孫梅，孫耿，龍澤東，吳光榮，羅尊長，唐海明，曾躍輝

(1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 長沙 410125; 2.湖南省農(nóng)業(yè)科學院，湖南 長沙 410125; 3.瀏陽市農(nóng)業(yè)發(fā)展事務中心，湖南 長沙 410300)

0 引 言

油菜是我國重要的油料作物之一，也是世界僅次于油棕和大豆的第三大重要供油作物，在食用油、飼料及生物燃料等方面均占有重要角色[1-2]。因此，油菜的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對我國糧油安全乃至于世界的糧油安全均起著非常重要的作用。氮素是油菜生長發(fā)育及形態(tài)建成所需的大量元素之一，是油菜維持高生產(chǎn)力發(fā)展的重要基礎(chǔ)[3]，也是限制油菜產(chǎn)量的關(guān)鍵因子之一。氮肥對油菜產(chǎn)量的貢獻率從20世紀60年代的31%提高到了現(xiàn)階段的72%[4]，合理施用氮肥、提高氮肥利用率是油菜高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的重要保障。有調(diào)查發(fā)現(xiàn)，油菜肥料施用不合理現(xiàn)象普遍存在[5-6]，一方面，重施化肥輕施有機肥，而過分依賴化肥會影響作物對養(yǎng)分的吸收利用效率，進而影響作物的產(chǎn)量和品質(zhì)，并引發(fā)一系列的環(huán)境問題；另一方面，重施基肥輕施追肥，隨著城市化進程日益加速，農(nóng)村勞動力減少，輕簡化農(nóng)業(yè)的普及，油菜施肥次數(shù)有下降的趨勢，這與油菜生育期養(yǎng)分需肥規(guī)律相悖，嚴重限制了油菜的增產(chǎn)潛力。前人研究表明，氮肥不同比例的時期運籌在水稻、小麥、玉米等作物上對作物根系生長活力、作物氮吸收、作物產(chǎn)量及品質(zhì)等方面均有影響[7-9]。有機肥替代化肥不僅可以緩解過量施用化肥帶來的土壤質(zhì)量退化問題，還能滿足作物在各生育期對養(yǎng)分的需求，改善作物品質(zhì)和提高肥料利用率[10]。但有機肥替代化肥配合氮肥時期運籌在油菜生產(chǎn)中的應用尚不多見。本研究采用田間試驗，通過有機肥替代化肥，氮肥施用時期運籌等措施下，研究油菜產(chǎn)量和氮吸收利用特性，以期為優(yōu)化油菜種植施肥技術(shù)提供技術(shù)支撐，為實現(xiàn)減肥增效和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概述

試驗于2015-2016年在湖南省瀏陽市達滸鎮(zhèn)達興村(113°54′38.8″E，28°26′18.3″N)開展。該地位于長江中下游地區(qū)，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，多年平均氣溫17.2 ℃，無霜期年平均264 d，年平均日照1 516.7 h，年平均降水量1 600 mm。供試土壤為河流沖積物發(fā)育的水稻土，主要種植制度為稻-油輪作，基本理化性質(zhì)見表1。

表1 供試土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗設(shè)計

試驗共設(shè)置4個處理，分別為不施任何肥料(CK)、常規(guī)施肥(CF：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為6∶2∶2)、前氮后移(CR：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為5∶3∶2)、有機肥替代30%氮肥(CRM：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為5∶3∶2)，除CK處理外所有處理的有機肥、氮、磷、鉀肥做基肥一次性施入，具體施用量見表2。每個處理設(shè)3次重復，采用隨機區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積為30 m2。試驗采用供試肥料分別有尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)和有機肥(含N 2.06%、P2O50.64%、K2O 2.40%)。供試油菜為當?shù)刂髟杂筒似贩N湘雜油553號。種植方式為移栽，9月中下旬播種，10月下旬進行移栽，苗齡30 d左右，移栽苗以健壯單株為主，移栽密度約為1.2×105株·hm-2，株間距0.20 m，行間距0.33 m。

表2 不同處理肥料施用量(kg·hm-2)

