中國(guó)冬油菜產(chǎn)業(yè)氮肥減施增效潛力分析

張 智，叢日環(huán)，魯劍巍

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430070）

中國(guó)冬油菜產(chǎn)業(yè)氮肥減施增效潛力分析

張 智，叢日環(huán)，魯劍巍*

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院/農(nóng)業(yè)部長(zhǎng)江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北武漢 430070）

【目的】在“化肥零增長(zhǎng)”的背景下評(píng)估冬油菜氮肥減施潛力，為我國(guó)油菜產(chǎn)業(yè)高產(chǎn)高效的協(xié)同發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)?！痉椒ā勘狙芯客ㄟ^(guò)分析統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) (2005～2014年)、文獻(xiàn)數(shù)據(jù) (2000年至今) 以及油菜施肥(2005～2015年) 和調(diào)查數(shù)據(jù) (2009～2011年)，定量研究了國(guó)內(nèi)外油菜產(chǎn)量與氮肥偏生產(chǎn)力的差距，明確了我國(guó)冬油菜各主產(chǎn)省份氮肥推薦水平較農(nóng)戶(hù)水平的節(jié)氮空間，同時(shí)利用QUEFTS模型探討了未來(lái)不同情景模式下我國(guó)冬油菜的節(jié)氮潛力?！窘Y(jié)果】統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，近十年我國(guó)油菜產(chǎn)量接近于世界平均水平(1800 kg/hm2)，冬油菜產(chǎn)量集中在1500～2100 kg/hm2，但遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家，且年均產(chǎn)量增幅較低。調(diào)查數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)農(nóng)戶(hù)水平施氮量普遍偏高，平均為188 kg/hm2，結(jié)合我國(guó)冬油菜種植面積 (6238×103hm2) 和推薦水平施氮量 (平均162 kg/hm2)，全國(guó)冬油菜氮素投入量可節(jié)省16.0×104t，可節(jié)氮的主要省份為湖南、江蘇、湖北、四川。其中，湖南、江蘇節(jié)氮主要由于單位面積節(jié)氮空間較大，湖北和四川則因種植面積大而獲得較大的節(jié)氮空間。分別以不施氮處理油菜吸氮 (N) 量 30、50、70 kg/hm2(相當(dāng)于油菜產(chǎn)量約為500、1000、1500 kg/hm2) 劃分為低、中、高三個(gè)土壤供氮水平。在農(nóng)戶(hù)氮肥偏生產(chǎn)力水平 (PFPN，10.9 kg/kg) 的基礎(chǔ)上，設(shè)置推薦水平為情景Ⅰ，PFPN依次增加5個(gè)單位分別為情景Ⅱ (國(guó)外一般水平)、情景Ⅲ (國(guó)外中等水平)、情景Ⅳ (國(guó)外較高水平)，分析不同情景的冬油菜節(jié)氮潛力。結(jié)果顯示，在低供氮條件下，當(dāng)目標(biāo)產(chǎn)量超過(guò)2500 kg/hm2時(shí)，至少達(dá)到情景Ⅱ (國(guó)外一般水平) 時(shí)才有節(jié)氮空間；而在中、高等供氮條件下，達(dá)到不同目標(biāo)產(chǎn)量時(shí)均有一定的節(jié)氮空間。【結(jié)論】依據(jù)土壤基礎(chǔ)供氮能力和油菜目標(biāo)產(chǎn)量進(jìn)行氮肥管理，并結(jié)合其他農(nóng)藝管理措施，是實(shí)現(xiàn)油菜高產(chǎn)、氮肥減施增效的重要途徑。

冬油菜；產(chǎn)量差；氮肥偏生產(chǎn)力；情景分析；QUEFTS模型

油菜是重要的油料作物和能源作物，其在歐洲、加拿大、中國(guó)、印度、澳大利亞等均有大量種植，2011年加拿大油菜總產(chǎn)量超過(guò)中國(guó)，排在世界第一[1]。從過(guò)去五十年中國(guó)油菜的發(fā)展來(lái)看，油菜的單產(chǎn)水平持續(xù)增加，然而近十年來(lái)則基本處于停滯狀態(tài)[2]。我國(guó)是世界上氮肥消費(fèi)量最高的國(guó)家，年消費(fèi)量占世界的30%以上[3]，氮肥的粗放型管理，勢(shì)必會(huì)引起一系列的資源與環(huán)境問(wèn)題。近年來(lái)，由于施肥技術(shù)的改善、耕地面積減少等原因，使得農(nóng)業(yè)氮肥用量增幅趨于平緩[2]。油菜是需肥量較高的作物，且氮肥利用率普遍低于其他作物[4]，我國(guó)冬油菜對(duì)氮肥的依賴(lài)性高，從而導(dǎo)致氮肥投入高、利用率低[5]。

