不同輪作模式下氮肥施用對油菜產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用的影響

李小勇，黃威，劉紅菊，李銀水，顧熾明，代晶，胡文詩，楊璐，廖星，秦璐

不同輪作模式下氮肥施用對油菜產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用的影響

李小勇1，黃威2，劉紅菊3，李銀水1，顧熾明1，代晶1，胡文詩1，楊璐1，廖星1，秦璐1

1中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部油料作物生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，武漢 430062；2黃岡市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖北黃岡 438000；3應(yīng)城市農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心，湖北應(yīng)城 432400

【目的】探究施氮量對不同輪作模式下油菜產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用的影響。【方法】以甘藍(lán)型油菜品種‘中油雜19’為材料，在湖北黃岡進(jìn)行大田裂區(qū)試驗(yàn)，設(shè)置兩個(gè)輪作模式（稻油輪作，RO；豆油輪作，SO）為主區(qū)，4個(gè)施氮量（N0，0；N1，90 kg·hm-2；N2，180 kg·hm-2；N3，270 kg·hm-2）為副區(qū)，測定產(chǎn)量構(gòu)成、干物質(zhì)積累、農(nóng)藝性狀、養(yǎng)分積累及籽粒品質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)。【結(jié)果】（1）豆油輪作油菜籽粒產(chǎn)量顯著高于稻油輪作，增加施氮量，不同輪作模式下油菜單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)及千粒重均呈顯著上升趨勢，與N0相比，在N1、N2和N3處理下，稻油輪作油菜籽粒產(chǎn)量分別增長176.68%、436.49%和835.40%，豆油輪作油菜籽粒產(chǎn)量分別增長123.96%、344.46%和547.25%。豆油輪作較稻油輪作在N0、N1、N2和N3處理下大田籽粒產(chǎn)量分別增長62.09%、31.33%、71.79%和12.21%；（2）成熟期豆油輪作油菜根頸粗、株高、第一有效分枝高度和有效分枝數(shù)顯著高于稻油輪作，且隨施氮量增加不同輪作模式下各農(nóng)藝性狀指標(biāo)顯著增加；各生育期豆油輪作單株油菜根干重及地上部干重顯著高于稻油輪作，但根冠比低于稻油輪作，且隨施氮量增加，兩種輪作模式下苗期后根冠比顯著下降；（3）豆油輪作油菜根系、角果殼、莖稈、籽粒氮含量和氮積累量均高于稻油輪作，且隨著施氮量增加各部位氮含量和氮積累量顯著增加。豆油輪作籽粒氮素表觀利用率高于稻油輪作，隨施氮量的增加，稻油輪作下氮素表觀利用率增加，而豆油輪作氮素表觀利用率呈現(xiàn)先上升后下降趨勢；（4）與稻油輪作模式相比，相同施氮量下豆油輪作油菜角果殼可溶性糖含量低，而游離氨基酸含量和游離氨基酸含量/可溶性糖含量比值高，隨施氮量增加可溶性糖含量降低，游離氨基酸含量和游離氨基酸含量/可溶性糖含量比值增加。因此，豆油輪作油菜籽粒因脂肪酸合成底物受限，含油率低于稻油輪作模式，且隨施氮量增加，籽粒含油率在各輪作模式下均顯著下降。兩年試驗(yàn)結(jié)果顯示，在270 kg·hm-2施氮量水平時(shí)，產(chǎn)油量在兩個(gè)輪作模式下均達(dá)到最大，稻油輪作兩年產(chǎn)油量分別為1 678.60和1 665.33 kg·hm-2，豆油輪作兩年產(chǎn)油量分別為1 684.03和1 687.10 kg·hm-2，但豆油輪作在180和270 kg·hm-2施氮量下產(chǎn)油量差異不顯著。【結(jié)論】稻油輪作油菜氮肥施用可控制在270 kg·hm-2左右，而豆油輪作氮肥施用可控制在180 kg·hm-2左右，以保證較高氮肥利用效率，并獲得較高產(chǎn)油量。

