種植方式和施氮量對冬油菜產量與水氮利用效率的影響

谷曉博，李援農，黃 鵬，杜婭丹，方 恒，陳朋朋

（西北農林科技大學水利與建筑工程學院，旱區(qū)農業(yè)水土工程教育部重點實驗室，楊凌 712100）

0 引 言

干旱缺水是限制中國西北干旱半干旱地區(qū)農業(yè)發(fā)展的一個重要因素。在中國西北干旱半干旱地區(qū)，大部分降雨小于5 mm，不能直接被作物吸收利用。在半干旱地區(qū)，僅有 25%～30%的降雨被作物吸收利用，而 70%～75%降雨以無效蒸發(fā)和徑流形式損失[1]。據(jù)報道，因干旱少雨、降雨分布不均和蒸發(fā)量大等原因，西北地區(qū)春小麥和玉米的產量均很低，基本維持在1 500～3 000 kg/hm2（小麥）和2 500～3 500 kg/hm2（玉米）[2-3]。因此，研究如何使大量的無效蒸發(fā)降雨形成生產力，探索合理的集雨保墑措施，將小于5 mm的無效降雨轉化成有效降雨，對解決西北地區(qū)水資源缺乏、保障糧油安全具有重要意義。

壟溝集雨種植技術是結合保護性耕作和覆膜技術，通過在田間修筑壟溝、壟面覆膜、溝內種植作物，實現(xiàn)降雨由壟面向溝內匯集的田間集水農業(yè)技術。在壟溝集雨種植方式下，覆膜壟面產生的徑流與溝內降雨進行疊加，可以將小于5 mm的無效降雨變?yōu)橛行Ы涤曩A存于土壤中[4-5]。Li等[6]研究指出壟溝集雨種植方式因能有效的利用小于 5 mm的無效降雨，其集雨效率能達到 87%左右。近年來，有關壟溝集雨種植方式對作物影響的報道很多。周昌明[7]研究發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)平作相比，壟溝集雨種植的蓄水效率提高 8.2%～49.9%，平均貯水量提高9.5%～13.2%，玉米根系密度提高 13.9%～16.9%，玉米增產22.7%～41.4%，水分利用效率提高32.5%～56.0%。Qin等[8]研究表明，壟溝集雨種植能提高馬鈴薯產量36.3%～86.8%，水分利用效率65.8%～83.9%。Chen等[9]研究指出，壟溝集雨種植能分別提高冬小麥產量和水分利用效率35%和25%，降低耗水量8%。目前，國內外學者主要針對玉米[7,10]、馬鈴薯[8,11]、小麥[9]和苜蓿[12]等進行了大量的壟溝集雨栽培研究，但壟溝集雨種植方式對油菜的適用性研究還很少。

油菜是世界上廣泛種植的一種作物，中國作為一個油菜種植大國，從2001年到2014年，每年平均能生產1 260萬t油菜籽[13]。近幾十年來，中國油菜產量的穩(wěn)步提升不僅在于品種的改良、栽培技術的進步和國家政策的大力支持[14]，肥料，尤其是無機氮肥的施入也是一個非常重要的原因。油菜是需氮量較多的一種作物，據(jù)報道，油菜累積吸收60 kg左右的氮素，才能生產1 t油菜籽[15]。因此，為獲得高產，農民常年不合理地施入大量氮肥，導致氮肥利用效率很低，而且還造成環(huán)境污染、油菜籽含油率降低等問題[15-16]。過量施氮還能導致油菜植株旺長，莖稈充實度降低，大大增加油菜因倒伏而減產的風險[17]。因此，確定油菜合理的施氮量，對提高油菜氮肥利用效率、實現(xiàn)油菜優(yōu)質高產以及降低環(huán)境污染等有重要意義。

