安徽省冬油菜的施肥现状及肥料利用率

2020-06-03卜容燕程燚王慧韩上胡荣根余忠李敏程文龙孙义祥王家宝武际

中国农业科学 2020年10期

卜容燕，程燚，王慧，韩上，胡荣根，余忠，李敏，程文龙，孙义祥，王家宝，武际

（1安徽省农业科学院土壤肥料研究所，合肥230031；2养分循环与资源环境安徽省重点实验室，合肥230031；3安徽省土壤肥料总站，合肥230031）

0 引言

【研究意义】冬油菜是我国重要的油料作物，也是饲用蛋白和生物柴油的重要来源。安徽省是我国油菜种植大省，据统计，2017年全省冬油菜种植面积为47多万公顷、总产100多万吨，在我国的油料生产中举足轻重[1]。冬油菜是一种典型的冬季作物，具有生育期长，养分需求多等特点，因此进行科学地施肥可以有效提高产量[2-3]。明确当前我国冬油菜施肥现状，对于优化冬油菜施肥水平和施肥技术，提高化肥增产增收效应等具有十分重要的指导意义。【前人研究进展】早在2008年，武际等[4]就安徽省冬油菜主产区施肥展开调查，调查结果表明安徽省冬油菜氮、磷和钾肥平均用量为199、56和47 kg·hm-2。存在的主要问题是氮、磷、钾养分比例不协调，施肥模式单一，有机肥投入量过低等。2010年徐华丽等[5]对长江流域中游区域冬油菜化肥施用调查结果表明，相对于 2008年，2010年我国氮肥平均用量下降，但是氮肥用量不足和过量并存；磷肥和钾肥总体用量仍然不足，氮磷钾养分比例仍需要进一步改善。除此之外，国家在冬油菜合理施肥方面也开展了大量的工作。自 20世纪80年代起，在全国范围内开展了第二次普查工作，摸清了我国的土壤养分状况。2005年全国全面启动测土配方施肥工作，基本明确了我国不同区域土壤肥力状况和推荐施肥水平，并做了大量的推广示范工作。2017年国家启动“油菜减肥减药”重大研究项目，开展油菜减肥减药研究。这些项目的实施，对推进我国冬油菜科学施肥具有重大意义。【本研究切入点】距离上次调查已经过去了10年，随着农业生产水平的不断提高，农民科学施肥的意识越来越强烈，加之国家政策的导向，过去的施肥调查情况已经不能适应当前冬油菜肥料管理的需求。目前我国冬油菜施肥状况到底在何种水平，与10年前调查数据相比，现在并不清楚。【拟解决的关键问题】本文通过对农户施肥情况的抽样调查，以安徽省为例揭示了当前我国长江流域冬油菜施肥现状，为今后冬油菜的科学施肥提供指导，以促进我国油菜产业的可持续发展。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

安徽省地处长江、淮河中下游，地理位置为东经114°54′—119°37′，北纬 29°41′—34°38′。土地面积占到全国的 1.45%，是我国重要粮食生产基地。该地区属于亚热带季风湿润气候，雨热同期，年均气温为14—17 ℃，年均降雨量 773—1 670 mm，无霜期200—250 d。全省可以分为沿江平原区、江淮台地丘陵区、皖南丘陵山地和淮河平原区，其中冬油菜主要分布在沿江、皖南和江淮区域。

1.2 施肥现状调查

根据安徽省农业农村厅《全省肥料施用情况定点调查方案》的要求，对全省肥料施用情况进行调查。按照省农业农村厅的要求，综合考虑冬油菜种植区域、种植面积大小、轮作制度、土壤类型和肥力等因素的基础上在每个县进行调查随机调查30户农民，统计分析不同作物的肥料施用情况。经过汇总以后，我们筛选出所有关于油菜施肥的数据。共获得400个有效样本，分布在11个地级市（35个县）。本次调查的沿江区域有5个地级市，分布情况为安庆（96）、池州（29）、铜陵（9）、芜湖（14）和马鞍山（18）；皖南区域有宣城（64）和黄山（120）两个地级市；江淮区域有滁州（8）、合肥（21）和六安（21）3个地级市（注：括号内数值表示有效样本数）。共计400户样本。调查点如图1所示。

