长江中下游稻油轮作区氮肥运筹对土壤肥力和油菜产量的影响

陈国徽 ，张颂 ，陈艳芳 ，高冰可 ，车品高 ，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）

0 引言

油菜作为我国食用植物油的第一大来源，在我国油料作物中占有举足轻重的地位[1]。江西省所处的长江中下游地区，有着优良的耕地资源和水热条件，是我国重要的粮食生产基地[2]。油菜作为江西省种植面积第二大的农作物和最大的油料作物，在全省农业产业中占有重要地位[3]。稻油轮作模式是江西省主要种植制度之一，常年种植面积达到500 万亩，占全省油菜种植面积的62.5%。但江西省的土壤肥力普遍低下[4]，保肥能力差，同时长年不科学合理施肥造成稻油轮作区油菜单产远低于全国的平均水平[5]。因此，提高油菜的单产、维持土壤肥力对长江中下游稻油轮作区粮油安全及农业可持续发展具有重要意义。

油菜是需氮量较大的作物，氮作为重要的营养元素，不仅是油菜产量的重要限制因子，还是维持油菜高生产力发展的重要基础[6]。若氮肥施用不足，则不能满足油菜生长的需要[7]；若施氮量过多，也会造成油菜生长后期贪青晚熟等情况[8]。同时，氮肥目前存在利用率低、施用与产量目标、生态目标不匹配以及施用时期不合理等问题[9-10]。一方面，农民的施肥习惯为重施基肥轻施追肥，这与油菜的生长期需肥规律不符；另一方面，重施化肥轻施有机肥，长此以往，会影响土壤质量造成环境问题[6]。因此，优化氮肥的高效施用技术，避免氮肥的不合理施用，对提高油菜产量和土壤质量具有重要意义。

已有研究表明，我国油菜施用化肥增产效果显著，表现为氮肥＞磷肥＞钾肥[9]。增加施肥次数，除基肥外，适当增施越冬肥和蕾薹肥[11-12]，以及适当施用硼肥[13]，符合油菜对养分的需求规律。甘国渝等[14]建议要根据冬油菜种植区域土壤和油菜养分需求特点，调节氮肥施用时期和配比有利于满足油菜前期快速生长对氮素的需求，同时减少过量施氮造成的淋溶和损失。然而，近年来由于油菜种植效益低下[3]，长江中下游稻油轮作区更重视水稻生产，对于油菜，施肥过量和不足问题同时并存，施肥方式粗放，施肥过程复杂[9]。因此，本研究采用田间定位试验，通过改变氮肥的基追比、增施硼砂以及有机无机配施等具体优化措施，来研究不同氮肥处理对油菜产量的影响，以期为优化氮肥的高效施用，提高油菜产量和土壤质量提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试油菜品种为江西省主推品种“浔油10 号”，由九江市农业科学院与中国油料作物研究所共同繁育。供试土壤为下属系黄土发育而成的水稻土，长年开展稻油轮作，试验前耕层（0 ～ 20 cm）土壤pH 5.39，有机质15.4 g·kg-1，全氮1.22 g·kg-1，碱解氮112 mg·kg-1，有效磷19.5 mg·kg-1，速效钾111 mg·kg-1。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计

本试验共设4 个处理，分别为：①常规施肥（CK：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例为6 : 2 : 2）；②NPK 化肥前氮后移（CR：施肥量与处理①一致，调整氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例为5 : 3 : 2）；③NPK 化肥配施硼砂（CRB：在处理②的基础上配施硼砂6 kg·hm-2）；④70%NPK 化肥（70%以N计）+30%有机肥（CM）。

试验于2020 年在江西省九江市农业科学院马回岭试验基地（115°48' E，29°27' N）进行，试验区位于长江中下游—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℃的平均有效积温在5 500℃ ～ 5 800℃，年平均日照1 891.5 h，年均降雨量1 420.4 mm，无霜期266 天。试验采用随机区组设计，每个小区面积30 m2，每个处理设置3 个重复，随机排列。化学肥料配施尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P2O512%）和氯化钾（含K2O 60%）；有机肥由江西三品生物科技有限公司提供，其中含N 2.9%，pH 值为6.01。油菜常规施N 180 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 108 kg·hm-2，磷、钾肥做基肥一次性施入，氮肥分基肥、越冬肥和蕾薹肥施用，基追比根据试验设计进行。其它田间管理同当地大田。

1.2.2 土壤肥力指标

试验在油菜收获后采集土样，每个小区按S 形随机选择5 个点，收集0 ～ 20 cm 土层土壤制成混合土样，采用“四分法”取1 kg 带回室内风干，剔除动植物残体和石砾，磨细过20 目筛备用。土壤pH 采用电位法（水土比2.5 : 1），有机质采用K2Cr2O7容量-外加热法，全氮采用浓H2SO4消化-半微量开氏法，碱解氮采用1.0 mol·L-1NaOH 碱解扩散法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-钼锑抗比色法，速效钾采用1.0 mol·L-1NH4OAc 浸提-火焰光度法测定。具体测定方法参照《土壤农化分析》[15]。