調(diào)查結(jié)果顯示，長(zhǎng)江流域冬油菜氮肥施用基本充足，但施用不足和過(guò)量施用的情況仍普遍存在，其中＞ 270 kg/hm2的農(nóng)戶(hù)比例約占15.8%[6]。盲目重施氮肥不僅無(wú)益于產(chǎn)量的提高，還會(huì)造成土壤肥力下降、生態(tài)環(huán)境污染等問(wèn)題。土壤地力水平是決定目標(biāo)產(chǎn)量的關(guān)鍵，肥料用量應(yīng)依據(jù)土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力和作物需求規(guī)律進(jìn)行協(xié)調(diào)[7]。國(guó)外在油菜施肥方面的研究普遍考慮土壤無(wú)機(jī)氮水平，但我國(guó)集約化種植條件下，土壤測(cè)試難以滿足需求。多年多點(diǎn)油菜季缺素處理養(yǎng)分吸收量，可作為區(qū)域土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力的重要參考[8]。

在國(guó)家提出“到2020年化肥使用量零增長(zhǎng)”目標(biāo)的背景下[9]，氮肥用量的零增長(zhǎng)可能是首要任務(wù)。如何在穩(wěn)定冬油菜產(chǎn)量的前提下減少氮肥的施用，仍然存在技術(shù)難關(guān)；如何在提高冬油菜產(chǎn)量的前提下減少氮肥的施用，需不斷突破技術(shù)瓶頸。通過(guò)結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)、試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，分析國(guó)內(nèi)外油菜產(chǎn)量差及氮肥效率差，明確我國(guó)油菜產(chǎn)業(yè)的節(jié)氮潛力，并基于不同地力條件，估算國(guó)內(nèi)油菜生產(chǎn)達(dá)到國(guó)外不同水平情景下的節(jié)氮潛力，探討國(guó)內(nèi)外油菜生產(chǎn)中的差異，以期為我國(guó)油菜產(chǎn)業(yè)的氮肥減施增效提供理論依據(jù)和技術(shù)途徑。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)：不同國(guó)家2005～2014年油菜產(chǎn)量數(shù)據(jù)來(lái)源于FAO統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)[1]，中國(guó)各省 (市) 2005～2014年油菜產(chǎn)量、種植面積來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)[2]。

文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)：德國(guó)、英國(guó)、波蘭、澳大利亞和印度的油菜產(chǎn)量和氮肥用量數(shù)據(jù)來(lái)源于Web of Science，通過(guò)輸入油菜 (rapeseed/oilseed rape)、施肥(fertilization) 和產(chǎn)量 (yield) 等主題檢索出2000年至今的文獻(xiàn)58篇，整理并篩選出包含產(chǎn)量、氮肥用量等信息完整的有效文獻(xiàn)16篇。

國(guó)內(nèi)油菜數(shù)據(jù)庫(kù)：來(lái)源于本課題組油菜調(diào)查數(shù)據(jù)庫(kù) (2009～2011年) 和油菜施肥效果數(shù)據(jù)庫(kù)(2005～2015 年)。

1.2 數(shù)據(jù)處理

氮肥偏生產(chǎn)力 (PFPN，kg/kg) = 油菜產(chǎn)量(kg/hm2)/氮肥用量 (kg/hm2)

氮肥需求量 (× 104t) = 單位面積氮肥用量(kg/hm2) × 油菜種植面積 (× 103hm2) × 10–4

產(chǎn)量趨勢(shì)[10][kg/(hm2·a)]：選用線性回歸模型，擬合2005～2014年的油菜產(chǎn)量，方程斜率即為產(chǎn)量趨勢(shì)。

