耕作與施肥方式對成都平原冬油菜產(chǎn)量、干物質(zhì)積累和品質(zhì)的影響

楊澤鵬，門勝男，劉定輝，陳尚洪，鄭盛華，萬柯均，敖玉琴，王昌桃，沈?qū)W善，梁 圣，陳紅琳

（四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，四川 成都 610066）

油菜是國產(chǎn)植物油第一大油源，每年可提供食用油約520萬t，占國產(chǎn)植物油的47%［1］。冬油菜不與夏季糧食作物爭時搶地，是輪作換茬和培肥地力的理想作物［2］。成都平原沖積土區(qū)是我國西南地區(qū)主要的耕地資源，土壤肥沃，水熱資源豐富，油菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮?。油菜栽培的重要目標是實現(xiàn)產(chǎn)量和品質(zhì)的共同提升，而科學(xué)合理的耕作與施肥方式是提高油菜產(chǎn)量和品質(zhì)的重要保證［3］。目前，成都平原沖積土區(qū)稻田油菜耕作和施肥方式主要采用傳統(tǒng)的免耕土表撒施方式，這使得土壤板結(jié)粘重，養(yǎng)分表聚化加劇，嚴重制約了作物對肥料養(yǎng)分的吸收利用。隨著農(nóng)機農(nóng)藝技術(shù)融合發(fā)展，油菜機械耕作播種與肥料穴施或條施同步完成的機械化生產(chǎn)技術(shù)將日趨成熟［2］。因此，探究成都平原沖積土區(qū)稻田油菜適宜的耕作、施肥方式具有重要意義。

改善施肥方式，科學(xué)合理施肥是提高肥料利用效率、提高產(chǎn)量和實現(xiàn)環(huán)境友好的重要途徑［4-5］。合理的耕作措施可以協(xié)調(diào)土壤中的水、肥、氣、熱關(guān)系，是土壤改良的重要方式，同時也是影響土壤生態(tài)環(huán)境最直接的方式［6］。農(nóng)民習(xí)慣直接地表撒施速效化肥，大量化肥通過淋失、揮發(fā)等途徑損失，不僅造成資源浪費和環(huán)境污染，也常常使作物生長發(fā)育后期發(fā)生脫肥早衰，導(dǎo)致不同程度的減產(chǎn)［7］。土壤耕作會影響土壤養(yǎng)分固定和礦化速率，進而影響作物對養(yǎng)分的吸收利用。有研究表明，旋耕能增加小麥的有效穗數(shù)、穗粒數(shù)和千粒重，從而增加產(chǎn)量；免耕能增加表土層碳、水積累，但不利于小麥的增產(chǎn)［8］。張建軍等［9］研究表明旋耕處理的玉米產(chǎn)量要高于免耕處理。目前，國內(nèi)外對耕作措施和施肥效應(yīng)的研究多為單因素［10］，對耕作措施與施肥方式綜合效應(yīng)的研究較少，且對油菜氮肥的研究大多集中在氮肥用量以及運籌等方向［11］，而與不同耕作措施下植物生長特點相適應(yīng)的肥料施用方式的研究較少。本研究基于2年的定點試驗，分析2種耕作措施與不同施肥方式對冬油菜干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和品質(zhì)的影響，探尋2種耕作方式下肥料施用效果的差異，以期為當(dāng)前油菜生產(chǎn)中肥料的合理施用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)基本情況

試驗于2017～2019年在四川省廣漢市高坪鎮(zhèn)李堰村（31°03′ N，104°10′ E）同一地塊進行。該區(qū)域?qū)儆诘湫偷闹衼啛釒駶櫄夂騾^(qū)，氣候溫和、雨量充沛，年平均氣溫為16.3℃，年平均降水量為890.8 mm。試驗地土壤為水稻土，前茬作物為水稻。水稻一般于9月下旬收獲，油菜于9月底～10月初播種，翌年5月上中旬收獲。2017年土壤耕層基礎(chǔ)理化性質(zhì)為：pH 6.38，有機質(zhì)31.78 g·kg-1，全氮1.97 g·kg-1，堿解氮211.27 mg·kg-1，有效磷12.08 mg·kg-1，速效鉀49.90 mg·kg-1。

