張建學(xué),王芙蓉,楊志奇,雷建明,俄勝哲,王亞宏

(1.甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅天水 741001; 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070)

北方黃綿土區(qū)主要分布在甘肅中東部、陜西北部、山西西部，該區(qū)域氣候干旱，土壤肥力差，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低。冬油菜因抗寒耐旱、抗病耐瘠薄和適應(yīng)性強成為該區(qū)域主要油料作物之一[1-3]，且隨著氣候逐年變暖，及抗寒耐旱品種和栽培技術(shù)的研究[4]，北方黃綿土區(qū)冬油菜種植區(qū)域逐年增加。肥料是農(nóng)作物生產(chǎn)中對產(chǎn)量貢獻最為關(guān)鍵的因素，在作物豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及品質(zhì)潛力發(fā)揮方面起著不可替代的作用[5-6]。甘藍型油菜因其株型大產(chǎn)量高而需肥更為顯著[7]，但生產(chǎn)中因施肥不當造成的減產(chǎn)或肥料浪費等問題在中國油菜種植區(qū)域也普遍存在[8]。不同作物在相同環(huán)境下及相同作物在不同環(huán)境下對肥料的需求及產(chǎn)量品質(zhì)響應(yīng)不同，王繼玥等[9]研究發(fā)現(xiàn)，油菜施肥對產(chǎn)量品質(zhì)的影響效果因品種、生態(tài)環(huán)境、耕作條件、種植密度、甚至各肥料的施用次序不同而不同[10]，因此，各生態(tài)區(qū)應(yīng)以具體栽培品種及環(huán)境情況為依據(jù)，研究制定高效合理的肥料施用方案[11-12]。北方冬油菜區(qū)域土壤以黃綿土為主，基于該生態(tài)背景的油菜肥料試驗研究以往主要以白菜型冬油菜為主[13-15]，甘藍型冬油菜在該生態(tài)區(qū)域的施肥研究鮮見報道。本試驗以黃綿土區(qū)為生態(tài)環(huán)境背景，研究了長年施肥土壤及不同肥料配施對甘藍型冬油菜的生長發(fā)育、經(jīng)濟性狀和產(chǎn)量品質(zhì)，以及土壤性質(zhì)的影響，以期預(yù)測長期不同施肥處理對冬油菜生產(chǎn)品質(zhì)及土壤質(zhì)量的影響，為該區(qū)域甘藍型冬油菜種植提供合理施肥參考，并對土壤質(zhì)量進行科學(xué)預(yù)測。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017-2018年在天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中梁試驗站進行(105°40′E，34°33′N)，該地海拔1 650 m，日照時數(shù)2 100 h，年均氣溫11 ℃，無霜期約180 d，降雨量450～650 mm，作物依賴雨養(yǎng)，屬半干旱山區(qū)。試驗地土壤為中壤黃綿土，整體地勢平坦，各區(qū)肥力均勻，前茬種植小麥。

1.2 試驗材料及試驗設(shè)計

供試材料為‘天油14號’，由天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育，為北方強冬性甘藍型油菜品種。試驗所用肥料及其養(yǎng)分情況如表1所示。

表1 供試肥料來源及其養(yǎng)分構(gòu)成Table 1 The source and nutrient composition of fertilizer

試驗以裂區(qū)隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積33.32 m2，每小區(qū)15行，處理間距0.33 m，株距8～10 cm，重復(fù)間設(shè)0.5 m寬走道，四周設(shè)1.0 m保護行。播前深耕翻地，整地后按處理用量以基肥形式一次性施入肥料，耙磨整勻，開溝器劃行后人工撒播，3～5葉期間苗，密度約2.0 萬株/667 m2。試驗設(shè)計為2因素4水平再裂區(qū)試驗，主處理為不施有機肥、施有機肥，副處理為不施肥、氮肥單施、氮磷肥配施、氮磷鉀肥配施，共8個處理，即CK(不施肥對照)、N(單施氮肥)、NP(施氮磷肥)、NPK(施氮磷鉀肥)、M(單施有機肥)、MN(有機肥與氮肥配施)、MNP(有機肥與氮磷肥配施)、MNPK(有機肥與氮磷鉀肥配施)。施肥量為：有機肥(雞糞)7 500 kg/hm2， 純氮150 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。供試肥料：有機肥(當?shù)仞B(yǎng)雞場購買)，氮肥為尿素(含N 46.40%)中國石油蘭州石化公司生產(chǎn)，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)云南安寧萬合磷肥廠生產(chǎn)，鉀肥為硫酸鉀(K2O≥50%)西安潤豐肥料有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗測定指標及取樣測定方法

