中國冬油菜氮素養分管理策略

任　濤，魯劍巍

（華中農業大學資源與環境學院/農業部長江中下游耕地保育重點實驗室，武漢 430070）

中國冬油菜氮素養分管理策略

任濤，魯劍巍

（華中農業大學資源與環境學院/農業部長江中下游耕地保育重點實驗室，武漢 430070）

油菜是中國重要的油料作物，長江流域是其最主要種植區域，該區域的氣候、土壤和種植制度決定了土壤養分供應特征、油菜生長和養分需求特征。作物高產、經濟和養分高效是農業生產及其可持續發展的決定因素，油菜氮素吸收和土壤氮素供應在時間和空間上的不協調造成氮的缺乏或過量是油菜產量和收益的重要限制因子，合理的氮肥施用是保證油菜高產和氮肥高效的關鍵。論文從作物氮素需求、土壤氮素供應、氮肥施用關鍵技術及其配套措施等方面綜述了國內外油菜氮肥管理的進展。在此基礎上，結合中國冬油菜種植區域土壤和作物的特點，提出以“前促后穩”為核心，協調作物氮素需求和土壤氮素供應的冬油菜氮素養分綜合管理策略。該策略的核心內容是：通過調節氮肥施用時期、比例和配比，滿足油菜前期快速生長的氮素需求，后期則主要通過發揮土壤氮素供應，促進油菜氮素轉移再利用；綜合考慮不同輪作、秸稈還田條件下土壤氮素供應特點及后效，統籌氮肥的施用；配合合理密植、水肥管理、同其他元素肥料配施、機械深施等措施，以協同增效的方式實現油菜的高產和氮肥的高效。

前促后穩；氮肥綜合管理；高產高效；冬油菜

0　引言

油菜是世界上僅次于大豆的第二大油料作物，2012—2013年全球油菜播種面積為3 487萬公頃，產量6 093萬噸，占到油料作物總產量的13.6%［1］。除作為食用油外，油菜也是飼用蛋白和生物柴油的重要來源，因此提高油菜的種植面積和產量對于解決全球不斷增加的人口對食物和能源的需求至關重要。中國是油菜種植大國，其種植面積和產量均居世界前列，然而由于油菜種植比較效益低，農民種植油菜積極性普遍偏低，油菜種植面積和單產徘徊不前。在目前中國食用油消費60%以上依賴進口的情況下，實現油菜產業新跨越對于維護國家食用油供給安全具有重要作用［2］。

氮素是油菜產量最重要的限制因子之一，在中國油菜產業快速發展的各階段均起到非常重要作用，施氮對油菜產量的貢獻率從20世紀60年代的31.2%提高到現階段的72.2%［3］，合理的氮肥施用是油菜產量和品質的重要保證。但從目前中國油菜生產的調查發現，氮肥過量和不足施用現象非常普遍，并且氮肥品種、施用時期等也存在各種問題［4-5］，嚴重限制了油菜的產量潛力。油菜氮素吸收量較大，但其氮肥利用效率偏低［6-7］，一方面是由油菜本身的特性決定，油菜收獲指數平均僅為0.29［8］，遠低于其他作物，油菜在苗期和薹期積累的大量氮素主要分配于葉片，而開花后葉片氮素沒有得到充分轉移和再利用，大量脫落的葉片增加了氮素損失，因此培育氮肥高效吸收利用品種是提高油菜產量和氮肥利用率的重要手段［9］；另一方面，油菜生產中不合理氮肥施用影響了油菜的產量和氮肥利用率，完善油菜氮肥施用技術和策略對于實現油菜的高產和高效同樣重要［10-11］。

作物氮素需求和外源氮素供應（土壤+肥料+環境）不協調是造成作物氮肥利用率低下的主要原因，提高作物產量和氮肥利用率的關鍵就在于協調兩者的關系，實現作物氮素需求和外源氮素供應的同步［12］。因此本文綜述了國內外油菜氮肥管理的進展，結合中國冬油菜種植的特點，以及筆者團隊近幾年在油菜氮肥高效施用方面的研究，圍繞著作物-土壤-肥料三者的協調和同步，從油菜氮素吸收、油菜種植土壤氮素供應特點、油菜氮肥施用的關鍵技術以及配套措施等多個方面介紹油菜氮肥高效施用的養分管理策略，以期為中國冬油菜高產和氮肥高效提供參考。