油菜對施氮的響應取決于很多環(huán)境因素，包括水分、溫度和土壤特性[15]。壟溝集雨種植能夠改變土壤水分和溫度，進而影響氮素的運輸和礦化[18]，這些因子的改變會影響油菜對氮素的響應，進而影響產量。本文通過3a田間試驗，研究壟溝集雨種植和傳統(tǒng)平作種植對冬油菜地上部干物質量、氮素累積吸收量、產量和水氮利用效率的影響，以及2種種植方式下的適宜施氮量，以期為西北地區(qū)冬油菜的種植栽培和施氮策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

3 a（2014年9月―2017年5月）田間試驗于陜西省楊凌區(qū)西北農林科技大學旱區(qū)農業(yè)水土工程教育部重點實驗室試驗田（108°24′E，34°17′N，海拔 521 m）進行。該區(qū)為暖溫帶季風半濕潤氣候，多年平均氣溫、降水量和蒸發(fā)量分別為12.9 ℃、550～600 mm（集中在7、8和9月）和1 500 mm。試驗田土壤質地為壤土，平均干容重為 1.40 g/cm3，田間持水率和凋萎系數(shù)分別為 24%和8.5%（質量分數(shù)）。0～20 cm土層的土壤理化性狀為：有機質13.20 g/kg，全氮0.93 g/kg，堿解氮76.27 mg/kg，速效磷25.38 mg/kg，速效鉀131.97 mg/kg，pH值為8.12。

3 a冬油菜種植期間各月的降水量和氣溫分布如圖1所示。除2015年9月―2016年5月間1月的最高、平均和最低氣溫略低外，3 a各月的氣溫分布趨勢基本一致。2014年9月―2015年5月、2015年9月―2016年5月和2016年9月―2017年5月的總降水量分別為264.3、183.9和379.5 mm；2014年9月―2015年5月降水分布呈現(xiàn)前期（播種后至11月底）和中期（12月初至2月底）較少、后期（3月初至收獲）較多的趨勢，其中178.7 mm降水集中在3、4和5月；2015年9月―2016年5月各月降水量均較少；2016年9月―2017年5月降水呈現(xiàn)前期和后期較多、中期較少的分布趨勢，其中186.6 mm降水集中在9月和10月，169.3 mm集中在3、4和5月。

1.2 試驗設計及過程

試驗所用的冬油菜品種為“陜油107號”；所用的氮、磷、鉀和硼肥分別為尿素（N≥46%）、過磷酸鈣（P2O5≥16%）、農業(yè)用硫酸鉀（K2O≥51%）和硼砂（B≥11.5%）；所用地膜為聚乙烯普通地膜（白色透明），寬0.8 m，厚0.008 mm。

試驗設種植方式和施氮量 2種因素，種植方式分別為：壟溝集雨種植（ridge film mulching and furrow planting pattern，RFMF，圖2a）和平作種植（flat planting pattern，F(xiàn)P，圖2b），其中FP為當?shù)爻Ｒ?guī)種植方式；每種種植方式下設6個施氮量：0、60、120、180、240和300 kg/hm2（以N計，下同），分別設為N0、N60、N120、N180、N240和N300。試驗共12個處理，每個處理重復3次，各小區(qū)均為南北走向，面積均為4 m×5 m，完全隨機排列。播種前 1天旋地，劃分小區(qū)，各小區(qū)按設計施氮量、90 kg/hm2（以P2O5計）、120 kg/hm2（以K2O計）和15 kg/hm2（以B計）均勻撒施，翻埋后，如圖2a所示起壟覆膜（1膜1壟）。分別于2014年9月21日、2015年9月16日和2016年9月10日按行距50 cm、株距約13 cm人工點播冬油菜，待長出3片真葉后按密度12萬株/ hm2進行間苗、定苗，其他田間生產管理均與當?shù)乇３忠恢?。分別于2015年5月23日、2016年5月20日和2017年5月23日收獲冬油菜，回收地膜。3 a各小區(qū)均無灌水。

1.3 測定項目與方法

1）冬油菜地上部干物質量：冬油菜成熟后，在每小區(qū)選取 5株有代表性的冬油菜，齊地剪斷后，將其莖、葉和果分開，裝進檔案袋后放入烘箱，105 ℃殺青30 min，然后于75 ℃烘干至恒質量后，用電子天平秤其干質量。