土壤樣品于種植前肥料施入土壤后和作物收獲后各采集一次，用土鉆采集各小區(qū)0～20 cm耕作層土壤樣品，每個小區(qū)內(nèi)均勻布點采5鉆，混勻后四分法取樣，每個土樣采集1.0 kg。物候期分別記載播種、出苗、五葉、枯葉、返青、現(xiàn)蕾、初花、盛花、成熟、收獲的時間。越冬前及返青后調(diào)查各小區(qū)油菜成活株數(shù)。成熟后在每個小區(qū)中隨機取20株，測定株高、分枝部位、一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、主花序有效長度、全株有效角果數(shù)、角果長度、角粒數(shù)、千粒質(zhì)量、單株產(chǎn)量。收割時每小區(qū)單打單收，記載小區(qū)籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量，多點混合采集、制備籽粒樣品。

越冬率=返青后株數(shù)/越冬前株數(shù)×100%。

收獲指數(shù)=收獲后籽粒產(chǎn)量/收獲后秸稈產(chǎn)量×100%。

肥料貢獻率=(處理產(chǎn)量-對照產(chǎn)量)/處理產(chǎn)量×100%。

采用Microsoft Excel 2010對試驗數(shù)據(jù)進行整理及制作圖表，使用IBM SPSS statistics 19的單因素方差分析比較均值及Duncan’s法檢驗差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘藍型冬油菜生育進程對不同肥料處理的響應(yīng)

試驗于2017-08-29播種，2018-07-10收獲。分別記載各處理的生育期時間，統(tǒng)計各處理不同生育期至播種時期之間的間隔時間。

通過對生長發(fā)育至各時期所累積天數(shù)的分析(表2)，結(jié)果顯示：肥料的施用增加了甘藍型冬油菜的全生育2～9 d，其中N處理生育期最長達295 d，較對照增加了9 d，其次為MN處理生育期為294 d，較對照增加8 d， NP、NPK、MNP、MNPK處理生育期較對照增加6 d，為292 d，單施有機肥生育期增加2 d，為288 d。由于播種時沒有形成充足降雨，出苗期持續(xù)較長，CK處理及N處理苗期達30 d，NPK處理苗期縮短3 d，NP處理及所有施用有機肥的處理苗期縮短了5 d，為25 d。N與CK處理枯葉期時間一致，其他處理枯葉期延遲1～5 d，以MNP及MNPK處理枯葉期最晚，為107 d。CK處理花期為24 d，MNP花期最長27 d，其他處理花期較對照增加2 d為 26 d。

表2 不同施肥處理下冬油菜的生育期Table 2 Rape growth periods under different treatments of fertilization

2.2 甘藍型冬油菜經(jīng)濟性狀對不同施肥處理的響應(yīng)

不同施肥處理對甘藍型冬油菜主要經(jīng)濟性狀的影響見表3，施肥顯著增加了甘藍型冬油菜株高，主處理間有機肥配施處理株高>不施有機肥處理株高，副處理間株高是氮磷鉀肥配施>氮磷肥配施>單施氮肥，以MNPK處理增高最為顯著，株高達137.90 cm，較對照增高45.03%。分枝部位高度在各處理間差異不顯著，以分枝部位占株高的比例來看，各分枝部位所在植株地上部分比例位置依次為MN:0.41>MNP:0.32>M:0.30>CK:0.28>NP:0.24= N:0.24>NPK: 0.23=MNPK:0.23，其中以MNPK及NPK處理相對分枝位置最低。不同肥料處理對甘藍型冬油菜的總分枝個數(shù)及角果長度影響不顯著。施肥增加了主序總角果個數(shù)，MNPK及MN處理主序角果個數(shù)最多，分別較對照增加23及20個。肥料的施用顯著增加了單株角果數(shù)，施用有機肥較不施有機肥單株角果數(shù)平均增加91.21個，MNPK單株角果數(shù)最多為268.00個，較對照增加 293.77%，另外N、NP、NPK、M、MN、MNP處理單株角果數(shù)分別較對照增加了91.01%、 120.50%、171.07%、146.72%、224.63%、 253.48%。千粒質(zhì)量僅MNPK較對照降低 0.36 g，其他處理與對照無顯著差異。

2.3 冬油菜產(chǎn)量及越冬率對不同施肥處理的 響應(yīng)

不同施肥處理對冬油菜的產(chǎn)量及越冬率有不同影響(表4)。單施氮肥越冬率較對照降低 21.75%，其他肥料處理越冬率與對照無顯著差異。冬油菜產(chǎn)量在施肥處理下較對照顯著增加，有機肥配施較不施有機肥增產(chǎn)更為顯著，其中MNPK產(chǎn)量最高為3 418.38 kg/hm2，較對照增產(chǎn) 2 782.12 kg/hm2，增幅437.26%，其他處理按照增產(chǎn)排序依次為MNP>NPK>MN>NP>M>N，分別較對照增產(chǎn)2 334.94 kg/hm2、 2 229.90 kg/hm2、 1 611.65 kg/hm2、1 578.64 kg/hm2、939.38 kg/hm2、507.20 kg/hm2，較對照增產(chǎn)幅度依次為366.98%、350.47%、 253.30%、248.11%、147.64%、79.72%。收獲指數(shù)MNPK最高，達0.42，顯著高于對照0.12個百分點。

