化肥減量條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)油菜養(yǎng)分利用和產(chǎn)量的影響

熊廷浩 資 濤 張 嬡 胡宇倩 彭 芝 宋海星

（1湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，410128，湖南長沙；2湖南生物機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，410127，湖南長沙；3岳陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，414000，湖南岳陽）

油菜是我國第一大油料作物，國產(chǎn)菜籽油占國產(chǎn)油料作物產(chǎn)油量的55%以上[1]，發(fā)展油菜產(chǎn)業(yè)對(duì)保障我國食用油供給安全具有重要的戰(zhàn)略意義。長江流域是我國冬油菜的主產(chǎn)區(qū)，油菜種植面積和產(chǎn)量均占全國85%左右[2]，湖南省作為長江中游的油菜種植大省，近5年種植面積穩(wěn)居全國第一，同時(shí)油菜也是湖南省除水稻外種植面積最大的農(nóng)作物[3]，因此湖南地區(qū)油菜種植在我國油菜生產(chǎn)中占有重要地位。油菜是需肥量較大的作物，因此肥料在其生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用，但油菜生產(chǎn)中化肥過量施用的現(xiàn)象比較普遍，造成一系列環(huán)境問題[4-5]。有機(jī)肥替代化肥既能滿足油菜生長發(fā)育過程中所需的營養(yǎng)元素，又能減少化肥的施用量，減輕環(huán)境污染，是積極響應(yīng)國家化肥農(nóng)藥“雙減”政策的重要技術(shù)手段之一。馬靜[6]研究表明，有機(jī)無機(jī)配施的油菜產(chǎn)量比單施化肥處理高30.6%～57.6%；宋以玲等[7]研究表明，化肥減量10%～30%條件下，用生物有機(jī)肥等替代化肥，比常規(guī)施肥（100%化肥）增產(chǎn)4.6%～24.6%。湖南瀏陽和安徽池州冬油菜產(chǎn)區(qū)，在穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的前提下有機(jī)肥可替代化肥氮用量10%～34%[8-9]。蔣倩紅等[10]在長江中下游冬油菜產(chǎn)區(qū)的研究也發(fā)現(xiàn)，配施2250kg/hm2有機(jī)肥在保持穩(wěn)產(chǎn)的同時(shí)可實(shí)現(xiàn)化肥氮減施26.7%～45.9%。有機(jī)肥替代化肥的研究很多，但主要集中在增施有機(jī)肥的效果或替代化肥的比例方面，不同有機(jī)肥用量對(duì)化肥減施效果的影響研究卻鮮有報(bào)道。通過田間試驗(yàn)研究了化肥減量25%條件下配施不同用量有機(jī)肥對(duì)油菜產(chǎn)量形成和養(yǎng)分吸收等方面的影響，探討化肥減施過程中配施有機(jī)肥的適宜用量，為指導(dǎo)油菜合理施肥和實(shí)現(xiàn)油菜高產(chǎn)高效綠色生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)和材料

于2018年10月-2019年5月在湖南省郴州市安仁縣渡口鄉(xiāng)松林村大屋組（26°47′29.05″N，113°11′17.53″E）進(jìn)行田間試驗(yàn)，前茬作物為水稻。試驗(yàn)地年均氣溫17.7℃，年降水量約為1430mm，屬亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候。供試土壤為第四世紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的紅黃泥，pH值5.12，有機(jī)質(zhì)29.8g/kg，全氮1.5g/kg，速效磷27.3mg/kg，速效鉀50.2mg/kg。

供試油菜品種為湘油420，千粒重3.74g。采用直播種植方式，播種量為6.0kg/hm2，為保證播種均勻，種子均按試驗(yàn)區(qū)面積25m2的用種量（15g）準(zhǔn)確稱取并分裝到小袋中，并將每袋種子和少量河沙均勻攪拌后仔細(xì)撒勻，2018年10月15日播種，2019年4月26日收獲。供試肥料包括尿素（N 46%）、過磷酸鈣（P2O512%）、氯化鉀（K2O 60%）、硼砂（B 10.8%）和有機(jī)肥（含水量63.5%、N 2.22%、P2O56.94%和K2O 2.11%，由安徽司爾特肥業(yè)股份有限公司提供，原料以核桃殼為主）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