圖1 試驗站2014—2017年冬油菜生育期各月的降水量和溫度Fig.1 Monthly rainfall and temperature during winter oilseed rape growth season in each year of 2014-2017 at experimental site

圖2 冬油菜的2種種植方式示意圖Fig.2 Schematic diagram of two planting patterns for winter oilseed rape

2）冬油菜地上部氮素累積量：將冬油菜各器官的干樣粉碎，過0.5 mm篩，用H2SO4-H2O2消煮，消煮液用連續(xù)型流動分析儀（AA3，德國 Bran+Luebbe公司）測定各器官全氮含量。

各器官氮素累積量（kg/hm2）=各器官全氮含量×器官干物質量×種植密度；

地上部氮素累積量（kg/hm2）=各器官氮素累積量之和。

3）籽粒產量：提前在各小區(qū)中間劃定1 m2的測產區(qū)，成熟后單獨收獲，曬干去殼后測定籽粒產量。

4）冬油菜耗水量和水分利用效率：在每年播前和收后測定0～200 cm土壤的含水率，用土鉆在中間行的 2株油菜間取土（壟邊），每個小區(qū)3個測點，沿豎向每隔10 cm取1個土樣，放入鋁盒，在烘箱中烘干后測定土壤含水率。

播前和收后的土壤貯水量（mm）=10×土壤干容重（g/cm3）×土層厚度（cm）×土壤含水率（%）；

冬油菜耗水量（mm）= 灌水量（mm）+ 降水量（mm）-地表徑流量（mm）– 深層滲漏量（mm）+ 播前土壤貯水量（mm）– 收后土壤貯水量（mm）；本研究中無灌溉條件，試驗期間無強降水發(fā)生，地勢平坦，且各小區(qū)邊緣均設有屏障，可視地表徑流量為0；降水入滲深度不超過2 m，可視深層滲漏量為0。

冬油菜水分利用效率（kg/(hm2·mm)）=籽粒產量/冬油菜耗水量。

5）冬油菜氮素利用效率：

氮肥農學利用率（nitrogen agronomic efficiency，NAE）、氮肥生理利用率（nitrogen physiological efficiency，NPE）、氮肥吸收利用率（nitrogen recovery efficiency，NRE）和氮肥偏生產力（nitrogen partial factor productivity，NPFP）的計算公式如下：

NAE（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產量–不施氮區(qū)籽粒產量）/施氮區(qū)的施氮量；

NPE（kg/kg）=（施氮區(qū)籽粒產量–不施氮區(qū)籽粒產量）/（施氮區(qū)氮素累積量–不施氮區(qū)氮素累積量）；

NRE（%）=（施氮區(qū)氮素累積量–不施氮區(qū)氮素累積量）/施氮區(qū)的施氮量×100%；

NPFP（kg/kg）= 施氮區(qū)籽粒產量/施氮量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

Excel 2010軟件處理試驗數(shù)據(jù)；PASW Statistics 18.0軟件進行方差分析，多重比較采用最小顯著性差異法（least-significant difference，LSD），顯著性水平為α=0.05；用AutoCAD 2007繪制圖2，其余各圖用OriginPro 8.5繪制。

2 結果與分析

2.1 地上部干物質量

種植方式和施氮量對冬油菜地上部干物質量的影響顯著（圖3）。FP下，在0～180 kg/hm2施氮量范圍內，地上部干物質量隨施氮量的增加而顯著增加，當施氮量超過180 kg/hm2后，地上部干物質量不再隨施氮量而顯著變化。RFMF下，該范圍為0～240 kg/hm2。

在相同施氮量下，RFMF處理冬油菜的地上部干物質量均顯著大于FP處理；與FP處理相比，RFMF處理冬油菜的地上部干物質量增幅達14.2%～61.5%（P＜0.05）。在施氮量180 kg/hm2下，3 a RFMF處理冬油菜的平均地上部干物質量比 FP增加 28.9%（P＜0.05）；在施氮量240 kg/hm2下，增幅達 38.5%（P＜0.05）。

