0 引言
【研究意义】油菜是中国重要的油料作物,其种植面积和总产量占世界的20%左右,但其单产水平与加拿大和中西欧相比依然偏低[1],油菜单产水平的提高很大程度上依赖于氮肥施用[2],在生产上,中国油菜的氮肥使用依然存在很大的盲目性和不合理性,人们为追求高产,大量施用氮肥,从而导致资源浪费以及氮肥利用率的显著降低[3-4]。而合理氮肥施用方式是实现氮肥高效利用的重要技术手段,目前,在油菜生产上氮肥施用往往采用土壤表面撒施,这种施用方式使得大部分养分远离根系分布,极易引起植物生长后期养分亏缺[5],从而影响产量。此外,养分供求不同步也是氮肥利用率降低的一个重要原因[6]。近年来,随着农业机械化的发展,肥料集中施用成为一种更加高效的施肥管理策略,实现土壤养分供应同作物生长和养分吸收的高度匹配,因此,在确定合理氮肥用量的基础上将肥料集中施用对提高油菜产量和氮肥利用率具有重要影响。【前人研究进展】肥料施入土壤后,特别在集中施用时会在根际周围形成特殊的肥料微域环境[7],从而刺激根系生长发育,构建理想根系形态,利于植物生长和养分吸收。有研究表明,氮肥深施15 cm利于根系下扎,增加了深层根系的活力和比重,进而提高了玉米产量和氮素吸收量[8]。在水稻中也发现,氮肥深施旱稻产量较撒施增加1.5 t·hm-2,产量提高主要源于旱稻穗数、实粒数和穗粒数的增加[9]。此外,氮肥侧深施可以延缓氮肥释放,增加土壤无机氮累积,保证土壤氮素持续供应,利于作物增产[10]。氮肥集中施用可以进一步降低环境风险,肥料条施及穴施有效降低了地表径流氮素损失,降幅达到50%左右。撒施后翻耕和条施后覆土还能有效抑制氨挥发和氧化亚氮排放损失[11-12],减少土壤氮素损失,提高了氮肥利用率。【本研究切入点】受栽培品种、种植目标和生产力水平等因素影响,中国油菜栽培模式也发生了重大转变,现阶段移栽油菜和直播油菜种植面积比例相当,直播油菜比例还有增加的趋势[4,13],2种栽培模式对氮肥响应存在明显不同[14],目前,对油菜氮肥研究主要集中在氮肥用量、运筹[4,15]等方向,而与不同栽培模式生长特点相适应的氮肥施用方式的研究还存在不足。【拟解决的关键问题】为了探寻移栽和直播油菜氮肥施用效果差异,明确两种栽培模式对不同施氮方式的响应,本研究在湖北省和江西省油菜主产区开展田间试验,通过比较和分析2种栽培模式下不同施氮方式对油菜产量、干物质动态和氮素吸收的影响,为长江流域油菜高产高效科学施肥提供理论基础。1 材料与方法
1.1 试验地点与材料
2010年9月至2011年5月在湖北省沙洋县曾集镇和赤壁市赤壁镇,江西省进贤县张公镇和安义县长埠乡布置田间试验,耕层0—20 cm土壤理化性质见表1。
Table 1
表1
表1试验地点耕层土壤理化性质
Table 1The physical-chemical properties of experimental soils
| 地点 Site | pH | 有机质 SOM (g·kg-1) | 全氮 Total-N (g·kg-1) | 碱解氮 Alkaline-N (mg·kg-1) | 速效磷 Olsen-P (mg·kg-1) | 速效钾 NH4OAc-K (mg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 沙洋Shayang | 6.9 | 23.2 | 0.9 | 100.9 | 14.7 | 166.7 |
| 赤壁Chibi | 7.9 | 27.8 | 1.6 | 142.9 | 16.3 | 51.5 |
| 安义Anyi | 4.9 | 38.9 | 2.2 | 125.2 | 43.3 | 234.3 |
| 进贤Jinxian | 5.6 | 25.3 | 1.7 | 176.6 | 11.1 | 44.2 |