1　油菜氮素吸收

油菜氮素吸收量較大，當產量為1 000—4 000 kg·hm-2時地上部氮素吸收量為52.7—332.9 kg N·hm-2（圖1）。隨著產量的增加，油菜地上部氮積累量呈直線增加的趨勢。百公斤籽粒吸氮量和產量之間并沒有明顯線性關系，平均吸氮量為6.49 kg N，變幅為3.92—9.55 kg N。不同區域、品種和栽培條件下油菜百公斤籽粒的吸氮量差異明顯，李慧［13］研究發現長江流域旱旱輪作區冬油菜百公斤籽粒吸氮量最高，為5.67 kg，顯著高于長江流域水旱輪作兩季區和三季區油菜的百公斤籽粒吸氮量。利用QUEFTS模型預測不同產量水平下冬油菜氮素吸收［8］，當目標產量小于3 000 kg·hm-2時，油菜氮素吸收量隨著產量的提高呈直線增加的趨勢；當產量超過3 000 kg·hm-2時，油菜地上部氮素吸收明顯增加，呈現拋物線增加的趨勢。大群體是油菜獲得高產的關鍵，然而高群體下作物種間競爭增大，為了獲得有限的空間和光溫等資源，作物吸收的氮素更多用于非籽粒（莖稈、葉片和角果）部分的生長，而籽粒部分吸收的氮素則相對穩定，因此高產條件下作物的氮素吸收除了滿足籽粒的正常需求外，更多用于非籽粒部分的生長，從而提高光合有效面積和光合速率，保證產量的形成。

除氮素吸收量較大外，油菜氮素吸收和利用存在明顯的階段特征（圖2）。研究表明，在中國冬油菜生產中苗期干物質積累僅占全生育期的20%—30%，但其氮素積累量可占生育期最大積累量28%—80%［14-16，25］。盡管與中國冬油菜種植區域氣候條件差異明顯，歐洲冬油菜苗期（秋冬季）生長較為緩慢，但很多研究表明其苗期氮素吸收也超過100 kg N·hm-2［26-27］。苗期充足的氮素營養往往和油菜高產密切聯系，一方面充足氮素營養可以提高油菜對于冬季多變環境的抵抗力，降低直播油菜的死亡率［25，27］，另一方面苗期吸收的氮素84%分配于葉片［28］，充足的氮素營養有助于形成強大的葉片群體，滿足薹期之后油菜快速生長的需要。薹期到花期是油菜干物質和氮素快速積累的關鍵時期，到角果期油菜干物質和氮素積累達到最大值。然而進入花期后，油菜根系生物量和活力逐漸降低，其對土壤養分吸收和利用能力也隨之降低，油菜體內氮素轉移再利用則是油菜生殖生長和生育后期氮素需要的重要保證，油菜籽粒吸收的氮素55%—73%來自于營養器官氮素的再分配［6，29-30］，促進營養生長階段氮素再利用則是提高油菜產量和氮素利用率的關鍵［31］。

圖1　油菜產量、地上部吸氮量和百公斤籽粒需氮量的關系（根據文獻［3， 14-24］中的數據重新作圖）Fig. 1　The relationships between seed yield， shoot N uptake and N uptake per 100 kg seed （plotting according to the data from the reference3， 14-24）

2　油菜種植季土壤氮素供應特點

作為中國冬油菜的主要種植區域，長江流域冬油菜種植土壤有機質和堿解氮平均含量分別為26.1 g·kg-1和132.4 mg·kg-1［13］。有機質含量是影響土壤氮素供應的重要因素，隨著有機質含量的增加土壤氮素礦化能力明顯增強［32］。姜麗娜等［33］和李銀水等［34］分別利用有機質和堿解氮構建了油菜種植土壤的氮素供應指標，但從大數據分析來看，土壤有機質和堿解氮含量與油菜產量以及氮肥施用效果并無明顯的相關關系，有機質和堿解氮含量并非評價油菜種植土壤氮素供應能力的最優指標。不施氮處理油菜的產量和氮素吸收則為評價油菜種植土壤氮素供應提供了重要參考［33，35］，冬油菜主產區不施氮處理油菜的產量為179—3 763 kg·hm-2，平均為1 474 kg·hm-2，相當于施氮處理油菜產量的57.5%［13］，油菜種植季土壤呈現較低的氮素供應能力。以不施氮處理油菜地上部氮素吸收表征土壤氮素供應能力（圖3），可以看出油菜種植季土壤氮素供應僅占作物氮素吸收的17.1%—28.5%。

圖2　冬油菜的干物質和氮素積累特點（根據文獻［15］的數據作圖）Fig. 2　Characteristic of dry matter and N uptake accumulation of winter oilseed rape （plotting according to the date from the reference 15）