圖3 不同種植方式和施氮量對冬油菜地上部干物質量的影響Fig.3 Effects of different planting patterns and nitrogen application rates on aboveground dry matter of winter oilseed rape

2.2 氮素累積吸收量

不同種植方式和施氮量下冬油菜的地上部氮素累積吸收量如圖 4所示。在相同種植方式下，冬油菜的地上部氮素累積吸收量均先隨施氮量增加而增加，在 RFMF方式下超過240 kg/hm2或在FP方式下超過180 kg/hm2后，地上部氮素累積吸收量不再顯著變化。RFMF下，冬油菜的地上部氮素累積吸收量的變化范圍為 27.2～116.3 kg/hm2，而FP下為18.2～82.6 kg /hm2。

在相同施氮量下，RFMF下冬油菜的氮素累積吸收量顯著大于FP。與FP相比，RFMF下冬油菜的地上部氮素累積吸收量增幅達 17.4%～61.3%（P＜0.05）。在施氮量180 kg/hm2下，2014年9月―2015年5月、2015年9月―2016年5月和2016年9月―2017年5月RFMF下冬油菜的地上部氮素累積吸收量分別比FP增加22.9%、25.5%和25.9%（P＜0.05）；在施氮量240 kg/hm2下，3 a增幅分別為40.0%、61.3%和45.8%（P＜0.05）。

2.3 籽粒產量

RFMF下，在0～240 kg/hm2施氮量范圍內，冬油菜產量隨施氮量的增加而顯著增加，隨后顯著降低（2016年9月―2017年5月除外）（圖5）；3 a的N240處理的平均產量分別比N0、N60、N120、N180和N300處理顯著增加141.3%、91.1%、41.2%、8.4%和8.8%（P＜0.05）。FP下，3 a的N180處理冬油菜的產量均最高，顯著高于N0、N60和N120處理，但與N240和N300處理差異不顯著（P＞0.05）。3 a的N180處理的平均產量分別比N0、N60和N120顯著增加124.3%、80.4%和29.5%（P＜0.05）。RFMF下N240處理的平均產量為3 002 kg/hm2，F(xiàn)P下N180處理的平均產量為2 291 kg/hm2。2種方式下的最高產量相比，RFMF方式增幅31.0%（P＜0.05）。

在相同施氮量下，3 a的RFMF產量比FP顯著提高15.5%～43.5%。當施氮量在 0～60 kg/hm2范圍內，RFMF和FP方式下冬油菜的產量分別維持在1 062～1 579 kg/hm2和 889～1 458 kg/hm2，增幅僅為 15.5%～37.7%（平均22.9%）；當施氮量增至240 kg/hm2時，RFMF和FP方式下的產量分別維持在 2 606～3 202 kg/hm2和 2 007～2 498 kg/hm2，增幅可達28.2%～43.5%（平均33.7%）。

圖4 不同種植方式和施氮量對冬油菜地上部氮素累積量的影響Fig.4 Effects of different planting patterns and nitrogen application rates on nitrogen accumulation amount in aboveground of winter oilseed rape

圖5 不同種植方式和施氮量對冬油菜籽粒產量的影響Fig.5 Effects of different planting patterns and nitrogen application rates on yield of winter oilseed rape

2.4 耗水量和水分利用效率

不同種植方式和施氮量下冬油菜的耗水量如表 1所示。在同一種植方式下，耗水量隨施氮量的增加而顯著增加，與不施氮（N0）相比，RFMF和FP下施氮處理的耗水量分別增加7.0%～33.7%和5.3%～24.9%（P＜0.05）。RFMF下，除 2016―2017年外，N240處理的耗水量與N180處理無顯著差異。在相同施氮量下，RFMF處理的耗水量均顯著大于FP，降幅為3.4%～9.9%（P＜0.05）。