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试验所选用的油菜品种均为当地主要油菜品种,其中,湖北沙洋为华油杂9号,湖北赤壁为中油杂11号,江西进贤和安义均为赣油杂5号。移栽油菜于2010年9月下旬播种,10月下旬移栽,2011年5月上中旬收获,移栽密度为1.125×105株/hm2;直播油菜于2010年9月下旬或10月中旬条播播种,播种量为3.75 kg·hm-2,2011年5月上中旬收获。各试验点油菜不同栽培模式相应生育时期见表2。
Table 2
表2
表2试验地点生育时期（年/月/日）
Table 2The growing stage of experimental sites (year/month/day)
| 栽培模式 Cultivations | 时间 Time | 沙洋 Shayang | 赤壁 Chibi | 安义 Anyi | 进贤 Jinxian |
|---|---|---|---|---|---|
| 移栽油菜 | 播种时间 Sowing | 2010/9/21 | 2010/9/27 | 2010/9/23 | 2010/9/25 |
| TOR | 移栽时间 Transplanting | 2010/10/26 | 2010/10/22 | 2010/10/25 | 2010/11/1 |
| 收获时间 Harvest | 2011/5/12 | 2011/5/16 | 2011/5/5 | 2011/5/3 | |
| 生育期 Growth day (d) | 233 | 231 | 224 | 220 | |
| 直播油菜 | 播种时间 Sowing | 2010/9/30 | 2010/10/20 | 2010/10/22 | 2010/10/21 |
| DOR | 收获时间 Harvest | 2011/5/12 | 2011/5/16 | 2011/5/5 | 2011/5/3 |
| 生育期 Growth day (d) | 224 | 208 | 195 | 194 |
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1.2 试验设计
采用裂区试验设计的方法,主处理为不同栽培模式,分别为：（1）移栽;（2）直播。副处理为不同的施氮方式,分别为：（1）对照处理（CK,不施氮肥）;（2）氮肥表施（氮肥用量为180 kg N·hm-2,基肥占60%,将氮肥直接撒施于土壤表面后移栽或直播）;（3）氮肥翻施（氮肥用量为180 kg N·hm-2,基肥占60%,将氮肥撒施于地表后旋耕,深度10 cm左右,然后移栽或直播）;（4）氮肥集中施用（氮肥用量为180 kg N·hm-2,基肥占60%,移栽采用穴施的施肥方式,穴深10 cm,覆土后在穴旁移栽,施肥穴与移栽植株距离10 cm左右;直播采用条施的方式,施肥沟深10 cm左右,覆土后在施肥沟旁10 cm左右条播）。每个处理3次重复,完全随机区组排列,小区面积为20 m2。除不施氮对照外,其他各处理氮肥用量为180 kg N·hm-2,基肥占60%,施肥方式按方案执行,追肥占总用量40%,分别用作越冬苗肥和薹肥,各占一半用量,施用方法为降雨后撒施。各处理的磷钾硼肥用量相等,分别为90 kg P2O5·hm-2、120 kg K2O·hm-2和15 kg硼砂,所有肥料均作基肥一次性施用,均为翻施。供施肥料品种分别为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含
P2O5 12%）、氯化钾（含K2O 60%）和硼砂（含B 12%）。
田间其他管理措施与当地生产保持一致。
1.3 测定项目
土壤样品：在油菜基肥施用前采集,整个田块均匀布点,取0—20 cm耕层土壤,风干磨细过筛,测定土壤pH、有机质、全氮、碱解氮、速效磷和速效钾[16]。植物样品：油菜成熟期收获前对各试验点取样,移栽油菜每小区选取有代表性植株10株,直播油菜选取有代表性的0.36 m2样方。取样时,沿植株根茎结合处剪去根系,将地上部分为茎秆、角壳和籽粒三部分。将取回的植株样品清洗后于105℃杀青30 min,60℃烘干至恒重后,称重、粉碎、混匀,采用H2SO4-H2O2联合消化[16],流动分析仪（德国SEAL,AA3）测定油菜地上部氮含量。成熟区按小区收获籽粒称重,晒干后根据实际含水量折算成容许含水量（10%）的产量。