2.4 油菜籽粒品質(zhì)對不同施肥處理的響應(yīng)

有機肥與氮磷鉀肥配施對甘藍型油菜籽粒品質(zhì)影響不同(表5)。MN、MNP、N處理蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)顯著增加，M處理蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)顯著降低，蛋白質(zhì)積累與油分的積累存在此消彼長的現(xiàn)象。M處理含油量最高達48.55%，較對照增加2.49個百分點，蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最低為18.23%，較對照降低4.14個百分點。MNP處理蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)最高為23.57%，而其含油量最低為 43.68%。各處理芥酸質(zhì)量分數(shù)差異不顯著。M處理硫甙質(zhì)量摩爾濃度為92.11 μmol/g，比對照處理低10.25 μmol/g，差異顯著，其他肥料處理硫甙質(zhì)量摩爾濃度較對照無顯著差異。有機肥及氮磷鉀肥的不同配施對油菜籽粒中芥酸、油酸、亞麻酸、棕櫚酸的質(zhì)量分數(shù)較對照未形成顯著差異。

表3 不同施肥處理甘藍型油菜主要經(jīng)濟性狀Table 3 Main economic traits of Brassica napus L.under different fertilization

注：不同小寫字母表示方差分析結(jié)果在5%的顯著水平下存在差異，下同。

Note:Different lowercase letters after the value indicate the differentce of variance result analysis at a significant level of 5%,the same below.

表4 甘藍型油菜產(chǎn)量及越冬率對不同肥料處理的響應(yīng)Table 4 Responses of yield and overwintering rate of Brassica napus L.under different treatments of fertilizer

表5 不同肥料施用后油菜籽粒的品質(zhì)Table 5 Quality rape seed of different fertilizers

2.5 不同施肥處理對種植甘藍型冬油菜前后土壤化學(xué)性質(zhì)差異分析

甘藍型油菜種植前不同肥料處理間土壤化學(xué)性質(zhì)差異主要來源于試驗處理肥料的直接施用、長期施肥對土壤的影響，以及土壤本底值情況，收獲后不同處理間土壤化學(xué)性質(zhì)差異來自肥料、土壤及甘藍型冬油菜種植生長過程的相互影響 (表6)。

在甘藍型冬油菜收獲后對同樣的土壤指標進行檢測，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施肥處理土壤全氮質(zhì)量分數(shù)顯著高于對照，其中有機肥配施無機肥的MNP、MNPK、MN處理土壤全氮質(zhì)量分數(shù)顯著高于有機肥單施及無機肥施用的M及NPK、NP、N處理。全磷質(zhì)量分數(shù)除氮肥單施其他處理均顯著高于對照，其中MNPK、MNP>NPK、NP、MN、M。全鉀質(zhì)量分數(shù)各處理間無顯著差異。水解氮質(zhì)量分數(shù)均顯著高于對照，質(zhì)量分數(shù)排序為MNPK、MN>MNP、M、NP>N、NPK>CK。速效磷質(zhì)量分數(shù)除N處理其他肥料處理均顯著高于對照，按照質(zhì)量分數(shù)高低排序為MNPK、MNP>M、MN>NP、NPK。MNPK處理速效鉀質(zhì)量分數(shù)顯著高于對照，N、NP處理顯著低于對照，其他處理與對照無顯著差異。土壤有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)以MNPK、MNP、MN、NPK、M處理均顯著高于對照。收獲后各肥料處理土壤pH顯著低于對照，其中MN、MNPK的pH最低，分別低與對照 0.18、0.15。土壤全鹽均顯著高于對照，其中MNPK最高，較對照高0.02。

表6 不同施肥處理下種植甘藍型冬油菜的土壤性質(zhì)變化Table 6 Changes of soil properties of planting Brassica napus L.under different fertilization treatments

對甘藍型冬油菜種植前、后的土壤各指標差值變化進行分析(圖1)，土壤全氮質(zhì)量分數(shù)在CK、N及M處理收獲后有所降低，CK處理降幅顯著大于其他施肥處理。土壤全磷質(zhì)量分數(shù)除CK及N處理有所降低外，其他處理收獲后未減少。土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)收獲后均顯著低于種植前。土壤全鹽質(zhì)量分數(shù)在種植后均未降低。土壤水解氮及速效鉀收獲后較種植前的增減規(guī)律完全一致，其中MN、MNPK及M處理土壤水解氮及速效鉀收獲后較種植前顯著增加，NPK及MNP收獲后顯著降低，其他處理種植前后無變化。土壤有機質(zhì)在甘藍型冬油菜種植后均未降低，NPK及有機肥配施無機肥種植甘藍型冬油菜后土壤有機質(zhì)顯著增加，其中以MNPK有機質(zhì)增加最多。

