長江中下游稻油輪作區(qū)氮肥運(yùn)籌對(duì)土壤肥力和油菜產(chǎn)量的影響

陳國徽 ，張頌 ，陳艷芳 ，高冰可 ，車品高 ，陳俊松 ，杜紅霞 ，呂淑珍 ，曹國軍

（1.九江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 江西 九江 332000； 2.九江市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心, 江西 九江 332000； 3.九江市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 江西 九江 332000； 4.濂溪區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 江西 九江 332005）

0 引言

油菜作為我國食用植物油的第一大來源，在我國油料作物中占有舉足輕重的地位[1]。江西省所處的長江中下游地區(qū)，有著優(yōu)良的耕地資源和水熱條件，是我國重要的糧食生產(chǎn)基地[2]。油菜作為江西省種植面積第二大的農(nóng)作物和最大的油料作物，在全省農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)中占有重要地位[3]。稻油輪作模式是江西省主要種植制度之一，常年種植面積達(dá)到500 萬畝，占全省油菜種植面積的62.5%。但江西省的土壤肥力普遍低下[4]，保肥能力差，同時(shí)長年不科學(xué)合理施肥造成稻油輪作區(qū)油菜單產(chǎn)遠(yuǎn)低于全國的平均水平[5]。因此，提高油菜的單產(chǎn)、維持土壤肥力對(duì)長江中下游稻油輪作區(qū)糧油安全及農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

油菜是需氮量較大的作物，氮作為重要的營養(yǎng)元素，不僅是油菜產(chǎn)量的重要限制因子，還是維持油菜高生產(chǎn)力發(fā)展的重要基礎(chǔ)[6]。若氮肥施用不足，則不能滿足油菜生長的需要[7]；若施氮量過多，也會(huì)造成油菜生長后期貪青晚熟等情況[8]。同時(shí)，氮肥目前存在利用率低、施用與產(chǎn)量目標(biāo)、生態(tài)目標(biāo)不匹配以及施用時(shí)期不合理等問題[9-10]。一方面，農(nóng)民的施肥習(xí)慣為重施基肥輕施追肥，這與油菜的生長期需肥規(guī)律不符；另一方面，重施化肥輕施有機(jī)肥，長此以往，會(huì)影響土壤質(zhì)量造成環(huán)境問題[6]。因此，優(yōu)化氮肥的高效施用技術(shù)，避免氮肥的不合理施用，對(duì)提高油菜產(chǎn)量和土壤質(zhì)量具有重要意義。

已有研究表明，我國油菜施用化肥增產(chǎn)效果顯著，表現(xiàn)為氮肥＞磷肥＞鉀肥[9]。增加施肥次數(shù)，除基肥外，適當(dāng)增施越冬肥和蕾薹肥[11-12]，以及適當(dāng)施用硼肥[13]，符合油菜對(duì)養(yǎng)分的需求規(guī)律。甘國渝等[14]建議要根據(jù)冬油菜種植區(qū)域土壤和油菜養(yǎng)分需求特點(diǎn)，調(diào)節(jié)氮肥施用時(shí)期和配比有利于滿足油菜前期快速生長對(duì)氮素的需求，同時(shí)減少過量施氮造成的淋溶和損失。然而，近年來由于油菜種植效益低下[3]，長江中下游稻油輪作區(qū)更重視水稻生產(chǎn)，對(duì)于油菜，施肥過量和不足問題同時(shí)并存，施肥方式粗放，施肥過程復(fù)雜[9]。因此，本研究采用田間定位試驗(yàn)，通過改變氮肥的基追比、增施硼砂以及有機(jī)無機(jī)配施等具體優(yōu)化措施，來研究不同氮肥處理對(duì)油菜產(chǎn)量的影響，以期為優(yōu)化氮肥的高效施用，提高油菜產(chǎn)量和土壤質(zhì)量提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試油菜品種為江西省主推品種“潯油10 號(hào)”，由九江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院與中國油料作物研究所共同繁育。供試土壤為下屬系黃土發(fā)育而成的水稻土，長年開展稻油輪作，試驗(yàn)前耕層（0 ～ 20 cm）土壤pH 5.39，有機(jī)質(zhì)15.4 g·kg-1，全氮1.22 g·kg-1，堿解氮112 mg·kg-1，有效磷19.5 mg·kg-1，速效鉀111 mg·kg-1。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)共設(shè)4 個(gè)處理，分別為：①常規(guī)施肥（CK：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為6 : 2 : 2）；②NPK 化肥前氮后移（CR：施肥量與處理①一致，調(diào)整氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為5 : 3 : 2）；③NPK 化肥配施硼砂（CRB：在處理②的基礎(chǔ)上配施硼砂6 kg·hm-2）；④70%NPK 化肥（70%以N計(jì)）+30%有機(jī)肥（CM）。