土壤供應(yīng)氮素能力 (soil indigenous nitrogen supply，INS)：土壤養(yǎng)分含量是反映土壤肥力最直接的指標(biāo)，而在大區(qū)域范圍內(nèi)這些指標(biāo)往往與作物生長(zhǎng)或產(chǎn)量的相關(guān)性較差[11]，以缺素處理作物產(chǎn)量或養(yǎng)分吸收量表示土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力得到越來(lái)越多的應(yīng)用和推廣[8,12–13]。根據(jù)本課題組大范圍冬油菜肥料試驗(yàn)結(jié)果[14]可知，直播和移栽冬油菜的基礎(chǔ)吸氮量平均分別為N 42.2和53.5 kg/hm2，均值約為N 50 kg/hm2，以該值作為冬油菜主產(chǎn)區(qū)土壤供應(yīng)氮素能力的平均水平，上下增減N 20 kg/hm2分別設(shè)置為高等和低等土壤供氮能力，即將冬油菜基礎(chǔ)吸氮量30、50、70 kg/hm2定義為土壤供氮能力低、中、高三個(gè)水平 (對(duì)應(yīng)的油菜產(chǎn)量分別約為500、1000和1500 kg/hm2)。土壤供氮能力的高低是決定潛在目標(biāo)產(chǎn)量的關(guān)鍵，參考王寅[14]的研究，利用QUEFTS模型確定高、中、低三個(gè)等級(jí)的土壤供氮能力所對(duì)應(yīng)的潛在目標(biāo)產(chǎn)量為5000、4000、3000 kg/hm2。

情景分析：以國(guó)內(nèi)農(nóng)戶(hù)調(diào)查為基礎(chǔ)，設(shè)置推薦水平 (對(duì)應(yīng)的施氮量為最佳經(jīng)濟(jì)施氮量) 為情景Ⅰ。綜合國(guó)內(nèi)冬油菜氮肥偏生產(chǎn)力水平 (12.2 kg/kg) 與國(guó)外較高水平 (26.4 kg/kg) 相差約15個(gè)單位，以氮肥偏生產(chǎn)力每增加5個(gè)單位為一個(gè)情景，劃分三個(gè)情景 (Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，即國(guó)外一般水平、中等水平和較高水平，估算中國(guó)冬油菜減氮潛力。

數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2013軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，Origin 8和ArcGIS 9.3軟件進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 國(guó)內(nèi)外油菜產(chǎn)量與氮肥偏生產(chǎn)力

圖1 不同國(guó)家的油菜產(chǎn)量Fig. 1 Oilseed rape yields in different countries

根據(jù)FAO統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]，篩選出總產(chǎn)和單產(chǎn)均較高的油菜種植典型國(guó)家，包括德國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、捷克和波蘭，以及單產(chǎn)水平與中國(guó)接近的加拿大和低于中國(guó)水平的澳大利亞、印度 (圖1)。結(jié)果顯示，近十年油菜平均單產(chǎn)以德國(guó)最高，約3800 kg/hm2，其次為英國(guó)、法國(guó)和捷克，超過(guò)3000 kg/hm2，均高于歐洲平均水平 (2500 kg/hm2)，加拿大和中國(guó)約為1800 kg/hm2，略低于全球平均水平 (2000 kg/hm2)，而澳大利亞和印度僅為1100 kg/hm2。從油菜產(chǎn)量趨勢(shì)來(lái)看，歐洲油菜整體發(fā)展較快，近十年年均增產(chǎn)約50 kg/hm2，約為世界平均水平的兩倍，其中法國(guó)最高，達(dá)到60 kg/(hm2·a) 以上，中國(guó)和印度較低，約為 12 kg/(hm2·a)。

通過(guò)搜集到的德國(guó)、英國(guó)、波蘭、澳大利亞、加拿大、印度和中國(guó)的油菜氮肥用量與產(chǎn)量，計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氮肥偏生產(chǎn)力(表1)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，發(fā)達(dá)國(guó)家油菜氮肥用量平均為70～194 kg/hm2，其中以澳大利亞和加拿大較低，歐洲國(guó)家 (德國(guó)、英國(guó)、波蘭) 相對(duì)較高，對(duì)應(yīng)的氮肥偏生產(chǎn)力變幅為23.4～27.9 kg/kg，均屬于較高水平；印度氮肥用量平均為113 kg/hm2，由于單產(chǎn)水平較低，其氮肥偏生產(chǎn)力僅為8.2 kg/kg；中國(guó)氮肥用量與歐洲國(guó)家相當(dāng)，而氮肥偏生產(chǎn)力為12.2 kg/kg，明顯低于發(fā)達(dá)國(guó)家。分析中國(guó)冬油菜用量的兩篇大區(qū)域尺度文獻(xiàn)可知，Li等[12]收集了長(zhǎng)江流域1457個(gè)當(dāng)?shù)剞r(nóng)技人員推薦的冬油菜樣本，徐華麗[6]調(diào)查了長(zhǎng)江流域1848個(gè)農(nóng)戶(hù)的冬油菜樣本，前者氮肥用量低于后者，而產(chǎn)量高于后者，說(shuō)明中國(guó)油菜氮肥用量有明顯的減施空間，且在提高油菜產(chǎn)量的同時(shí)可以提高肥料利用率。