调查内容包括：冬油菜的种植面积、产量、施肥种类、施肥量、施肥方法、施肥时间以及其他与施肥相关的问题。

图1 冬油菜施肥调查监测点分布图Fig. 1 Distribution map of experiment site（n=400）

1.3 相关参数计算

氮肥偏生产力（partial factor productivity from applied N, PFPN, kg·kg-1）=施氮处理作物收获时产量/施氮量，其反映施肥对作物的增产潜力[6]。磷、钾肥计算公式同氮肥。

1.4 数据处理与分析

为了方便计算，肥料分为化肥（单质肥、复合肥、专用肥）和有机肥（饼肥、畜禽粪肥、秸秆、沼气、绿肥和商品有机肥）。农户施用的化肥养分含量以包装说明为准。由于样品数较多，容易受到各方面影响出现离群值，为了统计结果的可靠性，本文参考倪康等[7]研究方法采用面积加权平均的方法计算不同区域施肥水平。

参考Cate和Nelson在1965年提出的Cate-Nelson方法（又称十字交叉法）[8]，以氮磷钾肥平均用量和平均产量为基准，将安徽省冬油菜产能分成4个区域，其中油菜氮肥用量低于全省平均用量，对应产量高于全省平均水平区域定义为氮高产高效；氮肥用量高于全省平均用量，对应产量高于全省平均水平区域定义为氮高产低效；氮肥用量和对应油菜产量均高于全省平均水平区域定义为氮高产低效；氮肥用量和对应油菜产量均低于全省平均水平区域定义为氮低产低效。此评估安徽省冬油菜施氮肥增产空间。磷、钾肥区域划分同氮肥。

试验数据采用Excel进行数据处理，所有图形均用Origin 2017软件进行绘制。

2 结果

2.1 施肥种类及比例

安徽省冬油菜施肥品种调查结果如表1所示。在安徽省冬油菜种植中基本实现化学肥料投入，施用较多的化学肥料品种为复合肥和单质尿素。其中复合肥施用比例最高，其中基肥期的比例为 92.0%；追肥期施用复合肥比例较低，为 19.5%。单质化肥施用量最高的为尿素，其中基肥期的比例为 10.3%；而追肥期施用尿素的比例为 91.8%。不论是在基肥期还是追肥期，单质磷肥和钾肥的比例均较低，主要是依靠复合肥的施用带入磷和钾素营养。相对于化学肥料，有机肥投入比例相对较少，占总样本数的 59.0%。有机肥的品种主要是农作物的秸秆，占到总样本数的49.0%。其余依次是粪肥、商品有机肥、绿肥和饼肥，但是所占比较均较低。

2.2 化肥施用量

安徽省冬油菜养分投入调查结果表明（表 2），全省冬油菜养分由化肥提供的N、P2O5、K2O年均投入量分别为160、63、65 kg·hm-2。安徽省冬油菜3个不同主产区中氮肥用量差别较大。其中沿江区域氮肥用量最低，平均为149 kg·hm-2，变异系数为36.1%；江淮区域氮用量最高，平均为188 kg·hm-2，其变异系数为 37.8%，高于另外两个区域；皖南区域氮肥投入量居中，平均为164 kg·hm-2，其变异系数为30.6%。沿江区域磷、钾肥用量略高于皖南和江淮区域。3个区域磷、钾肥用量的变异系数均高于氮肥。从总养分投入看，江淮区域化肥总养分投入量最大，沿江和皖南区域总化肥投入量一致。从氮、磷、钾养分投入比例上看可知，沿江区域氮、磷、钾养分投入比例较为合理，江淮和皖南区域磷肥和钾肥投入量相对不足。