試驗(yàn)于2020 年在江西省九江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院馬回嶺試驗(yàn)基地（115°48' E，29°27' N）進(jìn)行，試驗(yàn)區(qū)位于長江中下游—稻油輪作主產(chǎn)區(qū)，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，海拔43 m，年均氣溫17.2 ℃，2001 ～ 2020 年≥10℃的平均有效積溫在5 500℃ ～ 5 800℃，年平均日照1 891.5 h，年均降雨量1 420.4 mm，無霜期266 天。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)小區(qū)面積30 m2，每個(gè)處理設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，隨機(jī)排列。化學(xué)肥料配施尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）；有機(jī)肥由江西三品生物科技有限公司提供，其中含N 2.9%，pH 值為6.01。油菜常規(guī)施N 180 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 108 kg·hm-2，磷、鉀肥做基肥一次性施入，氮肥分基肥、越冬肥和蕾薹肥施用，基追比根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行。其它田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.2.2 土壤肥力指標(biāo)

試驗(yàn)在油菜收獲后采集土樣，每個(gè)小區(qū)按S 形隨機(jī)選擇5 個(gè)點(diǎn)，收集0 ～ 20 cm 土層土壤制成混合土樣，采用“四分法”取1 kg 帶回室內(nèi)風(fēng)干，剔除動(dòng)植物殘?bào)w和石礫，磨細(xì)過20 目篩備用。土壤pH 采用電位法（水土比2.5 : 1），有機(jī)質(zhì)采用K2Cr2O7容量-外加熱法，全氮采用濃H2SO4消化-半微量開氏法，堿解氮采用1.0 mol·L-1NaOH 堿解擴(kuò)散法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用1.0 mol·L-1NH4OAc 浸提-火焰光度法測定。具體測定方法參照《土壤農(nóng)化分析》[15]。

1.2.3 產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀

在油菜的成熟期對(duì)每個(gè)處理取樣，油菜收獲時(shí)將小區(qū)80%面積的油菜整齊的收割裝入網(wǎng)袋中，籽粒脫落后風(fēng)干稱重為實(shí)際產(chǎn)量，記錄實(shí)產(chǎn)并換算成每公頃籽粒重。

在油菜收獲前2 ～ 3 天內(nèi)對(duì)所有小區(qū)油菜農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取有代表性的10 個(gè)植株，主要調(diào)查內(nèi)容包括株高、一次有效分枝數(shù)、分枝部分、單株有效角果數(shù)和每果粒數(shù)。

1.2.4 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 22 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析，Origin 2022 作圖，文內(nèi)表格所列數(shù)據(jù)均為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同氮肥運(yùn)籌對(duì)冬油菜土壤化學(xué)性質(zhì)的影響

各施氮運(yùn)籌對(duì)土壤pH 影響較?。▓D1）。其中，CR 處理的pH 為4.63，與CK 處理（4.525）相比降低了0.105 個(gè)單位，未見顯著性差異。

各施氮運(yùn)籌均未顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖2a）。與CK 相比，CM 處理提高了土壤有機(jī)質(zhì)含量，提升幅度為5.26%，其他處理雖降低了土壤有機(jī)質(zhì)，但差異均未達(dá)到顯著水平。

圖2 不同施肥處理對(duì)冬油菜土壤有機(jī)質(zhì)和全氮的影響Fig. 2 Effects of different fertilizations on soil organic matter and total nitrogen of winter rape

與有機(jī)質(zhì)不同，各施肥運(yùn)籌均顯著提高了土壤全氮含量（圖2b）。與CK 相比，CR、CRB 和CM 處理土壤全氮含量分別顯著增加1.98%、1.67%和7.99% （P＜ 0.05）。各優(yōu)化處理間，以CM 處理最高，且顯著高于CR 和CRB 處理（P＜ 0.05）。

各施氮運(yùn)籌對(duì)土壤速效養(yǎng)分影響顯著（圖3）。與CK 相比，CM 處理顯著提高土壤堿解氮含量，增幅12.5% （P＜ 0.05）；其它施肥處理土壤堿解氮含量雖有所提升但差異未達(dá)顯著水平（圖3a）。與堿解氮不同，各施肥運(yùn)籌均降低了土壤有效磷含量，但差異不顯著（圖3b）。各施肥運(yùn)籌對(duì)土壤速效鉀的影響見圖3c。與CK 相比，CR 和CRB 處理土壤速效鉀含量分別顯著增加18.5%和11.6%（P＜ 0.05）；CM處理有所降低，但差異未達(dá)顯著水平。

