長江中下游稻油輪作區氮肥運籌對土壤肥力和油菜產量的影響

陳國徽 ，張頌 ，陳艷芳 ，高冰可 ，車品高 ，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）

0 引言

油菜作為我國食用植物油的第一大來源，在我國油料作物中占有舉足輕重的地位[1]。江西省所處的長江中下游地區，有著優良的耕地資源和水熱條件，是我國重要的糧食生產基地[2]。油菜作為江西省種植面積第二大的農作物和最大的油料作物，在全省農業產業中占有重要地位[3]。稻油輪作模式是江西省主要種植制度之一，常年種植面積達到500 萬畝，占全省油菜種植面積的62.5%。但江西省的土壤肥力普遍低下[4]，保肥能力差，同時長年不科學合理施肥造成稻油輪作區油菜單產遠低于全國的平均水平[5]。因此，提高油菜的單產、維持土壤肥力對長江中下游稻油輪作區糧油安全及農業可持續發展具有重要意義。

油菜是需氮量較大的作物，氮作為重要的營養元素，不僅是油菜產量的重要限制因子，還是維持油菜高生產力發展的重要基礎[6]。若氮肥施用不足，則不能滿足油菜生長的需要[7]；若施氮量過多，也會造成油菜生長后期貪青晚熟等情況[8]。同時，氮肥目前存在利用率低、施用與產量目標、生態目標不匹配以及施用時期不合理等問題[9-10]。一方面，農民的施肥習慣為重施基肥輕施追肥，這與油菜的生長期需肥規律不符；另一方面，重施化肥輕施有機肥，長此以往，會影響土壤質量造成環境問題[6]。因此，優化氮肥的高效施用技術，避免氮肥的不合理施用，對提高油菜產量和土壤質量具有重要意義。

已有研究表明，我國油菜施用化肥增產效果顯著，表現為氮肥＞磷肥＞鉀肥[9]。增加施肥次數，除基肥外，適當增施越冬肥和蕾薹肥[11-12]，以及適當施用硼肥[13]，符合油菜對養分的需求規律。甘國渝等[14]建議要根據冬油菜種植區域土壤和油菜養分需求特點，調節氮肥施用時期和配比有利于滿足油菜前期快速生長對氮素的需求，同時減少過量施氮造成的淋溶和損失。然而，近年來由于油菜種植效益低下[3]，長江中下游稻油輪作區更重視水稻生產，對于油菜，施肥過量和不足問題同時并存，施肥方式粗放，施肥過程復雜[9]。因此，本研究采用田間定位試驗，通過改變氮肥的基追比、增施硼砂以及有機無機配施等具體優化措施，來研究不同氮肥處理對油菜產量的影響，以期為優化氮肥的高效施用，提高油菜產量和土壤質量提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試油菜品種為江西省主推品種“潯油10 號”，由九江市農業科學院與中國油料作物研究所共同繁育。供試土壤為下屬系黃土發育而成的水稻土，長年開展稻油輪作，試驗前耕層（0 ～ 20 cm）土壤pH 5.39，有機質15.4 g·kg-1，全氮1.22 g·kg-1，堿解氮112 mg·kg-1，有效磷19.5 mg·kg-1，速效鉀111 mg·kg-1。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計

本試驗共設4 個處理，分別為：①常規施肥（CK：氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為6 : 2 : 2）；②NPK 化肥前氮后移（CR：施肥量與處理①一致，調整氮肥基肥、越冬肥和蕾薹肥比例為5 : 3 : 2）；③NPK 化肥配施硼砂（CRB：在處理②的基礎上配施硼砂6 kg·hm-2）；④70%NPK 化肥（70%以N計）+30%有機肥（CM）。

試驗于2020 年在江西省九江市農業科學院馬回嶺試驗基地（115°48' E，29°27' N）進行，試驗區位于長江中下游—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℃的平均有效積溫在5 500℃ ～ 5 800℃，年平均日照1 891.5 h，年均降雨量1 420.4 mm，無霜期266 天。試驗采用隨機區組設計，每個小區面積30 m2，每個處理設置3 個重復，隨機排列?；瘜W肥料配施尿素（含N 46%）、過磷酸鈣（含P2O512%）和氯化鉀（含K2O 60%）；有機肥由江西三品生物科技有限公司提供，其中含N 2.9%，pH 值為6.01。油菜常規施N 180 kg·hm-2，P2O590 kg·hm-2，K2O 108 kg·hm-2，磷、鉀肥做基肥一次性施入，氮肥分基肥、越冬肥和蕾薹肥施用，基追比根據試驗設計進行。其它田間管理同當地大田。

1.2.2 土壤肥力指標

試驗在油菜收獲后采集土樣，每個小區按S 形隨機選擇5 個點，收集0 ～ 20 cm 土層土壤制成混合土樣，采用“四分法”取1 kg 帶回室內風干，剔除動植物殘體和石礫，磨細過20 目篩備用。土壤pH 采用電位法（水土比2.5 : 1），有機質采用K2Cr2O7容量-外加熱法，全氮采用濃H2SO4消化-半微量開氏法，堿解氮采用1.0 mol·L-1NaOH 堿解擴散法，有效磷采用0.5 mol·L-1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法，速效鉀采用1.0 mol·L-1NH4OAc 浸提-火焰光度法測定。具體測定方法參照《土壤農化分析》[15]。