为了进一步研究不同施肥方式对油菜生长的影响,在进贤和安义两地点,分别在移栽油菜移栽后50、120和150 d（即播种后80、150和180 d）和直播油菜播种后50、120和150 d取样测定干物质量和氮养分含量。移栽油菜每小区选取有代表性植株10株,直播油菜选取有代表性的0.36 m2样方。样品处理和测定方法同上。
1.4 数据处理与分析
有关参数计算参考CASSMAN等[17]和彭少兵等[18]计算方法。地上部氮素吸收量（shoot nitrogen uptake,kg·hm-2）=地上部干物质量（kg·hm-2）×地上部干物质含氮量（%）;
氮肥农学利用率（nitrogen agronomic efficiency,AEN,kg·kg-1 N）=（施氮处理作物产量-不施氮处理作物产量）/氮肥施用量;
氮肥表观利用率（nitrogen recovery efficiency,REN,%）=（施氮处理作物地上部氮素吸收量-不施氮作物地上部氮素吸收量）/氮肥施用量×100;
采用Microsoft Excel 2010软件进行数据处理,用SPSS 17.0进行数据统计分析,用LSD法检验处理间P<0.05水平的差异显著性,采用Origin 8.0软件绘制图表。
2 结果
2.1 不同栽培模式及施氮方式对油菜产量的影响
栽培模式和施氮方式对油菜产量产生明显影响（表3）,相同处理下,移栽油菜的产量水平显著高于直播油菜,两者的产量差达到299.1—544.2 kg·hm-2。氮肥施用能明显提高两种栽培模式下油菜的产量,施肥方式亦对其产生显著影响,两种栽培模式下均表现为集中施用>翻施>表施的趋势。与表施处理相比,移栽条件下,集中施用和翻施处理油菜的平均增产幅度为18.2%和8.6%;而在直播情况下,两者平均增产幅度分别为23.8%和10.1%,直播油菜对氮肥施用方式表现出更高的敏感性。油菜增产效果在不同地点间略有差异,沙洋和安义点集中施用处理油菜产量均最高,显著高于表施处理;赤壁直播油菜集中施用处理油菜产量显著高于表施处理,但移栽情况下差异不显著;进贤2种栽培模式下集中施用和表施处理均无显著差异。Table 3
表3
表3不同栽培模式及施氮方式对油菜产量的影响
Table 3Seed yield of oilseed rape as affected by different cultivations and N application methods
| 栽培模式 Cultivations | 处理 Treatments | 产量 Yield（kg·hm-2） | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 沙洋 Shayang | 赤壁 Chibi | 安义 Anyi | 进贤 Jinxian | 均值 Average | ||
| 移栽TOR | 对照 CK | 274.2d | 983.3b | 687.2c | 741.7b | 671.6c |
| 表施 Broadcasting | 1718.3c | 2200.0a | 2199.0b | 1543.3a | 1915.2b | |
| 翻施 Ploughing | 2080.0b | 2316.7a | 2249.0b | 1634.2a | 2070.0ab | |
| 穴施 Holing | 2294.2a | 2475.0a | 2577.1a | 1690.0a | 2259.1a | |
| 直播DOR | 对照 CK | 79.5c | 391.7c | 478.8d | 540.0b | 372.5c |
| 表施 Broadcasting | 1077.4b | 1425.0b | 1849.0c | 1230.0a | 1395.3b | |