油菜；輪作模式；施氮量；產(chǎn)量；氮素利用效率

0 引言

【研究意義】油菜作為重要食用油來源，我國種植面積及總產(chǎn)均占世界的22%左右，是我國第一大自產(chǎn)食用植物油，目前我國食用油自給率只有31%，提高油菜產(chǎn)量對保障我國糧油安全至關(guān)重要[1]。但由于目前油菜種植投入成本高、勞動(dòng)力需求量大、機(jī)械化普及程度一般、經(jīng)濟(jì)效益不高及農(nóng)村勞動(dòng)力流失等問題，我國油菜種植面積一直徘徊不前。因此，提高油菜種植經(jīng)濟(jì)效益勢在必行。長江流域作為我國油菜主產(chǎn)區(qū)，水稻-油菜輪作模式（以下簡稱：稻油模式）較為普遍，大豆-油菜輪作模式（以下簡稱：豆油模式）由于其良好的養(yǎng)地功能而被逐漸推廣。但針對兩種不同模式的油菜生產(chǎn)氮肥施用差異研究較少，農(nóng)戶施肥主要憑經(jīng)驗(yàn)，易造成生產(chǎn)成本增加及資源浪費(fèi)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】油菜種植輪作模式不同，土壤養(yǎng)分、物理結(jié)構(gòu)等存在差異，從而影響后茬作物生長環(huán)境及對養(yǎng)分的利用[2-3]。前人研究發(fā)現(xiàn)不同輪作模式前茬秸稈還田后引起的氮素競爭存在明顯差異，特別是禾本科作物秸稈，C/N較高，秸稈還田腐解過程中往往出現(xiàn)微生物和作物爭奪氮素的現(xiàn)象，不僅改變了土壤有機(jī)碳氮的穩(wěn)定，也造成作物不同程度的減產(chǎn)[4]，因此還田后需要配施適量速效性氮肥調(diào)節(jié)C/N，加速秸稈腐解，及時(shí)釋放養(yǎng)分供作物利用，以緩解微生物與作物爭氮現(xiàn)象[5]。不同輪作模式下，土壤理化性質(zhì)差異較大，根系作為直接從土壤中吸收養(yǎng)分的營養(yǎng)器官，其建成和功能受土壤理化性質(zhì)及生物學(xué)性質(zhì)影響顯著。稻油輪作模式下，水田土壤緊實(shí)，透氣性差，含水量高，不利于油菜根系發(fā)育[6]；而豆油輪作模式下土壤孔隙度較高，透氣性好，有利于油菜根系生長，但保水能力差[7]，在干旱少雨年份會(huì)對油菜生長產(chǎn)生不利影響。前人研究表明水旱輪作前茬水稻秸稈還田后，油菜前期生長受到抑制[8-9]，從而影響后期油菜產(chǎn)量形成，而在旱旱輪作條件下，對后茬作物根系生長及產(chǎn)量形成起到積極促進(jìn)作用[10-11]。不同輪作模式土壤性狀差異和不同前茬差異直接影響土壤氮素有效性，進(jìn)而影響作物根系-地上部生長，其作用機(jī)制還需進(jìn)一步深入研究。油菜是需氮較多的作物，在油菜形態(tài)建成中，氮素對油菜株型調(diào)控效果顯著[12]。前人研究發(fā)現(xiàn)在一定范圍內(nèi)增施氮肥，可提高葉面積，增加作物的光能利用率，促進(jìn)干物質(zhì)積累，但過度的氮肥施用，氮肥利用率下降[13-15]，株高過高，營養(yǎng)生長延長，莖稈充實(shí)度下降，重心高度增加，倒伏風(fēng)險(xiǎn)增大[16-17]。油菜倒伏后，僅上層角果能接受充足光照，下層角果光能不足，光能利用率下降影響產(chǎn)量形成，且不利于機(jī)械收獲[18-20]。雖然增加氮素供應(yīng)可顯著提高油菜籽粒產(chǎn)量[21]，但是增加氮素供應(yīng)會(huì)限制碳代謝途徑，導(dǎo)致含油量的降低，蛋白質(zhì)含量增加，影響籽粒品質(zhì)[22]。氮代謝所需的能量和碳架產(chǎn)生于光合碳代謝，同時(shí)碳代謝與氮代謝會(huì)競爭光合作用所產(chǎn)生的能量和中間產(chǎn)物[23]。只有協(xié)調(diào)好碳氮代謝之間的平衡，才能實(shí)現(xiàn)油菜優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的雙重目標(biāo)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】前人關(guān)于不同輪作模式或施氮量對油菜產(chǎn)量、品質(zhì)形成及養(yǎng)分利用的研究較多，但是很少研究長江流域不同輪作模式和施氮量互作下油菜生長及其與產(chǎn)量、品質(zhì)形成和養(yǎng)分利用的關(guān)系?！緮M解決的關(guān)鍵問題】圍繞施氮量對不同輪作模式下油菜產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用的影響，測定分析大田油菜產(chǎn)量構(gòu)成、農(nóng)藝性狀、干物質(zhì)積累、養(yǎng)分積累及籽粒品質(zhì)等相關(guān)指標(biāo)，探究不同輪作模式油菜氮素吸收利用對油菜植株生長影響及與產(chǎn)量、品質(zhì)形成之間的關(guān)系，為指導(dǎo)長江流域不同輪作模式下油菜生產(chǎn)科學(xué)施肥提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)、土壤狀況及材料

