前氮后移及有機(jī)肥替代對油菜產(chǎn)量和氮吸收利用的影響

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(xué)院，湖南 長沙 410125; 3.瀏陽市農(nóng)業(yè)發(fā)展事務(wù)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(xiàn)率從20世紀(jì)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(jī)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(jìn)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(jìn)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(yán)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(yùn)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(jī)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(jī)肥替代化肥配合氮肥時期運(yùn)籌在油菜生產(chǎn)中的應(yīng)用尚不多見。本研究采用田間試驗，通過有機(jī)肥替代化肥，氮肥施用時期運(yùn)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(xué)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(dá)滸鎮(zhèn)達(dá)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(fēng)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(jī)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(jī)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(fù)，采用隨機(jī)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(jī)肥(含N 2.06%、P2O50.64%、K2O 2.40%)。供試油菜為當(dāng)?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(jìn)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(biāo)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(biāo)。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(jī)質(zhì)、全氮、堿解氮等指標(biāo)。土壤pH采用電位法(水∶土為2.5∶1)，有機(jī)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(kuò)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(biāo)。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(xué)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(jìn)行數(shù)據(jù)處理，SPSS 23.0進(jìn)行相關(guān)分析，用LSD法進(jìn)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(biāo)外，其他指標(biāo)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(dá)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(dá)顯著水平(P<0.05)，表明通過氮肥后移的時期運(yùn)籌以及30%有機(jī)氮替代顯著提升油菜經(jīng)濟(jì)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(jī)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(dá)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(xué)利用率角度，CR、CRM處理較CF處理氮肥農(nóng)學(xué)利用率顯著提高37.0%和14.6%，表明在氮肥時期運(yùn)籌以及氮肥時期運(yùn)籌配施有機(jī)肥可以有效的提高氮肥的吸收利用率和農(nóng)學(xué)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(yùn)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(jī)質(zhì)變化特征

2.3 油菜產(chǎn)量、氮吸收利用相關(guān)指標(biāo)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(biāo)，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(fù)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(jìn)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(biāo)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(fù)相關(guān)關(guān)系(P<0.05)。此外，氮肥農(nóng)學(xué)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(biāo)呈顯著負(fù)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(biāo)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(yīng)是獲得油菜高產(chǎn)的關(guān)鍵因素。氮素供應(yīng)不足，會導(dǎo)致作物生長矮小、葉片黃化等問題，造成作物提前衰老，進(jìn)而導(dǎo)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(biāo)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(dá)64%以上。但氮肥過量施用也會對造成一定的負(fù)面影響，比如植株貪青晚熟、氮資源浪費(fèi)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(yīng)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(yīng)直接影響籽粒灌漿、角果發(fā)育和單株生產(chǎn)力[19-21]，進(jìn)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(yīng)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(xué)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(fēng)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(jī)無機(jī)肥配施是化肥減施和實現(xiàn)綠色生產(chǎn)的重要措施。有機(jī)無機(jī)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(jìn)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(jī)肥替代30%的化肥，與同樣氮肥時期運(yùn)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(jī)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(yīng)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(dá)64%以上。

(2)氮肥前氮后移以及有機(jī)替代有助于油菜的矮壯生長，促進(jìn)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(xué)利用率提高14.6%～37.0%，前氮后移氮肥時期運(yùn)籌是油菜優(yōu)化施肥、平衡施肥的可行途徑。

(4)當(dāng)前氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例5∶3∶2的條件下，有機(jī)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。