麻井彪,高 潔,張建菲
緩釋肥對紫色土油菜生長和養分吸收利用的影響*
麻井彪,高 潔?,張建菲
(西南大學農學與生物科技學院,重慶 400700)
分析緩釋專用配方肥與當地常用肥對油菜生物量、氮磷鉀養分吸收利用及其在土壤中累積的影響,為油菜節肥高效生產提供依據。通過大田試驗,以油菜品種三峽油5號為試驗材料,設置6種施肥處理:以不施肥(F0)和常規施肥(Fc)為對照處理,緩釋專用配方肥設置4種施肥水平(F375:375 kg·hm–2,F525:525 kg·hm–2,F675:675 kg·hm–2,F825:825 kg·hm–2)。結果表明,不同施用量的緩釋專用肥料對油菜產量、單株有效角果數以F675處理最大,F825處理次之,F375處理最小,其分別較Fc處理增產43.54%、36.82%、13.88%;施用緩釋專用配方肥油菜氮養分損失率從Fc處理的78.30%降低至53.97%~ 73.66%;磷養分損失率從Fc處理的56.65%降低至20.53%~46.13%;施用緩釋專用肥料油菜收獲期根區土壤全氮、全磷與全鉀含量從Fc處理的0.651 0 g·kg–1、0.404 4 g·kg–1與20.74 g·kg–1上升至0.661 7~0.691 4 g·kg–1、0.407 2~0.496 0 g·kg–1與28.96~29.50 g·kg–1。施肥大幅增加油菜生物量,緩釋專用配方肥的施用不僅利于提升肥料利用率,同時使得根區土壤養分含量變化較小,結合農業可持續發展,實際生產應該施用緩釋專用肥。
緩釋專用配方肥;油菜;生物量;養分吸收利用;養分損失率;紫色土
油菜是我國主要的糧油作物,油菜生產在保障我國食用油供應安全、增加農業經濟、提高農民收入、發展生態農業中具有重要作用[1]。當前油菜栽培過程中面臨勞動力不足、肥料施用過量、資源浪費和水體富營養化等社會經濟與環境問題。緩釋專用配方肥的應用避免了多次施肥的勞動投入和普通施肥因肥料流失而導致的后期早衰,不僅能有效促進油菜生長、提高產質,也能很大程度地減少肥料的用量及其污染,是肥料科學發展的主方向[2-4]。
油菜單產長期在較低水平徘徊,施肥不合理是主要原因,嚴重制約了油菜生產水平的提高。肥料工業發展到今天,除傳統的氮磷鉀單質化學肥料以外,二元、三元甚至多元化混成復合肥料,有機-無機復合肥,微量元素肥以及用各種各樣原材料生產的廢料肥品種隨處可見[5]。在實際生產上,肥料的種類、用量和比例不當均會對油菜生長造成障礙,影響油菜高產水平的發揮,降低肥料利用率,加大對環境的不利影響[6-7]。有研究[4,8-9]指出養分供求不同步是肥料利用率低的一個重要原因,而油菜緩釋專用配方肥在防止油菜后期早衰上有很大效果,且利于促進冬前綠葉數的增加,培育理想的越冬壯苗,加上緩釋專用配方肥添加硼等特需微量元素,增產效果顯著,投入產出比高,在省工、節肥、增產、環境等方面均存在較大的優勢。
前人研究主要集中在氮肥的應用上[1,10-11],對土壤磷鉀養分供應狀況及養分與作物之間綜合關系鮮見報道。本研究以作物生長規律與需肥特性為出發點,選用緩釋專用配方肥作為研究對象,基于油菜施肥、植株氮磷鉀養分吸收利用及土壤氮磷鉀養分變化情況等探討重慶丘陵地區適宜的油菜用肥模式,探索經濟型與生態型的科學施肥技術,以期為該地區及周邊油菜產區油菜生產中科學施肥提供依據。
試驗于2016年10月至 2017 年5月在重慶市北碚區西南大學歇馬試驗地進行。試驗地為旱地紫色土,pH7.8,播前耕作層土壤含全氮0.70 g·kg–1、全磷0.63 g·kg–1、全鉀29.69 g·kg–1、有機質12.66~16.25 g·kg–1(平均 15.01 g·kg–1)、有效磷30.02~49.26 mg·kg–1(平均 38.23 mg·kg–1)、速效鉀232.6~473.9 mg·kg–1(平均 356.6 mg·kg–1)。供試植物材料為重慶農業科學院選育的雜交品種號,前茬作物為烤煙;緩釋專用肥采用湖北宜施壯農業科技有限公司生產的含有5%中微量元素養分的宜施壯油菜緩釋專用配方肥,養分(N︰P2O5︰K2O)配比為25︰7︰8;常用肥的底肥為碳酸氫銨(含氮17%)、過磷酸鈣(含磷16%),追肥為尿素(含氮46%)。