圖3　油菜種植季土壤和肥料氮素供應特點（根據文獻［25］的數據作圖）Fig. 3　Characteristics of soil and mineral fertilizer supply during winter oilseed rape growing season （plotting according to the date from the reference 25）

進一步田間原位礦化的試驗表明，不同輪作模式下（水稻-油菜和棉花-油菜輪作）冬油菜種植季土壤氮素凈礦化總量為25.9—36.8 kg N·hm-2；土壤氮素礦化呈現明顯階段變化特征，水旱（稻-油）輪作中油菜種植季前期土壤氮素礦化總量占整個生育時期的比例明顯低于旱地（棉-油）輪作。研究發現水旱輪作中由于根茬還田以及長期淹水的環境促進了土壤活性有機質組分的積累，其顆粒有機物碳氮含量明顯高于旱地輪作土壤，在一些長期水旱輪作田塊同樣發現了生物有效性較低物質在顆粒有機物的積累［36］。盡管油菜為旱地種植，但常年的水旱輪作促進了土壤顆粒黏質化，即使轉為旱地，其土壤含水量也往往高于旱地輪作油菜種植季土壤含水量，因此在充足的碳源和適宜水分條件下，促進了土壤氮素固定，導致了水旱輪作中油菜種植季前期土壤氮素供應能力降低。然而苗期是冬油菜氮素吸收的關鍵時期，土壤氮素供應和植株氮素吸收的不協調可能是導致中國長江流域水旱輪作體系冬油菜種植季不施氮處理產量顯著降低的重要原因。這也是與歐洲冬油菜種植不同的地方，盡管歐洲冬油菜苗期的氮素積累較高［26］，但由于上一季作物較高土壤氮素殘留以及秋冬季較高的土壤氮素礦化能力［37］，土壤氮素供應即可滿足油菜苗期的氮素需求，因此秋冬季（苗期）往往不施或施用少量的氮肥，推薦的氮肥施用時期是薹期和花期［10］。但在中國的長江流域冬油菜主產區，前期充足的化學氮肥則對于協調土壤氮素供應和油菜植物氮素吸收具有重要作用。

3　合理的氮肥管理

3.1適宜氮肥用量

油菜適宜的氮肥用量為65—325 kg N·hm-2，不同國家、產量水平、品種、耕作制度下油菜適宜的氮肥用量存在明顯差異（表1）。肥料效應方程，包括拋物線、線性+平臺、拋物線+平臺方程，是確定作物最佳氮肥用量的常見方法［26，38］。肥料效應方程的基本假設是不同田塊作物對于氮肥的響應是相似的，顯然土壤間的變異決定了由肥料效應方程得到的最佳施氮量不能適用于每個田塊的氮肥推薦，區域平均適宜氮肥用量則是一種比較行之有效的氮肥推薦方法。鄒娟［3］利用74個田間試驗評價了180 kg N·hm-2作為長江流域冬油菜主產區平均適宜氮肥用量的潛力，王寅等［38］進一步利用不同肥料效應方程確定了江浙地區冬油菜平均適宜氮肥用量為199 kg N·hm-2，李慧［13］通過整理長江流域開展的1 800多個田間肥料效應試驗，確定了長江流域不同區域冬油菜的適宜平均氮肥用量。區域平均適宜氮肥用量能明顯提高油菜的產量、經濟效益和肥料利用率，但也有26.7%的試驗點并無明顯的增產效果［35］，因此在平均適宜氮肥用量的基礎上，結合各田塊的具體情況進行調整對于進一步提高油菜的產量和氮肥利用率具有重要意義。

此外，借助植物和土壤的快速診斷對于氮肥用量及時調整也是改進區域平均適宜氮肥用量的方法。李銀水等［56］對比SPAD儀、硝酸鹽反射儀和GreenSeeker 3種氮素營養快速診斷方法在油菜上的適宜性，魏全全等［57］利用數字圖像技術，選取紅光標準化值作為冬油菜氮素營養診斷的指標。同樣利用高光譜進行油菜氮素營養診斷的研究不斷增多［58］，借助衛星遙感以及無人機等工具可以實現大范圍內的作物氮素營養診斷。根據植物營養診斷的結果，結合冬油菜氮素營養的臨界值［59］，及時判斷作物的氮素營養狀況，反饋調節氮肥的用量。

表1　不同國家油菜的推薦氮肥用量Table 1　Oilseed rape N fertilizer recommendation rate in different countries