| 翻施 Ploughing | 1240.5ab | 1508.3ab | 1964.2b | 1390.0a | 1525.7ab | |
| 条施 Banding | 1461.9a | 1716.7a | 2274.2a | 1426.7a | 1719.9a | |
| 方差分析 ANOVA | ||||||
| 栽培模式 Cultivation (C) | ** | |||||
| 施氮方式 Nitrogen (N) | ** | |||||
| 试验地点 Site (S) | ** | |||||
| 栽培模式×施氮方式 C×N | ** | |||||
| 栽培模式×试验地点 C×S | ** | |||||
| 施氮方式×试验地点 N×S | ** | |||||
| 栽培模式×施氮方式×试验地点 C×N×S | ns | |||||
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2.2 不同栽培模式及施氮方式对油菜生育期干物质动态的影响
从油菜生育期干物质动态可以看出（图1）,各处理植株干物质量均随油菜生育期的推进而逐渐增加,成熟期达到最大值。相同条件下,移栽油菜各生育阶段生长明显好于直播油菜。在安义点（图1-ⅰ和图1-ⅱ）,花期之前不同施氮方式间干物质量无明显差异;而花期之后氮肥集中施用油菜地下部和地上部干物质同步提高,并显著高于表施处理。与表施处理相比,移栽油菜氮肥集中施用花后地下部干物质增幅占整个生育期干物质增幅的61.8%,地上部为50.5%,直播油菜分别为78.5%和66.7%。在进贤点（图1-ⅲ和图1-ⅳ）,与其产量表现相似,氮肥集中施用和表施处理差异不明显,但是集中施用干物质量高于表施处理,表现出与安义点干物质变化相似的特点。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图1不同栽培模式及施氮方式对油菜生育期干物质量的影响
-->Fig. 1Shoot and Root dry matter of winter oilseed rape at different growth stages as affected by different cultivations and N application methods
-->
2.3 不同栽培模式及施氮方式对油菜氮素吸收量的影响
由图2可知,与产量表现相似,移栽油菜可以获得较高的氮素累积,相比直播油菜提高了33.1%—54.8%。施氮处理油菜氮素吸收量与对照相比均有显著增加,其中,氮肥集中施用处理达到最高。与表施处理相比,移栽条件下,集中施用和翻施处理油菜氮素吸收量平均增幅为19.0%和7.5%;而在直播情况下,两者平均增幅分别为37.0%和17.3%,沙洋、赤壁和安义点氮肥集中施用与表施处理氮素吸收量均达到显著性差异,而进贤点差异不明显。
显示原图|下载原图ZIP|生成PPT图2不同栽培模式及施氮方式对油菜地上部氮素吸收量的影响
-->Fig. 2Shoot N uptake of winter oilseed rape as affected by different cultivations and N application methods
-->
2.4 不同栽培模式及施氮方式对油菜氮肥利用率的影响
从不同栽培模式和施氮方式油菜氮素效率可以看出（表4）,相同处理条件下,移栽油菜氮肥农学利用率和氮肥表观利用率显著高于直播油菜,其中,氮肥农学利用率从6.5 kg·kg-1增加到7.8 kg·kg-1,平均增幅为20.2%,氮肥表观利用率从27.6%提高到37.5%,平均增幅为37.5%。施氮方式明显提高了2种栽培模式氮肥农学和表观利用率,两者均表现为氮肥集中施用最高,其次为翻施,最低为表施。与表施处理相比,对于氮肥农学利用率而言,移栽油菜氮肥集中施用和翻施处理从6.9 kg·kg-1增加到8.8和7.8 kg·kg-1,平均增幅分别为27.7%和12.4%,直播油菜从5.7 kg·kg-1增加到7.5和6.4 kg·kg-1,平均增幅分别为31.7%和12.7%。对于氮肥表观利用率而言,移栽油菜氮肥集中施用和翻施处理从33.3%提高到42.3%和36.9%,平均增幅分别为27.2%和10.8%,直播油菜从22.0%增加到33.2%和27.4%,平均增幅分别为50.7%和24.4%。氮肥施用方式之间,直播油菜对氮肥利用效果更为明显。Table 4
