长江流域油—稻轮作区不同肥料运筹对土壤理化性质和油菜产量的影响

陈国徽，张 颂，陈艳芳，高冰可，车品高，应治宏，陈俊松，杜红霞，吕淑珍，曹国军*

（1.九江市农业科学院，江西 九江 332000；2.九江市农产品质量安全中心，江西 九江 332000；3.九江市农业农村局，江西 九江 332000；4.濂溪区农业农村局，江西 九江 332005）

20世纪以来，施肥已成为农业生产中不可或缺的技术措施之一，其对粮食的贡献率已达到57%［1］。然而长年不合理的施肥已经造成了土壤质量恶化、肥力下降，进而导致农业成本居高不下、资源浪费和环境污染［2-3］。此外，我国的氮肥利用率仅为30%，远低于欧美发达国家（40%）［4］。同时，我国3/4的耕地土壤磷素缺乏，大量磷被固定而无法满足作物的生长需求［5］。因此，科学、合理的施肥能提高肥料的利用效率，减少肥料浪费和环境污染，对资源高效利用与生态环境的保护具有重要意义。

已有研究表明，有机肥还田后可显著提升土壤有机质含量与养分的供应能力［6］，能有效改善土壤的结构和质量［7］。增施氮肥增效剂［8-9］和磷肥活化剂［10］有助于提高氮、磷的利用效率，提高土壤速效态氮、磷含量，有利于促进作物对氮、磷的吸收。目前，关于长江流域稻—油轮作区的有机肥替代及减肥增效技术在冬油菜种植中的研究尚不多见。因此，本文为探索高产、高效的油菜轻简化施肥方式，开展了冬油菜节肥增效技术研究，通过有机无机肥配施、增施氮肥增效剂和磷肥活化剂，以期提高油菜的肥料利用效率，达到节肥增效的目的。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验在江西省九江市马回岭镇秀峰村（115°48′E，29°27′N）进行。试验区位于长江中下游的稻—油轮作主产区，属亚热带湿润季风气候，四季分明，日照充足，海拔43 m，年均气温17.2 ℃，2001—2020年≥10 ℃的平均有效积温为5500~5800 ℃·d，年平均日照时数为1891.5 h，年均降雨量为1420.4 mm，无霜期为266 d。供试土壤为下蜀系黄土发育而成的潴育型水稻土，长年稻—油轮作种植，试验前0~20 cm土层土壤的基本理化性质：pH值5.15、有机质15.61 g/kg、全氮0.99 g/kg、碱解氮87.8 mg/kg、有效磷12.34 mg/kg、速效钾56.27 mg/kg。

1.2 试验设计

本试验共设7个处理，即CK：不施肥；CF：常规施肥；OPT1：80%常规施肥+20%有机肥；OPT2：70%常规施肥+30%有机肥；OPT3：OPT2-N 20%+氮肥增效剂；OPT4：OPT2-P 20%+磷肥活化剂；OPT5：OPT2-NP 20%+氮肥增效剂+磷肥活化剂。冬油菜N、P2O5、K2O常规施肥量分别为180、90、108 kg/hm2，磷、钾肥作基肥一次性施入，氮肥50%作基肥，其余氮肥按3∶2的比例分2次追肥。其中，有机肥使用动物粪便，秸秆全部移除，避免对试验造成干扰。试验前、后分别测定了土壤理化性质，包括pH值、有机质、全氮、碱解氮、有效磷、速效钾等指标，并在收获后测定作物的农艺性状和产量。

1.3 测定指标

1.3.1 土壤理化性质 土壤样品的采集时间在冬油菜收获后，每个试验小区随机选择5个点，收集0~20 cm深的土壤制成混合土样，并采用“四分法”取1 kg带回室内风干，剔除土壤杂质，磨细过筛备用（20、100目）。土壤理化性质的测定方法：土壤pH值采用电位法（水土比为2.5∶1）测定，有机质含量采用K2Cr2O7容量—外加热法测定，全氮含量采用浓H2SO4消化—半微量开氏法测定，碱解氮含量采用 1.0 mol/L NaOH 碱解扩散法测定，有效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提—钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法测定。