土壤無機氮是植物氮素營養的主要來源，根據施肥前土壤無機氮含量確定氮肥適宜用量在旱地作物上已經得到廣泛應用［12］。SMITH等［60］根據油菜的產量響應曲線確定不同氮肥和油菜籽價格比值情況下油菜最佳氮素供應（土壤測試值+化學氮肥用量）為89—290 kg N·hm-2，英國油菜生產指南上明確指出油菜春季追施時總的氮素供應為175 kg N·hm-2，施肥時需要根據土壤無機氮含量測試值，結合氮肥利用率以及目標產量進行調整［61］。

3.2適宜的氮肥形態

調查顯示目前長江流域冬油菜生產中常見的氮肥有尿素、碳銨和復合肥，其中尿素的施用比例高達79.2%，油菜的氮肥品種呈現單一化［4］。盡管施入土壤中氮肥經過一系列的轉化均會轉化為銨態氮和硝態氮被作物吸收利用，但與單一氮素營養供應相比，適宜的硝態氮和銨態氮配比能夠促進作物根系的生長發育，改善根際環境［62］，進而促進植物的生長，提高作物的產量［49］。張萌［63］研究發現施用銨態氮肥處理油菜苗期的生長明顯好于硝態氮處理，但薹期之后不同氮肥形態處理之間油菜生長并無明顯差異，其中以銨態氮和硝態氮比為3:1時油菜的產量最高；但同樣有研究發現銨態氮抑制油菜苗期的生長，相反硝態氮供應對油菜產量起到積極作用［64-65］。種植模式、土壤、環境條件等均會影響不同形態氮肥施用效果，在中國長江流域冬油菜的水旱輪作區，常年水旱交替影響了土壤物理、化學和生物學性質，水旱（稻-油）輪作中油菜種植季土壤總硝化速率明顯低于旱地（棉-油）輪作，尤其是冬季低溫，施入土壤中的銨態氮肥或尿素可以較長時間以銨態氮形態留存在土壤中，而土壤中維持相對較高的銨態氮含量，能明顯刺激根系的生長發育［63，66］，因此油菜苗期銨態氮肥處理明顯好于硝態氮肥處理。因此目前中國長江流域水旱輪作冬油菜生產中，應在以酰胺態氮肥為主基礎上，調整銨硝配比，從而促進油菜的生長，提高油菜的產量和氮肥利用率。

緩控釋氮肥對于提高油菜產量和氮肥利用率同樣具有重要意義，冬油菜生育期較長，氮肥分次施用對于提高油菜產量和氮肥利用率固然非常重要，然而由于農村勞動力短缺，氮肥一次性施用同樣是油菜輕簡化生產的關鍵技術。緩控釋氮肥通過不同包膜材料以及添加劑減/控氮素的釋放，實現肥料氮素供應和作物氮素吸收的同步［67］。王素萍等［68］研究表明控釋尿素一次性基礎可以保證油菜生長后期的氮素供應，促進油菜的生長發育，達到普通尿素分次施用的效果。然而目前緩控釋尿素成本普遍較高，通過緩控釋氮肥和尿素配合，一方面可以減少生產成本，另一方面通過適宜的配比可以實現氮素供應（土壤+肥料）和作物氮素需求的同步，研究表明控釋氮肥和尿素配施比例為7∶3—6∶4時油菜增產效果最好［67，69］。

3.3適宜的氮肥施用方式

常見氮肥施用方式包括表面撒施、翻施、穴施、條施等，相比于表面撒施，集中施用能明顯減少氮素損失［70］，促進根系生長，增大根系和養分的接觸面積，提高作物產量和氮肥利用率。在油菜上的研究明確條施或穴施方式下油菜產量最高［67，71］，通過集中施用能減少氮素損失，保證后期氮素供應，促進花后根系的生長和物質的積累，進而提高油菜的產量和氮肥利用率。

對于氮肥的集中施用，施肥位置是非常關鍵的參數。施肥過淺會影響種子的出苗和根系的生長，HOCKING等［72］明確指出種肥同播處理油菜的成苗密度明顯低于其他施肥位置，蘇偉［73］利用盆栽試驗也發現施肥深度為2 cm和4 cm油菜的出苗率不足65%，并且根系生長明顯滯后其他施肥處理，但在施肥深度較淺的情況下（1.5 cm和4.5 cm）可以通過側位施肥的方式提高油菜的出苗率。盡管肥料深施能誘導根系下扎，但同時增加施肥動力投入，SU等［74］研究表明施肥深度15 cm和10 cm油菜地上部生長和產量并無明顯差異?？傮w來看，氮肥施在10 cm處能明顯促進油菜根系生長，增加干物質積累，提高油菜的產量和氮肥利用率［74-75］。