試驗設6個處理(表1),3次重復,共18個小區,隨機區組排列。小區面積為20 m2(5 m×4 m),行株距40 cm×40 cm。試驗于2016年10月8號播種,播種方式為穴播,每穴4~8粒種子,于2~4葉期間苗,5~6葉期定苗,每穴留一株健壯苗,2017年5月2號收獲。緩釋專用配方肥于播種前一次性施于穴邊,常用肥基肥穴施,追肥(播種后75 d)撒施。

表1 試驗處理的施肥量
土壤取樣:采用十字交叉法在油菜基肥施用前的0~10 cm和10~20 cm土壤各采集9個樣方(分別為交叉點一處,試驗地2/5十字線4處,試驗地4/5十字線4處)用作播種前試驗地養分指標測定;成熟期每個小區植株根區(主根外圍10 cm內)的土壤采用十字交叉法采集0~10 cm和10~20 cm各5處(交叉點一處,小區2/5十字線4處)作為一個小區0~10 cm和10~20 cm的土壤樣方。
植株取樣:采用十字交叉法在小區邊緣2行以內挖取樣株5株,作為養分分析和農藝性狀測定。
土壤指標的測定[9]:土壤pH采用水土比 2.5︰1.0、pH計測定;全氮采用半微量凱氏法測定;全磷和全鉀采用NaOH熔融,紫外可見分光光度計(美譜達UV-1200,上海)測定全磷,火焰光度法(FP6410火焰光度計,上海儀電)測定全鉀;重鉻酸鉀容量法測定有機質;0.5 mol·L–1NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定有效磷;1 mol·L–1NH4OAc 浸提-火焰光度法測定速效鉀。
植株氮磷鉀含量的測定:植株分成莖殼(莖稈和角殼)、籽粒和根,采用濃H2SO4-H2O2消煮,再分別用凱氏定氮法測定總氮、釩鉬黃比色法測定總磷、火焰光度計法測定總鉀含量。
收獲指數(HI,%)=籽粒產量/地上部生物量×100;
專用肥增產率(YIR,%)=(施肥產量-常用肥產量)/常用肥產量×100;
氮素養分積累量(NAN,kg·hm–2)=干物質量×氮含量,同理計算磷素、鉀素養分積累量(NAP,NAK)。
養分損失量與損失率:養分損失量(NL,kg·hm–2)=養分施用量+土壤養分供應量-養分總積累量;養分損失率(NLR,%)=養分損失量/(養分施用量+土壤養分供應量)×100。
氮素養分吸收效率(NAEN,kg·kg–1)=植株氮素總累積量/供氮量(氮肥施入量+當季土壤氮供應量),同理計算磷素、鉀素養分吸收效率(NAEP、NKAE)[12]。
氮素養分轉移率(NTRN,%)=籽粒氮養分總量/地上部氮積累總量×100,同理計算磷素、鉀素養分轉移率(NTRP,NTRK)。
氮素當季作物回收率(TCERN,%)=當季作物氮素吸收量/施氮量×100,同理計算磷素、鉀素養分吸收效率(TCERP、TCERK)。
采用 Microsoft Excel 2016 軟件計算和處理試驗數據及圖表制作,用SPSS 23 軟件統計分析,各類指標采用單因素方差分析(<0.05),最小顯著性差異法(LSD)進行多重比較。
施用緩釋專用配方肥油菜的莖稈、角殼及籽粒生物量明顯高于施用常用肥(表2)。隨著緩釋專用配方肥用量的增加,油菜總生物量也隨之增加,除籽粒產量在F825處理降低外,其他生物量構成因子均隨著施肥量的增加而增加。除F375處理外,施肥處理均顯著增加收獲指數(<0.05),隨著緩釋專用配方肥用量的增加,收獲指數先增后減,在 F675處理最高,高于Fc處理。
由表3可知,與不施肥處理相比,施肥處理油菜增產顯著(<0.05),其中,緩釋專用配方肥處理較Fc處理增產13.88%~43.54%。隨緩釋專用配方肥用量的增加,油菜的產量呈先增后降的趨勢,處理間差異顯著,試驗中以F675處理產量最高,用一元二次多項式擬合產量與緩釋專用配方肥用量間的關系為:=–0.005 12+7.382+256.6,式中為產量(kg·hm–2),為緩釋肥施用量(kg·hm–2),2=0.943 9。

表2 緩釋肥對油菜生物量的影響