2.2 國(guó)內(nèi)冬油菜主產(chǎn)省 (市) 產(chǎn)量與氮肥偏生產(chǎn)力

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)[2]，繪制了近十年國(guó)內(nèi)冬油菜主產(chǎn)省 (市) 油菜平均產(chǎn)量和產(chǎn)量趨勢(shì)分布圖 (圖2)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，空間趨勢(shì)整體表現(xiàn)為長(zhǎng)江下游高于上游，長(zhǎng)江以北高于長(zhǎng)江以南；產(chǎn)量主要分布在1500～2100 kg/hm2，四川和江蘇產(chǎn)量較高(＞ 2100 kg/hm2)，江西較低 (＜ 1200 kg/hm2)。產(chǎn)量趨勢(shì)結(jié)果表明，近十年年均增幅較高的省份均在長(zhǎng)江中下游，江西、安徽、江蘇增幅均 ＞ 30 kg/(hm2·a)，其次為四川 [20～30 kg/(hm2·a)]，而浙江近十年產(chǎn)量處于停滯狀態(tài)，其他省份年增幅較為一般 [0～20 kg/(hm2·a)]。

為探明我國(guó)冬油菜氮肥施用狀況，本文結(jié)合冬油菜主產(chǎn)省 (市) 3000多份調(diào)查問(wèn)卷和測(cè)土配方施肥項(xiàng)目1400多個(gè)肥料試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)資料，得到農(nóng)戶(hù)水平和推薦水平下氮肥用量、油菜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力(表2)。統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，農(nóng)戶(hù)水平氮肥用量平均變幅為152～255 kg/hm2，其中以江西最低，江蘇和浙江較高，其余省份主要集中在 (180 ± 10) kg/hm2；產(chǎn)量平均變幅為1722～2360 kg/hm2，整體趨勢(shì)與年鑒中近十年各省 (市) 結(jié)果相似；氮肥偏生產(chǎn)力主要集中在 (10 ± 1.5) kg/kg，其中以湖南和江蘇較低 (約9.0 kg/kg)，四川、湖北和江西較高 (約12.0 kg/kg)。推薦水平氮肥用量較農(nóng)戶(hù)水平有所降低，最低為重慶(141 kg/hm2)，最高為江蘇 (190 kg/hm2)，其余省份主要集中在 (165 ± 10) kg/hm2；油菜產(chǎn)量和氮肥偏生產(chǎn)力較農(nóng)戶(hù)水平均有明顯提高，對(duì)應(yīng)分別集中在2300～2700 kg/hm2和15～17 kg/kg，其中江蘇由于氮肥用量較高，其氮肥效率明顯低于其他省份。

2.3 我國(guó)冬油菜氮肥減施潛力分析

通過(guò)對(duì)比農(nóng)戶(hù)水平和推薦水平油菜施氮量 (表2)可知，單位面積節(jié)氮量較高的省份有江蘇、湖南、浙江、重慶等。結(jié)合冬油菜種植面積[2]，評(píng)估各省(市) 氮肥需求量和節(jié)氮潛力如表3所示。農(nóng)戶(hù)水平氮肥需求總量為115.6 × 104t，其中以湖南、湖北、四川需求量最高 (約20 × 104t)，浙江、重慶、云南需求量最低 (約4 × 104t)；推薦水平氮肥需求量共99.6 × 104t，較農(nóng)戶(hù)水平施氮量可節(jié)省 16.0 × 104t，節(jié)氮潛力較高的省份有湖南、江蘇、湖北、四川。其中，湖南由于單位面積節(jié)氮水平 (43 kg/hm2) 和油菜種植面積 (129.8萬(wàn)hm2) 均較高而排名首位，江蘇以單位面積節(jié)氮水平最大 (65 kg/hm2) 而突顯節(jié)氮潛力，湖北和四川均以油菜種植面積較大而具備較高的節(jié)氮潛力。說(shuō)明針對(duì)不同省份，油菜的節(jié)氮途徑應(yīng)有相應(yīng)調(diào)整。