圖3 不同處理對(duì)冬油菜土壤速效養(yǎng)分的影響Fig. 3 Effects of different fertilizations on soil available nutrients of winter rape

2.2 不同氮肥運(yùn)籌對(duì)油菜產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

與常規(guī)施肥（CK）相比，氮肥運(yùn)籌（CR、CRB、CM）明顯提高了油菜菜籽產(chǎn)量，增幅為26.1% ～34.8%，但未見顯著性差異（表1）。

表1 不同施肥處理對(duì)冬油菜產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀的影響Table 1 Effects of different fertilizations on yields and agronomic traits of winter rapeseed

不同氮肥運(yùn)籌對(duì)油菜生長的影響較小。與CK 相比，各優(yōu)化施氮處理對(duì)油菜株高、一次有效分枝數(shù)、分枝部位和單株有效角果數(shù)無顯著影響；CRB 處理油菜每果粒數(shù)顯著增加了22.7% （P＜ 0.05）。各氮肥運(yùn)籌間，以CRB 處理油菜農(nóng)藝性狀指標(biāo)較優(yōu)。其中，CRB 處理一次有效分枝數(shù)、分枝部位和每果粒數(shù)均顯著高于CM 處理（P＜ 0.05），而與CR 處理無顯著差異（除每果粒數(shù)）?？傮w而言，CRB 處理對(duì)油菜的各農(nóng)藝性狀指標(biāo)增幅最大（表1）。

2.3 土壤肥力指標(biāo)與油菜產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

土壤肥力指標(biāo)與油菜產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的相關(guān)性表明（表2），土壤pH 與油菜產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀指標(biāo)均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。其中，pH 值與全氮、有效磷、速效鉀、株高和菜籽產(chǎn)量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.01），與一次有效分枝數(shù)和單株角果數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.05）。此外，土壤有機(jī)質(zhì)與全氮、堿解氮和有效磷等養(yǎng)分指標(biāo)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.05）。有效磷同株高、一次有效分枝數(shù)、單株角果數(shù)和產(chǎn)量呈極顯著（P＜ 0.01）或顯著（P＜ 0.05）的正相關(guān)關(guān)系；速效鉀與所有農(nóng)藝指標(biāo)呈顯著（單株角果數(shù)和每角粒數(shù)）或極顯著（株高、一次有效分枝數(shù)和分枝高度）的正相關(guān)關(guān)系；全氮與株高和產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.01），與單株角果數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.05）。同時(shí)，產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成因子之間相關(guān)性表明，產(chǎn)量與株高和一次有效分枝數(shù)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P＜ 0.01）。

表2 土壤化學(xué)性質(zhì)與冬油菜產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀的相關(guān)性Table 2 Correlations between soil chemical properties, winter oilseed rape yield and yield agronomic traits

3 討論

3.1 不同氮肥運(yùn)籌對(duì)冬油菜土壤肥力指標(biāo)的影響

本研究顯示，與常規(guī)施肥相比，優(yōu)化施氮并未顯著影響土壤pH 值。而相較于試驗(yàn)前pH（5.39），各處理土壤pH 值降低了0.67 ～ 0.87 個(gè)單位。這與眾多學(xué)者研究結(jié)果一致[16-17]。施肥會(huì)導(dǎo)致土壤酸化，作物生長過程中吸收了部分氮素，而留在土壤中的部分氮素會(huì)通過淋溶和氨揮發(fā)損失掉，從而增加了H+離子含量造成土壤酸化[18]。本文還發(fā)現(xiàn)有機(jī)肥替代氮肥并沒有提高土壤pH 值，可能的原因是本研究中使用的有機(jī)肥pH 值（6.01）較低，且僅替代了30%，對(duì)緩解土壤酸化效果不明顯。胡天睿等[19]研究認(rèn)為，有機(jī)肥替代40%以上化學(xué)氮肥既能防治土壤酸化，又能提升其抗酸化能力。

本研究表明，與常規(guī)施肥相比，優(yōu)化施氮并未顯著影響土壤有機(jī)質(zhì)含量（圖2a）。此外，有機(jī)無機(jī)配施對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)含量有所增加但未達(dá)到顯著影響，原因可能是有機(jī)肥增加有機(jī)質(zhì)的同時(shí)，也提高了微生物的數(shù)量和活性，進(jìn)而促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)的分解，導(dǎo)致土壤有機(jī)質(zhì)含量沒有顯著提高。