3.4適宜的施用時期

養分臨界期和最大養分效率期是作物施肥的關鍵時期，根據作物的養分吸收規律，分次施用能明顯減少氮素損失，提高作物產量和氮肥利用率。苗期是油菜氮素吸收的關鍵時期，氮素供應不足影響油菜幼苗的生長和物質積累；薹期是油菜干物質快速積累的時期，因此眾多的研究指出了油菜最適的氮肥施用時期和比例為基肥50%—60%、越冬肥（苗肥）20%和薹肥20%—30%［76-78］。

氮肥分次施用的關鍵在于通過氮肥的分次施用協調土壤和肥料氮素供應與作物氮素需求同步，因此除了作物氮素吸收外，土壤氮素供應特點也是影響氮肥分次施用的關鍵因素。在歐洲，盡管油菜苗期氮素吸收可達100 kg N·hm-2，但前季作物氮素的殘留以及秋冬季高的土壤氮素礦化可以滿足油菜苗期的氮素需要，因此在油菜生產中往往建議春季施用氮肥，秋季施用少量基肥或者不施氮肥［10］。但不同土壤上氮肥施用也略有不同，GRANT等［71］研究指出由于黏壤土上較高的氮素固定和損失，其秋季施用氮肥效果弱于春季施用氮肥，而在砂壤土上秋季和春季施用氮肥效果相同。與歐洲和加拿大的油菜種植不同，水旱輪作是中國冬油菜主產區重要的輪作方式，水稻收獲后土壤無機氮殘留往往較低，并且水分狀況的改變以及土壤中充足的活性有機質促進了土壤氮素的固定，降低了油菜種植前期土壤氮素的供應，因此基肥充足的氮肥供應對于保證油菜的生長具有積極的作用。進入薹期后隨著溫度的升高，土壤氮素礦化能力逐漸增強，土壤氮素供應可以滿足此時油菜快速生長的需要，因此可以適當減少氮肥投入。

氮肥的分次施用同樣需要考慮氮肥的推薦用量，當目標產量較高，土壤氮素供應能力較低，而氮肥推薦用量處于適宜或者偏低時，氮肥的分次施用降低了前期的氮素供應，相反，氮肥一次性施用能明顯提高前期的氮素供應，促進油菜干物質和氮素積累，提高油菜的產量和氮肥利用率；當土壤氮素供應較高時，氮肥分次施用則可以明顯提高氮肥利用率。

綜上所述，“4R（Right rate、Right time、Right source和Right place）”是油菜氮肥高效施用技術的核心，根據不同區域土壤氮素供應特征確定不同目標產量下區域適宜氮肥用量，進一步結合具體田塊的土壤無機氮測試以及植株氮素營養診斷的結果優化氮肥的適宜用量。在明確油菜氮肥用量的基礎上，根據不同的種植制度和土壤條件選擇適宜的氮肥形態，通過銨硝的適宜配比促進油菜根系的生長，通過緩釋氮肥和速效氮肥配合的方式，實現氮肥的一次性施用，在減少油菜生產的勞動力成本的同時提高油菜的產量和氮肥利用率。氮肥集中施用則可進一步減少氮素損失，提高氮肥利用率，10 cm的施肥深度是目前油菜生產中較適宜的氮肥施用位置。最后根據油菜氮素吸收規律，合理分配氮肥施用時期，協調土壤和肥料氮素供應與作物氮素需求同步，油菜最適的氮肥施用時期為基肥50%—60%、越冬肥（苗肥）20%和薹肥20%—30%。此外，氮肥的施用是影響油菜籽粒品質的重要因素。高含油率和低芥酸、硫甙含量是油菜品質的關鍵指標，而籽粒蛋白質和芥酸含量則與氮肥用量呈顯著的正相關，含油率和硫甙含量則與施氮量呈負相關。隨著氮肥用量的增加，油菜籽粒的蛋白質和芥酸含量呈增加的趨勢，而含油率和硫甙則呈降低的趨勢［79-81］。與不施氮或低施氮處理相比，盡管適宜的氮肥投入降低了油菜籽粒的含油率，但由于其顯著增加油菜的產量，進而提高了產油量。氮肥施用方式對油菜籽粒品質的影響較小，但也有研究［82］指出隨著追施氮肥比例的增加，油菜籽粒含油率成降低的趨勢。油菜氮肥高效施用技術的合理運用不僅有利于提高油菜的產量和氮肥利用率，同時有利于改善油菜籽粒的品質，提高產油量。