試驗(yàn)于2019年9月至2021年5月在黃岡現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技示范園（30°20’N，114°33’E）進(jìn)行。不同輪作模式試驗(yàn)地相鄰，前茬水稻和大豆收獲后秸稈粉碎翻壓還田，水稻秸稈還田量按平均畝產(chǎn)500 kg折算為7.5×103kg·hm-2，大豆秸稈還田量按平均畝產(chǎn)200 kg折算為3×103kg·hm-2。水稻含氮量約為0.83%，大豆秸稈含氮量約為1.63%[24]。

試驗(yàn)田土壤為長江沖積砂壤土，2019—2020年水稻田耕層土壤（0—20 cm）理化性狀為堿解氮86.98 mg·kg-1、速效磷9.68 mg·kg-1、速效鉀79.32 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)13.82 g·kg-1、容重1.34 g·cm-3；大豆田耕層土壤（0—20 cm）理化性狀為堿解氮101.54 mg·kg-1、速效磷10.16 mg·kg-1、速效鉀81.53 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)12.75 g·kg-1、容重1.25 g·cm-3。2020—2021年水稻田耕層土壤（0—20 cm）理化性狀為堿解氮88.42 mg·kg-1、速效磷9.57 mg·kg-1、速效鉀88.68 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)13.63 g·kg-1、容重1.38 g·cm-3；大豆田耕層土壤（0—20 cm）理化性狀為堿解氮97.13 mg·kg-1、速效磷9.25 mg·kg-1、速效鉀89.13 mg·kg-1、有機(jī)質(zhì)12.32 g·kg-1、容重1.23 g·cm-3。試驗(yàn)材料為甘藍(lán)型油菜品種‘中油雜19’。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，以不同輪作模式為主區(qū)，分別是稻油輪作，RO；豆油輪作，SO；4個(gè)施氮量為裂區(qū)，分別為N0，0；N1，90 kg·hm-2；N2，180 kg·hm-2；N3，270 kg·hm-2。油菜采用條播方式播種，種植密度為45×104株/hm2。

供試氮、磷、鉀、硼肥種類分別為尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）和硼砂（含B 10.6%）。氮肥按基肥﹕苗肥﹕薹肥為6﹕2﹕2施用；P2O5、K2O用量均為150 kg·hm-2，硼砂用量15 kg·hm-2，且均作基肥一次性基施?；┓柿先鲇诘乇?，用旋耕機(jī)將肥料與耕層土壤混勻。出苗后去窩堆苗，3—5葉期定苗。5葉期和薹期分別施用氮肥總量20%尿素作追肥。采用“三溝”配套，廂溝、腰溝均為寬0.30 m、深0.20 m，圍溝寬0.30 m、深0.30 m。小區(qū)面積為20 m2（2 m×10 m），每處理設(shè)3個(gè)重復(fù)。其他管理同農(nóng)戶常規(guī)操作。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成 成熟期各小區(qū)連續(xù)取10株進(jìn)行考種，考察單株有效角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)，以小區(qū)實(shí)收產(chǎn)量計(jì)產(chǎn)。

1.3.2 農(nóng)藝性狀相關(guān)指標(biāo) 成熟期各小區(qū)連續(xù)取10株，調(diào)查根頸粗、株高、第一有效分枝高度、有效分枝數(shù)等指標(biāo)。根頸粗為游標(biāo)卡尺測定的子葉節(jié)下1 cm粗度；株高以子葉節(jié)至植株頂端的高度表示；第一有效分枝高度為子葉節(jié)至第一有效分枝的高度；有效分枝數(shù)為具有有效角果的分枝數(shù)量。

1.3.3 干物質(zhì)積累及根冠比 取苗期、薹期、花期、成熟期關(guān)鍵生育期各小區(qū)連續(xù)10株，將根系及地上部于105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，測定干物質(zhì)量并計(jì)算根冠比。