種植方式和施氮量對冬油菜水分利用效率的影響顯著（表 1）。在相同施氮量下，RFMF顯著提高冬油菜的水分利用效率，RFMF處理冬油菜的水分利用效率與FP相比提高25.5%～69.6%。當施氮量在0～60 kg/hm2范圍內，RFMF和FP方式下冬油菜的水分利用效率分別維持在 3.1～5.6 kg/(hm2·mm)和 2.2～4.2 kg/(hm2·mm)，增幅為33.3%～42.3%（平均37.6%）；當施氮量增至240 kg/hm2時，RFMF和FP方式下的水分利用效率分別維持在7.8～9.5 kg/(hm2·mm)和 4.6 ～ 6.7 kg/(hm2·mm)， 增幅 可達37.9%～69.6%（平均48.0%）。在相同種植方式下，水分利用效率隨施氮量的增加先增加后降低，其中RFMF在N240處理最大，而FP在N180處理最大。在RFMF下，N240處理的水分利用效率顯著大于其他施氮處理（2016―2017年N240和N180無顯著差異）；在FP下，N180處理顯著大于N0、N60、N120和N300處理，但與N240處理無顯著差異。

表1 不同處理下冬油菜的耗水量（ET）和水分利用效率（WUE）Table 1 Evapotranspiration (ET) and water use efficiency (WUE)of winter oilseed rape under different treatments

RFMF和 FP下冬油菜耗水量與其產量和水分利用效率的關系如圖6所示。RFMF下冬油菜耗水量與其產量和水分利用效率的線性關系的斜率分別為 18.540和0.026，而FP下分別為14.011和0.017。這說明在耗水量相同的情況下，RFMF下冬油菜的產量和水分利用效率均高于FP。

圖6 不同種植方式下耗水量與冬油菜籽粒產量和水分利用效率的關系Fig.6 Relationship between evapotranspiration and seed yield, water use efficiency of winter oilseed rape under ridge film mulching and furrow planting pattern(RFMF) and flat planting pattern (FP)

2.5 氮素利用效率

不同種植方式和施氮量對冬油菜氮肥利用效率有顯著影響（表2）。在相同種植方式下，NAE、NPE和NRE均隨施氮量的增加先增加后降低，NPFP隨施氮量的增加而降低。在RFMF下，N180處理的NAE、NPE和NRE基本均為最大，除2016―2017年NAE顯著高于N240處理外，其他均與N240處理無顯著差異；N240與N180處理的 NPFP也不存在顯著差異。在 FP下，N180處理的NAE、NPE和NRE基本均為最大，且N180處理3 a的NAE均顯著大于N240處理，NPE和NRE與N240處理均無顯著差異（除2016―2017年NRE顯著大于N240處理外）；N180處理的 NPFP與 N120處理無顯著差異，2015―2016和 2016―2017年顯著大于 N240處理（P＜0.05）。

在本研究中，因為RFMF和FP下氮肥農學利用率、生理利用率和吸收利用率的計算基數(shù)不同，故本研究采用氮肥偏生產力比較RFMF和FP處理的氮肥利用效率的差異。在相同施氮量下，RFMF處理冬油菜的氮肥偏生產力均大于FP，3 a的RFMF下N300處理的氮肥偏生產力均顯著大于FP，平均可增加30.8%；2015—2016和2016—2017年RFMF下N240處理的氮肥偏生產力均顯著大于FP，平均可增加39.0%。

RFMF和 FP下施氮量與冬油菜的氮肥農學利用效率、生理利用率和吸收利用率均呈二次拋物線關系，與氮肥偏生產力呈線性關系（圖7）。由圖7也可以看出，在相同施氮量下，RFMF下冬油菜的氮肥農學利用效率、吸收利用率和氮肥偏生產力均明顯大于FP。而對于氮肥生理利用效率，當施氮量小于244.8 kg/hm2時，RFMF大于FP；當施氮量大于244.8 kg/hm2時，F(xiàn)P大于RFMF。