4　配套管理措施

4.1栽培方式

育苗移栽和直播是中國兩種重要的油菜栽培模式，在不同歷史階段、勞動力條件和生產力水平下，兩者對中國油菜產業發展和油料安全均起到關鍵作用［83］。移栽油菜采用壯苗移栽，其個體發育普遍較強，盡管在移栽過程中會造成根系損傷，但由于其根系較直播油菜粗壯［84］，因此移栽油菜抵抗外界環境能力較強，產量也較直播油菜高和穩定。與之相比，直播油菜群體大，根系分布更深和更廣，但由于其個體發育較弱，因此直播油菜對氮肥施用更加敏感，氮肥供應不足會影響直播油菜的出苗和成苗，進而影響油菜的產量［24］。從生產調查來看，直播油菜產量要低于移栽油菜［5］，但從多年多點的試驗中可以看出，直播油菜產量可以接近，甚至高于移栽油菜［85］。直播油菜的產量構成因子包括密度、單株角果數、角粒數和千粒重，密度和單株角果數是直播油菜獲得高產的關鍵。由于養分、環境的脅迫以及種內競爭引起直播油菜生育期內密度逐漸降低，導致收獲時群體較小。充足的氮素供應可以提高油菜的抗逆性，減少生育期內植株的死亡率，同時合理的氮肥能促進油菜個體的發育，彌補過高密度下植物個體較弱的問題，因此氮肥管理則至關重要。王寅等［83］提出“前促后穩”直播油菜養分管理策略，在前期需要充足的氮肥供應，以促進油菜幼苗的發育，提高其抵抗外界環境脅迫的能力，提高存活率；后期持續穩定的氮素供應保證油菜個體的發育，增加單株角果數，提高油菜的產量。

4.2密度

密度是影響作物產量的關鍵因素，適當增加密度是作物獲得高產的重要前提。隨著密度的增加，作物產量往往呈現拋物線增加，當密度超過最適密度之后，作物的產量明顯降低［86］。對于油菜而言，高密度條件下，植株個體發育較弱，單株角果數明顯減少；相反在低密度情況下，單株角果數明顯增加，強壯的個體可以彌補低密度對產量的影響。在密度相差較大的情況下，盡管低密度下單株角果數、千粒重表現出明顯優勢，但其產量仍明顯低于高密度處理［87］，因此適宜密度是油菜高產的首要前提，歐洲、加拿大和澳大利亞適宜的油菜種植密度為50—80株/m2［10，88-90］，在中國適宜的密度則為30—59株/m2［87，91-92］。氣候條件的差異可能是影響不同區域油菜適宜密度的重要因素，在中國，春季高溫多雨，過大的密度極易增加病蟲害的發生，影響油菜的產量和品質。

密度和氮肥存在明顯的交互作用，在低密度情況下，合理的氮肥施用能明顯促進個體的發育，進一步提高油菜單株角果數，從而提高油菜產量；在高密情況下，過量的氮肥投入會增大個體之間的競爭，導致油菜產量降低，而高密和適宜的氮肥用量可以明顯提高油菜產量、地上部氮積累量和氮肥利用率。LI等［91］指出在相同目標產量下，與低密度相比，高密度可以減少22.8%—25.4%的氮肥投入。因此對于相同目標產量，低密條件下可以通過適當增加氮肥投入促進個體的發育進而提高油菜的產量；相反，在高密的情況下則應適當減少氮肥投入，控制種間競爭，達到“以密省肥”的目的，從而獲得較高的產量和氮肥利用率。

4.3輪作

油菜-水稻、油菜-棉花、油菜-玉米、油菜-花生等輪作方式是中國長江流域冬油菜生產中非常重要的輪作方式。作為冬季作物，油菜種植可以有效增加地面覆蓋，減少水土流失和氮素損失［93］，同時油菜作為一種肥田養地作物，種植油菜有利于改善土壤結構，同時油菜生長季大量落葉有利于培肥土壤，提高下季作物的產量，Christen等［94］的研究發現油菜-小麥輪作中小麥產量平均比小麥-小麥輪作中小麥的產量增加1.1 t·hm-2。前季作物對于油菜產量和氮肥推薦用量同樣會產生明顯影響，李銀水等［5］對湖北省主要油菜輪作模式生產和施肥的調查發現，油菜-花生和油菜-棉花輪作模式下油菜的產量要高于油菜-水稻輪作，REN等［95］總結了70個油菜-水稻和油菜-棉花輪作的田間試驗發現稻-油輪作中油菜季土壤氮素供應能力明顯低于棉-油輪作，在相同目標產量下，與水旱輪作相比，旱地輪作油菜氮肥用量可以在推薦氮肥用量的基礎上減少9—14 kg N·hm-2。前季作物對后季作物產量及氮肥效應的影響受到前季作物氮肥殘留的影響，相比于水稻，棉花季氮肥用量較高［5］，并且棉花季氮素損失相對較小，因此棉花收獲后土壤氮素盈余明顯高于水稻［95］，進而引起棉-油輪作中油菜季土壤氮素供應要高于稻-油輪作。除了土壤氮素殘留外，不同輪作制度下油菜季土壤氮素轉化可能也是影響油菜季土壤氮素供應和產量的重要因素。研究發現豆科作物-油菜輪作中豆科作物的殘留促進了油菜季土壤氮素礦化，豆科作物-油菜輪作中油菜的產量要明顯高于小麥-油菜輪作，與小麥-油菜輪作相比，豆科作物-油菜輪作中可以減少油菜氮肥推薦用量［96］。與旱地輪作不同，水旱輪作的交替變化影響了土壤微生物活性以及群落結構，同時水稻收獲后土壤中殘留的大量根茬促進了土壤氮素的固定，減少油菜季前期土壤氮素礦化，影響油菜的生長和產量。因此從周年輪作角度，根據土壤氮素供應特點和作物養分吸收規律，協調氮肥施用對于保證作物的產量，提高氮肥利用率具有重要作用。