1.2.3 產量及農藝性狀

在油菜的成熟期對每個處理取樣，油菜收獲時將小區80%面積的油菜整齊的收割裝入網袋中，籽粒脫落后風干稱重為實際產量，記錄實產并換算成每公頃籽粒重。

在油菜收獲前2 ～ 3 天內對所有小區油菜農藝性狀進行調查，每個小區隨機選取有代表性的10 個植株，主要調查內容包括株高、一次有效分枝數、分枝部分、單株有效角果數和每果粒數。

1.2.4 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 22 進行數據處理和分析，Origin 2022 作圖，文內表格所列數據均為平均值±標準差。

2 結果與分析

2.1 不同氮肥運籌對冬油菜土壤化學性質的影響

各施氮運籌對土壤pH 影響較?。▓D1）。其中，CR 處理的pH 為4.63，與CK 處理（4.525）相比降低了0.105 個單位，未見顯著性差異。

各施氮運籌均未顯著影響土壤有機質含量（圖2a）。與CK 相比，CM 處理提高了土壤有機質含量，提升幅度為5.26%，其他處理雖降低了土壤有機質，但差異均未達到顯著水平。

圖2 不同施肥處理對冬油菜土壤有機質和全氮的影響Fig. 2 Effects of different fertilizations on soil organic matter and total nitrogen of winter rape

與有機質不同，各施肥運籌均顯著提高了土壤全氮含量（圖2b）。與CK 相比，CR、CRB 和CM 處理土壤全氮含量分別顯著增加1.98%、1.67%和7.99% （P＜ 0.05）。各優化處理間，以CM 處理最高，且顯著高于CR 和CRB 處理（P＜ 0.05）。

各施氮運籌對土壤速效養分影響顯著（圖3）。與CK 相比，CM 處理顯著提高土壤堿解氮含量，增幅12.5% （P＜ 0.05）；其它施肥處理土壤堿解氮含量雖有所提升但差異未達顯著水平（圖3a）。與堿解氮不同，各施肥運籌均降低了土壤有效磷含量，但差異不顯著（圖3b）。各施肥運籌對土壤速效鉀的影響見圖3c。與CK 相比，CR 和CRB 處理土壤速效鉀含量分別顯著增加18.5%和11.6%（P＜ 0.05）；CM處理有所降低，但差異未達顯著水平。

圖3 不同處理對冬油菜土壤速效養分的影響Fig. 3 Effects of different fertilizations on soil available nutrients of winter rape

2.2 不同氮肥運籌對油菜產量及農藝性狀的影響

與常規施肥（CK）相比，氮肥運籌（CR、CRB、CM）明顯提高了油菜菜籽產量，增幅為26.1% ～34.8%，但未見顯著性差異（表1）。

表1 不同施肥處理對冬油菜產量及其農藝性狀的影響Table 1 Effects of different fertilizations on yields and agronomic traits of winter rapeseed

不同氮肥運籌對油菜生長的影響較小。與CK 相比，各優化施氮處理對油菜株高、一次有效分枝數、分枝部位和單株有效角果數無顯著影響；CRB 處理油菜每果粒數顯著增加了22.7% （P＜ 0.05）。各氮肥運籌間，以CRB 處理油菜農藝性狀指標較優。其中，CRB 處理一次有效分枝數、分枝部位和每果粒數均顯著高于CM 處理（P＜ 0.05），而與CR 處理無顯著差異（除每果粒數）?？傮w而言，CRB 處理對油菜的各農藝性狀指標增幅最大（表1）。

2.3 土壤肥力指標與油菜產量及農藝性狀的相關性分析

土壤肥力指標與油菜產量及農藝性狀的相關性表明（表2），土壤pH 與油菜產量及其農藝性狀指標均呈負相關關系。其中，pH 值與全氮、有效磷、速效鉀、株高和菜籽產量呈極顯著負相關關系（P＜ 0.01），與一次有效分枝數和單株角果數呈顯著負相關關系（P＜ 0.05）。此外，土壤有機質與全氮、堿解氮和有效磷等養分指標呈顯著正相關關系（P＜ 0.05）。有效磷同株高、一次有效分枝數、單株角果數和產量呈極顯著（P＜ 0.01）或顯著（P＜ 0.05）的正相關關系；速效鉀與所有農藝指標呈顯著（單株角果數和每角粒數）或極顯著（株高、一次有效分枝數和分枝高度）的正相關關系；全氮與株高和產量呈極顯著正相關關系（P＜ 0.01），與單株角果數呈顯著正相關關系（P＜ 0.05）。同時，產量與產量構成因子之間相關性表明，產量與株高和一次有效分枝數均呈極顯著正相關關系（P＜ 0.01）。