2.6 經濟效益分析

表3為2014—2015年、2015—2016年和2016—2017年不同處理下冬油菜的經濟效益分析。在相同種植方式下，冬油菜的凈效益均隨著施氮量的增加呈先增后減趨勢。在RFMF方式下，N240處理的凈效益最大，3 a每公頃的平均凈效益（9 538 元/hm2）分別比 N0、N60、N120、N180和N300處理高8 428元、6 885元、4 202元、1 070元和1 308元。在FP方式下，N180處理的凈效益最大，3 a每公頃的平均凈效益（7 498元/hm2）分別比 N0、N60、N120、N240和N300處理高 6 078元、4 925元、2 520元、322元和1 070元。2種方式的最高凈效益相比，RFMF平均可提高27.2%。

在相同施氮量下，2種種植方式下冬油菜的凈效益可以60 kg/hm2分為2個階段。在N0和N60施氮處理下，RFMF方式下冬油菜的凈效益小于FP方式（2015—2016年N60施氮處理除外）；在N120、N180、N240和N300施氮處理下，RFMF方式下冬油菜的凈效益大于FP方式。RFMF和FP方式下冬油菜的凈效益之差在N0、N60、N120、N180、N240和N300施氮處理分別為–560～–115元/hm2、–490～735 元/hm2、165～485 元/hm2、480～1 435 元/hm2、1 570～3 420元/hm2和 1 165～3 055元/hm2?？梢姡贜240施氮處理下RFMF和FP方式下冬油菜的凈效益之差最大。

表2 不同處理下冬油菜的氮肥農學利用率(NAE)、氮肥生理利用率(NPE)、氮肥吸收利用率(NRE)和氮肥偏生產力(NPFP)Table 2 Nitrogen agronomic efficiency (NAE), N physiological efficiency (NPE), N recovery efficiency (NRE),and N partial factor productivity (NPFP) of winter oilseed rape under different treatments

綜合比較各處理的凈效益，3 a的RFMF方式下N240處理均為最大，排名第1；RFMF方式下 N180和N300處理的凈效益也很高，排名2或3位；而3 a的RFMF方式下 N0處理的凈效益均為最低，排名第 12?？梢?，在RFMF方式下，高施氮量才能獲得高效益，而低施氮量不適宜采用RFMF方式。

圖7 不同種植方式下施氮量與冬油菜氮肥農學利用效率(NAE)、生理利用效率(NPE)、吸收利用效率(NRE)和偏生產力(NPFP)的關系Fig.7 Relationship between nitrogen application rate and nitrogen agronomic efficiency (NAE), physiological efficiency (NPE),recovery efficiency (NRE), and partial factor productivity (NPFP)of winter oilseed rape under different planting patterns

表3 2014—2015、2015—2016和2016—2017年不同處理下冬油菜的經濟效益Table 3 Economic return of winter oilseed rape under different treatments in 2014-2015, 2015-2016 and 2016-2017

3 討 論

3.1 地上部干物質量和氮素累積吸收量

大量研究表明，由于壟溝集雨種植方式下良好的水熱條件，作物的根系得到改善，使土壤中的水分和養(yǎng)分更易被作物吸收和利用，進而轉化為生物量[4,7,19-20]。本研究中，壟溝集雨種植的冬油菜，其地上部干物質量和氮素累積吸收量分別提高了 14.2%～61.5%和 17.4%～61.3%。這與李華等[21]的研究結果一致。

本研究中，在 2種種植方式下，適量施氮均能顯著提高冬油菜的地上部干物質量和氮素累積吸收量，而過量施氮冬油菜的地上部干物質量和氮素累積吸收量均不再顯著增加，甚至有下降趨勢。這與左青松等[22]在冬油菜、Xue等[23]在蓖麻、Bu等[24]在玉米和Kamiji等[25]在馬鈴薯作物上的研究結果一致。