共設(shè)6個(gè)處理（表1），F(xiàn)FP處理是參照當(dāng)?shù)剞r(nóng)民的常規(guī)施肥，具體為45%復(fù)合肥（15-15-15）600kg/hm2（基肥）+尿素270kg/hm2（120kg/hm2為基肥，其余平均分2次進(jìn)行追肥）+硼砂9kg/hm2；化肥減量25%條件下化肥施用量均為尿素358kg/hm2+過磷酸鈣500kg/hm2+氯化鉀125kg/hm2，總養(yǎng)分投入為N 165kg/hm2+P2O560kg/hm2+K2O 75kg/hm2，硼砂用量為9kg/hm2。

表1 試驗(yàn)處理編號(hào)和有機(jī)肥用量Table 1 The number of each treatment and the amount of organic fertilizer

采取無重復(fù)大區(qū)設(shè)計(jì)，每個(gè)處理面積為50m2。全部有機(jī)肥、磷肥、鉀肥、硼肥和60%氮肥作基肥一次性撒施，20%氮肥于2018年12月24日施苗肥，20%氮肥于2019年1月24日施薹肥。

1.3 測(cè)試項(xiàng)目及方法

1.3.1 干物質(zhì)積累量 分別在油菜的幼苗期（2018年12月24日）、越冬期（2019年1月24日）、抽薹期（2019年2月25日）、盛花期（2019年3月17日）和收獲期（2019年4月25日）采集整株樣品（包括0～20cm土層根系），在每個(gè)大區(qū)的3個(gè)不同區(qū)域隨機(jī)取樣，相當(dāng)于3次重復(fù)樣品，以保證結(jié)果可靠。于幼苗期和越冬期采集0.3m2樣方的植株，其他生育期采集5株具有代表性的植株，將植株樣品烘干至恒重后，立即稱重，記錄生物量。

1.3.2 養(yǎng)分積累量 樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消化后，使用間歇式流動(dòng)分析儀Smart Chem 2000測(cè)定植株氮含量；采用釩鑰黃比色法測(cè)定植株磷含量；采用火焰光度法測(cè)定鉀含量[11]。

1.3.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素 收獲期在每個(gè)處理大區(qū)避開取樣點(diǎn)，收取3個(gè)10m2樣方進(jìn)行實(shí)際測(cè)產(chǎn)；每個(gè)大區(qū)隨機(jī)選取3個(gè)1m2樣方，調(diào)查種植密度、單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)和千粒重。

1.3.4 經(jīng)濟(jì)效益計(jì)算 油菜產(chǎn)值（元/hm2）=油菜產(chǎn)量×籽粒收購價(jià)，油菜施肥效益（元/hm2）=油菜產(chǎn)值-肥料成本。油菜籽粒收購價(jià)為5.0元/kg，復(fù)合肥、尿素、過磷酸鈣、氯化鉀、硼砂和有機(jī)肥價(jià)格分別為2.5、2.2、0.7、3.0、15.0和0.8元/kg。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

使用Microsoft Excel 2016記錄和處理數(shù)據(jù)；使用SPSS 21.0（采用LSD法）分析處理間的差異顯著性；使用Origin 2018繪制圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)產(chǎn)量的影響

如圖1所示，化肥減量25%條件下配施有機(jī)肥可顯著提高油菜產(chǎn)量，油菜產(chǎn)量隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加。與不施有機(jī)肥處理（F75%）相比，配施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量顯著增加597～1428kg/hm2，增產(chǎn)43.9%～60.2%。與常規(guī)施肥處理（FFP）相比，F(xiàn)75%處理的產(chǎn)量下降13.0%，未達(dá)到顯著差異；增施有機(jī)肥處理的產(chǎn)量均顯著高于FFP，增產(chǎn)25.2%～78.5%。對(duì)5個(gè)化肥減量處理繪制有機(jī)肥施用量與產(chǎn)量的模擬曲線：y=327.2x+1164.2（R2=0.948），由此計(jì)算出化肥減量25%條件下與常規(guī)施肥處理的產(chǎn)量相同時(shí)，有機(jī)肥施用量為675kg/hm2。

圖1 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)產(chǎn)量的影響Fig.1 The effects of different organic fertilizer amounts on yield under the condition of chemical fertilizer reduction of 25%