表2 土壤化學性質與冬油菜產量及其農藝性狀的相關性Table 2 Correlations between soil chemical properties, winter oilseed rape yield and yield agronomic traits

3 討論

3.1 不同氮肥運籌對冬油菜土壤肥力指標的影響

本研究顯示，與常規施肥相比，優化施氮并未顯著影響土壤pH 值。而相較于試驗前pH（5.39），各處理土壤pH 值降低了0.67 ～ 0.87 個單位。這與眾多學者研究結果一致[16-17]。施肥會導致土壤酸化，作物生長過程中吸收了部分氮素，而留在土壤中的部分氮素會通過淋溶和氨揮發損失掉，從而增加了H+離子含量造成土壤酸化[18]。本文還發現有機肥替代氮肥并沒有提高土壤pH 值，可能的原因是本研究中使用的有機肥pH 值（6.01）較低，且僅替代了30%，對緩解土壤酸化效果不明顯。胡天睿等[19]研究認為，有機肥替代40%以上化學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，與常規施肥相比，優化施氮并未顯著影響土壤有機質含量（圖2a）。此外，有機無機配施對土壤有機質含量有所增加但未達到顯著影響，原因可能是有機肥增加有機質的同時，也提高了微生物的數量和活性，進而促進了有機質的分解，導致土壤有機質含量沒有顯著提高。

本研究中，優化施氮處理顯著增加了土壤全氮含量，尤以有機無機肥配施增幅最大（圖2b）。有機無機肥配施在增加土壤有機質的同時增加了土壤的有機態氮[20]。此外有機肥的輸入，增加了土壤有機碳，提高了土壤中C/N，有利于礦質氮的微生物固持，轉化為有機氮[21]，前氮后移措施減少了油菜苗期基施氮肥過多造成淋溶損失，同時后移為油菜越冬提供了養分供給[11]。由此可見，優化氮肥措施有利于提高土壤肥力，有利于農業可持續發展。

本研究中，只有有機無機配施顯著提高了土壤堿解氮含量（圖3a）。這可能由于單施化肥投入的氮是無機氮，因此在作物生長階段大量無機氮可能被地表徑流和淋溶等作用所帶走。此外，有機肥分解緩慢，具有長效性，減施氮肥并配施一定比例的有機肥不僅滿足了作物生長需求，而且還降低了氮素養分的流失風險[22]。

本研究還發現，各施肥處理均對冬油菜土壤有效磷含量影響甚微，僅前氮后移處理顯著提高土壤速效鉀含量（圖3b, c），說明化肥和有機肥對提高土壤有效磷含量具有大致相同的效果。而有機肥的肥效較緩，沒有單純施用化肥的效果更直接，可能是導致土壤速效鉀含量在施用有機肥下提高不大的主要原因。

3.2 不同氮肥運籌對油菜產量及其農藝性狀的影響

油菜是氮肥需求量很大的作物，適宜的氮素供應是油菜高產穩產的關鍵，氮肥供應不足，則無法滿足油菜生長的需要，進而導致油菜的產量低。本研究針對目前基肥施用過多而中后期投入不足的情況，基于等養分投入，將氮肥基追比例從6 : 2 : 2 調整為5 : 3 : 2 有利于油菜產量的提升，比常規施肥處理提升了24.1% ～ 34.8%，這與孫梅等人[6]的研究結果一致。表明油菜中后期的肥料投入更為重要，而前氮后移措施有利于作物后期對養分需求的供應。此外，與常規施肥相比，有機無機肥配施增產26.8%。相關性分析表明，土壤全氮與油菜籽產量呈極顯著正相關關系，與土壤堿解氮也呈正相關關系，因此，有機無機肥配施可能通過提高土壤氮素含量進而增加了油菜產量。

油菜是對硼元素敏感的作物，在前氮后移基礎上增施硼砂可以顯著提高油菜的產量及各項農藝性狀指標，增產效果明顯[23-25]。本研究中，CRB 處理油菜菜籽產量最高，這可能是因為施硼顯著提高了油菜的各項農學性狀，尤其是是每果粒數（表1），而通過相關性分析，油菜農藝性狀與菜籽產量均呈正相關關系。

4 結論

不同施肥措施均導致冬季油菜土壤pH 顯著下降，卻能顯著提高土壤全氮含量。此外，有機無機肥配施措施顯著提高了土壤堿解氮含量，前氮后移措施顯著提高土壤速效鉀含量。油菜菜籽產量及農藝性狀與土壤養分主要呈正相關關系，研究結果表明，優化施氮對土壤養分的改善促進了油菜株高和單株角果數等農藝性狀的生長，進而提高了油菜籽粒產量。對比不同施氮運籌，油菜菜籽產量以前氮后移基礎上增施硼砂（CRB）最有利于油菜增產，但綜合考慮產量與地力，有機無機肥配施模式（CM）更有利于提升地力保證產量，效果最好，可在長江中下游稻油輪作下的油菜季進行推廣。