表4
表4不同栽培模式及施氮方式对油菜氮肥利用率的影响
Table 4Fertilizer N use efficiencies of winter oilseed rape as affected by different cultivations and N application methods
| 栽培模式 Cultivations | 处理 Treatments | 氮肥农学利用率 AEN (kg·kg-1) | 氮肥表观利用率 REN (%) | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 沙洋 Shayang | 赤壁 Chibi | 安义 Anyi | 进贤 Jinxian | 沙洋 Shayang | 赤壁 Chibi | 安义 Anyi | 进贤 Jinxian | |||
| 移栽TOR | 表施Broadcasting | 8.0c | 6.8a | 8.4b | 4.5a | 44.9a | 32.0b | 31.5b | 24.6a | |
| 翻施Ploughing | 10.0b | 7.4a | 8.7b | 5.0a | 52.0a | 35.7ab | 32.8ab | 27.0a | ||
| 穴施Holing | 11.2a | 8.3a | 10.5a | 5.3a | 58.3a | 40.8a | 40.1a | 30.1a | ||
| 直播DOR | 表施Broadcasting | 5.5b | 5.7b | 7.6c | 3.8a | 21.7a | 23.9b | 25.4b | 17.2b | |
| 翻施Ploughing | 6.4ab | 6.2ab | 8.3b | 4.7a | 26.3a | 27.5ab | 33.7ab | 22.2ab | ||
| 条施Banding | 7.7a | 7.4a | 10.0a | 4.9a | 35.8a | 32.5a | 40.7a | 23.9a | ||
| 方差分析 ANOVA | ||||||||||
| 栽培模式 Cultivation (C) | ** | ** | ||||||||
| 施氮方式 Nitrogen (N) | ** | ** | ||||||||
| 试验地点 Site (S) | ** | ** | ||||||||
| 栽培模式×施氮方式 C×N | ns | ns | ||||||||
| 栽培模式×试验地点 C×S | ** | ** | ||||||||
| 施氮方式×试验地点 N×S | ns | ns | ||||||||
| 栽培模式×施氮方式×试验地点 C×N×S | ns | ns | ||||||||
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3 讨论
3.1 氮肥集中施用对油菜产量、干物质量和氮素吸收的影响
与氮肥表施相比,移栽和直播油菜集中施用处理平均增产幅度分别为18.2%和23.8%,氮肥表观利用率平均增幅分别为27.2%和50.7%,这与其他作物体系的研究结果类似[8,19-20],表明在适宜氮肥用量情况下,改善施肥方式能进一步提高作物产量和氮肥利用率。油菜产量增加和氮肥利用率提高主要是由于集中施用显著改善花后根系生长,相较于氮肥表施,集中施用根系花后干物质增幅占总生育期的增幅达63.4%—76.7%,延缓了根系衰老,协调地上部和根部干物质量的同步累积,利于高产的形成。