3.2 籽粒產量、耗水量和水氮利用效率

壟溝集雨種植能顯著提高作物根區(qū)的土壤含水率，增加作物根區(qū)土壤水分的有效性[12,26]，進而提高作物產量、水分利用效率和氮肥偏生產力。本研究中，壟溝集雨種植能顯著提高冬油菜產量15.5%～43.5%，水分利用效率25.5%～69.6%，降低冬油菜的耗水量3.4%～9.9%，該結果與周昌明[7]的研究結果一致，與 Qin等[8]和 Zhao等[11]的研究結果不一致。這可能是由作物耗水特征和生育期內降雨分布等不同造成的。Qin等[8]研究表明，壟溝集雨種植方式能夠顯著降低馬鈴薯生育初期和晚期的耗水量，而馬鈴薯生長旺期的耗水量卻顯著增加。壟溝集雨種植方式下冬油菜不同生育時期的耗水特征有待進一步研究。

氮肥對于提高作物產量和水分利用效率也非常重要。在有些情況下，即使在壟溝集雨種植條件下，作物的產量和水分利用效率也很低，這是由于作物的施氮量很低造成的[13,27]。本研究中，在壟溝集雨種植方式下，當施氮量在0～60 kg/hm2范圍內，冬油菜的產量和水分利用效率維持在 1 062～1 579 kg/hm2和 3.1～5.6 kg/(hm2·mm)，而當施氮量增加至240 kg/hm2時，冬油菜的產量和水分利用效率增加至 2 606～3 202 kg/hm2和 7.8～9.5 kg/(hm2·mm)。本研究中，增加施氮量能顯著增加冬油菜的耗水量，這與多數(shù)學者的研究結果一致[13,16]。這可能是因為施氮量增加后，作物的葉面積和地上部生物量顯著增加，需要消耗更多的土壤水分[13,28]。

Yang等[29]在小麥和玉米的研究中發(fā)現(xiàn)，氮肥農學利用率、生理利用率、吸收利用率和偏生產力均隨著施氮量的增加而直線降低。而Xue等[23]在蓖麻的研究中發(fā)現(xiàn)，隨著施氮量的增加，蓖麻的氮肥吸收利用率先增加后降低，氮肥偏生產力則直線降低。本研究對冬油菜的研究結果與Xue等[23]的研究結果相似，而與Yang等[29]的研究結果不一致。究其原因，可能與作物種類及其產量大小有關。

2014—2015年和2016—2017年冬油菜的產量、水分利用效率和氮肥偏生產力均明顯大于2015—2016年，通過分析3 a的降水量，筆者發(fā)現(xiàn)2014—2015年和2016—2017年3、4和5月的降水量遠遠大于2015—2016年，而3、4和5月正值中國西北地區(qū)冬油菜的花期和角果期，這也說明在西北干旱半干旱地區(qū)，應將有限的灌溉水在冬油菜的花期和角果期施入。

3.3 經濟效益分析

周昌明[7]和張杰[10]在對夏玉米的研究中發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)平作種植相比，壟溝集雨種植能得到較高的經濟效益。汪磊等[30]在對胡麻的研究中也得到相似的結果。在本研究中，當施氮量較低時（0或60 kg/hm2），RFMF方式冬油菜的經濟效益低于 FP，而當施氮量升高后（120～300 kg/hm2），RFMF方式冬油菜的經濟效益遠高于FP。究其原因，主要還是因為在低施氮量下，RFMF方式冬油菜的增產效果不明顯，而且還有較高的薄膜和人工（機械）費用支出。因此，在低施氮量情況下，不適宜采用RFMF方式種植冬油菜。

張德軍[31]研究表明春玉米的經濟效益隨施氮量的增加呈先增后減趨勢，在施氮150 kg/hm2的經濟效益最好；施氮過多（200 kg/hm2），不僅春玉米的產量降低，而且肥料成本增加，使得經濟效益不好；施氮過少（0、50和100 kg/hm2），成本雖不高，但產量很低，其經濟效益也很差。本研究中，2種種植方式下冬油菜的經濟效益均呈現(xiàn)出隨施氮量的增加先增加后降低的趨勢，但 2種方式下最大經濟效益的施氮量有所不同，RFMF方式在N240施氮處理最大，而FP方式在N180施氮處理最大。最主要的原因是RFMF方式在N240施氮處理下依然有增加冬油菜產量的能力，而FP方式在N240施氮處理下的冬油菜產量卻開始降低。