1.2 試驗設(shè)計

于2017年9月起開展油菜-水稻輪作定位試驗，油菜供試材料為‘川油36’，采用人工穴播方式，行距、株距均為25 cm，每穴定苗2株，種植密度為32.00萬株·hm-2。水稻供試材料為‘川優(yōu)6203’，株距為25 cm，行距為30 cm，每穴移栽1株，種植密度為13.33萬株·hm-2。試驗共設(shè)置8個處理：1）免耕對照（不施肥），2）免耕穴施（肥料穴施，穴深10 cm左右，覆土后在穴旁直播），3）免耕條施（施肥溝深10 cm左右，覆土后在施肥溝旁直播），4）免耕撒施（將肥料撒施于土壤表面后直播），5）旋耕對照（不施肥），6）旋耕穴施（肥料穴施，穴深10 cm左右，覆土后在穴旁直播），7）旋耕條施（施肥溝深10 cm左右，覆土后在施肥溝旁直播），8）旋耕撒施（將肥料撒施于土壤表面后旋耕，然后直播），每個處理3次重復(fù)，隨機區(qū)組排列。小區(qū)面積為4 m×5 m=20 m2，小區(qū)間隔1.5 m，各小區(qū)筑埂30 cm厚、30 cm高，并用塑料薄膜對0～100 cm土層進行水分隔離。旋耕處理利用微型旋耕機進行10～15 cm旋耕。除不施肥對照處理外，油菜季和水稻季施肥量均為600 kg·hm-2美豐比利夫油菜專用配方復(fù)合肥（N-P2O5-K2O=28-6-6）。油菜季施肥均為一次性基施，水稻季均為移栽后10 d一次性撒施。其余管理措施與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培管理一致。

1.3 測定項目與方法

土壤樣品：在油菜基肥施用前，按多點采樣法取試驗地0～20 cm耕層土壤，自然風(fēng)干后磨細過篩，測定土壤pH以及有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量［12］。

植株樣品：油菜成熟后，各小區(qū)選取長勢均勻的代表性油菜植株6株，對選取的植株進行產(chǎn)量構(gòu)成因子調(diào)查，調(diào)查項目包括單株莢角數(shù)、每角粒數(shù)和千粒重。按照根、莖、枝、角果殼和籽粒分成5部分。105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重并稱量。

實際測產(chǎn)：所有小區(qū)均單打單收，風(fēng)干后，籽粒產(chǎn)量按含水率9%計算得出。使用FOSS公司的5000型近紅外谷物分析儀測定籽粒含油率及蛋白質(zhì)含量。

按照公式計算單位面積籽粒產(chǎn)量和干物質(zhì)積累量（kg·hm-2）：

1.4 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析

采用Excel 2010進行數(shù)據(jù)處理和作圖，用SPSS 22.0進行方差分析和Duncan法顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤耕作與施肥方式對油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2年研究結(jié)果表明，耕作措施和施肥方式對油菜產(chǎn)量的影響顯著（表1），不同年份各處理油菜產(chǎn)量均以旋耕方式下肥料穴施最高，免耕不施肥最低。旋耕穴施較免耕撒施（農(nóng)戶習(xí)慣）2年顯著增加389.19 kg·hm-2，增幅16.89%（P＜0.05）。相同耕作方式下，與不施肥對照相比，各施肥處理2年平均油菜產(chǎn)量顯著提高1679.72 kg·hm-2，增幅200.31%，2年試驗中不同施肥處理間的產(chǎn)量表現(xiàn)趨勢均為穴施＞條施＞撒施，穴施、條施分別較撒施平均增產(chǎn)213.21和106.92 kg·hm-2，增幅8.84%和4.43%。其中免耕條件下穴施、條施2年平均產(chǎn)量分別較撒施增加10.90%和5.17%，增產(chǎn)幅度高于旋耕條件下的6.95%和3.76%，且在2019年試驗中不同耕作條件下穴施與撒施處理間產(chǎn)量差異均達顯著水平（P＜0.05）。相同施肥方式下，旋耕油菜產(chǎn)量均高于免耕，旋耕各處理2年平均產(chǎn)量較免耕增加180.53 kg·hm-2，增幅達7.43%。其中，2019年試驗中肥料穴施下免耕與旋耕處理間的產(chǎn)量差異達顯著水平（P＜0.05）。年度、耕作措施、施肥方式分別對油菜產(chǎn)量影響顯著，而三者之間的交互作用對產(chǎn)量無顯著影響。