2.3 施肥量分级

对安徽省冬油菜不同主产区氮、磷、钾肥施用量进行分级，结果如图2所示。安徽省冬油菜施氮量主要集中在120—240 kg hm-2范围内。但是施肥量低于120 kg·hm-2和高于 240 kg·hm-2比例为 21.3%和 6.6%，这说明在冬油菜生产中依然存在施氮不足和过量的现象。对比安徽省不同区域可以发现，沿江区域施氮低于 120 kg·hm-2所占比例为 29.5%，高于其他江淮（10.4%）和皖南（15.7%）；而江淮地区施肥量大于240 kg·hm-2的比例最高（20.7%）。具有明显地区域化特征。

表1 2017—2018年度冬油菜施用肥料品种及其比例Table 1 The type and percentage of fertilizer applied in winter rapeseed during 2017-2018

表2 2017—2018年度不同产区冬油菜化肥养分用量Table 2 Nutrient application rates in winter rapeseed of different regions during 2017-2018

图2 安徽省不同区域冬油菜氮磷钾肥施用量分级Fig. 2 Distribution of nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer in the different winter rapeseed regions in Anhui Province

安徽省沿江、皖南和江淮区域油菜种植中磷肥（P2O5）用量在 45—90 kg·hm-2时比例最大。施肥量小于45 kg·hm-2时的比例为24.1%—27.2%。3个区域只有皖南区域有1.1%施肥量超过135 kg·hm-2，沿江和江淮区域均不存在磷肥施用过量的现象。

与磷肥施用量情况相似，安徽省钾肥（K2O）用量在 45—90 kg·hm-2时比例最大。施肥量小于 45 kg·hm-2时的比例分别为17.9%—24.1%。施肥量超过135 kg·hm-2时的比例仅为1.8%。这说明在全省冬油菜种植过程中，农民对钾肥的重视程度仍然不够。但是值得注意的是，安徽省冬油菜种植中，作物秸秆还田量较大，占到总样本的49.0%。根据《中国有机肥料养分志》评估还田带入的钾含量为3—40 kg·hm-2左右，这部分秸秆带入的钾素对冬油菜的增产作用不可忽视。

2.4 施肥方式

表3表明全省油菜种植中仍以人工施肥为主，机械化施肥普及程度不高，仅占总样本数的 38.8%。其中沿江区域机械化施肥比例较高，为 50.4%，而江淮（27.6%）和皖南（27.7%）两个区域较低。通过对不同施肥方式下氮、磷和钾肥偏生产力分析可知，机械施肥方式下氮、磷和钾肥偏生产力均高于人工施肥。其中沿江、江淮和皖南区域机械施肥方式下氮肥偏生产力比人工施肥方式高22.1%、31.5%和15.5%；磷肥偏生产力比人工施肥方式高37.0%、10.9%和14.1%；钾肥偏生产力比人工施肥方式高37.0%、10.9%和14.4%。

当前安徽省油菜种植以普通农户种植为主，占到总数的 62.5%，其次是大户，而家庭农场所占比例较小。家庭农场、大户和普通农户分别有47.8%、41.3%和39.5%的农户是进行机械施肥（图3），由此可见，家庭农场和大户实现机械施肥的比例要高于普通农户。

2.5 养分运筹

调查结果（表 4）表明，安徽省冬油菜种植过程中90%以上农户是进行氮肥分次施用。其中沿江地区仅有6.8%的农户是一次性施氮肥，而江淮和皖南地区100%实现氮肥分次施用。但是从养分分配上看，沿江、江淮和皖南区域，冬油菜整个生育期内的 44.8%、47.3%和40.2%氮肥用于基肥，不足油菜整个生育期内氮肥总投入量的一半。从施肥次数上分析可知，全省氮肥分次施用主要以基肥和一次施肥为主（92.9%），分3次施肥的比例不足10.0%

与氮肥施用不同，除了复合肥中磷肥带入，油菜生长期间，没有追施单质磷肥。

冬油菜生育期内钾肥分次施用所占比例较少，沿江和皖南区域有 31.4%和 19.7%的比例实现了钾肥分次施用，而江淮区域钾肥是 100%基施。沿江和皖南区域有59.8%和62.7%的钾肥用于基施。

表3 2017—2018年度不同产区冬油菜化肥施肥方式调查Table 3 The investigation of fertilizer application mode of winter rapeseed during 2017-2018

