氮、磷、鉀用量與種植密度對油菜產量和品質的影響

曾宇，雷雅麗，李京，胡立勇

(華中農業大學植物科技學院，農業部華中作物生理生態與栽培重點開放實驗室，武漢430070)

施肥量，尤其施氮量是影響油菜產量與品質的重要因子。合理施肥具有提高油菜生物量、分枝數、角果數、籽粒產量與收獲指數等方面的作用。但前人對施肥效應的研究以單因子試驗為多，特別是關于氮素單因子的研究，且多數研究提出油菜施氮量在180 ～ 360 kg/hm2范圍內可獲得較高產量［1－4］。但是，在一定范圍內單一改變施氮量會存在磷、鉀量不平衡的問題，因此，一些學者相繼開展了氮、磷、鉀適宜配合施用比例的研究［5－7］。對油菜品質的研究表明，單純增施氮肥會降低籽粒含油量，增加蛋白質含量，增施磷鉀肥則有提高含油量的趨勢［1，8－11］。

改變種植密度實際上是改變了單位面積土壤內可提供給植株養分量的多少，合理的種植密度能在一定范圍內協調個體與群體的矛盾，充分利用地力和光能。較長時間內，由于采用育苗移栽技術，長江流域油菜種植密度的研究范圍大多在12～22萬株/hm2［4，8，12］，近年來隨著直播技術的發展，密度增加到45萬株/hm2左右，但是僅個別研究的密度達到了90 萬株/hm2［13］。張子龍等［8］提出隨種植密度增加，種子蛋白質含量下降。但密度對含油量、硫甙及脂肪酸組成的影響，不同研究則結論不盡相同。

在不同土壤肥力及施肥水平條件下，種植密度對油菜生長的影響效應是不同的。在較高肥力條件下，由于個體發育良好，增加密度的效應相對變小，甚至可能會因為群體過于擁擠而減產;在肥力較低的條件下，密度對油菜的增產效應及范圍增大，但在過于貧瘠、養分極度缺乏的土壤上，增加密度由于缺少植物必需的養分條件，也會因個體發育不良使增產效應減小。因此，目前有關油菜生產中施肥量與密度之間相互關系的研究報道尚少，而且由于各種原因，以往多數研究所選擇的施肥或密度范圍也相對較窄，所得結論存在多方面局限性，甚至是錯誤的。為此，本文在保證油菜養分平衡供給的前提下，設置了隨施氮量改變，按一定配比同時改變磷、鉀用量的試驗處理，同時增大了兩因素的水平差距，與不同種植密度組合進行大田試驗，以節肥增密為出發點，探討油菜產量及品質變化的規律，以期為油菜生產中合理施肥和科學調控群體結構提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗設計

供試品種為甘藍型雙低雜交油菜“華油雜9號”，華中農業大學選育，2003年通過湖北省農作物品種審定委員會審定。種子由華中農業大學油菜研究室提供。

大田試驗于2009～2010年度在武漢市華中農業大學植物科技學院試驗基地進行(東經114°28'35.4″，北緯 30°28'40.7″)。該地區全年平均氣溫 15～17℃，年平均降水量1140～1265 mm，年平均蒸發量1400～1570 mm。試驗田土壤類型為黃棕壤，前茬為玉米。土壤養分含量：銨態氮20.67 mg/kg、硝態氮7.48 mg/kg、速效磷18.09 mg/kg、速效鉀168 mg/kg、pH 為 7.26。

前人在不同試驗研究條件下提出的油菜N∶P2O5∶K2O的適宜比例多在1∶(0.3～0.6)∶(0.5～1.0)范圍內變化［4－6］。本試驗供試土壤的速效磷含量中等，速效鉀略高，配合本試驗較高施氮水平，確定氮(N)∶磷(P2O5)∶鉀(K2O)比例為1∶0.55∶0.80。施肥處理設置施氮量為 N 135、225、315 kg/hm23個水平，按1∶0.55∶0.80的比例確定磷、鉀用量，分別用 F1、F2、F3 表示。設置 15、45、75 萬株/hm23個種植密度水平，分別用 M1、M2、M3表示。施肥與密度處理組合共9個處理，3次重復。小區面積16 m2。