1.3 樣品采集與指標測定

試驗開始前多點混合法采集0～20 cm土層基礎(chǔ)樣品，測定土壤理化性質(zhì)等指標。在油菜收獲期每個小區(qū)按照多點混合法采集0～20 cm土層樣品，測定土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮等指標。土壤pH采用電位法(水∶土為2.5∶1)，有機質(zhì)采用重鉻酸鉀容量法-外加熱法，全氮采用半微量凱氏法，堿解氮采用堿解擴散法，土壤全磷采用酸溶-鉬銻鈧比色法，土壤全鉀采用氫氧化鈉熔融法，土壤有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻鈧比色法，速效鉀采用乙酸銨提取法。具體步驟參照鮑士旦主編的《土壤農(nóng)化分析》[11]。

在油菜收獲前，在每個小區(qū)均對角線相同位置，連續(xù)取樣5株，帶回室內(nèi)測定株高、莖粗、有效分枝高、一次有效分枝數(shù)、二次有效分枝數(shù)、主花序有效長度、主花序有效角果數(shù)、主花序角果長、單株有效角果數(shù)、一次分枝有效角果數(shù)、二次分枝有效角果數(shù)、千粒重等指標。在油菜收獲期，每個小區(qū)收取中間10行，單打，晾曬，稱取油菜籽粒重和秸稈重量，計算籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量[12-13]。

1.4 氮吸收利用等參數(shù)計算

氮素累積量=干物質(zhì)重量×氮含量[14]氮肥吸收利用率=(施肥區(qū)氮素養(yǎng)分累積量-不施肥區(qū)氮素養(yǎng)分累積量)/氮肥施用量[14]氮肥農(nóng)學利用率=(施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量)/氮肥施用量[14]氮收獲指數(shù)=籽粒氮累積量/植株氮累積量[14]收獲指數(shù)=籽粒產(chǎn)量/地上部生物量[14]

1.5 數(shù)據(jù)處理

用Microsoft Excel 2017進行數(shù)據(jù)處理，SPSS 23.0進行相關(guān)分析，用LSD法進行差異顯著性分析(P=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 油菜成熟期農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量構(gòu)成要素及產(chǎn)量差異

成熟期油菜農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量構(gòu)成因素調(diào)查表明(表3，表4)，施肥處理(CF、CR、CRM)與CK處理相比可使油菜株高顯著提升20.3%～31.6%、莖粗提高35.1%～44.7%、一次有效分枝數(shù)增加2.89～3.33個、二次有效分枝數(shù)增加2.00～2.89個、單株一次有效角果數(shù)增加102～124個、單株二次有效角果數(shù)增加12～23個，表明施肥是提高油菜農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構(gòu)成因素的必要措施。施肥各處理(CR、CRM、CF)油菜成熟期農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成要素除有效分枝點高指標外，其他指標差異均不顯著，但從數(shù)值上看與CF相比，CR、CRM株高降低了10～15 cm、有效分枝點高降低7.0～24.9 cm、單株主序有效角果數(shù)增加6～11個，遵循CF>CR>CRM的趨勢；油菜的莖粗增加了0.04～0.09 cm，單株二次有效分枝數(shù)增加0.44～0.89個，單株二次有效角果數(shù)增加2.4～11.2個和千粒重增加0.08～0.12 g，遵循CF

表3 不同施肥方式對油菜農(nóng)藝性狀的影響

表4 不同施肥方式對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

如表5所示，不同施肥對油菜籽粒產(chǎn)量和秸稈產(chǎn)量產(chǎn)生顯著影響。施肥處理(CF、CR、CRM)無論是油菜籽產(chǎn)量還是油菜秸稈產(chǎn)量均顯著高于CK處理。施肥處理油菜籽產(chǎn)量為2 505～3 102 kg·hm-2，且施肥處理間油菜產(chǎn)量差異均達顯著水平(P<0.05)，表現(xiàn)為CR>CRM>CF；CR、CRM處理與CF相比，油菜籽產(chǎn)量分別增加597 kg·hm-2和292 kg·hm-2，增加幅度為23.8%和11.7%，達顯著水平(P<0.05)，表明通過氮肥后移的時期運籌以及30%有機氮替代顯著提升油菜經(jīng)濟產(chǎn)量。施肥處理油菜秸稈產(chǎn)量為4 499～5 514 kg·hm-2，其中CR處理最高，CF處理最低，兩處理間差異顯著(P<0.05)，但CRM處理與CR、CF處理差異不顯著。油菜產(chǎn)量的收獲指數(shù)方面，CK處理產(chǎn)量收獲指數(shù)為41.2%，顯著高于CF處理(P<0.05)，與CR、CRM處理差異不顯著。施肥處理未對收獲指數(shù)產(chǎn)生顯著的影響，但從數(shù)值上看CRM>CR>CF，表明在同等養(yǎng)分施用量的基礎(chǔ)上有機替代和前氮后移可有效增加油菜產(chǎn)量收獲指數(shù)。