基于QUEFTS模型[14]計(jì)算的不同情景下達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量時(shí)的單位面積氮肥需求量(圖3)，隨著目標(biāo)產(chǎn)量的提高，氮肥用量逐漸增加；不同情景模式下，國(guó)內(nèi)推薦水平在目標(biāo)產(chǎn)量較高時(shí)，氮肥需求量急劇增加。圖中豎線表示國(guó)內(nèi)農(nóng)戶(hù)施肥水平，豎線左側(cè)表示不同情景模式下獲得目標(biāo)產(chǎn)量時(shí)可達(dá)到節(jié)省氮肥的效果，右側(cè)則表示需要在農(nóng)戶(hù)施肥的水平上增施氮肥。

以農(nóng)戶(hù)水平氮肥需求量 (115.6 × 104t) 為基礎(chǔ)，分析不同情景下達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量時(shí)的節(jié)氮潛力 (表4)。情景I，在國(guó)內(nèi)推薦施肥的水平下，若土壤供氮能力較低，目標(biāo)產(chǎn)量超過(guò)2250 kg/hm2時(shí)，氮肥減施空間將低于0；土壤供氮能力為中等、目標(biāo)產(chǎn)量為2500 kg/hm2時(shí)，理論節(jié)氮潛力為16萬(wàn)t，與實(shí)際推薦水平的節(jié)氮潛力 (16.0萬(wàn)t，表3) 相當(dāng)；隨著土壤供氮能力的提高，節(jié)氮潛力明顯增加。情景II，氮肥偏生產(chǎn)力提高5個(gè)單位達(dá)到國(guó)外一般水平，不同土壤供氮能力下，油菜產(chǎn)量達(dá)到3000 kg/hm2時(shí)的節(jié)氮潛力分別為 –32 × 104、12 × 104、26 × 104t，說(shuō)明目標(biāo)產(chǎn)量為3000 kg/hm2時(shí)，需要中等或較高的地力水平才能達(dá)到氮肥減施的目標(biāo)。情景III，氮肥偏生產(chǎn)力再提高5個(gè)單位達(dá)到國(guó)外中等水平，產(chǎn)量水平達(dá)到3500 kg/hm2，中等地力可節(jié)氮8 × 104t，高等地力則為23 × 104t。情景IV，氮肥偏生產(chǎn)力繼續(xù)提高5個(gè)單位達(dá)到國(guó)外較高水平，目標(biāo)產(chǎn)量可達(dá)到4000 kg/hm2，此時(shí)仍有節(jié)氮空間。表明在目前國(guó)內(nèi)推薦施肥的水平下，土壤基礎(chǔ)供氮能力是節(jié)氮增產(chǎn)的主要制約性因素，為了進(jìn)一步提高油菜目標(biāo)產(chǎn)量，需要不斷地提高肥料利用率，才能達(dá)到氮肥減施增效的目標(biāo)。

表 1 不同國(guó)家的油菜氮肥用量與偏生產(chǎn)力Table 1 Nitrogen rates and partial factor productivity of oilseed rape in different countries

圖2 中國(guó)冬油菜主產(chǎn)區(qū)的油菜產(chǎn)量Fig. 2 Winter oilseed rape yields in the main production provinces of China

表 2 中國(guó)冬油菜主產(chǎn)區(qū)的油菜氮肥用量和偏生產(chǎn)力Table 2 Nitrogen rates and partial factor productivity of winter oilseed rape in the main production provinces of China