注:同列不同小寫字母表示不同處理在5%水平下差異顯著,下同。 Note:Data followed by different lowercase letters within the same column means significant different(<0.05).The same below.

表3 緩釋肥處理對油菜產量及單株產量構成的影響
①Number of effective pods on the first branches,②Number of effective pods on the secondary branches,③Number of effective pods on the main inflorescence,④Total of effective pods,⑤Grains per pod,⑥1000-grain Weight,⑦Yield weightper plant,⑧Yield increment of the application of special slow-release fertilizer.
施肥與不施肥在產量構成中的千粒重、角粒數和有效角果數間均有顯著差異(<0.05),施肥均高于不施肥(表3)。Fc處理與緩釋專用配方肥處理對產量影響的顯著差異主要體現在有效角果數和角粒數,尤其是一次分支有效角果數上,緩釋專用配方肥處理的油菜總有效角果數較Fc處理多11.23%~62.23%,角粒數則較Fc處理低4.96%~9.31%。
2.2.1 對油菜不同器官氮磷鉀含量和肥料吸收利用的影響 由表4可知,在油菜植株體內,氮和磷主要儲存于籽粒,鉀主要儲存在莖殼與根。植株各部位氮磷鉀養分含量隨著緩釋專用配方肥用量的增加,莖殼和籽粒的氮、磷含量下降,鉀含量在莖殼中下降,籽粒無顯著變化;根的氮、磷含量先增后減,鉀含量無明顯變化;Fc處理莖殼和籽粒的氮、磷含量高于緩釋專用配方肥,低于F0處理,根則相反。

表4 緩釋肥對油菜氮磷鉀含量的影響
①Stem and Podshell,②Root,③Oilseed
由表5可知,緩釋專用配方肥處理氮磷鉀的養分累積量(NA)均高于Fc處理,隨緩釋專用配方肥用量的增加,磷鉀的NA總量增加,氮的NA總量先增后減。各部位上,隨著緩釋專用配方肥用量的增加,根與籽粒的氮磷鉀NA先增后減,莖稈和角殼先減后增。Fc處理除根NAK高于F375處理外,其余部位氮磷鉀的NA均低于緩釋專用配方肥處理。油菜對氮磷鉀的養分吸收效率(NAE)由大到小依次為鉀、磷、氮,分別是NAEN:0.217 1(Fc)~0.461 2 (F375),NAEP:0.433 5(Fc)~0.791 1(F375),NAEK:1.141(Fc)~1.257(F825)。緩釋專用配方肥處理的NAEN、NAEP以及當季養分回收率(TCERN、TCERP)均高于Fc處理,并隨著用量的增加NAE降低。施肥處理的氮磷鉀養分轉移率(NTR)明顯高于F0處理,緩釋專用配方肥氮、磷與鉀的NTR均以F675處理最高,F825處理次之,Fc處理氮、磷與鉀的NTR均高于F375處理,低于F525、F675和F825處理。
2.2.2 對油菜當季氮磷鉀養分損失量與損失率的影響 相比于常用肥處理,施用緩釋專用配方肥的當季氮損失量顯著降低(<0.05),損失率從78.30%分別降低至F375、F525、F675、F825處理的53.97%、63.21%、66.29%、73.66%;磷損失量隨施用量的降低(F825~F375)減少4.43 kg·hm–2~16.88 kg·hm–2,損失率從56.65%降低至20.53%~46.13%(表6)。

表5 緩釋肥對油菜氮磷鉀的養分積累及吸收利用率的影響
注:NA指養分積累量、NAE指養分吸收效率、NTR指養分轉移率、TCER指當季作物養分回收率。 Note:NA stands for nutrition accumulation,NAE for nutrition absorption efficiency,NTR for nutrition transfer rate,TCER for this crop extraction rate.