表4 2017—2018年度不同产区冬油菜化肥分次施用调查Table 4 Proportions of winter rapeseed applying chemical fertilizer in different growing season during 2017-2018

图3 2017—2018年度冬油菜的经营方式和施肥方式Fig. 3 The investigation of fertilizer methods and farming households in winter rapeseed during 2017- 2018

2.6 施肥量与冬油菜产量的相关性分析

通过对全省冬油菜产量进行分析可知，2017—2018年度安徽省冬油菜平均产量为2 017 kg·hm-2，其中有51.8%面积的产量水平在1 500—2 250 kg·hm-2范围内，有28.8%面积的产量水平高于2 250 kg·hm-2；低于1 500 kg·hm-2产量的面积占19.5%。

Cate-Nelson方法分析表明（图4），全省冬油菜种植中，分布于氮、磷和钾肥高产高效区域的农户比例分别为23.8%、20.2%和21.0%，该区域氮、磷和钾肥偏生产力分别为20.6、54.8和52.4 kg·kg-1。分布于氮、磷和钾肥低产低效区域的农户比例分别为29.3%、26.2%和23.8%，该区域氮、磷和钾肥偏生产力分别为8.3、21.1和19.9 kg·kg-1，这部分农户施肥增产效果最差。分布于氮、磷和钾肥高产低效区域的农户比例分别为18.8%、22.1%和21.5%，该区域的氮、磷和钾肥偏生产力分别为12.7、31.0和29.9 kg·kg-1；分布于氮、磷和钾肥低产高效区域的农户比例分别为 28.2%、31.5%和33.7%，该区域的氮、磷和钾肥偏生产力分别为12.8、31.0和29.9 kg·kg-1。通过对比可知，高产高效区域内油菜的氮、磷、钾肥用量偏生产力最高；其他3个区域的氮、磷、钾肥偏生产力分别比高产高效区域低 37.9%—59.9% 、 36.5%—61.5% 和35.5%—62.0%，这部分氮、磷、钾肥的偏生产力提升空间较大。

对比安徽省3个不同油菜主产区可以发现，在氮、磷和钾肥高产高效区域中，沿江地区占比最高，分别为32.3%、24.7%和24.1%；在氮、磷和钾肥高产低效区域内，江淮地区比例最高，分别为34.0%、40.0%和42.0%；在氮、磷和钾肥低产高效和低产低效区域，均是皖南地区最高，其中在低产高效区域比例分别为30.3%、37.1%和45.1%，在低产低效区域比例分别为39.3%、32.6%和26.6%。

图4 安徽省冬油菜产量与施肥量相关性分析（n=400）Fig. 4 Statistical the relationship between yield of winter rapeseed and nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer application rate in different regions in Anhui Province during 2017-2018

3 讨论

3.1 安徽省油菜施肥强度时间变化特征

安徽是我国冬油菜的主产区之一，了解该地区冬油菜的施肥现状对指导冬油菜科学施肥具有重要的意义。自20世纪80年代起，在全国范围内开展了第二次土壤普查工作，摸清了我国的土壤养分状况。增强了农民施肥的积极性。因此在 2005年，钱晓华等[9]对安徽省农作物的施肥调查结果表明随着现代农业的发展，在农业生产过程中，氮肥用量持续增长，磷肥出现了缓降的趋势，钾肥用量得到逐渐的提升。但是总体上还存在施肥用量增长过快，肥料施用不合理等一系列的现状。2005年全国全面启动测土配方施肥工作，基本明确了我国不同区域土壤肥力状况和推荐施肥水平，并做了大量的推广示范工作。因此到 2008年安徽省冬油菜氮、磷和钾肥平均用量为 199、56和47 kg·hm-2。相对于2005年氮肥用量明显下降，但是磷肥和钾肥用量则相对不足，在施肥过程中主要存在问题是：氮磷钾养分比例不协调，施肥模式单一，有机肥投入量过低等问题[4]。随后在 2010年，徐华丽等[10]对安徽省冬油菜化肥施用现状开展了大范围的调查表明，2010—2011年度安徽省冬油菜养分投入中化肥占主导地位，氮肥用量基本充足，相对于2008年，2010年氮肥平均用量下降，钾肥用量增加。2017年国家启动“油菜减肥减药”重大研究项目，开展油菜减肥减药研究。相对于10年前的施肥现状，当前安徽省冬油菜种植中肥料的用量已经趋于合理化，其中氮肥用量明显下降，磷肥和钾肥用量有所增加。在肥料品种上，目前有机肥、专用肥和新型肥料施用比例明显上升[11-12]。这主要得益于国家政策的支持和一大批科研工作者对油菜科学施肥的研究和推广。一些制约冬油菜高产高效的问题得以明确，虽然全省冬油菜种植中氮、磷和钾肥平均用量更趋于合理化，但是在肥料品种选择和施肥技术上还是存在很多不合理的现象。