2009年10月7 日播種，播后充分灌水直至出苗，三葉期按照設定密度定苗。2010年5月7日收獲。試驗用氮、磷、鉀肥分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)，同時使用硼砂15 kg/hm2。以50%N、50%K2O、100%P2O5及100% 硼肥作基肥;氮、鉀肥分別按基肥∶苗肥∶薹肥為5∶2∶3的比例施用，其中苗肥于2009年12月22日結合松土施入;薹肥在2010年2月10日施入。苗期及時中耕除草，初花期噴施菌核凈防治菌核病，其它田間管理按常規方法進行。

1.2 數據調查及測定分析方法

在播種前一周，以“S”形多點采集試驗田耕層土壤，混勻風干后磨碎測定基礎土壤理化性狀。土壤養分指標采用常規方法測定［14］。

成熟期收獲前2～3 d，每個小區在中間3行取有代表性的植株10株，按照油菜區域試驗方法測定株高、莖粗、分枝部位、主花序長、單株有效分枝數、單株有效角果數、每角粒數、千粒重、單株籽粒產量、生物產量等指標。由取樣植株籽粒產量占生物產量的重量比值計算收獲指數，按小區實際收獲籽粒曬干稱重計算大田產量。

對取樣株的籽粒分主莖、分枝及整株進行品質測定，采用近紅外分析掃描儀(Foss-NIR system)［15－16］分析脂肪、蛋白質、硫代葡萄糖苷(簡稱硫苷)和芥酸含量。

利用Excel和SAS統計軟件進行數據整理與統計分析。

2 結果與分析

2.1 不同施肥量與種植密度對油菜經濟性狀的影響

由表1可以看出，相同密度條件下，株高隨施肥量增大而升高的規律很明顯;但在相同肥力下則表現為施肥水平F1時，密度M1的株高最高，施肥水平F2、F3時密度M2的株高最高。雙因素綜合比較，株高最低為F1M3處理，最高為F3M2處理，兩處理間株高差值達24.1 cm，差異極顯著。

莖粗、主花序長、單株分枝數隨施肥量增大而增加，隨密度增大而減小;分枝部位則隨施肥量與密度增大而升高。相同肥力條件下，莖粗、分枝部位、有效分枝數在密度M1與M3處理之間達到極顯著差異水平，主花序長在不同密度間達到顯著差異水平。相同密度下，僅M1條件下莖粗、有效分枝數在F1與F3處理間達到顯著差異。莖粗、主花序長、有效分枝數的最大值出現在F3M1處理，最低值與株高相同，仍然是F1M3處理;分枝部位最大值為F3M3處理，最低值為F1M1處理。

相比之下，在相同施肥條件下不同密度之間的莖粗、分枝部位、主花序長、單株有效分枝數的最大差值分別達到0.51～0.69 cm、35.6～40.5 cm、11.8～14.4 cm、4.5～5.7個，明顯大于相同密度下不同施肥量之間的0.16～0.34 cm、4.4～11.4 cm、0.7～3.3 cm、1.1～2.9個。進一步計算可知，每公頃種植密度每增加30萬株單株有效分枝數降低1.7～3.8個，肥力越高不同密度之間分枝數與角果數差異越大。即在本試驗處理范圍內，除株高外，密度間差異對主要經濟性狀的影響超過了施肥量的差異。

表1 不同施肥量與密度處理下油菜經濟性狀比較Table 1 Comparison of economical characters of rapeseed under different fertilizer amount and planting density treatments

2.2 不同施肥量與種植密度對油菜產量構成因素的影響

表2表明，相同施肥條件下，單株籽粒產量在不同密度間都達到顯著差異水平;單株有效角果數達到極顯著差異。各肥力下單株生物產量、籽粒產量、有效角果數均表現為 M1＞M2＞M3，最大值均為F3M1處理，表明提高密度降低單株角果數的作用很大。計算結果顯示，每公頃種植密度每增加30萬株，單株有效角果數降低100.1～233.1個，且肥力越高，增加密度降低單株有效角果數的作用越明顯。施肥水平為F1、F2、F3時，密度M3的單株有效角果數比M1分別少242.1、251.9、332.6個。