表5 不同施肥對油菜產(chǎn)量和收獲指數(shù)的影響

2.2 氮肥吸收利用率差異與土壤氮素變化特征

如表6所示，在不同施肥處理下油菜籽氮含量為1.59%～1.91%，其中不施肥(CK)處理油菜籽氮含量最低為1.59%，常規(guī)施肥處理氮含量最高為1.91%，施肥處理顯著高于不施肥處理(P<0.05)，且各施肥處理間差異不顯著。不同施肥處理油菜秸稈氮含量為0.73%～1.24%，其中各處理間油菜秸稈氮含量變化趨勢為CR>CRM>CF>CK，僅CR處理與CK處理間達顯著差異。油菜的氮累積吸收量為24.0～121 kg·hm2，施肥處理顯著大于不施肥處理，CR、CRM處理較CF處理顯著增加25.0%和20.9%(P<0.05)，CR與CRM處理間差異不顯著，各處理間氮累積吸收量變化趨勢為CR>CRM>CF>CK，表明施肥可以顯著增加油菜氮的吸收量，氮肥的前氮后移也可以顯著影響油菜的氮累積吸收量。

表6 不同施肥對油菜氮吸收及氮肥吸收利用率的影響

在氮肥吸收利用率方面，本試驗下油菜的不同施肥處理間氮肥吸收利用率在40.5%～54.1%，不同施肥處理間差異不顯著，表現(xiàn)為CR>CRM>CF；與CF相比，CR處理和CRM處理使氮肥吸收利用率增加33.6%和27.9%；氮肥的農(nóng)學利用率角度，CR、CRM處理較CF處理氮肥農(nóng)學利用率顯著提高37.0%和14.6%，表明在氮肥時期運籌以及氮肥時期運籌配施有機肥可以有效的提高氮肥的吸收利用率和農(nóng)學利用率。此外，施肥處理氮的收獲指數(shù)顯著低于不施肥處理，與CF相比，CR、CRM處理氮收獲指數(shù)降低了8.7%和9.1%。

不同施肥處理在油菜成熟期對土壤氮素有一定影響，但無顯著差異(表7)。從數(shù)值上看，土壤速效氮含量在117～128 mg·kg-1間，CR處理與CF相比可增加土壤速效氮含量，增加幅度為9.49%，表明氮肥前氮后移運籌可以使油菜生長后期土壤速效氮維持在較高水平。油菜成熟期土壤全氮含量在1.72～1.80 g·kg-1間，表現(xiàn)為CR

表7 油菜成熟期土壤氮素及有機質(zhì)變化特征

2.3 油菜產(chǎn)量、氮吸收利用相關(guān)指標的相關(guān)關(guān)系

表8列出了與油菜產(chǎn)量、氮吸收利用具有顯著相關(guān)性的指標，由表可知，油菜產(chǎn)量無論是籽粒產(chǎn)量還是秸稈產(chǎn)量均與株高、莖粗、一次分枝數(shù)、一次分枝有效角果數(shù)、二次分枝有效角果數(shù)、油菜籽氮含量、油菜秸稈氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，而與土壤全氮呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，其中一次分枝數(shù)、一次分枝有效角果數(shù)對油菜產(chǎn)量的影響最大，表明CR、CRM處理油菜產(chǎn)量的提高主要是促進了油菜株高、莖粗、一次分枝數(shù)、一次分枝有效角果數(shù)、二次分枝有效角果數(shù)等指標的生長發(fā)育而獲得。氮累積吸收量、氮吸收利用率與油菜籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量、秸稈氮含量呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，與土壤全氮呈顯著負相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。此外，氮肥農(nóng)學利用效率也與油菜籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，表明油菜產(chǎn)量是評價油菜氮吸收利用效率的重要性狀。值得注意的是，氮收獲指數(shù)與籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量、株高、一次分枝數(shù)、一次分枝有效角果數(shù)、秸稈氮含量、土壤C/N比等指標呈顯著負相關(guān)關(guān)系，與土壤全氮呈顯著正相關(guān)關(guān)系(P<0.05)，其中，秸稈氮含量對氮收獲指數(shù)影響最大。