1.3.4 可溶性糖及氨基酸含量 植株主花序開花50%時(shí)，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取長勢一致的植株，對當(dāng)日所開油菜花進(jìn)行標(biāo)記。于花后15、25 d，在9：00—12：00取各小區(qū)標(biāo)記的角果30個(gè)，室內(nèi)冰?。?℃）條件下將角果皮和籽粒分離?？扇苄蕴羌坝坞x氨基酸含量采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司試劑盒進(jìn)行測定。

1.3.5 器官氮含量及籽粒含油率 采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀（KDY-9820）測各部位器官氮含量。籽粒含油率采用中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院油料作物研究所近紅外光譜掃描測定。

籽粒產(chǎn)油量=籽粒含油率×大田實(shí)際產(chǎn)量。

1.3.6 氮素利用效率 氮素表觀利用率=（施氮肥區(qū)作物吸氮量-不施氮肥區(qū)作物吸氮量）/氮肥投入量×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

數(shù)據(jù)采用SPSS 10.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、Origin 9.0 軟件進(jìn)行作圖。處理間比較采用最小顯著差法（LSD）。

2 結(jié)果

2.1 不同輪作模式下施氮量對油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

由表1可知，不同輪作模式相同施氮量下，每角果粒數(shù)差異不顯著，豆油輪作單株角果數(shù)、千粒重高于稻油輪作，因此豆油輪作大田實(shí)際產(chǎn)量高于稻油輪作。施氮后每角果粒數(shù)增加，但不同施氮量之間差異不顯著。且隨施氮量增加不同輪作模式下單株角果數(shù)、千粒重增加，大田實(shí)際產(chǎn)量上升，與N0處理相比，N1、N2和N3處理下，稻油輪作大田籽粒產(chǎn)量分別增長176.68%、436.49%和835.40%，豆油輪作大田籽粒產(chǎn)量分別增長123.96%、344.46和547.25%。豆油輪作較稻油輪作在N0、N1、N2和N3處理下大田籽粒產(chǎn)量分別增長62.09%、31.33%、71.79%和12.21%。不同年份之間變化趨勢一致。方差分析結(jié)果表明，單株角果數(shù)、每角果粒數(shù)、千粒重及大田實(shí)際產(chǎn)量受施氮量影響達(dá)到極顯著水平。每角果粒數(shù)受輪作模式影響不顯著，單株角果數(shù)、千粒重及大田實(shí)際產(chǎn)量受輪作模式影響達(dá)顯著或極顯著。單株角果數(shù)和大田實(shí)際產(chǎn)量受兩者之間互作影響極顯著，但每角果粒數(shù)和千粒重受兩者之間互作影響不顯著。

表1 輪作模式和施氮量對油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

RO、SO分別表示稻油輪作模式和豆油輪作模式；N0、N1、N2和N3分別表示施氮量為0、90、180及270 kg·hm-2；表中同一列不同字母表示差異達(dá) 0.05水平；*、**表示在0.05和0.01的水平差異，NS表示差異不顯著；C，輪作模式；N，施氮量；C×N，輪作模式和施氮量間的互作。下同

RO, SO indicate the rice-oilseed cropping system and soybean-oilseed cropping system; N0, N1, N2 and N3 indicate the nitrogen rate of 0, 90, 180 and 270 kg·hm-2, respectively; Different letters in the table indicate a difference of 0.05 level; * and **, significant difference at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively; NS, not significant; C, cropping system; N, nitrogen rate; C×N, interaction variance analysis between cropping system and nitrogen rate. The same as below

2.2 不同輪作模式下施氮量對油菜成熟期農(nóng)藝性狀的影響

如表2所示，豆油輪作油菜根頸粗、株高、第一有效分枝高度及有效分枝數(shù)均高于稻油輪作，且隨施氮量增加，各成熟期農(nóng)藝性狀指標(biāo)增加顯著。與N0處理相比，N1、N2和N3處理下稻油輪作根頸粗增加48.4%、62.6%和84.4%，豆油輪作根頸粗增加35.5%、51.7%和78.9%；稻油輪作株高增加30.8%、58.9%和73.9%，豆油輪作株高增加66.9%、76.4%和87.5%；稻油輪作第一有效分枝高度增加23.0%、84.6%和93.6%，豆油輪作第一有效分枝高度增加39.1%、95.6%和99.3%；稻油輪作有效分枝數(shù)增加128.2%、161.9%和247.1%，豆油輪作有效分枝數(shù)增加141.3%、162.9%和220.3%。不同年份之間變化趨勢一致。方差分析結(jié)果表明，油菜成熟期根頸粗、株高、第一有效分枝高度指標(biāo)均受輪作模式和施氮量影響顯著或極顯著，有效分枝數(shù)受施氮量影響極顯著，受不同輪作模式影響在不同年份間有差異。株高受輪作模式和施氮量互作影響極顯著，而根頸粗、第一有效分枝高度和有效分枝數(shù)受輪作模式和施氮量互作影響不顯著。