1.3.2 油菜农艺性状与产量 每个小区随机选取10株具有代表性的植株并测定其产量构成因子，包括一次分枝个数、分枝高度、单株有效角果数、每果粒数。冬油菜成熟后，各小区单独采收，晒干测产。

2 结果与分析

2.1 不同施肥方式对土壤理化性质的影响

2.1.1 不同施肥方式对土壤pH值和有机质含量的影响 不同施肥方式显著影响了土壤pH值和有机质含量（图1）。与CK相比，各施肥处理均显著降低了土壤pH值，下降幅度为2.53%~6.80%。与常规施肥（CF）相比，除OPT1外各优化施肥处理均降低了土壤pH值，且达到了显著水平。与OPT2相比，增效施肥处理（OPT3、OPT4和OPT5）也降低了土壤pH值，其中OPT3与OPT4之间的差异达到了显著水平。

图1 不同施肥方式对土壤pH值和有机质含量的影响

与不施肥（CK）相比，各施肥处理均明显地提高了土壤有机质含量（图1b），其中OPT1、OPT2、OPT4和OPT5达到显著水平，增幅分别为36.21%、56.42%、27.87%和26.22%。与常规施（CF）肥相比，OPT2处理显著提高了土壤有机质含量。与OPT2相比，增效施肥处理显著降低了土壤有机质含量，降幅为18.25%~24.76%。

2.1.2 不同施肥方式对土壤全氮和速效养分含量的影响 施肥处理明显提高了土壤全氮含量（图2a）。与CK相比，OPT1、OPT2和OPT5处理均显著增加了土壤全氮含量，幅度分别为17.07%、19.67%和16.80%。与常规施肥（CF）相比，优化施肥并未显著影响土壤的全氮含量。

与土壤全氮类似，各施肥处理均明显提高了土壤碱解氮含量（图2b）。与CK相比，OPT1、OPT3和OPT5均显著增加了土壤碱解氮含量，分别提高19.61、24.44和26.35 mg/kg。但各施肥处理间的土壤碱解氮含量未见显著差异。

与不施肥（CK）相比，施肥处理显著增加了土壤有效磷含量（图2c），增幅为45.79%~83.96%。与常规施肥（CF）相比，优化施肥处理也显著增加了土壤有效磷（除OPT3）。与OPT2相比，增效施肥处理普遍降低土壤有效磷含量，其中减磷20%处理的OPT3、OPT5显著降低了土壤有效磷含量，幅度分别为-18.88%、-11.86%。在本试验中，各处理的土壤速效钾含量基本不受施肥处理的影响。

2.2 不同施肥方式对冬油菜产量及其构成因子的影响

2.2.1 不同施肥方式对冬油菜产量的影响 不同的施肥方式显著影响了冬油菜的产量（表1）。与不施肥（CK）相比，各施肥处理均显著提高了冬油菜产量，增幅为64.96%~143.35%。与传统施肥（CF）相比，优化施肥处理均提高油菜菜籽产量。其中，OPT1、OPT2、OPT4和OPT5显著增产，增产幅度分别为31.32%、36.94%、47.52%和24.60%；OPT3增产243.34 kg/hm2，与CF处理差异不显著。与OPT2相比，增效施肥处理（OPT3、OPT4和OPT5）菜籽产量差异不显著。

2.2.2 不同施肥方式对冬油菜产量构成因子的影响 不同施肥方式明显提高冬油菜一次有效分枝数、分枝高度、单株角果数、每角粒数（表1）。与CK相比，各施肥处理均能显著提高冬油菜植株的一次有效分枝数（除OPT1外）和单株角果数，增幅分别为29.79%~78.72%和160.81%~230.74%；OPT3和OPT5显著增加了分枝高度；CF、OPT1、OPT4和OPT5显著增加了每果粒数4.1~7.8个。与CF处理相比，OPT2和OPT3显著降低了每果粒数4.2~4.8个；优化施肥对其他产量构成因子的影响不显著。与OPT2相比，增效施肥处理OPT3和OPT5分别显著增加了油菜分枝部位16.0、15.8 cm，OPT4和OPT5分别显著增加了油菜每果粒数4.7、7.5个。

