長江流域油—稻輪作區不同肥料運籌對土壤理化性質和油菜產量的影響

陳國徽，張 頌，陳艷芳，高冰可，車品高，應治宏，陳俊松，杜紅霞，呂淑珍，曹國軍*

（1.九江市農業科學院，江西 九江 332000；2.九江市農產品質量安全中心，江西 九江 332000；3.九江市農業農村局，江西 九江 332000；4.濂溪區農業農村局，江西 九江 332005）

20世紀以來，施肥已成為農業生產中不可或缺的技術措施之一，其對糧食的貢獻率已達到57%［1］。然而長年不合理的施肥已經造成了土壤質量惡化、肥力下降，進而導致農業成本居高不下、資源浪費和環境污染［2-3］。此外，我國的氮肥利用率僅為30%，遠低于歐美發達國家（40%）［4］。同時，我國3/4的耕地土壤磷素缺乏，大量磷被固定而無法滿足作物的生長需求［5］。因此，科學、合理的施肥能提高肥料的利用效率，減少肥料浪費和環境污染，對資源高效利用與生態環境的保護具有重要意義。

已有研究表明，有機肥還田后可顯著提升土壤有機質含量與養分的供應能力［6］，能有效改善土壤的結構和質量［7］。增施氮肥增效劑［8-9］和磷肥活化劑［10］有助于提高氮、磷的利用效率，提高土壤速效態氮、磷含量，有利于促進作物對氮、磷的吸收。目前，關于長江流域稻—油輪作區的有機肥替代及減肥增效技術在冬油菜種植中的研究尚不多見。因此，本文為探索高產、高效的油菜輕簡化施肥方式，開展了冬油菜節肥增效技術研究，通過有機無機肥配施、增施氮肥增效劑和磷肥活化劑，以期提高油菜的肥料利用效率，達到節肥增效的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗在江西省九江市馬回嶺鎮秀峰村（115°48′E，29°27′N）進行。試驗區位于長江中下游的稻—油輪作主產區，屬亞熱帶濕潤季風氣候，四季分明，日照充足，海拔43 m，年均氣溫17.2 ℃，2001—2020年≥10 ℃的平均有效積溫為5500~5800 ℃·d，年平均日照時數為1891.5 h，年均降雨量為1420.4 mm，無霜期為266 d。供試土壤為下蜀系黃土發育而成的潴育型水稻土，長年稻—油輪作種植，試驗前0~20 cm土層土壤的基本理化性質：pH值5.15、有機質15.61 g/kg、全氮0.99 g/kg、堿解氮87.8 mg/kg、有效磷12.34 mg/kg、速效鉀56.27 mg/kg。

1.2 試驗設計

本試驗共設7個處理，即CK：不施肥；CF：常規施肥；OPT1：80%常規施肥+20%有機肥；OPT2：70%常規施肥+30%有機肥；OPT3：OPT2-N 20%+氮肥增效劑；OPT4：OPT2-P 20%+磷肥活化劑；OPT5：OPT2-NP 20%+氮肥增效劑+磷肥活化劑。冬油菜N、P2O5、K2O常規施肥量分別為180、90、108 kg/hm2，磷、鉀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，有機肥使用動物糞便，秸稈全部移除，避免對試驗造成干擾。試驗前、后分別測定了土壤理化性質，包括pH值、有機質、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等指標，并在收獲后測定作物的農藝性狀和產量。

1.3 測定指標

1.3.1 土壤理化性質 土壤樣品的采集時間在冬油菜收獲后，每個試驗小區隨機選擇5個點，收集0~20 cm深的土壤制成混合土樣，并采用“四分法”取1 kg帶回室內風干，剔除土壤雜質，磨細過篩備用（20、100目）。土壤理化性質的測定方法：土壤pH值采用電位法（水土比為2.5∶1）測定，有機質含量采用K2Cr2O7容量—外加熱法測定，全氮含量采用濃H2SO4消化—半微量開氏法測定，堿解氮含量采用 1.0 mol/L NaOH 堿解擴散法測定，有效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法測定。

1.3.2 油菜農藝性狀與產量 每個小區隨機選取10株具有代表性的植株并測定其產量構成因子，包括一次分枝個數、分枝高度、單株有效角果數、每果粒數。冬油菜成熟后，各小區單獨采收，曬干測產。