1.2.3 产量及农艺性状

在油菜的成熟期对每个处理取样，油菜收获时将小区80%面积的油菜整齐的收割装入网袋中，籽粒脱落后风干称重为实际产量，记录实产并换算成每公顷籽粒重。

在油菜收获前2 ～ 3 天内对所有小区油菜农艺性状进行调查，每个小区随机选取有代表性的10 个植株，主要调查内容包括株高、一次有效分枝数、分枝部分、单株有效角果数和每果粒数。

1.2.4 数据处理

采用IBM SPSS Statistics 22 进行数据处理和分析，Origin 2022 作图，文内表格所列数据均为平均值±标准差。

2 结果与分析

2.1 不同氮肥运筹对冬油菜土壤化学性质的影响

各施氮运筹对土壤pH 影响较小（图1）。其中，CR 处理的pH 为4.63，与CK 处理（4.525）相比降低了0.105 个单位，未见显著性差异。

各施氮运筹均未显著影响土壤有机质含量（图2a）。与CK 相比，CM 处理提高了土壤有机质含量，提升幅度为5.26%，其他处理虽降低了土壤有机质，但差异均未达到显著水平。

图2 不同施肥处理对冬油菜土壤有机质和全氮的影响Fig. 2 Effects of different fertilizations on soil organic matter and total nitrogen of winter rape

与有机质不同，各施肥运筹均显著提高了土壤全氮含量（图2b）。与CK 相比，CR、CRB 和CM 处理土壤全氮含量分别显著增加1.98%、1.67%和7.99% （P＜ 0.05）。各优化处理间，以CM 处理最高，且显著高于CR 和CRB 处理（P＜ 0.05）。

各施氮运筹对土壤速效养分影响显著（图3）。与CK 相比，CM 处理显著提高土壤碱解氮含量，增幅12.5% （P＜ 0.05）；其它施肥处理土壤碱解氮含量虽有所提升但差异未达显著水平（图3a）。与碱解氮不同，各施肥运筹均降低了土壤有效磷含量，但差异不显著（图3b）。各施肥运筹对土壤速效钾的影响见图3c。与CK 相比，CR 和CRB 处理土壤速效钾含量分别显著增加18.5%和11.6%（P＜ 0.05）；CM处理有所降低，但差异未达显著水平。

图3 不同处理对冬油菜土壤速效养分的影响Fig. 3 Effects of different fertilizations on soil available nutrients of winter rape

2.2 不同氮肥运筹对油菜产量及农艺性状的影响

与常规施肥（CK）相比，氮肥运筹（CR、CRB、CM）明显提高了油菜菜籽产量，增幅为26.1% ～34.8%，但未见显著性差异（表1）。

表1 不同施肥处理对冬油菜产量及其农艺性状的影响Table 1 Effects of different fertilizations on yields and agronomic traits of winter rapeseed

不同氮肥运筹对油菜生长的影响较小。与CK 相比，各优化施氮处理对油菜株高、一次有效分枝数、分枝部位和单株有效角果数无显著影响；CRB 处理油菜每果粒数显著增加了22.7% （P＜ 0.05）。各氮肥运筹间，以CRB 处理油菜农艺性状指标较优。其中，CRB 处理一次有效分枝数、分枝部位和每果粒数均显著高于CM 处理（P＜ 0.05），而与CR 处理无显著差异（除每果粒数）。总体而言，CRB 处理对油菜的各农艺性状指标增幅最大（表1）。

2.3 土壤肥力指标与油菜产量及农艺性状的相关性分析

土壤肥力指标与油菜产量及农艺性状的相关性表明（表2），土壤pH 与油菜产量及其农艺性状指标均呈负相关关系。其中，pH 值与全氮、有效磷、速效钾、株高和菜籽产量呈极显著负相关关系（P＜ 0.01），与一次有效分枝数和单株角果数呈显著负相关关系（P＜ 0.05）。此外，土壤有机质与全氮、碱解氮和有效磷等养分指标呈显著正相关关系（P＜ 0.05）。有效磷同株高、一次有效分枝数、单株角果数和产量呈极显著（P＜ 0.01）或显著（P＜ 0.05）的正相关关系；速效钾与所有农艺指标呈显著（单株角果数和每角粒数）或极显著（株高、一次有效分枝数和分枝高度）的正相关关系；全氮与株高和产量呈极显著正相关关系（P＜ 0.01），与单株角果数呈显著正相关关系（P＜ 0.05）。同时，产量与产量构成因子之间相关性表明，产量与株高和一次有效分枝数均呈极显著正相关关系（P＜ 0.01）。