表1 不同耕作與施肥方式對油菜產(chǎn)量的影響 （kg·hm-2）

2年研究結(jié)果均表明，與不施肥對照相比，施肥均提高了油菜單株莢角數(shù)、每角粒數(shù)和千粒重，其中單株莢角數(shù)的增幅最大，2年平均增幅為185.44%（圖1）。各處理中，2年單株莢角數(shù)和千粒重均以旋耕穴施處理最高，每角粒數(shù)均以免耕穴施處理最高。相同耕作措施下，不同年份不同施肥方式間的單株莢角數(shù)、每角粒數(shù)表現(xiàn)趨勢均為穴施＞條施＞撒施，穴施與條施、撒施處理間的千粒重差異均未達到顯著水平；相同施肥方式下，單株莢角數(shù)和千粒重在耕作方式間的表現(xiàn)趨勢均為旋耕＞免耕，除2018/2019年旋耕方式下單株莢角數(shù)顯著大于免耕外，3個指標在耕作方式間的差異均不顯著。

圖1 不同耕作與施肥方式對油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2.2 土壤耕作與施肥方式對油菜籽粒品質(zhì)的影響

油菜籽粒品質(zhì)測定結(jié)果見表2。相同耕作方式下，與不施肥對照相比，2年施肥后油菜籽粒含油率降低了2.50%～7.72%，且旋耕方式下含油率降幅大于免耕；蛋白質(zhì)含量的趨勢與之相反，表現(xiàn)為施肥提高油菜籽粒的蛋白質(zhì)含量，旋耕方式下蛋白質(zhì)增幅大于免耕。2年不同施肥方式間的籽粒產(chǎn)油量表現(xiàn)趨勢為穴施＞條施＞撒施，免耕條件下穴施與條施、撒施處理間的差異均達到顯著水平，2年平均增幅分別為5.98%和13.17%，旋耕條件下穴施、條施處理分別較撒施處理產(chǎn)油量2年平均增加7.57%和6.05%，差異達顯著水平。相同施肥方式下，籽粒蛋白質(zhì)含量和產(chǎn)油量在耕作方式間的趨勢表現(xiàn)為旋耕＞免耕，旋耕條件下籽粒產(chǎn)油量顯著大于免耕；相同耕作方式下，籽粒含油率2年整體趨勢表現(xiàn)為穴施、條施＞撒施，但籽粒含油率和蛋白質(zhì)含量在施肥方式間的差異均不顯著。方差分析結(jié)果表明，年度對籽粒含油率和蛋白質(zhì)含量有極顯著影響，年度、耕作措施、施肥方式分別對油菜產(chǎn)油量有極顯著影響，而三者之間的交互作用對籽粒品質(zhì)和產(chǎn)油量影響均不顯著。