表6 緩釋肥對油菜氮磷鉀養分損失量與損失率的影響
油菜成熟期根區土壤氮磷鉀含量較播種前出現不同程度下降,其中緩釋專用配方肥處理的全氮、全磷與全鉀分別為播前的91.5%~98.8%、81.3%~99.0%與97.5%~99.3%,Fc處理為91.7%、80.1%與93.2%(圖1)。F0、Fc、F375和F675處理全氮下降顯著(<0.05),在土層分布上,F0處理的0~10 cm處較10~20 cm處下降更明顯,施肥處理則是10~20 cm處更明顯。全磷含量的下降主要集中于10~20 cm土層,在0~10 cm處F675處理和F825處理反而高于播種前;隨緩釋專用配方肥用量的增加,土壤全磷含量先降后升,Fc處理在土層0~10 cm處顯著低于F675和F825,10~20 cm處高于F375、F525和F675處理,低于F825處理。全鉀含量F0處理與Fc處理顯著低于緩釋專用配方肥處理。
如圖2a)所示,油菜成熟期根區土壤有效磷含量與播前相比有不同程度的降低,其中,Fc、F375、F525與F675處理的10~20 cm土層顯著下降(<0.05)。隨著緩釋專用配方肥用量的增加,有效磷平均含量先降后升。從圖2b)可以看出,油菜成熟期根區土壤0~10 cm處土壤速效鉀含量較播種前顯著降低(<0.05),降低幅度達22.2%(F375)~34.7%(F825),F0、Fc和F375處理顯著高于F525、F675和F825處理。隨著緩釋專用配方肥用量的增加,速效鉀含量緩慢下降。10~20 cm土壤速效鉀含量各處理間無顯著差異,除F825處理外,其余較播前無顯著變化。

注:BS指播種前,0~10 cm指0~10 cm土層,10~20 cm指10~20 cm土層。下同。Note:BS stands for before sowing;0~10 cm for the 0~10 cm soil layer;and 10~20 cm the 10~20 cm soil layer. The same below.

