油菜氮肥效应及土壤养分变化的研究

Rapeseed Nitrogen Fertilizer Effect and Researches on the Change of Soil Nutrients

摘要: 为解决本地区油菜氮肥适宜用量及提高氮肥利用率的问题，2014~2016年度连续3年在磷、钾和硼肥的等量施肥下以氮肥不同用量为试验材料进行田间试验，研究氮肥不同施用量对油菜籽产量、氮肥利用率及土壤养分的影响。结果表明，合理施用氮肥对油菜株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重均有促进作用，同时能显著提高油菜籽的产量；油菜氮肥利用率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加而下降；增加氮肥施用量，可提高土壤有效磷、全氮、有机质含量；初步确定了本区域种植冬油菜氮肥推荐量为196.87 kg/hm²。

Abstract: In order to solve the problem of the application amount of N and Increase N fertilizer utilization in winter rapeseed in the region, based on the same dose of K, P and B fertilizers with N different dose in 2014-2016 years, the influence on rape seed yield, N fertilizer utilization and soil nutrition con-tent was studied with N different. The results showed that the rational N fertilizers could increase the plant height, stem diameter, branch number, single plant kernels, per kernels number and 1000-grain weight of rapeseed, and increase obviously yield of rapeseed. The N fertilizer utilization and N partial factor productivity decreased with the increase of nitrogen fertilizer. The content of available phosphorus, total nitrogen and organic matter in soil can be increased by increasing the amount of nitrogen fertilizer applied. The optical recommendation of N fertilizers was determined to be 196.87 kg/hm².

1. 引言

油菜是我国主要的油料作物之一，具有需肥量大、耐肥性较强的特性 [1] [2] 。氮素是农作物最重要的营养元素，与农作物的生长发育、产量及品质密切相关。油菜对氮肥的需求量较大，但过量施用氮肥不仅会造成环境污染，而且还会导致油菜对氮肥的利用率明显下降 [3]，因此提高油菜氮肥利用率受到很大重视。油菜作为我国主要农作物之一，国内科技工作者就氮肥对油菜产量、品质及氮肥合理施用量，已做了许多研究。杨勇等研究表明，氮、磷、钾肥合理配施可明显增加油菜有效角果数和每角果粒数，显著提高籽粒产量 [4] 。李月梅 [5] 在春油菜上等通过不同氮磷钾肥配施发现，氮肥和磷肥对春油菜(甘蓝型杂交油菜青杂2号)籽粒产量的提高有显著作用，钾肥的影响相对较小。马良等 [6] 研究结果显示，氮磷钾硼配合施用可以提高油菜植株株高和单株有效角果数，显著提高油菜籽粒产量和经济效益。邹娟等 [7] 通过2004~2006年在长江流域10个省的73个油菜肥效田间试验，研究发现在磷、钾及硼肥基础上施用氮肥，能明显提高油菜籽产量，氮肥偏生产力、农学效率、生理利用率及表观利用率分别为14.7 kg∙kg⁻¹、6.2 kg∙kg⁻¹、18.5 kg∙kg⁻¹和34.6%。在施磷、钾肥基础上施用氮肥能明显著提高油菜的磷、钾肥偏生产力。氮素是影响油菜产量的主要营养元素之一，氮肥利用率低在油菜生产中普遍存在 [8] 。影响肥料利用率的因素很多，科研工作者已做过大量研究，其中化肥的不合理施用是最主要原因 [9]，本研究通过连续3年田间试验，初步确定氮肥适宜施用量，为本地区油菜高产高效生产提供一定参考依据。

2. 材料与方法

2.1. 试验区概况

本试验区小纪镇为我区里下河区域，地势平坦，河湖交织，平均海拔2米左右，气候属热带湿润气候区，四季分明，季风明显，雨水充沛，年平均气温14.9℃，降水量978.7毫米，无霜期达220天。赵家村、宗村村和蒲塘村3个试验点的土种均为小粉浆土，肥力较高。

2.2. 试验材料

2014~2016年连续3年分别在小纪镇赵家村、宗村村和蒲塘村进行了冬油菜的氮肥不同用量试验。各试验点具体位置和耕层土壤基本状况见表1。供试油菜品种为当地主推品种“宁杂21号”。田间试验采用育苗移栽方式种植，移栽密度为12.45万株/hm²。各试验点于当年的10月中旬播种育苗，11月下旬进行移栽，次年5月下旬收获。各试验田前茬作物均为水稻。

Table 1. Locations and basic soil physical and chemical properties of the field trial sites