表2 不同耕作與施肥方式對油菜品質(zhì)的影響

2.3 土壤耕作與施肥方式對油菜干物質(zhì)積累與分配的影響

研究結(jié)果見表3。各施肥處理干物質(zhì)積累總量較不施肥對照2年平均增加了5593.38 kg·hm-2，顯著提高了156.69%（P＜0.05）。2年各施肥處理中以旋耕穴施處理最高，較免耕撒施增加1475.62 kg·hm-2，顯著增加17.03%。相同耕作措施下，2年不同施肥方式間干物質(zhì)積累量表現(xiàn)趨勢均為穴施＞條施＞撒施，穴施2年平均干物質(zhì)積累量分別較條施和撒施增加8.33%和9.74%，且在旋耕條件下差異均達顯著水平；相同施肥方式下，2年干物質(zhì)積累量表現(xiàn)趨勢均為旋耕＞免耕，其中2019年旋耕穴施與其余處理之間的差異達顯著水平（P＜0.05）。從各器官干物質(zhì)量及分配來看，施肥較不施肥提高了油菜各器官干物質(zhì)積累量，除2018年旋耕方式的根部無顯著差異外，其余各器官差異均達到顯著水平（P＜0.05）。各施肥處理較不施肥對照明顯提高了油菜枝和籽粒在干物質(zhì)積累中的貢獻，分配率2年平均分別提高了31.63%和15.89%，但根和莖的分配率有降低趨勢。2年油菜枝、角果殼和籽粒的干物質(zhì)積累量均以旋耕穴施處理最高，平均較免耕撒施提高了28.21%、18.22%和14.45%，除2018年的籽粒無顯著差異外，均達到顯著水平（P＜0.05）。年度、耕作措施和施肥方式分別對油菜根、莖、枝、角果殼和籽粒干物質(zhì)積累具有不同程度的極顯著影響，三者之間的交互效應(yīng)對除油菜根以外各器官影響均不顯著。

3 討論

3.1 施肥方式對油菜產(chǎn)量、品質(zhì)和干物質(zhì)積累的影響

在適宜肥料用量的情況下，通過改善施肥方式可以降低肥料的損失，顯著提高肥料利用效率，從而進一步提高作物的產(chǎn)量［3］。表土撒施方式使得大部分肥料養(yǎng)分分布在離根較遠的區(qū)域，存留在養(yǎng)分運移到根系效率較低的土體，而作物根系吸收的養(yǎng)分僅來自根系周圍有限的土體，嚴重制約了作物對肥料養(yǎng)分的吸收利用［4］。作物生育期內(nèi)干物質(zhì)的積累是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，干物質(zhì)積累水平的高低決定了最終籽粒產(chǎn)量的高低［13］。在本研究中，與肥料撒施相比，免耕和旋耕條件下穴施和條施處理的油菜產(chǎn)量顯著提高，且產(chǎn)量的提高主要來自油菜植株枝、角果殼和籽粒干物質(zhì)積累的增加（表3）。前人研究已證明，肥料深施有利于滿足作物中后期生長的水分需求，尤其是花后干物質(zhì)積累量，利于籽粒灌漿，是獲得較高產(chǎn)量的生理基礎(chǔ)［14］。本研究表明，與不施肥相比，施肥處理的油菜產(chǎn)量、產(chǎn)油量和油菜植株干物質(zhì)積累總量均顯著提高，且肥料穴施與條施處理均高于撒施處理。這主要是因為肥料撒施后大量氮素淋失，造成花后氮肥不足，植株根系出現(xiàn)氮素虧缺［15］，進而導(dǎo)致花后干物質(zhì)合成能力下降［16］，從而降低了各器官干物質(zhì)的積累，降低了油菜的產(chǎn)量，而肥料深施可促進根系進入深層土體，有利于延緩根系的衰老，使籽粒獲得更充足的營養(yǎng)［17］。因此采用穴施與條施方式施肥，不僅能夠減少肥料的損失，保證土壤氮素的供應(yīng)，而且可以增加油菜的千粒重和產(chǎn)量，進而提高菜籽產(chǎn)油量。