2.2 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

由表2可知，化肥減量25%條件下配施有機(jī)肥可顯著提高油菜單株角果數(shù)，且隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加，與F75%處理相比，配施有機(jī)肥的單株角果數(shù)增加了51.0%～162.6%，差異顯著。與FFP處理相比，F(xiàn)75%處理的單株角果數(shù)下降0.8，差異不顯著；其他增施有機(jī)肥處理的單株角果數(shù)均顯著高于FFP處理，增加48.6%～158.4%。每角粒數(shù)在13.20～14.60之間，各處理間差異不顯著。千粒重隨著有機(jī)肥施用量的增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，各處理間差異不顯著，其中，F(xiàn)75%+M3處理千粒重最大，為4.09g，F(xiàn)75%處理最小，為3.87g。與密度最大的FFP（54.0萬株/hm2）處理相比，化肥減量25%條件下各處理的密度均略有下降。施用有機(jī)肥后密度隨有機(jī)肥施用量的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，其中F75%+M2處理密度最大，為51.7萬株/hm2，F(xiàn)75%+M4處理密度最小，為44.0萬株/hm2。

表2 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響Table 2 The effects of different organic fertilizer amounts on yield components under the condition of 25% chemical fertilizer reduction

2.3 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)干物質(zhì)積累的影響

各處理的干物質(zhì)積累量與產(chǎn)量趨勢(shì)一致（圖2），化肥減量25%條件下，干物質(zhì)積累量隨有機(jī)肥施用量的增加而提高。施用有機(jī)肥不僅可以彌補(bǔ)化肥減量25%帶來的干物質(zhì)積累損失，還可以獲得更高的干物質(zhì)積累量。全生育期中，F(xiàn)75%+M4處理的干物質(zhì)積累量最大，F(xiàn)75%處理的最小。幼苗期和越冬期油菜干物質(zhì)積累量較低，不同施肥處理間干物質(zhì)積累差異小，從抽薹期開始干物質(zhì)積累加快，處理間差異增大，以收獲期干物質(zhì)積累量為例，與F75%處理相比，化肥減施25%條件下配施有機(jī)肥處理的干物質(zhì)積累量增加4707～8502kg/hm2，增加幅度為104.2%～188.3%。相比FFP處理的干物質(zhì)積累量（5380kg/hm2），F(xiàn)75%處理的干物質(zhì)積累量（4515kg/hm2）減少16.1%，配施有機(jī)肥各處理的干物質(zhì)積累量為4515～13017kg/hm2，增幅為71.5%～142.0%。

圖2 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)干物質(zhì)積累的影響Fig.2 The effects of different organic fertilizer amounts on dry matter ccumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction

2.4 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)氮素積累量的影響

從表3可以看出，植株氮素積累量均表現(xiàn)為化肥減量條件下隨著有機(jī)肥施用量的增加而增加。油菜植株氮素積累量隨生育期推進(jìn)不斷增加，趨勢(shì)與生育期相對(duì)應(yīng)的干物質(zhì)積累量趨勢(shì)一致。相比FFP處理，F(xiàn)75%處理的氮素積累量在幼苗期、越冬期和開花期分別減少19.8%、22.2%和18.8%，差異不顯著，在抽薹期和收獲期顯著減少24.0%和26.2%。相比F75%處理，F(xiàn)75%+M1、F75%+M2、F75%+M3和F75%+M4處理的氮素積累量在不同時(shí)期均顯著提高，幼苗期、越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別提高119.4%～277.1%、59.6%～126.7%、78.4%～156.7%、47.6%～130.9%和95.9%～206.0%；相比于FFP處理，F(xiàn)75%+M1、F75%+M2、F75%+M3和F75%+M4處理的氮素積累量在不同時(shí)期也均顯著提高，幼苗期、越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別提高76.2%～202.8%、24.1%～76.3%、35.3%～94.8%、19.9%～87.6%和44.5%～125.6%。由此可知，施用有機(jī)肥的氮素積累量在幼苗期、抽薹期和收獲期3個(gè)時(shí)期增幅較大。

表3 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)氮素積累的影響Table 3 The effects of different organic fertilizer amounts on nitrogen accumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction kg/hm2

