.35 78.90 67.35 14.10 38.40 89.80 39.20 -86.847 8a4112.50 54.00 40.50 132.60 43.80 109.50 68.85 23.55 69.00 61.20 43.60 -77.971 0c5150.00 72.00 54.00 166.65 54.00 139.20 102.90 33.75 98.70 68.60 46.90 -85.271 7b6187.50 90.00 67.50 136.95 56.25 146.85 73.20 36.00 106.35 39.00 40.00 -62.478 3d7225.00 108.00 81.00 118.50 50.25 177.75 54.75 30.00 137.25 24.30 27.80 -53.623 2e
研究表明,油菜示范專用肥-40(處理5)肥料農(nóng)學(xué)利用率最大(4.837 0),較農(nóng)民習(xí)慣用肥(處理2)高出2.037;隨著專用肥用量的增大,肥料偏生產(chǎn)力逐漸降低,油菜示范專用肥-20(處理3)肥料偏生產(chǎn)力最大(21.05),處理5、處理2肥料偏生產(chǎn)力分別為9.724 6、9.373 3 ;生理利用效率最大的是處理3(26.717 6),其次是處理2(25.383 4)。圖1
圖1 不同處理下有關(guān)肥料養(yǎng)分利用效率
Fig. 1 Nutrient utilization efficiency of fertilizer under different treatments
合理施肥對(duì)作物增產(chǎn)具有重要的作用[11-13],研究中習(xí)慣施肥處理下,肥料增產(chǎn)率高達(dá)42.60%,而使用油菜專用肥處理5,肥料增產(chǎn)率高達(dá)54.16%,說明肥料中NPK合理配比能夠進(jìn)一步提高油菜產(chǎn)量,羅龍?jiān)淼萚14]通過研究長(zhǎng)期施肥下黃壤旱地玉米產(chǎn)量的變化特征,發(fā)現(xiàn)合理的NPK處理在提高玉米鉀肥利用率方面作用明顯,長(zhǎng)期均衡施肥,尤其是有機(jī)肥與化肥配施對(duì)提高作物產(chǎn)量和肥料效益具有積極作用;魯澤剛等[15]研究發(fā)現(xiàn)NPK 配施對(duì)大麥穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、有效穗數(shù)和產(chǎn)量存在顯著差異,且氮、磷、鉀肥間存在顯著互作效應(yīng),在中氮、中磷和中鉀施肥水平大麥產(chǎn)量可達(dá)最佳,其肥料效應(yīng)順序?yàn)?N>P2O5>K2O;同時(shí)水稻、高粱等作物中研究發(fā)現(xiàn),合理的氮磷鉀施肥量對(duì)其籽粒產(chǎn)量有顯著效應(yīng)。研究處理5油菜示范專用肥-40,NPK的使用量分別為10.0、4.8、3.6 kg/hm2,其地上部增產(chǎn)率最大,較習(xí)慣用肥高出3.85%,且籽粒產(chǎn)量最高,較習(xí)慣用肥高出4 274.4 kg/ hm2,農(nóng)民習(xí)慣用肥中N素含量較高,PK含量一致,而處理5中P含量高于K,李月梅[3]在氮磷鉀肥施用對(duì)甘藍(lán)型春油菜產(chǎn)量影響研究中發(fā)現(xiàn)春油菜養(yǎng)分主要限制因子為 N、P,其次是K,且氮肥、磷肥和鉀肥的不同配施均有利于春油菜籽粒產(chǎn)量的提高,與不施肥對(duì)照相比NPK平衡施用增產(chǎn)81%,產(chǎn)量平均增加1 572 kg/hm2,且增施氮肥和磷肥后的增產(chǎn)率明顯高于鉀肥的施用效應(yīng)。
通過合理施用不同配比NPK肥,土壤理化性質(zhì)、培肥水平、表征肥料利用效率均會(huì)發(fā)生變化[16-18],通過計(jì)算肥料偏生產(chǎn)力、肥料表觀利用率、生理利用率、肥料農(nóng)學(xué)利用率等指標(biāo)來衡量油菜專用肥肥料有效利用率,其中農(nóng)學(xué)利用率主要反映單位施肥量增加作物產(chǎn)量的能力,是衡量肥料利用效率的一個(gè)重要指標(biāo),而偏生產(chǎn)力主要反映當(dāng)?shù)赝寥阑A(chǔ)養(yǎng)分水平和化肥施用量的綜合效應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn),油菜示范專用肥-40(處理5)肥料農(nóng)學(xué)利用率最大,隨著專用肥用量的增大,肥料偏生產(chǎn)力逐漸降低,油菜示范專用肥-20(處理3)肥料偏生產(chǎn)力最大,新疆春油菜區(qū)施用油菜專用肥,較傳統(tǒng)的施用肥料,其效率均增加,且從養(yǎng)分收支情況分析發(fā)現(xiàn),處理3、4、5 N素產(chǎn)出量大于投入量,農(nóng)民習(xí)慣施肥的N、P產(chǎn)出量均低于投入量,說明肥料被土壤吸收,如果長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)比例施用肥料,會(huì)導(dǎo)致土壤中N、P含量過剩,造成水土資源污染,目前玉米[12,14]、水稻[13]、蔬菜[18]等作物研究發(fā)現(xiàn),平衡施肥有利于植株對(duì)養(yǎng)分的均衡吸收,通過調(diào)整氮、磷、鉀比例,在保證作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的前提下最大限度地提高肥料利用率,而傳統(tǒng)施肥,造成土壤中N、P 養(yǎng)分大量富積,土壤中多種養(yǎng)分處于不平衡狀態(tài),常常出現(xiàn)缺素的生理病害,一些其他微量元素成為作物養(yǎng)分新的限制因子,因此,研究在施用油菜專用肥對(duì)油菜產(chǎn)量、地上部養(yǎng)分收支情況的同時(shí),對(duì)土壤中NPK的動(dòng)態(tài)變化規(guī)律進(jìn)行研究,但由于研究試驗(yàn)條件的限制,所得出的研究結(jié)果具有一定的局限性,仍需大量田間試驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證和補(bǔ)充。
隨著油菜專用肥使用量的增加,成熟期有效株數(shù)、每株莢角數(shù)、每莢粒數(shù)、籽粒產(chǎn)量、莖稈產(chǎn)量、肥料增產(chǎn)率均呈現(xiàn)先增加,施用專用肥600 kg/hm2,N、P2O5、K2O分別為10.0、4.8和3.6 kg/hm2,肥料增產(chǎn)率最高(54.16%),籽粒產(chǎn)量3 799.92 kg/hm2,與對(duì)照、習(xí)慣用肥達(dá)到顯著差異。