4.4秸稈還田

秸稈還田是目前油菜生產中非常重要的栽培管理措施，秸稈還田有助于改善土壤溫濕度狀況［97］，提高土壤肥力，促進土壤中活性有機質組分的積累，增加土壤養分供應［98］。常見的秸稈還田方式包括翻壓還田和覆蓋還田，翻壓還田是目前油菜生產中比較常見的秸稈還田方式。水稻收獲后借助大型機械將水稻秸稈直接翻壓還田，大量秸稈投入往往會導致微生物和植物“爭氮”，因此在生產中往往建議適當增加氮肥投入，避免因作物和微生物“爭氮”導致作物產量的降低。事實上，由于秸稈較高的碳氮比，在前期的確存在作物和微生物“爭氮”的現象，導致作物葉片“黃化”，但隨著秸稈腐解，秸稈中氮素會重新釋放進入土壤中，提高土壤氮素供應。因此，在不增加氮肥投入總量的基礎上，通過調整各時期氮肥施用比例，將后期追施的氮肥適當前移，同樣可以在不影響產量的情況下，提高氮肥利用率［99］。油菜生產中冬季溫度較低，進入春季后溫度逐漸升高，秸稈腐解促進了土壤氮素礦化，提高蕾薹期和花期的土壤氮素供應，進而滿足作物氮素需求，因此對于采用秸稈翻壓還田的油菜田，適當的“氮肥前移”通過提高前期氮肥供應協調氮素供應和作物氮素需求，而在后期則依靠土壤氮素礦化滿足油菜的生長需要。

秸稈覆蓋還田可以減少對大型機械的依賴，對于規模較小的油菜種植是一種非常有效的秸稈還田方式。它可以提高土壤保水能力［97］，有效緩解冬季干旱對油菜苗期生長的影響。但需要注意的是秸稈還田會影響油菜的出苗和后期氮肥的施用。蘇偉等［97］研究指出，秸稈覆蓋還田油菜出苗率平均降低19.3%，同樣覆蓋還田增加后期追施氮肥的氨揮發損失，降低氮肥利用率［100］，因此對于秸稈覆蓋還田，適當增加播種量有利于提高成苗的數量，保證油菜的產量；對于氮肥的施用則可以采取尿素和緩控釋氮肥配合一次性施用的方式，這樣既可以減少后期追肥的勞動力成本投入，同時減少氮素損失，提高油菜的產量和氮肥利用率。

4.5其他配套措施

水肥協同、病蟲草害的防控同樣是油菜生產中實現油菜高產和氮肥高效的重要措施。中國長江流域冬油菜種植季降雨充沛，降雨量可達338—1 045 mm［3］，但季節分布不均，秋季干旱和春季漬害均會嚴重影響油菜的產量和氮肥利用率［101-102］，水肥協同供應則可以提高油菜的產量和氮肥利用率［103］。油菜田雜草吸收的氮素可占到植物地上部總氮素吸收的13.1%—64.1%，尤其是在不施氮條件下，油菜生長明顯受到抑制，雜草的生物量和氮素吸收明顯超過油菜［104］，這也是影響油菜氮肥利用率不可忽視的因素。通過合理的密植，實現“以密蓋草”，同時配合適宜的氮肥投入及病蟲草害的防控，從而促進油菜的生長發育，抑制雜草的氮素吸收，提高油菜的產量和氮肥利用率。