表8 油菜產(chǎn)量、氮吸收利用相關(guān)指標的相關(guān)關(guān)系(n=12)

3 討 論

油菜是氮素累積量較大的作物[15]，合理的氮素供應是獲得油菜高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。氮素供應不足，會導致作物生長矮小、葉片黃化等問題，造成作物提前衰老，進而導致產(chǎn)量降低[16]。與前人研究一致，本研究中不施肥處理，在養(yǎng)分限制的條件下，油菜產(chǎn)量等各項指標均顯著低于施肥處理，不施肥油菜籽粒產(chǎn)量僅依靠土壤自身肥力只能維持施肥條件下的30%～36%的產(chǎn)量，對肥料投入的依存率達64%以上。但氮肥過量施用也會對造成一定的負面影響，比如植株貪青晚熟、氮資源浪費引發(fā)的一系列環(huán)境氮素污染問題。在目前的油菜施肥管理中，油菜的生育前期氮肥投入過多而生育中后期投入不足或過少，這與油菜生育后期仍需要較多的氮素供應相矛盾[17-18]，油菜生長后期需要從營養(yǎng)器官轉(zhuǎn)移氮素至生殖器官，油菜中后期的氮素供應直接影響籽粒灌漿、角果發(fā)育和單株生產(chǎn)力[19-21]，進而影響產(chǎn)量。本試驗中，在相同養(yǎng)分投入的基礎(chǔ)上，將氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例從6∶2∶2調(diào)整為5∶3∶2后，降低了氮肥基肥的比例，增加了氮肥在油菜中后期的比例，可使籽粒產(chǎn)量顯著提升11.7%～23.8%，表明油菜中后期的氮素供應不可忽視，前氮后移是一種較為有效的油菜優(yōu)化施肥手段。此外，前氮后移可使氮肥吸收利用率提高27.9%～33.6%，氮肥農(nóng)學利用率提高14.6%～37.0%，氮素高利用率也間接說明了減少氮素向環(huán)境損失的風險，油菜前氮后移對環(huán)境氮素污染防控具有一定的意義。

大量研究表明，有機無機肥配施是化肥減施和實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的重要措施。有機無機肥配施能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高氮素養(yǎng)分供給能力，促進作物根系對氮的吸收利用，提高氮肥利用率，有利于作物增產(chǎn)[10,22-23]。本研究中，在氮肥前氮后移的基礎(chǔ)上，有機肥替代30%的化肥，與同樣氮肥時期運籌比例的前氮后移(CR)處理相比差異不顯著，數(shù)值上略有降低，這可能是由于有機肥中氮肥效釋放緩慢，不如速效化肥養(yǎng)分釋放快，在已經(jīng)將基肥比例減少的情況下，油菜生長前期養(yǎng)分供應可能受到一定的限制，這從側(cè)面說明油菜的氮肥前氮后移不是無限制的減少前氮比例、增加后氮比例。但與常規(guī)施肥(CF)相比可使油菜籽粒產(chǎn)量顯著增產(chǎn)11.7%，氮肥吸收利用率增加27.9%，是油菜化肥減量增效的有效手段。

4 結(jié) 論

(1)不施肥油菜籽粒產(chǎn)量僅依靠土壤自身肥力只能維持施肥條件下的30%～36%的產(chǎn)量，對肥料投入的依存率達64%以上。

(2)氮肥前氮后移以及有機替代有助于油菜的矮壯生長，促進油菜二次分枝發(fā)育，增加油菜分枝角果數(shù)量。

(3)在等養(yǎng)分投入的基礎(chǔ)上，將氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例從6∶2∶2調(diào)整為5∶3∶2后，可使籽粒產(chǎn)量顯著提升11.7%～23.8%，氮肥吸收利用率提高27.9%～33.6%，氮肥農(nóng)學利用率提高14.6%～37.0%，前氮后移氮肥時期運籌是油菜優(yōu)化施肥、平衡施肥的可行途徑。

(4)當前氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例5∶3∶2的條件下，有機肥替代30%的化肥，與常規(guī)施肥(CF)相比可使油菜籽粒產(chǎn)量顯著增產(chǎn)11.7%，氮肥吸收利用率增加27.9%，是油菜化肥減量增效的有效手段。