提高冬油菜播種量和施氮量抑制雜草生長的機理研究

胡文詩，劉秋霞，任 濤，明 日，魯劍巍

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心/農(nóng)業(yè)部長江中下游耕地保育重點實驗室，武漢 430070）

提高冬油菜播種量和施氮量抑制雜草生長的機理研究

胡文詩，劉秋霞，任 濤，明 日，魯劍巍*

（華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心/農(nóng)業(yè)部長江中下游耕地保育重點實驗室，武漢 430070）

【目的】草害是影響油菜產(chǎn)量主要因素之一，研究大田條件下直播油菜播種量和施氮量對油菜和雜草生物量的調(diào)控作用，揭示其氮素競爭規(guī)律，為提高直播油菜產(chǎn)量提供種植管理依據(jù)。【方法】于 2014 年 10 月至2015 年 4 月在華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗基地開展田間試驗，試驗設(shè)置三個播種量為 1.5、4.5、7.5 kg/hm2和五個氮梯度為 0、60、120、180、240 kg/hm2，在油菜地上部生物量最大時，調(diào)查了雜草和油菜的生物量、氮素含量和氮素積累量，運用 Shannon 指數(shù)分析雜草均勻度，計算不同處理油菜與雜草在生物量和氮素積累上的競爭關(guān)系。【結(jié)果】增加油菜播種量和施氮量可以提高油菜生物量和氮素積累量，與播種量 1.5 kg/hm2相比，播種量為 4.5 和 7.5 kg/hm2的所有氮用量處理油菜平均生物量分別提高了 23.3% 和 45.2%，平均氮素積累量分別提高了21.2% 和 39.2%；與不施氮相比，用量從低到高各施氮處理油菜生物量平均分別增加了 0.9、1.7、2.2 和 2.7倍，氮素積累量平均分別增加了 1.0、2.0、3.5 和 4.4 倍。雜草的生物量和氮素積累量隨油菜播種量的增加而降低，播種量 4.5 和 7.5 kg/hm2的各氮肥處理平均生物量比播種量 1.5 kg/hm2的雜草平均生物量分別降低了 16.8%和 25.8%，雜草氮素積累量分別降低了 17.3% 和 29.4%；而雜草生物量和氮素積累量隨氮肥用量的增加而提高，但提高的幅度遠(yuǎn)低于油菜。相同處理的雜草氮含量高于油菜，且二者的氮含量均隨施氮水平提高而增加，但油菜對氮肥的響應(yīng)大于雜草，最高施氮處理油菜平均含氮量比對照增加了 46.2%，相應(yīng)的雜草氮含量增幅只有24.1%。油菜與雜草的氮素積累量比值在播種量為 1.5 kg/hm2時均小于 1，增加播種量，比值增大，在 7.5 kg/hm2處理中施氮處理比值均大于 1，施氮 240 kg/hm2處理高達(dá) 2.2，說明高密高氮可以提高油菜的氮素競爭力。施氮會改變雜草種群結(jié)構(gòu)，雜草群落的均勻度隨氮肥用量增加而降低。【結(jié)論】油菜生物量和氮素積累量對施氮量和播種量的敏感度大于雜草，通過增施氮肥和提高播種量可以提高油菜的氮素競爭力，抑制雜草的生長。

施氮量；直播油菜；播種量；氮素競爭力；雜草生物量

在 20 世紀(jì) 80 年代，移栽油菜在我國全面推廣并長期應(yīng)用[1]。隨著農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移，具有操作簡單、省時省工、易于機械化播種和收獲的直播油菜，成為冬油菜發(fā)展的主要方向[2]。直播油菜無需育苗和移栽，在苗期的管理較為粗放，雜草危害遠(yuǎn)比移栽油菜嚴(yán)重，如果得不到有效防控，雜草與油菜劇烈競爭養(yǎng)分、光照、水分等資源，通常可造成油菜籽粒減產(chǎn) 10%～20%，嚴(yán)重時減產(chǎn)達(dá) 50% 以上，甚至顆粒無收，降低油菜品質(zhì)[3–4]。目前雜草防治主要采用化學(xué)除草劑，但化學(xué)防治存在較多問題，包括防控效果不佳、雜草抗藥性等[5–7]，因此，直播油菜田雜草競爭仍是一個值得關(guān)注的問題。除化學(xué)防治外，還有其他一些較為有效的措施，例如秸稈和農(nóng)膜覆蓋抑草，以及通過提高種植密度和加快油菜苗期生長來提高油菜競爭力，其中提高直播油菜種植密度和通過養(yǎng)分合理施用加快油菜生長來提高油菜的競爭力目前關(guān)注還較少。