由此可見，有效的農藝配套措施是油菜高產高效氮肥管理技術體系的重要組成部分，它不僅影響油菜的生長和氮素吸收，同時改變土壤氮素轉化和供應。栽培方式和種植密度的差異影響了油菜的生長和氮素吸收，直播油菜苗期根系弱，對外界逆境的適應性差，因此苗期充足的氮素供應對于提高直播油菜的出苗和成苗率，提高油菜的產量至關重要；盡管密植有利于發揮油菜的群體優勢，但其個體發育和氮素積累要明顯低于稀植，因此通過“密植減氮、稀植增氮”的方式可以有效的協調油菜個體和群體的發展，提高油菜的產量潛力和氮肥利用率。秸稈還田和輪作制度則會影響油菜季土壤和肥料氮素轉化，雖然秸稈還田可提高資源的利用效率，但不適宜的氮肥管理則可能會造成油菜苗期缺氮和增加油菜季氮素損失，因此根據不同的秸稈還田方式和輪作制度，優化和調整油菜氮肥的施用方式則是提高油菜產量和氮肥利用率的關鍵。此外，油菜高產高效氮肥管理技術體系同樣需要考慮其他優化的農藝措施如水肥協同、同其他元素的配施、病蟲草害的防治等。只有將氮肥高效施用技術和高產高效生產農藝配套技術有機的融合，才能真正實現油菜的高產和養分的高效。

5　結論

圖4　冬油菜高產高效的氮肥管理策略Fig. 4　N management strategy with high rapeseed yield and high N fertilizer use efficiency

油菜全程機械化是實現油菜產業新跨越的關鍵，在推進油菜全程機械化的過程中，如何將油菜高產高效的氮肥管理策略和農業機械化有機融合則是新形勢油菜產業發展的關鍵。肥料作為油菜高產高效氮肥管理策略物化的最終形式，如何通過合理的配比以及緩/控釋手段在滿足機械化施用的同時，實現冬油菜“前促后穩”的施肥策略？對于農業機械，如何有效設計，一方面可以實現肥料的集中施用，協調根系-土壤-肥料相互作用，另一方面配套的機械則可以實現油菜適當密植、秸稈還田等。只有油菜氮肥管理策略和農業機械化有機結合才能真正實現油菜的高產和高效，推動油菜產業的新跨越。

致謝：華中農業大學李小坤副教授、叢日環博士和研究生劉波、蘇偉、鄒娟、李慧、李銀水、王素萍、徐華麗、張萌、劉曉偉、李嵐濤、魏全全、陸志峰、明日等為本文提供了部分材料。

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（責任編輯楊鑫浩）

Integrated Nitrogen Management Strategy for Winter Oilseed Rape （Brassica napus L.） in China

REN Tao， LU Jian-wei
（College of Resources and Environment， Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation （Middle and Lower Reaches of Yangtze River）， Ministry of Agriculture， Wuhan 430070）

Oilseed rape is one of the predominant oil crops in China. Yangtze River Basin is the key winter oilseed rape production region in China， where the specific climatic conditions， soils and cultivation practices induce the different characteristics of soil nutrient supply， crop growth and nutrient demand. High crop yield， high economic benefit and high nutrient use efficiency are the determinants of agricultural production and sustainable development. Asynchrony between oilseed rape nitrogen （N） demand and soil N supply in space and time is the major reason that excessive N or deficient N input is the most important limiting factor of rapeseed yield and economic benefit. Optimal N fertilization is critical to achieve high seed yield and high N fertilizer use efficiency. In this paper， the authors reviewed the recent perspectives on oilseed rape N management， including crop N uptake， soil N supply，the critical N fertilizer application methods and the matching techniques. Further， considering the characteristics of crop growth and soil N supply， an integrated N management strategy， of which the key is “promotion in early and stabilization in late” to match crop N uptake and soil N supply， is put forward. The core content of the strategy includes （1） adjusting the timing and proportion of N fertilization and N sources to satisfy N requirement in the seedling period， focusing on soil N supply to promote N transfer and re-utilization since stem elongation period； （2） Depending on soil N supply under different rotations and/or crop straw incorporation，coordinating the distribution of N fertilizer in whole growing season； （3） Synergistic interaction with other practices including optimal plant density， fertigation， application with other nutrients and mechanization to obtain high seed yield and high N fertilizer use efficiency.

promotion in early and stabilization in late； integrated N management strategy； high yield and high use efficiency；winter oilseed rape

2016-01-25；接受日期：2016-05-04

國家自然科學基金（31471941）、國家油菜產業技術體系建設專項（CARS-13）

聯系方式：任濤，E-mail：rentao@mail.hzau.edu.cn。通信作者魯劍巍，E-mail：lunm@mail.hzau.edu.cn