不同密度下單株生物產量、籽粒產量、有效角果數均表現為施肥量F1＜F2＜F3。且密度為M1時，三者在F1、F2與F3處理間達到顯著差異。增加肥力有提高單株有效角果數的作用，但只在M1水平的F1與F3處理之間達到極顯著水平。

各處理間，千粒重、每角果粒數差異顯著性低于單株有效角果數。在相同密度下有肥力越高千粒重越大的趨勢，特別是F1與F3處理之間存在顯著差異;而不同密度間的影響較小。相同肥力下密度越高，每角果粒數越低，其中低肥力F1條件下的M1與M3處理之間存在顯著差異，中高肥力F2、F3的不同密度間差異不顯著。收獲指數有隨密度增大而降低、隨施肥量增大而升高的趨勢;在相同肥力條件下，密度75萬株/hm2(M3)處理的收獲指數顯著低于15萬株/hm2(M1)處理;以F3M1處理的收獲指數最大，達到0.318。從施肥與密度的交互效應看，僅單株角果數差異達到顯著水平。

表2 油菜不同施肥量與密度處理的產量構成因素比較Table 2 Comparison of yield components of rapeseed under different fertilizer amount and planting density treatments

2.3 不同施肥量與種植密度對油菜產量的影響

方差分析表明，在不同施肥量與密度條件下，油菜籽粒產量存在較大差異，總的趨勢表現為隨密度、肥力的增大而升高(表3)。F3與F1相比較，田間平均產量增加730.4 kg/hm2，增產率為19.88%;而M3比M1平均產量增加393.6 kg/hm2，為11.33%，即在本試驗范圍內，施肥量不同使產量變化的絕對差值大于種植密度。在3個施肥水平下，密度M1與M3處理間的產量差異達到極顯著水平;其中低肥力F1條件下3個密度差異都達到了顯著水平，而中、髙肥力 F2、F3條件下在密度 45萬株/hm2(M2)、75(M3)萬株/hm2處理之間的產量差異不顯著。比較相同密度下的產量，3個肥力水平間的差異都達到了顯著水平。

從施肥量與密度的互作效應可以看出，F1M3處理的產量比F2M1處理高，與F2M2處理無顯著差異;F2M3處理的產量與F3M1處理無顯著差異。說明在一定肥力范圍內，可以通過提高密度來替代施肥提高產量，以密補肥。本試驗結果也表明，施用氮肥量增加到N 315 kg/hm2，同時配合增施磷、鉀肥，種植密度提高到75萬株/hm2，仍有一定增產效果，產量水平達到了3835.7 kg/hm2。可見，前人不少研究得出高肥力下，密度過大油菜會出現倒伏、減產的現象［4］，可能有部分原因是單純增施氮肥而出現的結果。

增加施肥量與降低密度均會增加分枝產量的份額。表3表明，相同施肥水平下，隨密度提高主莖與分枝產量比例大幅增加，M1、M2、M3處理平均為0.28、0.51、0.79;其中 F1M3 處理最高為 0.97，主莖與分枝產量幾乎相當。同一施肥水平下，主莖產量在M1、M3處理間有顯著差異，而分枝產量在不同密度間差異均達到顯著水平。主莖與分枝產量比值的差異在密度處理間以及兩因素交互效應均達到極顯著水平，相同密度下，M1處理不同肥力間無顯著差異，M2處理下F1與F2和F3處理間差異極顯著，M3處理下，不同肥力水平間主莖與分枝產量比值達到極顯著差異水平。而大田產量、單株產量方面交互作用不顯著。

表3 不同施肥量與密度處理的籽粒產量比較Table 3 Comparison of yield under different fertilizer amount and planting density treatments

2.4 不同施肥量與種植密度對油菜籽品質的影響

不同施肥量與種植密度對油菜主莖、分枝及整株混合籽粒的品質會產生不同的影響(表4)。

2.4.1 對含油量的影響 無論主莖、分枝及整株籽粒的含油量均表現為隨施肥量的增大而下降，隨密度加大而升高的趨勢。相同肥力條件下，主莖、整株及分枝籽粒含油量的F1施肥水平其密度處理M1與M3之間表現為極顯著差異。而相同密度下不同肥力間的差異較小。不同處理分枝籽粒含油量平均低于主莖1.1個百分點，施肥與密度的互作效應相比較，分枝與主莖籽粒含油量差值最大為F3M2處理，達到1.5個百分點，最小的為F3M1處理，差值為0.3個百分點。