2 結果與分析

2.1 不同施肥方式對土壤理化性質的影響

2.1.1 不同施肥方式對土壤pH值和有機質含量的影響 不同施肥方式顯著影響了土壤pH值和有機質含量（圖1）。與CK相比，各施肥處理均顯著降低了土壤pH值，下降幅度為2.53%~6.80%。與常規施肥（CF）相比，除OPT1外各優化施肥處理均降低了土壤pH值，且達到了顯著水平。與OPT2相比，增效施肥處理（OPT3、OPT4和OPT5）也降低了土壤pH值，其中OPT3與OPT4之間的差異達到了顯著水平。

圖1 不同施肥方式對土壤pH值和有機質含量的影響

與不施肥（CK）相比，各施肥處理均明顯地提高了土壤有機質含量（圖1b），其中OPT1、OPT2、OPT4和OPT5達到顯著水平，增幅分別為36.21%、56.42%、27.87%和26.22%。與常規施（CF）肥相比，OPT2處理顯著提高了土壤有機質含量。與OPT2相比，增效施肥處理顯著降低了土壤有機質含量，降幅為18.25%~24.76%。

2.1.2 不同施肥方式對土壤全氮和速效養分含量的影響 施肥處理明顯提高了土壤全氮含量（圖2a）。與CK相比，OPT1、OPT2和OPT5處理均顯著增加了土壤全氮含量，幅度分別為17.07%、19.67%和16.80%。與常規施肥（CF）相比，優化施肥并未顯著影響土壤的全氮含量。

與土壤全氮類似，各施肥處理均明顯提高了土壤堿解氮含量（圖2b）。與CK相比，OPT1、OPT3和OPT5均顯著增加了土壤堿解氮含量，分別提高19.61、24.44和26.35 mg/kg。但各施肥處理間的土壤堿解氮含量未見顯著差異。

與不施肥（CK）相比，施肥處理顯著增加了土壤有效磷含量（圖2c），增幅為45.79%~83.96%。與常規施肥（CF）相比，優化施肥處理也顯著增加了土壤有效磷（除OPT3）。與OPT2相比，增效施肥處理普遍降低土壤有效磷含量，其中減磷20%處理的OPT3、OPT5顯著降低了土壤有效磷含量，幅度分別為-18.88%、-11.86%。在本試驗中，各處理的土壤速效鉀含量基本不受施肥處理的影響。

2.2 不同施肥方式對冬油菜產量及其構成因子的影響

2.2.1 不同施肥方式對冬油菜產量的影響 不同的施肥方式顯著影響了冬油菜的產量（表1）。與不施肥（CK）相比，各施肥處理均顯著提高了冬油菜產量，增幅為64.96%~143.35%。與傳統施肥（CF）相比，優化施肥處理均提高油菜菜籽產量。其中，OPT1、OPT2、OPT4和OPT5顯著增產，增產幅度分別為31.32%、36.94%、47.52%和24.60%；OPT3增產243.34 kg/hm2，與CF處理差異不顯著。與OPT2相比，增效施肥處理（OPT3、OPT4和OPT5）菜籽產量差異不顯著。

2.2.2 不同施肥方式對冬油菜產量構成因子的影響 不同施肥方式明顯提高冬油菜一次有效分枝數、分枝高度、單株角果數、每角粒數（表1）。與CK相比，各施肥處理均能顯著提高冬油菜植株的一次有效分枝數（除OPT1外）和單株角果數，增幅分別為29.79%~78.72%和160.81%~230.74%；OPT3和OPT5顯著增加了分枝高度；CF、OPT1、OPT4和OPT5顯著增加了每果粒數4.1~7.8個。與CF處理相比，OPT2和OPT3顯著降低了每果粒數4.2~4.8個；優化施肥對其他產量構成因子的影響不顯著。與OPT2相比，增效施肥處理OPT3和OPT5分別顯著增加了油菜分枝部位16.0、15.8 cm，OPT4和OPT5分別顯著增加了油菜每果粒數4.7、7.5個。