3.2 有机肥投入不足

施用有机肥不仅可以减少化肥投入、提升土壤肥力，还可以变废为宝、增加经济效益[13-15]。随着人们生活水平的提高，由于劳动力成本等因素的限制，在油菜种植中农民重视化肥施用，而忽略了有机肥施用。虽然当前安徽省冬油菜种植中有 59.0%的农户投入了有机肥，但是主要是以秸秆还田为主，占到总样本数的 49.0%。粪肥、商品有机肥、绿肥和饼肥等养分含量较高的有机肥所占比例不足10%。通过对沿江、江淮和皖南区域有机肥施用调查可以发现，有机肥施用主要是集中在沿江区域，其次是江淮区域，而皖南区域施用比例最低。这主要是和当地经济水平以及地形有关。皖南地区多是山区，经济相对落后。相对于化肥，有机肥养分含量低，用量较大，导致施肥所需的劳动力成本大幅度增加，因而有机肥普及率不够。因此需要加强有机肥的研发，同时加强相关施肥机器的开发和有关技术的推广示范。

3.3 氮肥运筹有待改进

氮肥在土壤中移动性最强，也是最易损失的肥料，氮肥分次施用不仅能满足油菜不同时期氮素养分需求，还能减少肥料损失，提高肥料利用效率[16]。通过对冬油菜的氮素吸收规律进行分析可知，油菜最适的氮肥施用时期和分配比例为：50%—60%用于基肥期、20%用于越冬肥期、20%—30%用于薹肥期。近年来，随着油菜种植方式的改变，直播油菜的种植面积在不断扩大，相对于移栽油菜来说，直播油菜在生长前期氮素养分需求更高[17-18]。虽然当前安徽省普遍实现了氮肥分次施用，但是主要是分为基肥和一次追施（薹期）。根据冬油菜的养分需要，基肥施氮量为全生育期的48%可能不能满足油菜薹期以前养分需求，尤其是对于直播油菜来说。我们的调查结果还表明，在冬油菜种植过程中秸秆作为一种高碳氮比的有机物料，还田比例较大。在还田的初期，由于大量的碳的投入，可能会引起作物短期缺氮，因此在进行秸秆还田时应该增加基肥期氮素的投入，才能保证冬油菜生长前期养分的需求[19]。

尽管氮肥分次施用对于提高油菜的产量和氮肥利用率固然重要，但是也存在用工量大，成本高等问题。近年来研究表明，根据油菜生育期养分需要特点研发的油菜专用缓控释尿素可以实现肥料氮与作物氮素吸收相匹配[20]。但是当前油菜专用缓控释尿素在油菜种植中普及率较低。主要是因为目前缓控释尿素的成本较高。因此在以后的工作中要加强缓控释肥的研发，降低生产成本，同时也可以明确适宜的尿素和缓控释肥的配比比例，既实现养分供应与作物氮素吸收同步，也可以通过一定的尿素替代缓控释肥，降低成本。

