前氮后移及有机肥替代对油菜产量和氮吸收利用的影响

孙梅，孙耿，龙泽东，吴光荣，罗尊长，唐海明，曾跃辉

(1.湖南省土壤肥料研究所，湖南 长沙 410125; 2.湖南省农业科学院，湖南 长沙 410125; 3.浏阳市农业发展事务中心，湖南 长沙 410300)

0 引 言

油菜是我国重要的油料作物之一，也是世界仅次于油棕和大豆的第三大重要供油作物，在食用油、饲料及生物燃料等方面均占有重要角色[1-2]。因此，油菜的高产稳产对我国粮油安全乃至于世界的粮油安全均起着非常重要的作用。氮素是油菜生长发育及形态建成所需的大量元素之一，是油菜维持高生产力发展的重要基础[3]，也是限制油菜产量的关键因子之一。氮肥对油菜产量的贡献率从20世纪60年代的31%提高到了现阶段的72%[4]，合理施用氮肥、提高氮肥利用率是油菜高产优质的重要保障。有调查发现，油菜肥料施用不合理现象普遍存在[5-6]，一方面，重施化肥轻施有机肥，而过分依赖化肥会影响作物对养分的吸收利用效率，进而影响作物的产量和品质，并引发一系列的环境问题；另一方面，重施基肥轻施追肥，随着城市化进程日益加速，农村劳动力减少，轻简化农业的普及，油菜施肥次数有下降的趋势，这与油菜生育期养分需肥规律相悖，严重限制了油菜的增产潜力。前人研究表明，氮肥不同比例的时期运筹在水稻、小麦、玉米等作物上对作物根系生长活力、作物氮吸收、作物产量及品质等方面均有影响[7-9]。有机肥替代化肥不仅可以缓解过量施用化肥带来的土壤质量退化问题，还能满足作物在各生育期对养分的需求，改善作物品质和提高肥料利用率[10]。但有机肥替代化肥配合氮肥时期运筹在油菜生产中的应用尚不多见。本研究采用田间试验，通过有机肥替代化肥，氮肥施用时期运筹等措施下，研究油菜产量和氮吸收利用特性，以期为优化油菜种植施肥技术提供技术支撑，为实现减肥增效和农业可持续发展提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概述

试验于2015-2016年在湖南省浏阳市达浒镇达兴村(113°54′38.8″E，28°26′18.3″N)开展。该地位于长江中下游地区，属亚热带季风性湿润气候，多年平均气温17.2 ℃，无霜期年平均264 d，年平均日照1 516.7 h，年平均降水量1 600 mm。供试土壤为河流冲积物发育的水稻土，主要种植制度为稻-油轮作，基本理化性质见表1。

表1 供试土壤理化性质

1.2 试验设计

试验共设置4个处理，分别为不施任何肥料(CK)、常规施肥(CF：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例为6∶2∶2)、前氮后移(CR：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例为5∶3∶2)、有机肥替代30%氮肥(CRM：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例为5∶3∶2)，除CK处理外所有处理的有机肥、氮、磷、钾肥做基肥一次性施入，具体施用量见表2。每个处理设3次重复，采用随机区组设计，小区面积为30 m2。试验采用供试肥料分别有尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%)和有机肥(含N 2.06%、P2O50.64%、K2O 2.40%)。供试油菜为当地主栽油菜品种湘杂油553号。种植方式为移栽，9月中下旬播种，10月下旬进行移栽，苗龄30 d左右，移栽苗以健壮单株为主，移栽密度约为1.2×105株·hm-2，株间距0.20 m，行间距0.33 m。

表2 不同处理肥料施用量(kg·hm-2)

1.3 样品采集与指标测定

试验开始前多点混合法采集0～20 cm土层基础样品，测定土壤理化性质等指标。在油菜收获期每个小区按照多点混合法采集0～20 cm土层样品，测定土壤有机质、全氮、碱解氮等指标。土壤pH采用电位法(水∶土为2.5∶1)，有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法，全氮采用半微量凯氏法，碱解氮采用碱解扩散法，土壤全磷采用酸溶-钼锑钪比色法，土壤全钾采用氢氧化钠熔融法，土壤有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑钪比色法，速效钾采用乙酸铵提取法。具体步骤参照鲍士旦主编的《土壤农化分析》[11]。

在油菜收获前，在每个小区均对角线相同位置，连续取样5株，带回室内测定株高、茎粗、有效分枝高、一次有效分枝数、二次有效分枝数、主花序有效长度、主花序有效角果数、主花序角果长、单株有效角果数、一次分枝有效角果数、二次分枝有效角果数、千粒重等指标。在油菜收获期，每个小区收取中间10行，单打，晾晒，称取油菜籽粒重和秸秆重量，计算籽粒产量和秸秆产量[12-13]。

1.4 氮吸收利用等参数计算

氮素累积量=干物质重量×氮含量[14]氮肥吸收利用率=(施肥区氮素养分累积量-不施肥区氮素养分累积量)/氮肥施用量[14]氮肥农学利用率=(施肥区产量-不施肥区产量)/氮肥施用量[14]氮收获指数=籽粒氮累积量/植株氮累积量[14]收获指数=籽粒产量/地上部生物量[14]