2.3 不同輪作模式下施氮量對油菜干物質(zhì)積累、根冠比的影響

由圖1可知，在不同生育期豆油輪作地上干重和根干重均高于稻油輪作。苗期后根冠比隨施氮量增加而下降，稻油輪作根冠比隨生育期推進(jìn)而呈現(xiàn)逐漸下降趨勢，而豆油輪作根冠比在薹期時(shí)先上升再下降，豆油輪作根冠比整體趨勢低于相同施氮量下稻油輪作根冠比，且不同年份之間變化趨勢一致。

2.4 不同輪作模式下施氮量對油菜氮素積累及利用效率的影響

2.4.1 器官氮含量及氮積累量 由表3可知，豆油輪作植株根系、莖稈、角果殼及籽粒含氮量及氮素積累量均不同程度高于稻油輪作植株，且隨著施氮量增加根系、莖稈、角果殼及籽粒含氮量及氮素積累量顯著上升。不同年份之間變化趨勢一致。方差分析結(jié)果表明，油菜各器官含氮量及氮素積累量受輪作模式和施氮量影響顯著或極顯著，根系、莖稈、角果殼及籽粒含氮量受輪作模式和施氮量互作影響不顯著，而其氮素積累量受輪作模式和施氮量互作影響極顯著。

表2 輪作模式和施氮量對油菜成熟期農(nóng)藝性狀的影響

RO、SO分別表示稻油輪作模式和豆油輪作模式；N0、N1、N2和N3分別表示施氮量為0、90、180和270 kg·hm-2。*、**分別表示在0.05和0.01的水平上顯著，NS表示處理間差異不顯著。下同

2.4.2 氮素表觀利用率 由圖2可知，豆油輪作氮素表觀利用率高于稻油輪作，且隨施氮量增加稻油輪作氮素表觀利用率呈上升趨勢，在施氮量為270 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最大，而豆油輪作氮素表觀利用率呈現(xiàn)先上升再下降趨勢，在施氮量為180 kg·hm-2時(shí)達(dá)到最大。不同年份之間變化趨勢一致。方差分析結(jié)果表明，油菜氮素表觀利用率受輪作模式和施氮量影響極顯著，且受輪作模式和施氮量互作影響極顯著。

2.5 不同輪作模式下施氮量對油菜角果殼碳氮代謝底物及含油率的影響

2.5.1 角果殼可溶性糖及游離氨基酸 由圖3可知，隨角果發(fā)育（終花后15—25 d）油菜角果殼可溶性糖、游離氨基酸含量及游離氨基酸/可溶性糖下降。不同輪作模式下相同時(shí)期豆油輪作角果殼可溶性糖含量低于稻油輪作，但豆油輪作角果殼游離氨基酸含量及游離氨基酸/可溶性糖高于稻油輪作。且施氮后隨施氮量增加，角果殼可溶性糖含量逐漸降低，而游離氨基酸含量和游離氨基酸/可溶性糖逐漸增加，不同年份之間變化趨勢一致。

表3 輪作模式和施氮量對油菜各器官氮含量和氮積累量的影響

C，輪作模式；N，施氮量；C×N，輪作模式和施氮量間的互作。下同

圖3 不同輪作模式和施氮量下角果殼可溶性糖及氨基酸含量

2.5.2 籽粒含油率及產(chǎn)油量 由圖4可知，稻油輪作籽粒含油率高于相同施氮量下豆油輪作籽粒含油率，且隨著施氮量增加，含油率先升后降，在90 kg·hm-2施氮量時(shí)含油率達(dá)到最大。在產(chǎn)油量方面，豆油輪作產(chǎn)油量整體高于稻油輪作產(chǎn)油量，且隨著施氮量增加產(chǎn)油量呈上升的趨勢，在270 kg·hm-2施氮量時(shí)產(chǎn)油量達(dá)到最大，稻油輪作兩年最大產(chǎn)油量分別為1 678.60和1 665.33 kg·hm-2，豆油輪作兩年最大產(chǎn)油量分別為1 684.03和1 687.10 kg·hm-2，但豆油輪作在180和270 kg·hm-2施氮量下產(chǎn)油量變化不顯著。不同年份之間變化趨勢一致。方差分析結(jié)果表明，籽粒含油率及產(chǎn)油量受輪作模式及施氮量影響極顯著，籽粒含油率受輪作模式和施氮量互作影響顯著，產(chǎn)油量受兩個(gè)因素互作影響極顯著。