3 討論

3.1 國(guó)內(nèi)外油菜生產(chǎn)差異分析

歐洲各國(guó)油菜生育期內(nèi)的氣候條件較為接近，年平均氣溫在9℃左右 (春油菜季和冬油菜季分別為14 ℃和6 ℃)，年降水量約為600 mm (春油菜季和冬油菜季分別為250 mm和350 mm)；我國(guó)冬油菜主產(chǎn)區(qū)長(zhǎng)江流域，油菜生育期 (220天左右[34]) 氣溫和降水量分別為13℃和650 mm[35]。國(guó)內(nèi)外的氣候差異直接導(dǎo)致油菜品種特性和種植制度的不同，從而引起產(chǎn)量差和技術(shù)效率差。在輪作模式方面，國(guó)外往往以多年為一個(gè)輪作周期[22]，周期中包括春油菜和冬油菜，以及豌豆等豆科作物和小麥等糧食作物[36]；在我國(guó)，輪作周期往往為一年，春油菜區(qū)以一年一熟為主，冬油菜區(qū)主要與糧食作物輪作，如長(zhǎng)江流域冬油菜與水稻、玉米等輪作，對(duì)土壤養(yǎng)分的耗竭較大。在品種選擇方面，國(guó)外有常規(guī)品種、雜交品種和半矮稈雜交品種[37]，另外，加拿大油菜全部為春油菜，生育期僅100～110天左右，澳大利亞以甘藍(lán)型夏油菜為主；國(guó)內(nèi)油菜品種基本形成雙低、高產(chǎn)、多抗的品種特色[38]，由于生態(tài)環(huán)境的差異，春油菜品種有青海省的青雜系列，甘肅省的隴油系列，冬油菜區(qū)長(zhǎng)江上游有蓉油、德油系列，中游有華油雜、湘油雜、贛油雜系列，下游有揚(yáng)油、浙雙系列，另外有中雙、中油雜系列等，但區(qū)域局限性較大，且不同區(qū)域由于氣候條件和種植制度的差異，油菜生育期變幅約為187～255天[34]。在栽培管理技術(shù)方面，國(guó)外普遍采用全程機(jī)械化，播種密度為30～80株/m2，而國(guó)內(nèi)機(jī)械化水平不高，農(nóng)戶(hù)多采用人工播種或移栽，直播和移栽密度約為30～45和9～12萬(wàn)株/hm2；國(guó)外施肥充分考慮土壤的基礎(chǔ)養(yǎng)分供應(yīng)能力以確定氮肥的基肥用量，磷、鉀肥用量普遍較低，均作為基肥施用，且重視硫肥的施用，而國(guó)內(nèi)施肥多以經(jīng)驗(yàn)為主，重施氮肥，忽視磷、鉀肥，常施用硼肥以防土壤缺硼，另外，也有施用鋅肥增產(chǎn)的報(bào)道[39]。

圖3 不同土壤供氮能力下達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量所需的氮肥量Fig. 3 Nitrogen demands for the target yields under different soil indigenous nitrogen supply (INS)

表 3 中國(guó)冬油菜主產(chǎn)區(qū)的油菜節(jié)氮潛力評(píng)估Table 3 Nitrogen saving potential for winter oilseed rape in the main production provinces of China

3.2 我國(guó)冬油菜氮肥施用存在的問(wèn)題及解決途徑

過(guò)量施肥是肥料利用率低的最主要原因[40]，完善和改進(jìn)配套的施肥技術(shù)，并以此應(yīng)用到田間實(shí)際生產(chǎn)，是維持作物產(chǎn)量的同時(shí)減少肥料施用的關(guān)鍵。針對(duì)我國(guó)油菜氮肥施用時(shí)存在的問(wèn)題，提出以下措施為實(shí)現(xiàn)氮肥減施增效提供科學(xué)依據(jù)。

表 4 未來(lái)不同情境下油菜高產(chǎn)高效節(jié)氮潛力評(píng)估Table 4 Evaluation of nitrogen saving potential for high yield and high efficiency of winter oilseed rape under different scenarios in the future

農(nóng)戶(hù)在播種或移栽前，多采用撒施的方式施用，并對(duì)表層土壤進(jìn)行翻扒，相比而言，集中施用更能減少氮素?fù)p失。同等氮肥用量和運(yùn)籌下，直播條施或移栽穴施較表面撒施可獲得更高的產(chǎn)量和氮肥利用率[41]。基施深度一般控制在8～10 cm左右，過(guò)淺可能會(huì)抑制苗期根系的生長(zhǎng)，難以滿足后期養(yǎng)分需求；過(guò)深時(shí)氮肥殘留多、利用率低，且勞動(dòng)成本高[42–43]。