直播油菜個體生產(chǎn)能力差，對養(yǎng)分缺乏比較敏感，依靠個體優(yōu)勢很難獲得高產(chǎn)[1]。通過控制油菜播種量調(diào)控直播油菜植株生長和群體結(jié)構(gòu)，充分利用生存空間和光照資源，可以獲得直播油菜的高產(chǎn)潛能[8]。移栽油菜合理密植，加速油菜封行，利用油菜個體和群體的優(yōu)勢也可以收到明顯控草效果[9]。田間雜草與土壤肥力和施肥關(guān)系密切。前人在其它作物上研究表明，土壤氮含量顯著影響稻麥輪作雜草群落[10]，適宜的施肥模式既能保證水稻的優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，也可以控制雜草群落生物多樣性[11]，肥料投入增強大麥的競爭能力，從而顯著影響雜草群落[12]。在移栽油菜田中，平衡施肥可以有效降低雜草的數(shù)量，減少雜草對空間、光照和養(yǎng)分的競爭[13]。然而關(guān)于直播油菜與雜草養(yǎng)分競爭情況，及其對施氮量增加的響應(yīng)并不明確。為此，在大田條件下開展了直播油菜播種量和施氮量對油菜和雜草氮素吸收影響的試驗，以探究直播油菜和雜草生物量和氮素積累量對施氮量和油菜播種量的響應(yīng)特征，揭示油菜與雜草的氮素競爭關(guān)系，為直播油菜生產(chǎn)提供相關(guān)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

試驗安排在湖北省武漢市華中農(nóng)業(yè)大學(xué)校內(nèi)試驗基地。供試油菜品種為‘華油雜 62’，前茬作物為水稻。供試土壤為紅棕壤發(fā)育而成的水稻土，耕層土壤基本理化性狀為 pH 6.26、有機質(zhì) 12.24 g/kg、全氮0.87 g/kg、速效磷 18.9 mg/kg、速效鉀 102.4 mg/kg。

采用雙因素多水平設(shè)計，設(shè)置 3 個播種量 1.5 kg/hm2(D1.5)、4.5 kg/hm2(D4.5) 和 7.5 kg/hm2(D4.5) 和5 個氮梯度 N 0 (N0)、60 (N60)、120 (N120)、180 (N180)和 240 kg/hm2(N240)。各處理均施 P2O590 kg/hm2、K2O 120 kg/hm2和硼砂 15 kg/hm2。供試肥料分別為尿素 (N 46%)、過磷酸鈣 (P2O512%)、氯化鉀 (K2O 60%) 和硼砂 (B 10.8%)。磷鉀硼肥全部作基肥一次性施用，氮肥的 50% 作基肥，油菜出苗 3～4 葉時追施20% 做苗肥，越冬肥和薹肥分別追施 15%。每個處理 3 次重復(fù)，小區(qū)面積為 15 m2，隨機區(qū)組排列。油菜采用直播的方式，于 2014 年 10 月 28 日播種。播種前用“金都爾”除草劑噴霧除草，油菜生長過程中不再除草。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 土壤樣品采集與測定 油菜基肥施用前，采用多點采樣法采集耕層 (0—20 cm) 土壤。風(fēng)干磨細(xì)過篩后按照常規(guī)方法測定各項指標(biāo)[14]：pH 按照水土比2.5∶1，用 pH 計測定；有機質(zhì)用外加熱–重鉻酸鉀容量法；全氮用半微量開氏法；速效磷用 0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法；速效鉀用 1 mol/L NH4OAc 浸提—火焰光度法。

1.2.2 植物樣品采集與測定 直播冬油菜在盛花期后期生物量達(dá)到最大[15]，試驗在 2015 年 4 月 12 日用0.36 m2樣方取油菜和雜草地上部。油菜烘干、稱重、磨碎后測定養(yǎng)分，雜草分四類 (救荒野豌豆、豚草、牛繁縷和其他雜草) 分別烘干、稱重，再混勻、磨碎后測定養(yǎng)分。采用 H2SO4–H2O2聯(lián)合消煮，流動注射分析儀 (AA3，德國) 測定植物全氮。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

物種均勻度指數(shù)計算方法[16]：

均勻度 Pielou 指數(shù) E = H/lnS

Shannon 指數(shù) H = –Σ (Pi × lnPi) (i = 1、2、……S)