2.3 土壤理化性质与油菜产量及其构成因子的相关性分析

土壤理化性质与油菜产量及其构成因子相关性表明（表2），土壤pH值与油菜产量及其构成因子之间大多呈负相关关系；其他土壤养分与油菜产量及其构成因子均呈正相关关系（除土壤速效钾对株高外），其中，全氮、碱解氮与一次有效分枝数和产量的相关性均达到显著或极显著水平，有机质与产量也呈显著正相关，相关系数为0.763。

表2 土壤理化性质与油菜产量及其构成因子间相关性分析

3 小结与讨论

3.1 小结

（1）本研究表明，施肥降低了冬油菜种植的土壤pH值。土壤pH值降低主要是因为施用化肥，特别是氮肥，由于铵态氮肥进入土壤，在硝化细菌的作用下发生硝化作用，产生H+，从而导致土壤pH值降低；酰胺态氮肥转化为硝态氮时产生H+，NH4的挥发也产生H+［11］。同时溶磷微生物也可以通过糖代谢产酸作用螯合Ca2+并释放PO43-，导致土壤pH值下降［12］。大量研究表明，施用化肥后会降低土壤pH值，而施用有机肥有利于培肥土壤，缓解pH值降低，甚至可以提高土壤pH值［13-15］，这与本研究的结果不一致，可能原因：一是本试验有机肥配施比例不够；二是有机肥配施需要长期开展才能缓解或提高土壤pH值［16］。

本研究表明，与不施肥（CK）相比，有机无机肥配施显著提高土壤有机质含量，这与吴荣等［17］的研究结果一致。有机肥的配施一方面直接增加了土壤有机质的含量，另一方面有机肥中大量的微生物促进了土壤中有机质的合成和转化。与常规施肥（CF）相比，仅有优化施肥处理（OPT2）显著提高了土壤有机质含量，而其他处理则有所提高，但未存在显著性差异。与OPT2相比，增效施肥处理不仅未能提高土壤有机质含量，反而有所下降。说明有机肥替代30%化肥更有利于土壤有机质的积累。

（2）土壤养分是植物生存的基础，氮、磷、钾等大量元素以及多种微量元素都是植物生长所需的基本要素［18］。本研究表明，与常规施肥（CF）相比，优化施肥处理虽然减少了氮肥或磷肥的用量，但是配施有机肥、增施氮肥增效剂及磷肥活化剂均有利于减少了土壤中全氮及速效养分流失。氮肥增效剂能够选择性地抑制土壤中硝化细菌活动，减缓了土壤中铵态氮转化为硝态氮的反应速度；磷肥活化剂可以减缓有效磷向无效磷的转化；有机肥中含有植物必需的营养元素N、P、K。结合试验数据分析，相比只施用氮肥和磷肥，有机肥、氮肥增效剂和磷肥活化剂的添加更有利于土壤中全氮、碱解氮、有效磷和速效钾的积累。

（3）施肥有利于增加冬油菜的一次有效分枝数、单株有效角果数、每果粒数及油菜产量，这与多位学者的研究结果一致［19-21］。但在不同施肥方式下，所产生的增产效果也各不相同。与常规施肥相比，优化施肥并未显著影响冬油菜的产量构成因子，却显著提升了菜籽产量。究其原因，可能是相比于有机肥，施用化肥所提供的养分更能迅速地被作物所吸收、利用，有利于作物的前期生长，而冬油菜的生长期长，后期化肥养分已耗尽，并最终影响产量的形成。反之，有机无机肥配施，其油菜生长前期化肥中的养分足以提供油菜正常生长，而后期有机肥肥效持续不断地发挥作用，保证了油菜成熟期对养分的需求，最终形成高产。土壤理化性质与产量及其构成因子的相关分析也表明，土壤有机质、全氮和碱解氮含量与冬油菜菜籽产量、油菜一次有效分枝数均呈显著正相关。

3.2 结论

本研究表明，施用化肥和有机无机肥配施均会导致土壤pH值降低。与常规施肥（CF）相比，优化施肥有利于提高土壤养分含量，其中增施氮肥增效剂有利于提高土壤碱解氮含量，增施磷肥活化剂未能提高土壤有效磷含量，而有机无机肥配施有利于各种土壤养分含量增加。综合冬油菜产量指标来看，有机肥与无机肥按照3∶7配施，在保证油菜菜籽产量的前提下，有利于提高土壤养分含量，建议在长江流域油菜种植期推广应用该施肥技术。