2.5.3 角果殼碳氮代謝底物和籽粒產(chǎn)量及含油率的相關(guān)性 由表4可知，油菜籽粒含油率與花后15 d和25 d的角果殼可溶性糖含量呈極顯著正相關(guān)，與氨基酸含量及氨基酸/可溶性糖呈極顯著負(fù)相關(guān)。大田籽粒產(chǎn)量與花后15 d和25 d的角果殼可溶性糖含量呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與氨基酸含量及氨基酸/可溶性糖呈極顯著正相關(guān)。

3 討論

3.1 輪作模式及施氮量對油菜產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用的影響

不同輪作模式秸稈還田后對土壤理化性質(zhì)有顯著差異，水稻C/N約40[25]、大豆C/N約15[26]，還田后引起的氮素競爭存在明顯差異，特別是禾本科作物秸稈，C/N較高，還田后腐解過程中往往出現(xiàn)微生物和作物爭奪氮素的現(xiàn)象，不僅改變了土壤有機(jī)碳氮的穩(wěn)定，也造成后茬作物不同程度的減產(chǎn)[4]，因此秸稈還田后需要配施適量速效氮肥調(diào)節(jié)C/N，加速秸稈腐解，及時(shí)釋放養(yǎng)分供作物利用，以緩解微生物與作物爭氮現(xiàn)象[3]。同時(shí)不同輪作模式下土壤理化性質(zhì)差異較大，水田土壤容重大，土壤含水量高，土壤較板結(jié)，大豆旱地土壤容重相對較低，孔隙度大[27-28]，板結(jié)的水田土壤不利于油菜前期根系發(fā)育，植株長勢弱，根頸粗、株高等基本農(nóng)藝性狀測定指標(biāo)顯著低于旱作土壤田塊，而適當(dāng)增加氮肥施用，可以改善株型，提高油菜籽粒產(chǎn)量。目前關(guān)于輪作模式研究主要集中在單一模式下秸稈還田與肥料配施，對土壤養(yǎng)分及作物產(chǎn)量形成與養(yǎng)分利用的影響[29-30]，前人研究發(fā)現(xiàn)適當(dāng)?shù)妮喿骺梢蕴嵘寥牢⑸锒鄻有?，緩解連茬障礙，同時(shí)秸稈還田后適當(dāng)?shù)逝涫┛删徑馇捌谝蛭⑸餇幍鴰淼纳L受抑制的現(xiàn)象，顯著提高油菜籽粒產(chǎn)量[5,31]。在氮肥施用方面，適當(dāng)?shù)牡适┯每商岣咦蚜．a(chǎn)量和品質(zhì)[12]，而過度氮肥施用，不僅易造成環(huán)境污染，還會(huì)導(dǎo)致油菜貪青晚熟，倒伏加劇，降低產(chǎn)量、品質(zhì)同時(shí)還降低養(yǎng)分利用效率[16,22]。目前關(guān)于長江流域不同輪作模式下氮肥施用對油菜產(chǎn)量形成及養(yǎng)分利用研究還是較少的。本試驗(yàn)選用長江流域較為典型兩種種植模式，研究氮肥施用差異對油菜生產(chǎn)的影響，研究發(fā)現(xiàn)兩種輪作模式對油菜生長影響差異較大，稻油輪作油菜冬前根系發(fā)育明顯弱于豆油輪作油菜生長，冬前苗架搭建不如豆油輪作，因此后期農(nóng)藝性狀指標(biāo)均低于豆油輪作，干物質(zhì)積累量也較低。油菜在冬前生物量積累與產(chǎn)量密切相關(guān)，主要由于在冬季結(jié)束前分枝、葉片、花和胚珠等器官的數(shù)量就已經(jīng)基本確定，這決定了收獲季油菜生物量和籽粒產(chǎn)量[32]。養(yǎng)分利用效率與作物對養(yǎng)分的吸收利用、養(yǎng)分的流失及土壤殘留等因素相關(guān)。在本研究中，選擇基礎(chǔ)地力較低地塊作為試驗(yàn)用地，越冬前低氮處理油菜較高氮處理長勢明顯偏弱，可能最終導(dǎo)致收獲季低氮處理較高氮處理增產(chǎn)量不足，從而出現(xiàn)低氮處理氮素表觀利用效率低于高氮處理的情況。本試驗(yàn)中隨施氮量增加，稻油輪作下油菜產(chǎn)量增加顯著，當(dāng)施氮量為270 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量和產(chǎn)油量均達(dá)最大且氮素表觀利用率最高。而豆油輪作下油菜施氮量提升了其株型和整體長勢，雖然施氮量為270 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)量和產(chǎn)油量均達(dá)最大，但施氮量為180與270 kg·hm-2時(shí)產(chǎn)油量差異不顯著，且施氮量為270 kg·hm-2時(shí)，氮素表觀利用率呈下降趨勢。因此針對長江流域這兩種不同輪作模式對后茬油菜施氮量需求還是存在較明顯差異，而造成這種差異的生理、分子機(jī)制還有待深入研究。