式中，Pi 為第 i 種物種的比例多度，Pi = Ni/N，S 為物種數(shù)，N 為單位面積全部雜草的總干物質(zhì)重，Ni為第 i 種物種的干物質(zhì)量。

油菜對氮素相對競爭力計算方法[16]：油菜對氮素相對競爭力 = 油菜氮素積累量/雜草氮素積累量

所有數(shù)據(jù)均用 Excel 2003 和 SPSS 18.0 分析處理，采用 LSD 法檢驗差異顯著性 (P ＜ 0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 播種量和施氮量對三種主要雜草種群的影響

施氮肥可以改變雜草的優(yōu)勢種，影響種群結(jié)構(gòu)(表 1)。不施氮時救荒野豌豆是雜草中的優(yōu)勢種，占三種雜草總生物量的 61%～63%；而豚草和牛繁縷分別只有 16%～19% 和 20%～23%。增加施氮量，救荒野豌豆比例迅速減少，在 N240 處理中占三種雜草總生物量的 4%～9%；牛繁縷的比重快速增大，N240 處理中占三種雜草總生物量的 88%～91%，成為優(yōu)勢種。

生物群落的α多樣性指數(shù)反映群落物種多樣性和個體的均勻度，其中物種均勻度指數(shù)反映群落中各個種的相對密度，均勻度指數(shù)越小，群落物種的均勻度越低。以這三種主要雜草為雜草的生態(tài)群落，隨著施氮量的增加，群落分布越不均勻，而種植密度對群落均勻度無明顯影響 (表 2)，說明增施氮肥會降低雜草的群落均勻度。

表1 不同油菜播種量和施氮量下三種主要雜草的生物量 (kg/hm2)Table 1 Biomass of the three major weeds affected by rapeseed seeding rates and N rates

表2 不同油菜播種量和施氮量下雜草群落均勻度指數(shù)Table 2 Pielou evenness of weed community under different rapeseed seeding rates and N rates

2.2 播種量和施氮量對油菜和雜草生物量的影響

圖 1 表明，施氮肥可以極顯著提高油菜的生物量，N240 油菜生物量比 N0 增加 2.5～2.9 倍。適當(dāng)提高播種量，油菜生物量隨施氮量增加的幅度增大，相同施氮量下 D7.5 和 D4.5 比 D1.5 處理分別增加了 28.5%～81.6% 和 15.4%～37.2%。雜草對施氮量和播種量有不同的響應(yīng)。在低播種量下，雜草生物量隨施氮量增加有小幅上升；增加播種量，雜草生物量增幅減小；在高播種量下，雜草生物量基本持平，由此可見，增大油菜播種量雜草生物量受抑制。在不施氮處理中，雜草生物量比油菜生物量大；增加施氮量，油菜生物量顯著增加，除 D1.5/N60 處理外，其它施肥處理油菜生物量均大于雜草生物量，說明油菜對氮素敏感度較強。在高密高氮條件下，油菜生長旺盛，生物量大，而雜草生物量較小。

2.3 播種量和施氮量對油菜和雜草氮含量的影響

表 3 表明，播種量對油菜和雜草的氮含量無明顯影響；施氮肥對油菜的氮含量影響顯著，對雜草的氮含量影響不大。增加施氮量，油菜和雜草的氮含量均有所增加，但油菜增幅大于雜草，N240 處理油菜和雜草的氮含量比 N0 處理分別增加了 43%～63% 和 22%～30%，說明油菜對氮素響應(yīng)的敏感度比雜草的強。

2.4 播種量和施氮量對油菜和雜草氮素積累量的影響

圖 2 表明，施用氮肥極顯著促進(jìn)油菜氮積累量的增加，隨著播種量的增加，增加的幅度越大。在低密條件下，增加施氮量，雜草氮積累量顯著增加；提高播種量，雜草氮積累量增加幅度減小，與不施肥相比，施氮 240 kg/hm2雜草氮積累量的增幅高密比低密降低了 51.7%。不同播種量之間地上部總氮素積累量差異不大，但是低密條件下雜草的氮素積累量要大于高密條件下的雜草氮素積累量，隨著密度的增加，雜草的氮積累量減少，油菜的氮積累量增加。

圖1 不同油菜播種量和施氮量下油菜和雜草生物量Fig.1 Biomass of rapeseed and weeds under different rapeseed seeding rates and N rates