基于不同田塊對(duì)氮肥的響應(yīng)，我國(guó)油菜氮肥推薦用量約為90～325 kg/hm2[7]，區(qū)域適宜氮肥用量的確定也有不同的推薦方法，如肥料效應(yīng)函數(shù)法、氮素營(yíng)養(yǎng)診斷等。研究表明，基于土壤供氮能力優(yōu)化氮肥用量，湖北省水稻在無(wú)產(chǎn)量損失的同時(shí)，氮肥用量可減少12%[11]；隨著土壤基礎(chǔ)供氮能力的提高，長(zhǎng)江流域油菜最佳氮肥用量由200 kg/hm2降低到162 kg/hm2[12]。因此，以土壤供氮能力為基礎(chǔ)，進(jìn)一步調(diào)整區(qū)域氮肥用量將有助于氮肥減量增效。

油菜氮素吸收可分為吸收期和降低期[44]，吸收期包括苗期、越冬肥和蕾薹期，降低期的分界點(diǎn)約從花期開(kāi)始，因此，氮肥施用時(shí)期可分為基肥、苗肥、越冬肥、蕾薹肥和花肥，其中追施花肥增產(chǎn)效果不明顯[45]，且不易操作。針對(duì)油菜不同時(shí)期對(duì)氮素的需求，氮肥施用次數(shù)有1～4次，普遍推薦基肥50%～60%、越冬肥 (苗肥) 20%和薹肥20%～30%施用[7]。

我國(guó)尿素消費(fèi)量占總氮肥的70%左右，氮肥形態(tài)單一，而歐洲油菜主要氮肥來(lái)源以硝酸銨鈣為主[3]。有研究表明，純銨態(tài)氮肥或硝態(tài)氮肥與尿素處理相比，油菜產(chǎn)量無(wú)明顯提高，但不同硝銨配比可影響油菜根系構(gòu)型，其中以硝銨比為1∶3時(shí)效果最佳[43]。另外，高效氮肥如緩/控釋氮肥、添加硝化/脲酶抑制劑的氮肥和專(zhuān)用配方肥等，在不同作物上的研究均表現(xiàn)出降低勞動(dòng)成本、減少氮素?fù)p失、提高氮肥利用率的效果[47–48]。從目前的研究來(lái)看，秸稈還田的增產(chǎn)效果存在一定的爭(zhēng)議[49]。相同施肥條件下，長(zhǎng)期秸稈還田可使油菜獲得較為穩(wěn)定的增產(chǎn)效果[50]。針對(duì)不同輪作，油菜前茬一般有水稻、玉米、棉花等秸稈，由于不同還田秸稈腐解速率及氮素供應(yīng)量的差異，往往需要結(jié)合氮肥運(yùn)籌技術(shù)，從而達(dá)到氮肥減施的目標(biāo)。有機(jī)肥常與化肥配施，有研究顯示有機(jī)肥比例為10% 時(shí)，油菜產(chǎn)量較高，但由于研究的局限性，該比例可能需要進(jìn)一步研究確定[51]。

合理增加直播油菜種植密度可節(jié)省氮肥的施用，且能獲得油菜的高產(chǎn)。油菜越冬期氣候干燥、寒冷，生長(zhǎng)緩慢，高密度可維持較高的存活率，從而保證收獲密度。油菜產(chǎn)量隨種植密度的增加表現(xiàn)為先增加后降低，高氮高密度可能會(huì)減少有效光合面積及透光率，抑制生長(zhǎng)[52]。在相同的目標(biāo)產(chǎn)量下，油菜增密種植可減少22.9%～30.6%的氮肥用量[53]。

3.3 稻油輪作中油菜施肥與栽培技術(shù)

水稻–油菜輪作是長(zhǎng)江中下游主要的輪作制度之一，針對(duì)稻油輪作中油菜氮肥減施提出以下配套栽培措施。直播種植密度一般在25～30株/m2左右，可增密到40株/m2左右，移栽種植密度一般在5～8株/m2左右，可增密到12株/m2左右；生育前期保證氮肥充足供應(yīng)，以保證幼苗發(fā)育和存活，即氮肥適當(dāng)前移；配合磷肥約50～80 kg/hm2，鉀肥約75～90 kg/hm2，硼肥約10～15 kg/hm2，均采用基施；肥料基施深度在10 cm左右；選擇合適的氮肥形態(tài)，如硝銨比為1∶3或緩控釋肥和尿素比例為6∶4。