表1. 试验点位置和土壤基本理化性状

2.3. 试验设计

试验设6个处理，处理1 (N₁PK₁)不施氮、处理2 (N₂PK)施氮肥131.25 kg/hm²、处理3 (N₃PK)施氮肥196.875 kg/hm²、处理4 (N₄PK)施氮肥262.5 kg/hm²、处理5 (N₅PK)施氮肥328.125 kg/hm²、处理6 (N₆PK)施氮肥393.75 kg/hm²。各处理磷钾硼肥施用量分别为P₂O₅ 63 kg /hm²、K₂O 90 kg/hm²、硼7.5 kg/hm²。供试肥料中氮肥为尿素(含N 46%)、磷肥为过磷酸钙(含P₂O₅ 12%)、钾肥为氯化钾(含K₂O 60%)。肥料运筹为氮肥基肥40%，苗肥20%，苔肥40%；磷肥全部基施；钾肥基肥60%，苔肥40%；硼肥一次性基施。试验过程中，不施用有机肥。

2.4. 测定项目与方法

分别油菜移栽进和薹期考察油菜株高、茎粗、绿叶数、开展度、分枝数、单株角果数、每角粒数、千粒重等主要农艺性状；成熟期先测产后按小区实收。土壤理化性状测定采用常规分析方法测定 [10] 。

有关参数的计算方法如下 [9] ：

氮肥农学利用率(kg/kg N) = (施氮区产量 − 不施氮区产量) ÷ 氮肥用量；

氮肥偏生产力( kg /kg N) = 施氮区产量 ÷ 氮肥用量；

氮肥表观利用率(%) = (施氮区植株总吸氮量 − 不施氮区植株总吸氮量) ÷ 氮肥用量 × 100；

氮肥生理利用率(kg/kg N) = (施氮区产量 − 不施氮区产量) ÷ (施氮区植株总吸氮量 − 不施氮区植株总吸氮量)；

试验数据用SPSS17和Excel 2003进行统计分析。

2.5. 氮肥适宜用量的确定

采用一元二次肥效模型[式(1)]对油菜产量与氮肥施肥量进行拟合 [11]，确定最佳氮肥施肥量。

$y=a{x}^{\text{2}}+bx+c$ (1)

式中，y为油菜产量(kg/hm²)，x为氮肥施肥用量(kg/hm²)，a为二次回归系数，b为一次回归系数，c为截距。

3. 结果与分析

3.1. 施氮对油菜主要农艺性状的影响

从连续3年试验结果可以看出，不同氮肥施用量对油菜的主要农艺性状具有不同程度的影响(见表2)。与不施氮肥相比，随着施氮量增加，油菜株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重均有不同程度的提高；株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重提高幅度分别为3.2%~16.2%、10.7%~27.5%、14.8%~61.5%、4.2%~29.5%、0.96%~20.4%、2.81%~9.64%。经方差分析，处理N₂PK与N₃PK之间，N₄PK、N₅PK、N₆P₂之间株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重差异不显著，处理N₄P₂K₂、N₅PK与N₂PK和NPK之间株高、茎粗和千粒重差异达到显著水平，处理N₄PK、N₅PK与N₂PK之间单株角果数和每角粒数差异达到显著水平，处理N₆PK与N₂PK之间茎粗、单株角果数差异达到显著水平，与N₂PK和N₃PK之间千粒重差异达到显著水平。可见合理施用氮磷钾硼肥有利于提高油菜籽产量。

3.2. 施氮对油菜产量的影响

由表3、图1可见，2014~2016年连续3年油菜籽产量水平均随着氮肥用量的增加呈先上升后下降趋势，处理N_1.5P₂K₂、N₂P₂K₂、N_2.5P₂K₂、N₃P₂K₂与N₀P₂K₂相比，对油菜产量提高均达到显著水平。施氮 262.5 kg /hm²时平均产量最高，与N₀P₂K₂相比增幅达39%~56%，2014和2016年差异达到极显著水平；施氮量超过328.125 kg/hm²后处理间差异不明显(图1)，表明过量施用氮肥无明显正常效果。

Table 2. Agronomic characters of rape treated with different fertilization methods

表2. 不同施肥处理下的油菜农艺性状

注：同列不同小写、大写字母分别表示差异达P < 0.05和P < 0.01水平显著。下同。

Table 3. Responses of rape to different N treatments on yield

表3. 不同施氮肥处理对产量的影响

注：相对值是以处理N₁PK为基数，与其他处理的比值。下同。

注：^**表示P < 0.01。

Figure 1. Relationship between different N treatments and rape yield

图1. 不同施氮肥处理与油菜产量的关系

由图1分析，根据2014年氮肥效应方程 $y=-0.0\text{12}{x}^{\text{2}}+\text{7}.0\text{154}x+\text{1886}.\text{6}\left(R^{\text{2}}=0.\text{96}0{\text{5}}^{**}\right)$ ，得出油菜适宜施氮量为292 kg/hm²；根据2015年氮肥效应方程 $y=-0.00\text{92}{x}^{\text{2}}+\text{4}.\text{8358}x+\text{1919}.\text{8}\left(R^{\text{2}}=0.{\text{8795}}^{**}\right)$ ，得出油菜适宜施氮量为263 kg/hm²；根据2016年氮肥效应方程 $y=-0.0\text{1}0\text{9}{x}^{\text{2}}+\text{6}.0\text{654}x+\text{2227}.\text{1}\left(R^{\text{2}}=0.\text{8}0{\text{48}}^{**}\right)$ ，可以得出油菜适宜施氮量为278 kg/hm²。根据连续3年不同地点氮肥效应方程拟合结果，初步推荐本区域种植冬油菜氮肥施用量为263~292 kg/hm²，可达到较高的产量水平。