表3 不同耕作與施肥處理對成熟期油菜干物質(zhì)積累與分配的影響 （kg·hm-2）

在施純氮112.5～337.5 kg·hm-2的范圍之內(nèi)，種子含油率下降0.88～8.72個百分點［18］。本研究中，與不施肥對照相比，油菜籽粒蛋白質(zhì)含量增加，含油率降低，這是由于施肥處理相應(yīng)促進了蛋白質(zhì)和其他含氮化合物的合成，降低了脂肪在籽粒形成后期的積累。這與肖榮英等［19］和鄒娟等［20］的研究結(jié)果類似。但是，本研究中籽粒含油率呈現(xiàn)集中施肥高于撒施的趨勢（表2），這與胡立勇［18］和曾宇等［21］施氮量增加導(dǎo)致籽粒含油率下降的結(jié)論相反，這可能與集中施肥提高了肥料利用率，增加磷、鉀肥的供應(yīng)對籽粒中脂肪形成的正向促進有關(guān)［20，22］。同時，籽粒含油率和蛋白質(zhì)含量在施肥方式間無顯著差異，表明集中施肥不會引起籽粒含油率的顯著降低，這與油菜籽粒的品質(zhì)指標主要由品種特性決定有關(guān)［23］。由于本試驗為定位實施的第2年，施肥方式對籽粒品質(zhì)的調(diào)控效應(yīng)還需進一步的研究證實。

3.2 耕作措施對油菜產(chǎn)量、品質(zhì)和干物質(zhì)積累的影響

耕作措施可調(diào)節(jié)土壤的物理環(huán)境，使土壤中的水、肥、氣、熱得到合理的調(diào)整，影響作物養(yǎng)分的吸收及利用，進而影響產(chǎn)量［24］。在本研究中，旋耕處理的油菜產(chǎn)量、產(chǎn)油量和油菜植株各器官干物質(zhì)積累量均高于免耕處理。周寶元等［6］研究發(fā)現(xiàn)旋耕處理促進了作物干物質(zhì)積累量的增加，并且旋耕處理的作物產(chǎn)量顯著高于免耕處理。相同施肥方式下，2種耕作措施的油菜產(chǎn)量差達85.48～262.95 kg·hm-2，旋耕處理油菜之所以獲得較高產(chǎn)量，很大程度上是由于較高的干物質(zhì)積累。這是由于免耕處理播種和施肥深度較淺，土壤板結(jié)，透氣透水性差，從而影響根系的生長發(fā)育，油菜產(chǎn)量潛力受到極大限制；而旋耕處理耕作較深，增加了耕層深度，使土壤容重降低，從而使油菜生長后期可以保持較高的根系活力，更利于根系對養(yǎng)分的吸收利用［15，25］。因此，旋耕處理能夠促進油菜對深層土壤中養(yǎng)分的吸收與利用，促進干物質(zhì)的積累。菜籽油是菜籽的主要加工產(chǎn)品，油菜大約80%的價值是通過榨取菜籽油體現(xiàn)［26］。含油量每提高1%，對產(chǎn)油量的貢獻相當(dāng)于增加油菜產(chǎn)量的2.3%～2.5%［27］。本研究中施肥較不施肥處理在旋耕方式下含油率降幅大于免耕，蛋白質(zhì)含量增幅大于免耕，這與施肥較不施肥處理在旋耕方式下產(chǎn)量增幅小于免耕的趨勢相反，這可能與旋耕較免耕產(chǎn)量提高引起的稀釋效應(yīng)有關(guān)［28］。本研究結(jié)果籽粒含油率和蛋白質(zhì)含量在施肥方式間無顯著差異。同時，旋耕處理的油菜產(chǎn)油量均高于免耕處理，但不同耕作措施下，菜籽含油率和蛋白質(zhì)含量無顯著差異，這與前人研究結(jié)果一致［29］。

4 結(jié)論

相比傳統(tǒng)免耕和肥料撒施的種植方式，旋耕和肥料穴施、條施明顯提高了油菜的干物質(zhì)積累量，促進根部與地上部的同步增長，保證充足的角果數(shù)和每角粒數(shù)，最終提高了油菜干物質(zhì)積累量和產(chǎn)油量。因此，在成都平原沖積土冬油菜種植區(qū)，旋耕結(jié)合肥料穴施、條施可以更好地實現(xiàn)冬油菜高產(chǎn)高效生產(chǎn)，在實際生產(chǎn)中若采用免耕，可以采取穴施的肥料施用方式。