邹娟等[21]研究发现,油菜干物质积累主要集中在薹花期,通过集中施用减少氮素损失,保证油菜生长后期土壤氮素供应,为获得较高籽粒产量提供保障。相关研究[22-23]也表明,氮肥集中施用有利于提高拔节后,尤其是开花后的干物质累积,进而改善了生育后期的营养状况和生理活性,提高了花后群体光合生产能力和光合产物的同化能力,从而有利于高产的形成。同时集中施用为生育后期根系增殖和深层扩展提供良好条件,利于根系下扎,提高了深层根系活力和比重,这也是形成高产的重要因素[8]。本研究中不同地点施肥方式存在差异,这可能与土壤氮素供应有关。4个地方土壤有机质和全氮含量接近,但是可以看到,不同地点不施肥处理基础产量差异较大,而不施氮处理油菜产量是衡量土壤氮素供应的重要指标[24],在土壤氮素供应较低的区域,比如沙洋、安义点和直播条件下的赤壁点,基础产量相对较低,土壤氮素供应处于较低水平,因此,集中施用不仅能够减少氮肥损失,而且可以保证土壤氮素供应,获得更高产量;进贤点和移栽条件下的赤壁点基础产量相对较高,土壤氮素供应充足,虽然表施会造成土壤氮素损失,但因为土壤本身氮素供应充足,所以氮肥集中施用优势并没有显现。
3.2 栽培模式对油菜产量、干物质量和氮素吸收的 响应
相同处理下,2种栽培模式下油菜产量差达299.1—544.2 kg·hm-2,移栽油菜之所以获得较高产量很大程度上依赖于较高的干物质累积。韩自行等[25]研究发现无论施氮与否,移栽油菜的生物学产量明显高于直播油菜,并且与产量有很好的相关性。成熟期干物质的增加又取决于整个生育期油菜群体干物质的累积,相同处理下,与直播油菜相比,移栽油菜根部干物质增幅为13.2%—34.6%,地上部为15.3%—43.1%。较高的干物质累积利于优势群体的形成,提高了油菜源的光合能力和库容量。研究同时发现,2种栽培模式生育期相差20 d左右,主要是体现在移栽油菜比直播油菜播种期早,移栽油菜需要经历育苗过程,相对延长了油菜生育期,促进冬发,增强了基础苗活力,建立强大营养体,为后期形成多分枝多角果个体奠定基础。直播油菜播种晚,苗期生长发育受冬前光温条件影响较大,个体长势弱导致群体角果数不足,产量下降[14,26-27]。在本研究中,直播油菜的干物质累积和氮素吸收对氮肥集中施用的响应明显高于移栽油菜,这主要是由于直播根系纤弱,养分供应不足时,根系生长受阻甚至早衰,产量也随之降低。而油菜移栽时本身具有稳定的植株构型,虽然根系出现一定程度的断裂损伤,但它依然储藏着营养物质,可以维持缓苗期养分吸收。相对于氮肥表施,直播油菜集中施用花前根部干物质增幅明显低于移栽油菜,后期高于移栽油菜,而整个生育期地上部干物质量的增幅明显高于移栽油菜,两者分别为12.9%—22.0%和6.1%—11.9%,氮肥集中施用通过调整生育期根系生长显著提高直播油菜对养分胁迫环境的抗逆性,并且有效改善了其群体质量,因此,直播油菜表现出更加敏感的响应。王寅等[14]研究表明直播油菜个体瘦弱,而群体密度不稳定且极易受环境影响,养分可以显著影响个体从而影响其群体密度及生长过程。
油菜移栽模式缓解了长江流域轮作体系中茬口紧张的问题,大幅提高了油菜单产水平,但是随着农村劳动力转移和移栽成本的提高,实际生产阻力逐年加大。以轻简化为特点的直播模式省时省工,提高了油菜种植效益[28-29],适应当前油菜种植模式的机械化配套设施也需要不断完善,继续加强机械化施肥条件下施肥技术的研发,尤其在施肥深度、施肥位置、施肥品种方面都需要进一步研究。
4 结论
栽培模式和施氮方式对油菜产量和氮肥利用率产生显著影响。相同处理下,直播油菜长势弱于移栽油菜,对氮肥施用方式的响应更为敏感,因此,氮肥集中施用在直播油菜上表现效果更为显著。与氮肥表施相比,集中施用可以明显提高2种栽培模式下油菜干物质积累量,尤其是增加了花后干物质积累,促进了花后地下部干物质和地上部干物质同步累积。结合油菜栽培模式,实际生产中应该采取条施或穴施的氮肥集中施用技术。（责任编辑 杨鑫浩,李莉）
The authors have declared that no competing interests exist.