表4 角果殼碳氮代謝底物和籽粒產(chǎn)量及含油率相關(guān)性分析

3.2 輪作模式及施氮量對油菜籽粒含油率的影響

油菜是需氮較多的作物，增加氮素供應(yīng)可顯著提高油菜籽粒產(chǎn)量[33]。但是，增加氮素供應(yīng)會(huì)限制碳代謝途徑，導(dǎo)致含油量降低、蛋白質(zhì)含量增加，影響籽粒品質(zhì)[22]。氮代謝所需的能量和碳架產(chǎn)生于光合碳代謝，同時(shí)碳代謝與氮代謝會(huì)競爭光合作用所產(chǎn)生的能量和中間產(chǎn)物[23]。只有協(xié)調(diào)好碳氮代謝之間的平衡，才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)的目的?？扇苄蕴亲鳛楣夂献饔玫闹苯赢a(chǎn)物，是碳代謝轉(zhuǎn)運(yùn)貯藏的主要形式，也是植物體內(nèi)多糖、蛋白質(zhì)、脂肪等大分子化合物的物質(zhì)基礎(chǔ)，對產(chǎn)量、品質(zhì)形成發(fā)揮著極其重要的作用[34]；游離氨基酸是氮素同化主要產(chǎn)物和蛋白質(zhì)合成主要底物來源，是植物氮素循環(huán)和氮素儲(chǔ)存的主要形式[35]，在氮素代謝中處于中心位置，油菜生長過程中角果殼內(nèi)可溶性糖和游離氨基酸含量對籽粒產(chǎn)量、品質(zhì)形成有重要的影響[36]?；ê?0—35 d是油菜籽粒碳水化合物合成轉(zhuǎn)運(yùn)及脂質(zhì)代謝關(guān)鍵時(shí)期，顯著影響籽粒生長發(fā)育和品質(zhì)形成[37-38]。因此該時(shí)期角果殼游離氨基酸/可溶性糖含量比值對籽粒品質(zhì)形成有重要影響。在本研究中，隨生育進(jìn)程推進(jìn)，角果殼中的可溶性糖和游離氨基酸含量均呈現(xiàn)顯著下降趨勢。但不同輪作模式下角果殼可溶性糖和游離氨基酸含量差異較大，相同時(shí)期豆油輪作角果殼可溶性糖含量低于稻油輪作，游離氨基酸含量及游離氨基酸/可溶性糖含量比值顯著高于稻油輪作。角果殼可溶性糖和游離氨基酸含量對氮素響應(yīng)差異顯著，可溶性糖隨施氮量增加而降低，而游離氨基酸隨施氮量增加而增加，高施氮量下游離氨基酸/可溶性糖含量比值較高，豆油輪作游離氨基酸/可溶性糖含量比值高于稻油輪作。由于豆油輪作下油菜角果殼氮素含量較高，游離氨基酸/可溶性糖含量比值較大，限制碳代謝途徑，稻油輪作油菜籽粒含油率高于豆油輪作，且隨施氮量增加，含油率下降顯著。關(guān)于油菜籽粒含油率受不同輪作模式及施氮量影響差異的物質(zhì)基礎(chǔ)基本明晰，生理及分子機(jī)制還需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

豆油輪作較稻油輪作更利于油菜植株生長及株型改善，從而提升大田實(shí)際產(chǎn)量。增加施氮量可提高不同輪作模式下的籽粒產(chǎn)量，但是也降低根冠比，提高游離氨基酸/可溶性糖含量比值，降低油菜籽粒含油率，稻油輪作在施氮量270 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量、產(chǎn)油量及氮素利用效率達(dá)最大。而豆油輪作雖然在施氮量270 kg·hm-2時(shí)籽粒產(chǎn)量達(dá)最大，但其產(chǎn)油量和施氮量與180 kg·hm-2無顯著差異，且施氮量為180 kg·hm-2時(shí)表觀氮素利用效率達(dá)最大。綜上所述，增加氮肥施用可顯著提高不同輪作模式下油菜產(chǎn)量，稻油輪作油菜施氮量應(yīng)控制在270 kg·hm-2，而豆油輪作油菜施氮量應(yīng)控制在180 kg·hm-2，以保持最高氮素利用效率，并獲得最大經(jīng)濟(jì)效益。