1.5 数据处理

用Microsoft Excel 2017进行数据处理，SPSS 23.0进行相关分析，用LSD法进行差异显著性分析(P=0.05)。

2 结果与分析

2.1 油菜成熟期农艺性状、产量构成要素及产量差异

成熟期油菜农艺性状与产量构成因素调查表明(表3，表4)，施肥处理(CF、CR、CRM)与CK处理相比可使油菜株高显著提升20.3%～31.6%、茎粗提高35.1%～44.7%、一次有效分枝数增加2.89～3.33个、二次有效分枝数增加2.00～2.89个、单株一次有效角果数增加102～124个、单株二次有效角果数增加12～23个，表明施肥是提高油菜农艺性状和产量构成因素的必要措施。施肥各处理(CR、CRM、CF)油菜成熟期农艺性状及产量构成要素除有效分枝点高指标外，其他指标差异均不显著，但从数值上看与CF相比，CR、CRM株高降低了10～15 cm、有效分枝点高降低7.0～24.9 cm、单株主序有效角果数增加6～11个，遵循CF>CR>CRM的趋势；油菜的茎粗增加了0.04～0.09 cm，单株二次有效分枝数增加0.44～0.89个，单株二次有效角果数增加2.4～11.2个和千粒重增加0.08～0.12 g，遵循CF

表3 不同施肥方式对油菜农艺性状的影响

表4 不同施肥方式对油菜产量构成因素的影响

如表5所示，不同施肥对油菜籽粒产量和秸秆产量产生显著影响。施肥处理(CF、CR、CRM)无论是油菜籽产量还是油菜秸秆产量均显著高于CK处理。施肥处理油菜籽产量为2 505～3 102 kg·hm-2，且施肥处理间油菜产量差异均达显著水平(P<0.05)，表现为CR>CRM>CF；CR、CRM处理与CF相比，油菜籽产量分别增加597 kg·hm-2和292 kg·hm-2，增加幅度为23.8%和11.7%，达显著水平(P<0.05)，表明通过氮肥后移的时期运筹以及30%有机氮替代显著提升油菜经济产量。施肥处理油菜秸秆产量为4 499～5 514 kg·hm-2，其中CR处理最高，CF处理最低，两处理间差异显著(P<0.05)，但CRM处理与CR、CF处理差异不显著。油菜产量的收获指数方面，CK处理产量收获指数为41.2%，显著高于CF处理(P<0.05)，与CR、CRM处理差异不显著。施肥处理未对收获指数产生显著的影响，但从数值上看CRM>CR>CF，表明在同等养分施用量的基础上有机替代和前氮后移可有效增加油菜产量收获指数。

表5 不同施肥对油菜产量和收获指数的影响

2.2 氮肥吸收利用率差异与土壤氮素变化特征

如表6所示，在不同施肥处理下油菜籽氮含量为1.59%～1.91%，其中不施肥(CK)处理油菜籽氮含量最低为1.59%，常规施肥处理氮含量最高为1.91%，施肥处理显著高于不施肥处理(P<0.05)，且各施肥处理间差异不显著。不同施肥处理油菜秸秆氮含量为0.73%～1.24%，其中各处理间油菜秸秆氮含量变化趋势为CR>CRM>CF>CK，仅CR处理与CK处理间达显著差异。油菜的氮累积吸收量为24.0～121 kg·hm2，施肥处理显著大于不施肥处理，CR、CRM处理较CF处理显著增加25.0%和20.9%(P<0.05)，CR与CRM处理间差异不显著，各处理间氮累积吸收量变化趋势为CR>CRM>CF>CK，表明施肥可以显著增加油菜氮的吸收量，氮肥的前氮后移也可以显著影响油菜的氮累积吸收量。

表6 不同施肥对油菜氮吸收及氮肥吸收利用率的影响

在氮肥吸收利用率方面，本试验下油菜的不同施肥处理间氮肥吸收利用率在40.5%～54.1%，不同施肥处理间差异不显著，表现为CR>CRM>CF；与CF相比，CR处理和CRM处理使氮肥吸收利用率增加33.6%和27.9%；氮肥的农学利用率角度，CR、CRM处理较CF处理氮肥农学利用率显著提高37.0%和14.6%，表明在氮肥时期运筹以及氮肥时期运筹配施有机肥可以有效的提高氮肥的吸收利用率和农学利用率。此外，施肥处理氮的收获指数显著低于不施肥处理，与CF相比，CR、CRM处理氮收获指数降低了8.7%和9.1%。

不同施肥处理在油菜成熟期对土壤氮素有一定影响，但无显著差异(表7)。从数值上看，土壤速效氮含量在117～128 mg·kg-1间，CR处理与CF相比可增加土壤速效氮含量，增加幅度为9.49%，表明氮肥前氮后移运筹可以使油菜生长后期土壤速效氮维持在较高水平。油菜成熟期土壤全氮含量在1.72～1.80 g·kg-1间，表现为CR