2.3 土壤理化性質與油菜產量及其構成因子的相關性分析

土壤理化性質與油菜產量及其構成因子相關性表明（表2），土壤pH值與油菜產量及其構成因子之間大多呈負相關關系；其他土壤養分與油菜產量及其構成因子均呈正相關關系（除土壤速效鉀對株高外），其中，全氮、堿解氮與一次有效分枝數和產量的相關性均達到顯著或極顯著水平，有機質與產量也呈顯著正相關，相關系數為0.763。

表2 土壤理化性質與油菜產量及其構成因子間相關性分析

3 小結與討論

3.1 小結

（1）本研究表明，施肥降低了冬油菜種植的土壤pH值。土壤pH值降低主要是因為施用化肥，特別是氮肥，由于銨態氮肥進入土壤，在硝化細菌的作用下發生硝化作用，產生H+，從而導致土壤pH值降低；酰胺態氮肥轉化為硝態氮時產生H+，NH4的揮發也產生H+［11］。同時溶磷微生物也可以通過糖代謝產酸作用螯合Ca2+并釋放PO43-，導致土壤pH值下降［12］。大量研究表明，施用化肥后會降低土壤pH值，而施用有機肥有利于培肥土壤，緩解pH值降低，甚至可以提高土壤pH值［13-15］，這與本研究的結果不一致，可能原因：一是本試驗有機肥配施比例不夠；二是有機肥配施需要長期開展才能緩解或提高土壤pH值［16］。

本研究表明，與不施肥（CK）相比，有機無機肥配施顯著提高土壤有機質含量，這與吳榮等［17］的研究結果一致。有機肥的配施一方面直接增加了土壤有機質的含量，另一方面有機肥中大量的微生物促進了土壤中有機質的合成和轉化。與常規施肥（CF）相比，僅有優化施肥處理（OPT2）顯著提高了土壤有機質含量，而其他處理則有所提高，但未存在顯著性差異。與OPT2相比，增效施肥處理不僅未能提高土壤有機質含量，反而有所下降。說明有機肥替代30%化肥更有利于土壤有機質的積累。

（2）土壤養分是植物生存的基礎，氮、磷、鉀等大量元素以及多種微量元素都是植物生長所需的基本要素［18］。本研究表明，與常規施肥（CF）相比，優化施肥處理雖然減少了氮肥或磷肥的用量，但是配施有機肥、增施氮肥增效劑及磷肥活化劑均有利于減少了土壤中全氮及速效養分流失。氮肥增效劑能夠選擇性地抑制土壤中硝化細菌活動，減緩了土壤中銨態氮轉化為硝態氮的反應速度；磷肥活化劑可以減緩有效磷向無效磷的轉化；有機肥中含有植物必需的營養元素N、P、K。結合試驗數據分析，相比只施用氮肥和磷肥，有機肥、氮肥增效劑和磷肥活化劑的添加更有利于土壤中全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀的積累。

（3）施肥有利于增加冬油菜的一次有效分枝數、單株有效角果數、每果粒數及油菜產量，這與多位學者的研究結果一致［19-21］。但在不同施肥方式下，所產生的增產效果也各不相同。與常規施肥相比，優化施肥并未顯著影響冬油菜的產量構成因子，卻顯著提升了菜籽產量。究其原因，可能是相比于有機肥，施用化肥所提供的養分更能迅速地被作物所吸收、利用，有利于作物的前期生長，而冬油菜的生長期長，后期化肥養分已耗盡，并最終影響產量的形成。反之，有機無機肥配施，其油菜生長前期化肥中的養分足以提供油菜正常生長，而后期有機肥肥效持續不斷地發揮作用，保證了油菜成熟期對養分的需求，最終形成高產。土壤理化性質與產量及其構成因子的相關分析也表明，土壤有機質、全氮和堿解氮含量與冬油菜菜籽產量、油菜一次有效分枝數均呈顯著正相關。

3.2 結論

本研究表明，施用化肥和有機無機肥配施均會導致土壤pH值降低。與常規施肥（CF）相比，優化施肥有利于提高土壤養分含量，其中增施氮肥增效劑有利于提高土壤堿解氮含量，增施磷肥活化劑未能提高土壤有效磷含量，而有機無機肥配施有利于各種土壤養分含量增加。綜合冬油菜產量指標來看，有機肥與無機肥按照3∶7配施，在保證油菜菜籽產量的前提下，有利于提高土壤養分含量，建議在長江流域油菜種植期推廣應用該施肥技術。