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Effect of nitrogen rates on yield formation and nitrogen use efficiency in oilseed under different cropping systems

LI Xiaoyong1, HUANG Wei2, LIU Hongju3, LI Yinshui1, GU Chiming1, DAI Jing1, HU Wenshi1, YANG Lu1, LIAO Xing1, QIN Lu1

1Oil Crops Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetics Improvement of Oil Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062;2Huanggang Academy of Agricultural Sciences, Huanggang 438000, Hubei;3Yingcheng Agricultural Technology Extension Center, Yingcheng 432400, Hubei

【Objective】 The aim of this study was to investigate the effects of nitrogen application on yield formation and nutrient utilization of oilseed (L.) under different cropping systems. 【Method】a field experiment was carried out in Huanggang, Hubei province. An oilseed variety ‘Zhongyouza19’ was used as the material, setting with two cropping systems (rice-oil rotation, RO; soybean-oil rotation, SO) and four nitrogen rates (N0, 0; N1, 90 kg·hm-2; N2, 180 kg·hm-2; N3, 270 kg·hm-2) in this study. The yield and its components, dry matter accumulation, agronomic traits, nitrogen content and seeds quality were measured. 【Result】(1) the oilseed yield of SO was significantly higher than that of RO, and the pods per plant, seeds per pod and 1000-seeds weight of oilseed in different cropping systems all tended to increase significantly by increasing the amount of nitrogen. Compared with N0, the seed yield of RO increased by 176.68%, 436.49% and 835.40% under N1, N2 and N3 treatments, respectively, while that of SO increased by 123.96%, 344.46% and 547.25%, respectively. Compared with RO, the seed yield under SO increased by 62.09%, 31.33%, 71.79% and 12.21% under N0, N1, N2 and N3 treatments, respectively. (2) The root crown diameter, plant height, first effective branch height and branch number of SO oilseed were significantly higher than those of RO at maturity stage, and the increase in each agronomic trait index was significant under different cropping systems with the increase in nitrogen application; the root biomass and above-ground biomass of SO were significantly higher than those of RO at all growth stages, but the root shoot ratio was lower than that of RO. the root shoot ratio decreased significantly after seedling stage in both cropping system with increasing nitrogen application. (3) Nitrogen content and nitrogen accumulation in the root, pod shell, stalk and seeds of SO were higher than those in RO, and the increases in nitrogen content and nitrogen accumulation in each part were significant with the increase in nitrogen application; the apparent nitrogen recovery efficiency under SO was higher than that under RO, and the apparent nitrogen recovery efficiency under RO increased with the increase in nitrogen application. (4) Compared with the RO, the soluble sugar content of pod shell under SO was lower, while the amino acid content and amino acid/soluble sugar content were higher with the same nitrogen application. The soluble sugar content decreased, but the amino acid content and amino acid/soluble sugar content increased with the increase of nitrogen application. Therefore, the oil content of oilseed under SO was lower than that under RO due to the limitation of fatty acid synthesis substrate, and the oil content of seeds decreased significantly with the increase of nitrogen application in cropping system. Oil yield was the maximum in both cropping system at 270 kg·hm-2nitrogen application level, 1 678.60 and 1 665.33 kg·hm-2for RO, and 1 684.03 and 1 687.10 kg·hm-2for SO, respectively, but the difference in oil yield between 180 and 270 kg·hm-2nitrogen application for SO was not significant. 【Conclusion】In conclusion, the nitrogen rate for RO could be controlled at about 270 kg·hm-2, but the nitrogen rate for SO could be controlled at about 180 kg·hm-2to ensure higher nitrogen use efficiency and higher oil yield.

oilseed (L.); cropping system;nitrogen rate; yield; nitrogen use efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.06.005

2022-06-19；

2022-08-24

國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2020YFD1000900）、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院創(chuàng)新工程（CAAS-ASTIP-2013-OCRI）

李小勇，E-mail：dashuai_17@163.com。通信作者秦璐，E-mail：qinlu-123@126.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩，岳梅）