表7 油菜成熟期土壤氮素及有机质变化特征

2.3 油菜产量、氮吸收利用相关指标的相关关系

表8列出了与油菜产量、氮吸收利用具有显著相关性的指标，由表可知，油菜产量无论是籽粒产量还是秸秆产量均与株高、茎粗、一次分枝数、一次分枝有效角果数、二次分枝有效角果数、油菜籽氮含量、油菜秸秆氮含量呈显著正相关关系(P<0.05)，而与土壤全氮呈显著负相关关系(P<0.05)，其中一次分枝数、一次分枝有效角果数对油菜产量的影响最大，表明CR、CRM处理油菜产量的提高主要是促进了油菜株高、茎粗、一次分枝数、一次分枝有效角果数、二次分枝有效角果数等指标的生长发育而获得。氮累积吸收量、氮吸收利用率与油菜籽粒产量、秸秆产量、秸秆氮含量呈显著正相关关系(P<0.05)，与土壤全氮呈显著负相关关系(P<0.05)。此外，氮肥农学利用效率也与油菜籽粒产量、秸秆产量呈显著正相关关系，表明油菜产量是评价油菜氮吸收利用效率的重要性状。值得注意的是，氮收获指数与籽粒产量、秸秆产量、株高、一次分枝数、一次分枝有效角果数、秸秆氮含量、土壤C/N比等指标呈显著负相关关系，与土壤全氮呈显著正相关关系(P<0.05)，其中，秸秆氮含量对氮收获指数影响最大。

表8 油菜产量、氮吸收利用相关指标的相关关系(n=12)

3 讨 论

油菜是氮素累积量较大的作物[15]，合理的氮素供应是获得油菜高产的关键因素。氮素供应不足，会导致作物生长矮小、叶片黄化等问题，造成作物提前衰老，进而导致产量降低[16]。与前人研究一致，本研究中不施肥处理，在养分限制的条件下，油菜产量等各项指标均显著低于施肥处理，不施肥油菜籽粒产量仅依靠土壤自身肥力只能维持施肥条件下的30%～36%的产量，对肥料投入的依存率达64%以上。但氮肥过量施用也会对造成一定的负面影响，比如植株贪青晚熟、氮资源浪费引发的一系列环境氮素污染问题。在目前的油菜施肥管理中，油菜的生育前期氮肥投入过多而生育中后期投入不足或过少，这与油菜生育后期仍需要较多的氮素供应相矛盾[17-18]，油菜生长后期需要从营养器官转移氮素至生殖器官，油菜中后期的氮素供应直接影响籽粒灌浆、角果发育和单株生产力[19-21]，进而影响产量。本试验中，在相同养分投入的基础上，将氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例从6∶2∶2调整为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，可使籽粒产量显著提升11.7%～23.8%，表明油菜中后期的氮素供应不可忽视，前氮后移是一种较为有效的油菜优化施肥手段。此外，前氮后移可使氮肥吸收利用率提高27.9%～33.6%，氮肥农学利用率提高14.6%～37.0%，氮素高利用率也间接说明了减少氮素向环境损失的风险，油菜前氮后移对环境氮素污染防控具有一定的意义。

大量研究表明，有机无机肥配施是化肥减施和实现绿色生产的重要措施。有机无机肥配施能改善土壤结构，提高氮素养分供给能力，促进作物根系对氮的吸收利用，提高氮肥利用率，有利于作物增产[10,22-23]。本研究中，在氮肥前氮后移的基础上，有机肥替代30%的化肥，与同样氮肥时期运筹比例的前氮后移(CR)处理相比差异不显著，数值上略有降低，这可能是由于有机肥中氮肥效释放缓慢，不如速效化肥养分释放快，在已经将基肥比例减少的情况下，油菜生长前期养分供应可能受到一定的限制，这从侧面说明油菜的氮肥前氮后移不是无限制的减少前氮比例、增加后氮比例。但与常规施肥(CF)相比可使油菜籽粒产量显著增产11.7%，氮肥吸收利用率增加27.9%，是油菜化肥减量增效的有效手段。

4 结 论

(1)不施肥油菜籽粒产量仅依靠土壤自身肥力只能维持施肥条件下的30%～36%的产量，对肥料投入的依存率达64%以上。

(2)氮肥前氮后移以及有机替代有助于油菜的矮壮生长，促进油菜二次分枝发育，增加油菜分枝角果数量。

(3)在等养分投入的基础上，将氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例从6∶2∶2调整为5∶3∶2后，可使籽粒产量显著提升11.7%～23.8%，氮肥吸收利用率提高27.9%～33.6%，氮肥农学利用率提高14.6%～37.0%，前氮后移氮肥时期运筹是油菜优化施肥、平衡施肥的可行途径。

(4)当前氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例5∶3∶2的条件下，有机肥替代30%的化肥，与常规施肥(CF)相比可使油菜籽粒产量显著增产11.7%，氮肥吸收利用率增加27.9%，是油菜化肥减量增效的有效手段。