3 討 論

3.1 不同肥料配施對甘藍型冬油菜經(jīng)濟性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

長期施肥及環(huán)境演變使冬油菜種植區(qū)域土壤肥力穩(wěn)步上升，但速效養(yǎng)分缺失面積增大，施肥對油菜產(chǎn)量的貢獻率增加，油菜豐產(chǎn)栽培必須建立在科學(xué)施肥的基礎(chǔ)上[16]。施肥是油菜栽培最關(guān)鍵的增產(chǎn)措施，是直接影響油菜生長的因素。本試驗結(jié)論表明，肥料施用延長甘藍型冬油菜全生育期，單施氮肥與對照苗期最長，比其他處理苗期延遲3～5 d，加之單施氮肥終花期到達時間最晚，

圖1 甘藍型冬油菜種植后與種植前不同施肥處理的土壤性質(zhì)變化Fig.1 Changes of soil properties under different fertilizers after and before winter rapeseed planting

3.2 甘藍型冬油菜種植與土壤化學(xué)性質(zhì)的相互響應(yīng)

土壤、肥料、作物之間存在相互影響作用，該試驗區(qū)塊未長期施肥前(1981年)最初土壤0～20 cm基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)如下：全氮0.08%，全磷 0.07%，全鉀1.66%，速效氮73.00 g/kg，速效磷8.60 g/kg，速效鉀190.00 g/kg，有機質(zhì)質(zhì)量分數(shù)1.19%。長期定位施肥試驗結(jié)果表明施肥增加了黃綿土區(qū)土壤有機質(zhì)及氮磷鉀質(zhì)量分數(shù)，土壤pH降低[14]。甘藍型冬油菜種植后土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)顯著下降，土壤全氮質(zhì)量分數(shù)在CK和M處理收獲后降低，土壤全磷質(zhì)量分數(shù)在CK及N處理降低，不施肥及單施氮肥土壤種植甘藍型冬油菜后土壤氮磷鉀質(zhì)量分數(shù)較種植前下降至接近土壤最初本底值。土壤pH在甘藍型冬油菜種植后除MNP處理均降低，因MNP處理種植前pH已顯著低于對照。土壤水解氮及速效鉀收獲后與種植前的增減規(guī)律一致，土壤速效磷僅MNP收獲后顯著下降。土壤有機質(zhì)在甘藍型冬油菜種植后均未降低，NPK及MN、MNP、MNPK處理種植甘藍型冬油菜后土壤有機質(zhì)顯著增加，其中以MNPK處理有機質(zhì)增加最顯著。因此，種植甘藍型冬油菜不施肥或單施氮肥時無法滿足其生產(chǎn)的肥料需求，不但會減產(chǎn)減收，還會對土壤消耗過大。種植冬油菜應(yīng)在有機肥配施氮磷鉀肥的基礎(chǔ)上適當補充鉀肥，以滿足甘藍型冬油菜整個生育期用肥需求。

4 結(jié) 論

肥料施用延長甘藍型冬油菜全生育期，縮短了苗期，延長了花期，延緩了冬前油菜生長進程。單施氮肥使苗期生長較快，不利越冬，全生育期增延。黃綿土區(qū)施肥顯著增加了冬油菜株高、角果數(shù)和產(chǎn)量，且肥料配施增產(chǎn)效果優(yōu)于單施，有機肥與無機肥配施增產(chǎn)效果優(yōu)于氮磷鉀肥單獨施用。等量施肥對甘藍型冬油菜的產(chǎn)量貢獻率大于白菜型冬油菜。肥料對籽粒蛋白質(zhì)及油分的積累作用效果剛好相反，有機肥配施較無機肥單獨施用增加了蛋白質(zhì)質(zhì)量分數(shù)，減少含油量，有機肥單施能顯著降低硫甙含量。甘藍型冬油菜施肥增產(chǎn)效果顯著，不施肥或肥料供應(yīng)不足時減產(chǎn)顯著，土壤營養(yǎng)顯著消耗，不利于達到增產(chǎn)增收的目的。各處理以MNPK處理優(yōu)于其他處理對甘藍型冬油菜產(chǎn)量、經(jīng)濟性狀、籽粒品質(zhì)及對土壤有機質(zhì)的提升效果顯著，油菜收獲后土壤全鉀質(zhì)量分數(shù)顯著下降，可在此有機肥配施氮磷鉀肥的基礎(chǔ)上適量提升鉀肥比例，以達到豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)及培肥養(yǎng)地的種植效果。