2.5 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)磷素積累量的影響

不同處理的植株磷素積累量隨生育期的變化趨勢(shì)與氮素積累量一致（表4）。與FFP處理相比，F(xiàn)75%處理的磷素積累量在幼苗期和越冬期分別減少12.5%和21.7%，差異不顯著，在抽薹期、開花期和收獲期分別顯著減少32.1%、17.8%、25.0%。與F75%處理相比，施用有機(jī)肥處理的磷素積累量在整個(gè)生育期均顯著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別增加118.5%～353.8%、80.6%～303.4%、110.4%～393.6%、47.3%～247.2%和106.6%～192.7%；相比于FFP處理，施用有機(jī)肥處理的磷素積累量在整個(gè)生育期也均顯著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別增加80.6%～275.0%、37.6%～207.4%、43.5%～236.6%、20.8%～184.7%和54.4%～118.8%。可見施用有機(jī)肥處理在幼苗期的磷素積累量增幅最大，抽薹期和收獲期次之。

表4 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)磷素積累量的影響Table 4 The effects of different organic fertilizer amounts on phosphorus accumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction kg/hm2

2.6 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)鉀素積累量的影響

由表5可知，油菜植株的鉀素積累量在幼苗期最低，在收獲期達(dá)到最高，變化趨勢(shì)與干物質(zhì)積累量一致。與FFP處理相比，F(xiàn)75%處理的鉀素積累量在幼苗期減少25.2%，差異不顯著，在越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別顯著減少23.4%、31.4%、21.9%和21.1%。相比于F75%處理，施用有機(jī)肥的處理的鉀素積累量在整個(gè)生育期均顯著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別增加197.6%～388.7%、76.8%～150.0%、91.4%～188.3%、68.2%～168.5%和91.1%～217.1%；相比于FFP處理，施用有機(jī)肥的處理的鉀素積累量在整個(gè)生育期也均顯著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、開花期和收獲期分別增加120.1%～261.5%、35.0%～90.8%、31.3%～97.9%、31.3%～109.6%和50.7%～150.2%。可以看出施用有機(jī)肥后在幼苗期的鉀素積累量增幅最大，抽薹期和收獲期增幅次之。

表5 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)鉀素積累量的影響Table 5 The effects of different organic fertilizer amounts on potassium accumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction kg/hm2

2.7 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)油菜經(jīng)濟(jì)效益的影響

由表6可知，產(chǎn)值的變化趨勢(shì)與產(chǎn)量同步。5個(gè)不同有機(jī)肥用量處理的施肥效益隨有機(jī)肥用量的增加呈先增加后減少的趨勢(shì)，F(xiàn)75%+M1處理的效益最高，為5789元/hm2，其次是F75%處理，為5270元/hm2。與FFP處理相比，F(xiàn)75%+M1處理的施肥效益增加1.3%，差異不顯著；其余4個(gè)有機(jī)肥處理的施肥效益減少，F(xiàn)75%和F75%+M2分別降低7.8%和15.7%，差異不顯著，F(xiàn)75%+M3和F75%+M4分別降低48.6%和55.3%，差異顯著。除FFP外，與F75%處理相比，只有F75%+M1處理增加，增加效益為519元/hm2，增加9.8%，F(xiàn)75%+M2、F75%+M3和F75%+M4處理均減少，分別降低8.6%、44.3%和51.6%。

表6 化肥減量25%條件下不同有機(jī)肥用量對(duì)油菜施肥效益的影響Table 6 The effects of different organic fertilizer amounts on fertilization benefits of rape under the condition of 25% chemical fertilizer reduction 元/hm2yuan/hm2