表2 土壤化学性质与冬油菜产量及其农艺性状的相关性Table 2 Correlations between soil chemical properties, winter oilseed rape yield and yield agronomic traits

3 讨论

3.1 不同氮肥运筹对冬油菜土壤肥力指标的影响

本研究显示，与常规施肥相比，优化施氮并未显著影响土壤pH 值。而相较于试验前pH（5.39），各处理土壤pH 值降低了0.67 ～ 0.87 个单位。这与众多学者研究结果一致[16-17]。施肥会导致土壤酸化，作物生长过程中吸收了部分氮素，而留在土壤中的部分氮素会通过淋溶和氨挥发损失掉，从而增加了H+离子含量造成土壤酸化[18]。本文还发现有机肥替代氮肥并没有提高土壤pH 值，可能的原因是本研究中使用的有机肥pH 值（6.01）较低，且仅替代了30%，对缓解土壤酸化效果不明显。胡天睿等[19]研究认为，有机肥替代40%以上化学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，与常规施肥相比，优化施氮并未显著影响土壤有机质含量（图2a）。此外，有机无机配施对土壤有机质含量有所增加但未达到显著影响，原因可能是有机肥增加有机质的同时，也提高了微生物的数量和活性，进而促进了有机质的分解，导致土壤有机质含量没有显著提高。

本研究中，优化施氮处理显著增加了土壤全氮含量，尤以有机无机肥配施增幅最大（图2b）。有机无机肥配施在增加土壤有机质的同时增加了土壤的有机态氮[20]。此外有机肥的输入，增加了土壤有机碳，提高了土壤中C/N，有利于矿质氮的微生物固持，转化为有机氮[21]，前氮后移措施减少了油菜苗期基施氮肥过多造成淋溶损失，同时后移为油菜越冬提供了养分供给[11]。由此可见，优化氮肥措施有利于提高土壤肥力，有利于农业可持续发展。

本研究中，只有有机无机配施显著提高了土壤碱解氮含量（图3a）。这可能由于单施化肥投入的氮是无机氮，因此在作物生长阶段大量无机氮可能被地表径流和淋溶等作用所带走。此外，有机肥分解缓慢，具有长效性，减施氮肥并配施一定比例的有机肥不仅满足了作物生长需求，而且还降低了氮素养分的流失风险[22]。

本研究还发现，各施肥处理均对冬油菜土壤有效磷含量影响甚微，仅前氮后移处理显著提高土壤速效钾含量（图3b, c），说明化肥和有机肥对提高土壤有效磷含量具有大致相同的效果。而有机肥的肥效较缓，没有单纯施用化肥的效果更直接，可能是导致土壤速效钾含量在施用有机肥下提高不大的主要原因。

3.2 不同氮肥运筹对油菜产量及其农艺性状的影响

油菜是氮肥需求量很大的作物，适宜的氮素供应是油菜高产稳产的关键，氮肥供应不足，则无法满足油菜生长的需要，进而导致油菜的产量低。本研究针对目前基肥施用过多而中后期投入不足的情况，基于等养分投入，将氮肥基追比例从6 : 2 : 2 调整为5 : 3 : 2 有利于油菜产量的提升，比常规施肥处理提升了24.1% ～ 34.8%，这与孙梅等人[6]的研究结果一致。表明油菜中后期的肥料投入更为重要，而前氮后移措施有利于作物后期对养分需求的供应。此外，与常规施肥相比，有机无机肥配施增产26.8%。相关性分析表明，土壤全氮与油菜籽产量呈极显著正相关关系，与土壤碱解氮也呈正相关关系，因此，有机无机肥配施可能通过提高土壤氮素含量进而增加了油菜产量。

油菜是对硼元素敏感的作物，在前氮后移基础上增施硼砂可以显著提高油菜的产量及各项农艺性状指标，增产效果明显[23-25]。本研究中，CRB 处理油菜菜籽产量最高，这可能是因为施硼显著提高了油菜的各项农学性状，尤其是是每果粒数（表1），而通过相关性分析，油菜农艺性状与菜籽产量均呈正相关关系。

4 结论

不同施肥措施均导致冬季油菜土壤pH 显著下降，却能显著提高土壤全氮含量。此外，有机无机肥配施措施显著提高了土壤碱解氮含量，前氮后移措施显著提高土壤速效钾含量。油菜菜籽产量及农艺性状与土壤养分主要呈正相关关系，研究结果表明，优化施氮对土壤养分的改善促进了油菜株高和单株角果数等农艺性状的生长，进而提高了油菜籽粒产量。对比不同施氮运筹，油菜菜籽产量以前氮后移基础上增施硼砂（CRB）最有利于油菜增产，但综合考虑产量与地力，有机无机肥配施模式（CM）更有利于提升地力保证产量，效果最好，可在长江中下游稻油轮作下的油菜季进行推广。