本研究中，優(yōu)化施氮處理顯著增加了土壤全氮含量，尤以有機(jī)無機(jī)肥配施增幅最大（圖2b）。有機(jī)無機(jī)肥配施在增加土壤有機(jī)質(zhì)的同時(shí)增加了土壤的有機(jī)態(tài)氮[20]。此外有機(jī)肥的輸入，增加了土壤有機(jī)碳，提高了土壤中C/N，有利于礦質(zhì)氮的微生物固持，轉(zhuǎn)化為有機(jī)氮[21]，前氮后移措施減少了油菜苗期基施氮肥過多造成淋溶損失，同時(shí)后移為油菜越冬提供了養(yǎng)分供給[11]。由此可見，優(yōu)化氮肥措施有利于提高土壤肥力，有利于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

本研究中，只有有機(jī)無機(jī)配施顯著提高了土壤堿解氮含量（圖3a）。這可能由于單施化肥投入的氮是無機(jī)氮，因此在作物生長階段大量無機(jī)氮可能被地表徑流和淋溶等作用所帶走。此外，有機(jī)肥分解緩慢，具有長效性，減施氮肥并配施一定比例的有機(jī)肥不僅滿足了作物生長需求，而且還降低了氮素養(yǎng)分的流失風(fēng)險(xiǎn)[22]。

本研究還發(fā)現(xiàn)，各施肥處理均對(duì)冬油菜土壤有效磷含量影響甚微，僅前氮后移處理顯著提高土壤速效鉀含量（圖3b, c），說明化肥和有機(jī)肥對(duì)提高土壤有效磷含量具有大致相同的效果。而有機(jī)肥的肥效較緩，沒有單純施用化肥的效果更直接，可能是導(dǎo)致土壤速效鉀含量在施用有機(jī)肥下提高不大的主要原因。

3.2 不同氮肥運(yùn)籌對(duì)油菜產(chǎn)量及其農(nóng)藝性狀的影響

油菜是氮肥需求量很大的作物，適宜的氮素供應(yīng)是油菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的關(guān)鍵，氮肥供應(yīng)不足，則無法滿足油菜生長的需要，進(jìn)而導(dǎo)致油菜的產(chǎn)量低。本研究針對(duì)目前基肥施用過多而中后期投入不足的情況，基于等養(yǎng)分投入，將氮肥基追比例從6 : 2 : 2 調(diào)整為5 : 3 : 2 有利于油菜產(chǎn)量的提升，比常規(guī)施肥處理提升了24.1% ～ 34.8%，這與孫梅等人[6]的研究結(jié)果一致。表明油菜中后期的肥料投入更為重要，而前氮后移措施有利于作物后期對(duì)養(yǎng)分需求的供應(yīng)。此外，與常規(guī)施肥相比，有機(jī)無機(jī)肥配施增產(chǎn)26.8%。相關(guān)性分析表明，土壤全氮與油菜籽產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與土壤堿解氮也呈正相關(guān)關(guān)系，因此，有機(jī)無機(jī)肥配施可能通過提高土壤氮素含量進(jìn)而增加了油菜產(chǎn)量。

油菜是對(duì)硼元素敏感的作物，在前氮后移基礎(chǔ)上增施硼砂可以顯著提高油菜的產(chǎn)量及各項(xiàng)農(nóng)藝性狀指標(biāo)，增產(chǎn)效果明顯[23-25]。本研究中，CRB 處理油菜菜籽產(chǎn)量最高，這可能是因?yàn)槭┡痫@著提高了油菜的各項(xiàng)農(nóng)學(xué)性狀，尤其是是每果粒數(shù)（表1），而通過相關(guān)性分析，油菜農(nóng)藝性狀與菜籽產(chǎn)量均呈正相關(guān)關(guān)系。

4 結(jié)論

不同施肥措施均導(dǎo)致冬季油菜土壤pH 顯著下降，卻能顯著提高土壤全氮含量。此外，有機(jī)無機(jī)肥配施措施顯著提高了土壤堿解氮含量，前氮后移措施顯著提高土壤速效鉀含量。油菜菜籽產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀與土壤養(yǎng)分主要呈正相關(guān)關(guān)系，研究結(jié)果表明，優(yōu)化施氮對(duì)土壤養(yǎng)分的改善促進(jìn)了油菜株高和單株角果數(shù)等農(nóng)藝性狀的生長，進(jìn)而提高了油菜籽粒產(chǎn)量。對(duì)比不同施氮運(yùn)籌，油菜菜籽產(chǎn)量以前氮后移基礎(chǔ)上增施硼砂（CRB）最有利于油菜增產(chǎn)，但綜合考慮產(chǎn)量與地力，有機(jī)無機(jī)肥配施模式（CM）更有利于提升地力保證產(chǎn)量，效果最好，可在長江中下游稻油輪作下的油菜季進(jìn)行推廣。