3 討論

3.1 化肥減量條件下配施有機(jī)肥對(duì)油菜產(chǎn)量的影響

有機(jī)肥養(yǎng)分全面，有機(jī)質(zhì)含量高，能培肥地力，提高土壤微生物數(shù)量和生物活性，促進(jìn)養(yǎng)分循環(huán)和再利用。有機(jī)肥替代化肥不僅能夠減少化肥的施用，還能改善土壤的理化性質(zhì)[12]，進(jìn)而提高作物產(chǎn)量[13]，這表明油菜施用有機(jī)肥可以達(dá)到減施化肥和增產(chǎn)增收的目的。有機(jī)肥替代化肥的效果已有大量研究[14-16]，但關(guān)于化肥減施條件下不同有機(jī)肥用量的研究較少。本試驗(yàn)按照油菜“兩減”項(xiàng)目化肥減量25%的目標(biāo)要求，研究了化肥減量25%條件下不同用量有機(jī)肥對(duì)油菜產(chǎn)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)，化肥減量25%條件下產(chǎn)量略有下降，而在此基礎(chǔ)上配施不同用量有機(jī)肥均表現(xiàn)為顯著增產(chǎn)，增加比例為25.2%～78.5%，且有機(jī)肥用量僅為675kg/hm2就能彌補(bǔ)因化肥減量25%帶來的產(chǎn)量損失。產(chǎn)量最高的處理是F75%+M4，即設(shè)置的有機(jī)肥最大用量，因此要確定最高產(chǎn)量的有機(jī)肥用量還有待進(jìn)一步研究。由產(chǎn)量構(gòu)成因素來看，配施有機(jī)肥能顯著增加油菜單株角果數(shù)，而油菜植株的密度、每角粒數(shù)和千粒重沒有顯著差異，表明化肥減量25%條件下施用有機(jī)肥主要是通過增加單株角果數(shù)來提高油菜產(chǎn)量，與宋佳[17]和劉永忠等[18]的研究結(jié)果相似。

3.2 化肥減量條件下配施有機(jī)肥對(duì)油菜干物質(zhì)和養(yǎng)分積累的影響

油菜生長前期主要以營養(yǎng)生長為主，植株的地上部分生長速度快，期間需從土壤中吸收大量的養(yǎng)分，而土壤中的養(yǎng)分遠(yuǎn)不能滿足油菜植株的生長發(fā)育，因此施肥就顯得尤為重要；配施一定量的有機(jī)肥在養(yǎng)分吸收方面有著顯著的促進(jìn)作用[7,15]。充足的養(yǎng)分供應(yīng)可以使油菜生長旺盛，同時(shí)也使干物質(zhì)迅速積累，從而提高油菜的生物量。高曉玲等[19]的研究結(jié)果也表明，無機(jī)肥配施有機(jī)肥可以顯著的提高作物的干物質(zhì)量，從而能更好地滿足油菜的生長發(fā)育，提高產(chǎn)量。本試驗(yàn)也得到類似結(jié)果，施用有機(jī)肥可顯著提高油菜干物質(zhì)、N、P和K積累量，且隨著有機(jī)肥用量的增加而增加。

3.3 化肥減量條件下配施有機(jī)肥對(duì)油菜經(jīng)濟(jì)效益的影響

有機(jī)肥的合理施用可以提高作物產(chǎn)量，因此對(duì)農(nóng)民增收起著積極作用[20]。本試驗(yàn)研究表明，在化肥減量25%條件下，有機(jī)肥施用越多產(chǎn)值越高，但肥料成本也隨之增加，經(jīng)濟(jì)效益反而減少，施肥效益最高的處理是F75%+M1，即化肥減少25%配施有機(jī)肥1125kg/hm2時(shí)，施肥效益為5789元/hm2，比FFP處理增加74元/hm2，比F75%處理增加519元/hm2，說明即使不計(jì)入有機(jī)肥改善土壤環(huán)境所帶來的長期間接效應(yīng)，配施適量有機(jī)肥（1125kg/hm2）也可彌補(bǔ)化肥減量25%帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

4 結(jié)論

化肥減量25%條件下配施有機(jī)肥可顯著提高油菜產(chǎn)量、干物質(zhì)積累量和氮磷鉀養(yǎng)分積累量，且隨著有機(jī)肥投入量的增加而提高。有機(jī)肥用量為675kg/hm2時(shí)就能彌補(bǔ)因化肥減量25%帶來的產(chǎn)量損失。但因有機(jī)肥用量大導(dǎo)致成本上升，經(jīng)濟(jì)效益并非隨著有機(jī)肥用量的增加而增加，其中F75%+M1處理經(jīng)濟(jì)效益最好，即施用有機(jī)肥1125kg/hm2，相對(duì)常規(guī)施肥處理可增收74元/hm2。綜合考慮油菜產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益，化肥減量25%條件下配施的有機(jī)肥適宜用量為1125kg/hm2。