3.3. 施氮对油菜氮素利用率的影响

由表4可见，油菜氮肥表观利用率随氮肥用量的增加而下降，各处理间差异显著处理，N₂PK、N₃PK、N₄PK与N₅PK、N₆PK之间差异极显著。氮肥生理利用率各处理间差异不显著，氮肥农学利用率各处理与处理N₆PK之间差异显著。氮肥偏生产力随氮肥用量的增加而下降，各处理间差异显著。处理N₃PK和N₄PK₃年平均产量分别为2710 kg/hm²、3011 kg/hm²，氮肥利用率分别为29.97%、26.77%，两者之间产量水平差异不显著，氮肥利用率之间差异达到显著水平。综合氮肥效应方程拟合结果、氮肥利用率及化肥减量增效，初步确定本区域种植油菜氮肥适宜推荐量为196.87 kg/hm²。

3.4. 施氮对土壤养分的影响

由表5可知，随着施氮量的增加，土壤养分均有所提高，不施氮肥，土壤养分均有所将低。处理N₄PK、N₅PK、N₆PK与试验前之间土壤有效磷、全氮和有机质差异达到显著水平；但土壤速效钾和pH差异不显著 ；处理N₄PK、N₅PK、N₆PK与N₁PK之间有效磷、全氮、有机质差异达到极显著水平；处理N₄PK、N₅PK、N₆PK与N₂PK之间有效磷、有机质差异达到显著水平。可见在油菜生产中增加氮肥施用量，可提高土壤有效磷、全氮、有机质含量，在氮肥用量不足时，土壤有效磷、速效钾、全氮、有机质含量降低，土壤养分缺失。

4. 结论

1) 连续3年田间试验结果表明，在磷钾硼肥配施下合理施用氮肥对油菜株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重等农艺性状有明显促进作用，但氮肥用量过量后，单株角果数、每角粒数和千粒重均有所下降，从而降低产量；根据氮肥效应方程分析初步确定本区域种植油菜氮肥适宜推荐量为263~292 kg/hm²，能获得较高的油菜籽产量。

Table 4. Responses of rape to different N treatments in NUE

表4. 不同氮肥处理对油菜氮肥利用率的影响

Table 5. Effects of different N treatments on soil nutrients

表5. 不同施氮肥处理对土壤养分的影响

2) 油菜氮肥利用率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加而下降，氮肥生理利用率各处理间差异不显著，氮肥农学利用率各处理与N₆PK间差异显著。施氮量196.87 kg/hm²与施氮量262.5 kg/hm²相比，两者之间产量水平差异不显著，氮肥利用率之间差异达到显著水平。综合氮肥效应方程拟合结果、氮肥利用率及化肥减量增效，初步确定本区域种植油菜氮肥适宜推荐量为196.87 kg/hm²，即可提高油菜籽产量又可获得较高的氮肥利用率。

3) 在油菜生产中增加氮肥施用量，可提高土壤有效磷、全氮、有机质含量，在氮肥用量不足时，土壤有效磷、速效钾、全氮、有机质含量降低，土壤养分缺失。

5. 讨论

合理地配施氮磷钾肥是实现油菜高产高效生产的重要技术之一，适宜的氮肥用量可明显提高油菜籽产量，增加经济效益 [1] [5] [6] [12] 。本研究结果表明，增施氮肥对油菜的主要农艺性状均有明显的促进作用，但氮肥过量后，油菜单株角果数、每角粒数和千粒重反而略有下降，这与李银水等 [13] 研究结果相似。不同土壤肥力水平施氮量不同，本研究通过3年田间试验，初步确定了本地区种植油菜氮肥推荐量为196.87 kg/hm²，与王寅等 [14] [15] [16] 研究结果基本一致。巨晓棠等 [17] 研究认为氮肥利用率受土壤性质、作物种类、生长时期、氮肥用量及其它肥料的种类和施用技术，以及气象条件等因素的强烈影响，因而具有很大的变幅。一般来说，随着施氮量的增加，作物产量增加，而氮肥利用率显著降低 [17] 。本研究中油菜氮肥利用率和氮肥偏生产力均随氮肥用量的增加而下降，与与李银水等 [13] 研究结果类似。科学施肥是农作物高产稳产和培肥土壤的重要保障，合理的施用化肥可以较好的保持和提高土壤肥力 [18]，张荣等 [19] 研究认为氮磷钾肥不同施用量对土壤总体养分都有所提高，碱解氮、有效磷、速效钾的含量随着施肥量的增加而增高；张国荣等 [20] 研究认为长期施用化肥可提高土壤有机质含量，本研究也得到相似结果。

基金项目

全国测土配方施肥补贴项目(2012~2015年)，江苏省农业三新工程项目(sxgc[2017]158)。