4 結(jié)論

目前我國(guó)油菜產(chǎn)量約為1800 kg/hm2，低于世界平均水平，且近十年處于停滯狀態(tài)，其中長(zhǎng)江流域冬油菜各主產(chǎn)省產(chǎn)量差異較大，主要集中在1500～2100 kg/hm2。氮肥用量與歐洲平均水平相當(dāng)，但氮肥偏生產(chǎn)力遠(yuǎn)低于發(fā)達(dá)國(guó)家；農(nóng)戶(hù)水平氮肥需求量約為116 × 104t，根據(jù)當(dāng)前國(guó)內(nèi)推薦施氮水平可節(jié)省16.0 × 104t氮。地力水平是一定區(qū)域范圍內(nèi)節(jié)氮潛力的主要制約因素，對(duì)于當(dāng)前的油菜品種，隨著目標(biāo)產(chǎn)量的提高，需不斷改善相應(yīng)的氮素管理策略，才能進(jìn)一步減少氮肥的施用，提高氮肥利用率。

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Potential analysis on winter oilseed rape production under reducing nitrogen input and increasing its efficiency in China

ZHANG Zhi, CONG Ri-huan, LU Jian-wei*
( College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation in Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture, Wuhan 430070, China )

【Objectives】Evaluation of nitrogen fertilizer saving potential in oilseed rape under the national plan of zero growth in chemical fertilizers would be meaningful for the development of high yield and high efficiency for oilseed rape production.【Methods】The statistical dataset (2005–2014), literature dataset (after 2000),fertilization dataset (2005–2015) and investigation dataset (2009–2011) were combined in our study for quantifying the oilseed rape yield gap and partial factor productivity of nitrogen (PFPN) gap in domestic and abroad and determining the nitrogen saving potential of recommended level compared to farmers’ level in the major winter oilseed rape producing provinces. The nitrogen saving potential of winter oilseed rape under the different scenarios in the future was explored using the Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soils(QUEFTS) model.【Results】The statistical results showed that oilseed rape yield in China was approximate with that in the world (1800 kg/hm2) in the past ten years, and winter oilseed rape yields were mainly from 1500 to 2100 kg/hm2, but lower than those in Europe. The national yield increase was at a low level, and appeared to yield stagnation. The investigation results showed that the nitrogen rates at the farmers’ level were generally higher with an average of 188 kg/hm2. Combination of the planting area (6238×103hm2) and recommended nitrogen rate (162 kg/hm2) for winter oilseed rape, the nitrogen saving potential was calculated, i.e. 16.6×104t.And the main nitrogen saving provinces were Jiangsu, Hunan, Hubei, and Sichuan. Considering that soil indigenous nitrogen supply (INS) is a critical factor for the yield potential and nitrogen saving potential, the N supply levels were divided into low, middle and high according to the nitrogen uptakes of the nitrogen omission treatments of N 30, 50 and 70 kg/hm2(corresponding yields were about 500, 1000 and 1500 kg/hm2), respectively.On the basis of farmers’ level, the recommendation level was set as the scenario Ⅰ, and PFPNamounts increased by every 5 units were set as the scenarios Ⅱ (foreign normal level), Ⅲ (foreign medium level), and Ⅳ (foreign high level). The result showed that nitrogen demand was improved by increasing target yield, and the increment was growing bigger. Under the low level of INS and the target yield was more than 2500 kg/hm2, nitrogen rate could be saved only when the foreign normal level was reached. Under the middle or high levels of INS, nitrogen saving capacity was sufficient when different target yields were achieved.【Conclusions】Combination of INS,target yield of oilseed rape and other agricultural measures was crucial for accomplishing high yield, high efficiency and nitrogen saving.

winter oilseed rape; yield gap; partial factor productivity of nitrogen; scenario analysis;QUEFTS model

2017–03–09 接受日期：2017–04–15

國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（2016YFD0200108）；國(guó)家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專(zhuān)項(xiàng)（CARS-13）；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金（2662016PY117）資助。

張智（1990—），男，安徽安慶人，博士生，主要從事土壤培肥與養(yǎng)分平衡管理研究。E-mail：zz2012@webmail.hzau.edu.cn。* 通信作者 魯劍巍(1967—)，男，湖北黃岡人，博士，教授，主要從事作物營(yíng)養(yǎng)與現(xiàn)代施肥技術(shù)研究。E-mail：lunm@mail.hzau.edu.cn