3.4 机械化施肥普及率较低

以往的研究表明施肥方式是影响氮素损失的重要因素。表面撒施由于得不到有效的阻控，会增加氨挥发，氧化亚氮排放风险，降低氮损失最根本的方式还是要从传统人工施肥方式上入手[21-22]。魏玉云等[23]通过对大量数据进行统计，施肥方式是影响氨挥发的重要因素，其中表明撒施氨挥发量最大，其次是混施，深条施可以明显减少氨挥发的量。这主要是因为土壤胶体富含大量的阴离子，深施以后可以通过土壤胶体吸附固定氮素，以降低有效态氮含量[24]。除此之外，可以通过机械将肥料施入特定的位置，有利于植物根系对养分的吸收[25]。于晓芳等[25]研究表明，相对于表施氮肥深施5—25 cm，可以增加玉米根系生物量，提高根系活力，促使根系下移，进而提高了玉米的产量和氮肥利用效率。姜超强等[26]进行根区精准施肥研究表明，相对于农民习惯表施，精准穴施尿素和条施尿素可以减少肥料用量、实现作物高产高效。我们的调查数据表明全省不同油菜种植区域机械施肥方式下油菜平均单产水平，氮、磷和钾肥偏生产力均高于人工施肥。由此可见，机械化施肥是一种节肥高效的施肥方式，是未来农业的主要施肥方式。但是全省油菜种植中进行机械施肥比例为 38.8%，人工施肥比例为61.2%，机械化施肥普及程度不高。因此，在油菜种植过程中要深入研发施肥机械，并加强推广示范。

当前安徽省冬油菜平均单产水平为2 017 kg·hm-2，相对于 2005年国家启动测土配方施肥前的平均单产水平（1 793 kg·hm-2），有了较大幅度的提升（12.5%）。但是相对于发达国家来说，我国冬油菜单产水平依然还有很大的提升空间。采用Cate-Nelson方法（十字交叉法）作图评估安徽省冬油菜产能效率研究结果表明，当前安徽省冬油菜仅有23.8%、20.2%和21.0%农户的氮、磷、钾肥施用量低于全省平均水平，但是可以获得较高的产量，这说明在提升冬油菜的产量和肥料利用效能上还有很大的空间。尤其是全省冬油菜种植中有18.8%、22.1%和21.5%农户实现冬油菜高产，但是没有实现氮、磷、钾肥高效，这主要是因为氮、磷和钾肥平均施肥量较高。因此接下来的工作重点应该是通过合理的有机替代减少化肥投入量，优化施肥技术，加强机械化施肥推广应用提高肥料利用效率。

3.5 区域施肥建议

根据油菜生长的区域特征，可以将安徽省冬油菜分为沿江、江淮和皖南3个种植区。调查结果表明安徽省冬油菜施肥具有明显的区域性，其中沿江地区氮肥投入量最低，江淮地区最高；沿江区域磷、钾肥用量略高于皖南和江淮区域。总的来说，江淮地区化肥总投入量最高，沿江和皖南地区差别不大。尽管肥料偏生产力分析表明相对于人工施肥，机械施肥提高了化肥偏生产力，但是本次调查结果表明全省油菜种植中仍以人工施肥为主，机械化施肥普及程度不高，其中沿江地区比例较高，而江淮和皖南两个地区均较低。这与当地的土壤肥力、地形、经济收益等因素密切相关。2018年安徽省耕地质量检测结果表明沿江、江淮和皖南3个地区土壤有机质含量分别为25.0、19.4和26.0 g·kg-1；全氮含量分别为 1.6、1.3 和 1.7 g·kg-1；有效磷含量分别为14.8、14.3和14.5 mg·kg-1；有效钾含量分别为 82.1、107.1和 78.2 mg·kg-1（数据未发表）。对比 3个区域可知，沿江和皖南地区土壤肥力水平高于江淮地区。我们的调查结果表明在油菜种植中，江淮地区化肥用量最高，这主要是受到土壤肥力水平的影响。与沿江和江淮地区不同，皖南地区多为山区，在缺乏合适的机械条件下，难以大范围在山区实行机械化施肥和有机肥推广。因此在皖南地区可以加强油菜专用缓控释肥的研发及推广，在有机替代方面，可以利用冬闲田种植绿肥，进行部分化肥养分替代。