3.4 適宜施氮量的確定

大量研究表明，適量施氮能顯著促進作物生長、提高作物產量；而過量施氮卻阻礙作物產量的形成[32-34]。而且，過量施氮還會引起一系列環(huán)境問題，比如：土壤中的硝態(tài)氮淋洗污染地下水[35]，溫室氣體N2O的大量排放[36]，果實（籽粒）品質下降[37-38]等。因此，確定不同作物在不同環(huán)境下的適宜施氮量至關重要。本文針對壟溝集雨種植和傳統(tǒng)平作種植方式下冬油菜適宜的施氮量進行了研究。在傳統(tǒng)平作種植方式下，施氮量180 kg/hm2能顯著提高冬油菜的地上部干物質量、氮素累積吸收量、籽粒產量和水分利用效率，且氮肥利用效率降低不多，而當施氮量超過180 kg/hm2時，冬油菜的地上部干物質量、氮素累積吸收量和籽粒產量不再顯著變化，而水分和氮肥利用效率顯著降低。因此，在傳統(tǒng)平作種植方式下，冬油菜的適宜施氮量為180 kg/hm2，這與李志玉等[33]和鄒娟等[34]的研究結果相似。

在壟溝集雨種植方式下，當施氮量超過 240 kg/hm2時，冬油菜的地上部干物質量、氮素累積吸收量和籽粒產量不再顯著變化，而水分和氮肥利用效率顯著降低。因此，在壟溝集雨種植方式下，冬油菜的適宜施氮量為240 kg/hm2。壟溝集雨種植方式下冬油菜的適宜施氮量比傳統(tǒng)平作種植高60 kg/hm2，這可能是因為在壟溝集雨種植方式下，冬油菜根區(qū)的土壤含水率較高，能促進油菜根系對氮素的吸收。

本文主要針對不同種植方式和施氮量下冬油菜的產量和水氮利用效率進行了研究，而不同種植方式和施氮量下土壤硝態(tài)氮分布和溫室氣體的排放還有待研究。

4 結 論

1）與壟溝集雨（ridge film mulching and furrow planting，RFMF）相比，傳統(tǒng)平作（flat planting，F(xiàn)P）種植方式下冬油菜的地上部干物質量（aboveground dry matter，ADM）顯著增加 14.2%～61.5%、氮素累積量顯著增加17.4%～61.3%、籽粒產量顯著增加15.5%～43.5%和水分利用效率（water use efficiency，WUE）顯著提高25.5%～69.6%，同時冬油菜的耗水量（evapotranspiration，ET）顯著降低3.4%～9.9%。

2）RFMF方式下，冬油菜的ADM、氮素累積吸收量、籽粒產量和WUE在0～240 kg/hm2施氮量范圍內，隨施氮量的增加均呈顯著增加趨勢，超過該范圍后，ADM和氮素累積吸收量不發(fā)生顯著變化，ET顯著增加，籽粒產量和WUE顯著降低；FP方式下，該施氮量范圍為0～180 kg/hm2。2種種植方式下，冬油菜的氮肥農學利用率（NAE）、生理利用率（NPE）和吸收利用率（NRE）均隨施氮量的增加呈先升后降趨勢，基本均在N180處理達到最大值；冬油菜的NPFP隨施氮量的增加而降低。

3）RFMF方式下，N240處理冬油菜的籽粒產量和凈效益最高，3 a平均為3 002 kg/hm2和9 538元/hm2；FP方式下，N180處理冬油菜的籽粒產量和凈效益最高，3 a平均為2 291 kg/hm2和7 498元/hm2；2種種植方式的最高產量和凈效益相比，RFMF可分別提高31.0%和27.2%。因此，在中國西北地區(qū)采用壟溝集雨種植能顯著提高冬油菜的生產力，且適宜施氮量為240 kg/hm2。

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