2.4.2 對蛋白質含量的影響 分枝籽粒的蛋白質含量略高于主莖。施肥量、密度對籽粒蛋白質含量的影響與含油量呈相反的趨勢。其中，主莖籽粒F2、F3處理比F1處理平均高0.26%、1.52%，且F3與F1處理間存在極顯著差異。說明在本研究范圍內，雖然同時增施磷、鉀肥，但增施氮肥促進籽粒蛋白質和硫苷合成的作用仍然存在。隨種植密度的提高籽粒蛋白質含量有降低趨勢，在F2、F3肥力條件下，主莖籽粒蛋白質含量在M1與M3處理之間的差異達到極顯著水平。

2.4.3 對硫苷含量的影響 分枝籽粒的硫苷含量大大高于主莖籽粒。施肥對籽粒硫苷含量的影響趨勢與蛋白質相同，特別是主莖籽粒所產生的差異遠高于蛋白質含量。表4表明，F1、F2、F3處理3個密度主莖籽粒硫苷含量平均為13.77、16.80、25.55 μmol/g，且F3與F2和F1間的差異達到極顯著水平。F1、F2、F3處理的分枝籽粒硫苷含量比主莖籽粒平均高14.5、11.8、7.2 μmol/g，即隨肥力增高，主莖與分枝籽粒的硫苷含量的差異變小。整株籽粒硫苷含量在F3與F1處理間達到極顯著差異水平，施肥引起的增幅介于主莖與分枝之間。與籽粒蛋白質含量不同的是，密度增加使主莖籽粒的硫苷含量增加，特別是在中、低肥力下M1與M3處理之間達到極顯著差異。分枝籽粒硫苷含量也有這種趨勢但差異不顯著。整株籽粒數據則相反，隨密度增加呈下降趨勢并存在顯著差異。作者認為，出現這一結果的主要原因是不同密度處理的分枝數差異較大所致。

2.4.4 對芥酸含量的影響 分枝籽粒的芥酸含量高于主莖籽粒。不同肥力處理間，分枝比主莖籽粒芥酸含量平均高出1.3～1.5個百分點。增加施肥量及密度有使主莖籽粒芥酸含量降低的趨勢，相同密度比較，F1與F3處理間籽粒芥酸含量的差異達到了極顯著水平;同肥力水平比較，M1與M3處理的差異達到顯著水平。但不同處理對分枝、整株籽粒芥酸含量的影響沒有明顯的規律。

主莖籽粒硫苷含量、分枝與整株籽粒芥酸含量的互作效應均達到顯著或極顯著水平。

表4 不同施肥量與密度處理對油菜籽粒品質的影響Table 4 Effects of different fertilizer amount and planting density treatments on quality of rapeseed

3 討論

適當增加密度，減少施肥量是節本增效、持續發展作物生產的必要選擇。增加施肥量通過促進個體發育及增加單株分枝與角果數增加產量，但品質略有降低;增加密度則由于增加群體主莖數與分枝數，同時提高產量與品質。本試驗結果表明在施氮量N 135～315 kg/hm2范圍內，增加施肥量提高產量的幅度大于增加種植密度，但我國目前的施肥量已經偏高，作物生產投入大，肥料使用不當造成環境污染、農產品安全問題已經十分嚴峻。因此堅持在一定肥力范圍內，減少施肥量，通過提高密度來替代施肥提高產量，以密補肥，同時還有利于提高品質。合理密植是需要進一步深入研究的問題。從個體發育的角度來說，增加施肥與增加密度的效應相反，所以本文的雙因素互作效應分析多數達不到顯著水平。但毫無疑問，密度效應受不同肥力水平的影響較大。