油菜相對競爭力值越大，表示氮素向油菜的分配比例越高，油菜競爭力越強。低密條件下油菜相對競爭力值均不大于 1 (D1.5/N240 處理最大為 1.0)，高密條件下施用氮肥處理油菜相對競爭力值均大于1。相同施氮量下播種量越大，油菜相對競爭力值越大，可見，提高播種量，能夠提高油菜的競爭力，使氮素更多的向油菜分配，從而提高肥料利用率。播種量相同時，增加施氮量，油菜相對競爭力值增大，油菜競爭力增強。D7.5/N240 處理的值最大，達(dá)到 2.2，表明高密高氮可以提高油菜的競爭力，抑制雜草的生長 (圖 3)。

表3 不同油菜播種量和施氮量下油菜和雜草氮含量 (%)Table 3 N contents of rapeseed and weeds under different rapeseed seeding rates and N rates

圖2 不同油菜播種量和施氮量下油菜和雜草氮素積累量Fig.2 N accumulation amounts of rapeseed and weeds under different rapeseed seeding rates and N rates

圖3 不同油菜播種量和施氮量對油菜氮素相對競爭力的影響Fig.3 Effects of rapeseed seeding rates and N rates on the relative nitrogen competitiveness of rapeseed

3 討論

在本研究的直播油菜田中，雜草在油菜生物量最大時期占農(nóng)田生物量的 25%～63%，占氮吸收總量的 31%～72%，其中有近一半處理的雜草吸氮量超過了油菜的吸氮量，雜草對油菜的生存資源與空間的侵占度是驚人的，必須引起高度重視。

植株氮素積累量由生物量和養(yǎng)分含量共同影響。提高施氮量，油菜和雜草的生物量、氮含量以及氮素積累量均增加；增加播種量，油菜的生物量、氮素積累量顯著增加，而雜草生物量和氮素積累量減小，播種量對氮含量無明顯影響；可見，氮素積累量的變化趨勢與生物量相同，這表明油菜主要通過提高生物量來提高氮素競爭力。增加播種量可以提高群體密度，較早形成作物覆蓋層，最終抑制雜草生長[17]。施氮量對前期雜草種類和密度沒有影響，但會顯著影響后期雜草密度和生物量[18]。增加施氮量，促進(jìn)油菜個體生長，提高后期田間郁閉度，從而改變田間光照條件，抑制雜草生長。因此，在播種量較低時，即使施氮量偏高導(dǎo)致油菜個體植株較大，田間郁閉度依舊較小，雜草生長空間充足、競爭養(yǎng)分能力強，使得油菜仍為養(yǎng)分競爭弱勢者。而在高密高氮條件下，早期群體密度大，后期個體生長旺盛，田間油菜生物量比雜草的大，油菜氮素競爭力強，氮向油菜分配得多，得以保證油菜的高產(chǎn)和氮肥的高效。

油菜田雜草出苗主要發(fā)生在冬前[19–20]。冬前移栽油菜個體較大，對田間不利環(huán)境有較強的抗性[21]。相比于移栽油菜，直播油菜個體相對瘦弱，其苗期生長受到田間環(huán)境影響較大，一旦出現(xiàn)雜草，就極易出現(xiàn)大規(guī)模雜草侵襲。對雜草防治最為直觀有效的方法是噴灑除草劑，但是長江流域雨水資源豐富，農(nóng)藥噴灑后存在藥效不佳或者農(nóng)藥無法及時噴施的情況；而且除草劑種類功能多樣化，受到土壤類型和環(huán)境影響較大[22]，有的只能殺死單、雙子葉雜草中的一種，有的可同時殺死但是對油菜有明顯的傷害[23]。雜草生物量在 3 月以后迅速增加[9]，移栽油菜田可以通過中耕除草防治雜草，而在直播油菜田中無法推廣使用。移栽油菜經(jīng)過 20 多年的長期推廣及全面應(yīng)用，栽培技術(shù)成熟。隨著農(nóng)業(yè)輕簡化推行，直播油菜種植面積逐漸增加，但是相應(yīng)的雜草防治技術(shù)并不全面，農(nóng)民沿襲移栽油菜除草管理模式，春后在直播油菜田中忽視除草劑的使用。因此，直播油菜田雜草的綜合防治技術(shù)還需探究。本試驗結(jié)果說明，在氮肥施用量較少時，雜草氮素積累量較高，適當(dāng)增加施氮量，油菜氮素積累量增加，超過雜草氮素積累量；在低播種量時，雜草氮素積累量高，適當(dāng)增加播種量，油菜氮素積累量增加，施肥處理均高于雜草氮素積累量。增加油菜播種量和氮肥施用量能明顯提高油菜對田間雜草的抑制力，是控制直播油菜雜草危害的一種有效手段。