施肥與密度對油菜株高的影響不能用一個簡單的結論來描述。在肥力偏高時，株高最大值不是出現在密度最低的15萬株/hm2，而是以中間密度45萬株/hm2處理最大，這一結果與前人對密度進行單因素研究［12－13］而得到的株高隨密度增大而增加的結果有所不同。作者認為前人密度試驗一般在12～22萬株/hm2，正常肥力下能夠滿足個體生長發育，但存在一定的群體競爭效應使株高增加。本試驗中高密度處理達到45萬株/hm2以上，低肥力135 kg/hm2組合養分供給對中高密度個體生長發育顯然有所限制，因而株高隨密度增加而降低，繼續增加肥力則株高增長，但在高密度75萬株/hm2下則繼續表現為下降趨勢。

種植密度對品質的影響主要由分枝數量差異所決定，油菜主莖籽粒含油量高于分枝，蛋白質、硫苷含量低于分枝籽粒，這已被前人研究所證實。由于隨種植密度的增加單株分枝數大大減少，群體主莖角果比例增大，因而隨密度增大籽粒含油量提高。但是如果在品質測定取樣時沒有考慮主莖與分枝比例，采用充分混勻的樣本，可能會得出相反的結論。籽粒硫苷含量的變化更復雜一些，可能與主莖以及植株不同部位分枝的籽粒硫苷含量差別比含油量更大有關。本試驗測定出主莖、分枝與整株籽粒硫苷含量變化不一致，作者認為主要是由于當密度低時，油菜籽粒產量主要來自分枝，由于分枝籽粒的硫苷含量比主莖的平均高56.79%(表4)，從而使整株混合籽粒的硫苷含量相對增加。而增大密度時，來自于主莖的籽粒比例增大，使整株籽粒硫苷含量相對降低，但分枝籽粒硫苷含量仍高于主莖籽粒。以往的研究由于所設置密度差距太小，樣本本身差異小，取樣的誤差影響增大，所以會得出不一致的結果或出現無規律變化的結論。本研究由于擴大了不同施肥量及密度之間的間距，雙因素交互作用分析，并將主莖、分枝、整株分開考察籽粒品質指標的變化，從而得出與前人研究有所不同的結果。這一結果可為生產上通過栽培措施提高油菜產量、改善品質提供有意義的參考依據。

4 結論

株高隨施肥量增大明顯升高，但僅在較低肥力水平時隨密度增加而下降。莖粗、主花序長、單株有效分枝數隨施肥量增大而增加，隨密度增大而降低;分枝部位則反之。相同肥力下單株角果數在不同密度間差異達到極顯著水平。隨肥力水平的增加，千粒重、收獲指數有增大趨勢，隨密度增大二者降低。施肥與密度顯著影響分枝數與角果數，雙因素影響條件下單株分枝數的變化范圍為4.9～10.2個，單株角果數為158.5～532.4個，以增加密度使二者的降低效應更大。施肥與密度對單株角果數的互作效應達到了顯著水平。

主莖籽粒含油量高于分枝，蛋白質及硫苷含量低于分枝;分枝籽粒平均硫苷含量為29.32 μmol/g，比主莖的18.70 μmol/g高56.79%。隨施肥量增加籽粒含油量下降，硫苷、蛋白質含量上升，主莖籽粒芥酸含量也呈下降趨勢。與施肥效應相反，隨密度增大，籽粒含油量上升，蛋白質含量下降;主莖與分枝籽粒的硫苷含量增加，但整株籽粒的硫苷含量隨密度增加而下降。施肥和密度雙因素影響下整株籽粒含油量最高值為F1M3處理的41.4%，蛋白質、硫苷含量的最高值分別為F3M1處理的24.5%、30.0 μmol/g。提高密度有利于提高籽粒含油量，降低籽粒硫苷含量。

籽粒產量隨施肥量、密度的增大而增加;增肥的增產幅度大于增密。在較低肥力條件下不同密度間的產量差異更顯著，具有以密補肥作用。不同肥力下密度每增加30萬株/hm2，單株有效分枝數降低1.7～3.8個，主莖籽粒產量比例明顯提高，可同時提高產量與品質。在減少施肥量的前提下，作者建議氮磷鉀比例為1∶0.55∶0.80，每公頃施純氮135～225 kg/hm2，在45～75萬株/hm2范圍內適當增加種植密度，可望獲得3000 kg/hm2以上籽粒產量。

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