4 結(jié)論

在直播冬油菜田，雜草對油菜氮素侵占量極大。增加施氮量和播種量，顯著提高油菜的生物量和氮含量；雜草的生物量和氮含量，在增加施氮量時小幅上升，在增加播種量時被抑制。在高密高氮條件下，油菜氮素競爭力極顯著大于雜草，生長旺盛，但是雜草占農(nóng)田的生物量仍高達(dá) 25%，氮素吸收量高達(dá) 31%。直播油菜田，雜草競爭氮養(yǎng)分量需要引起重視。

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Mechanism of controlling weed biomass through increasing winter rapeseed seeding amount and nitrogen application rate

HU Wen-shi, LIU Qiu-xia, REN Tao, MING Ri, LU Jian-wei*
[ Microelement Research Center, Huazhong Agricultural University/ Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtze River), Ministry of Agriculture, Wuhan 430070, China ]

【Objectives】Weed is one of the main factors affecting yield of rapeseed. Controlling its growth cost effectively plays key role for improving the production efficiency of direct seeding rapeseed.【Methods】A field trial was carried out in Wuhan during October 2014–April 2015. Three seeding amounts of rapeseed (1.5, 4.5 and 7.5 kg/hm2) and five nitrogen application rates (0, 60, 120, 180 and 240 kg/hm2) were designed in the experiment. The biomass, N content and N accumulation of weed and rapeseed were analyzed when the shoot biomass reached maximum. The Pielou evenness of weed community was analyzed with the Shannon index.【Results】The biomass and N accumulation of rapeseed were increased with the increases of seeding rate and nitrogen rate. The average rapeseed biomass of all N treatments with 4.5 and 7.5 kg/hm2seeding rates wereincreased by 23.3% and 45.2% than those with 1.5 kg/hm2seeding rate, and the N accumulation was increased by 21.2% and 39.2%, respectively. Compared with no nitrogen treatment, the rapeseed biomass were increased by 0.9, 1.7, 2.2 and 2.7 times from N application 60 kg/hm2to 240kg/hm2, respectively, and the N accumulation was increased by 1.0, 2.0, 3.5 and 4.4 times, respectively. The biomass and N accumulation of weeds were decreased with the increase of the seeding amount. The average weed biomass of all N treatments with 4.5 and 7.5 kg/hm2seeding rates were decreased by 16.8% and 25.8% than those with 1.5 kg/hm2seeding rate, and similarly the N accumulation was decreased by 17.3% and 29.4%, respectively. However nitrogen supply improved weed biomass and N accumulation,but the increases were much lower than those of rapeseed. The N content in weeds was higher than rapeseed at the same treatment, and both of them were improved with the increasing of N supply. However the rapeseed was more sensitive to N fertilizer. Under N 240 kg/hm2, the average N concentration of rapeseed was increased by 46.2%, while that of weeds was increased by 24.1%, compared with the control. The ratios of N accumulation of rapeseed to weeds were less than 1 under the seeding rate of 1.5 kg/hm2, and were increased with the increase of seeding rate. The ratio in the 7.5 kg/hm2sowing quantity and 240 kg/hm2N rate was up to 2.2, which suggested that nitrogen competition of direct seeding winter rapeseed could be improved by high density and high N application. However, the increase of N rate could change the structure of weed population, and decrease the evenness of weed community.【Conclusions】The sensitivity of rapeseed in response to the N fertilizer and sowing amount is greater than that of weeds. The nitrogen competition ability of rapeseed can be improved by increasing the amount of N fertilizer and seeding amount.

N application rate; direct seeding rapeseed; seeding rate; nitrogen competition; weed biomass

2016–01–04接受日期：2016–05–16

國家自然科學(xué)

（41401324）；“十二五”國家科技支撐計劃課題（2014BAD11B03）；國家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（CARS-13）資助。

胡文詩（1992—），女，湖北鐘祥人，碩士研究生，從事土壤肥力與養(yǎng)分綜合管理。E-mail：huws@webmail.hzau.edu.cn

* 通信作者 Tel：027-87288589，E-mail：lunm@mail.hzau.edu.cn