圖2 緩釋肥對油菜根區土壤有效磷和速效鉀養分含量的影響
Fig. 2 Effects of slow-release fertilizer on available phosphorus and available potassium content in the rhizosphere soil of canola
作物的優質高產在很大程度上取決于土壤能否適時適量供給作物必需的大量、中量、微量營養物質。在大田生產條件下,即使生產環境適合,多數土壤并不能滿足作物優質高產對養分的需求,因此各種肥料的使用成為農業生產的必要條件[5]。研究[13-14]表明,油菜需肥性強,施肥能顯著增加油菜的產出,施肥狀態下油菜的根、莖、殼和籽粒等生物量及收獲指數的顯著提高為增產打下基礎。本研究結果表明,施用緩釋專用配方肥油菜產量較常用肥增加13.88%(F375)~43.54%(F675)(表3),常用肥處理由于油菜生長后期養分不足,長勢緩慢,養分首先滿足生殖器官的供應,致使莖稈與角殼生物量相對較低,同時由于養分供應不合理,導致有效角果數少,千粒重較低(表3)。多元長效緩釋專用配方肥施用增產效果非常明顯,其實現了一次性基肥施用技術,不僅減少了精耕細作時的施肥次數,而且還穩定了產量[15-16]。本試驗結果顯示,緩釋專用配方肥以低施用量帶來的收益遠高于高施用量的常用肥,說明緩釋專用配方肥有較好的生態經濟效益,因此,應用緩釋專用配方肥是同時解決高產與節肥這兩個問題的良好方向。
緩釋專用配方肥的肥效以其同作物生長發育進程相對匹配的特點,不僅促進作物發揮生長潛力,也使肥料利用率有較大的提高,彌補了少施或不施有機肥對化肥養分大量損失的影響,對降低農業化肥污染,響應國家的節肥高效生產開辟了新路徑[5,9,17]。本研究表明,施用常用肥的氮磷鉀養分積累量均明顯低于施用緩釋專用配方肥(表5)。油菜N、P、K需求量巨大,合理地施用肥料能有效促進作物生長、提高產質及肥料利用率,其原理和技術主要集中于不同營養元素的數量和比例的調節及供應時間,油菜對N、P、K的吸收利用情況能有效表征施肥效益[18]。本研究結果顯示,施用常用肥油菜莖殼的N、P、K含量均明顯高于施用緩釋專用肥,而籽粒的含量差異卻不明顯,K甚至低于施用緩釋肥(表4),盡管施用常用肥的莖殼生物量相對較少,但其養分轉移率也僅高于產量較低的F375處理(表5),表明相較于常規用肥,緩釋專用配方肥因其與植物吸肥特性機制相適應,不僅提高肥料利用率,也利于油菜各部位生物量的均衡生長,有助于提高油菜產量與品質。施用常用肥的養分吸收效率與當季養分回收率均低于施用緩釋專用配方肥(表5),表明相較于常用肥,緩釋專用配方肥實現節肥高效生產。施用緩釋肥P、K的當季養分回收率出現大于100%的現象(表5),主要是由于其后期養分供應仍然得到滿足,以及莖稈和角殼對K的富集作用,積累較多的P和K,對于籽粒,僅有F375因其較低的施肥基數才使得當季養分回收率超過100%。考慮到油菜秸稈基本還田情況,這不僅利于提高P、K的利用率,也有增加土壤有機質和土壤P、K有效含量的作用。試驗中當季養分回收率、養分轉移率和養分吸收效率的結果說明,多元緩釋專用配方肥中養分配比釋放合理,符合油菜的養分需求規律。
以往研究表明,緩釋專用配方肥有利于養分合理釋放,協調植物養分需求與土壤養分供應之間矛盾[14,19-20]。本試驗結果表明,施肥不足,加上作物根系活動促使礦質元素的釋放及土壤自身淋失,油菜收獲時,根區土壤全氮、全磷和全鉀含量較播前出現下降,如F0處理(圖1);另一種原因可能是養分釋放與油菜吸收不同步或過量釋放,流失嚴重,加上前期長勢較好、后期生長養分需求較大,導致根區土壤氮磷鉀養分含量下降[21],如Fc處理;再者,前茬作物是烤煙,速效鉀含量可能較高。因為表層土壤有機質含量相對較高及磷素易被土壤固化,再加上緩釋肥養分釋放與油菜需求同步等原因,施肥處理在根區0~10 cm處部分處理高于播前,在10~20 cm處全氮和全磷下降明顯(圖1)。與此同時,根區10~20 cm土層的區域磷素因不斷被吸收和流失而出現短暫相對偏低狀況,有效磷含量的變化也具有相似性。速效鉀在土壤中易于流動轉移,所以0~10 cm與10~20 cm土層速效鉀含量差異不顯著(圖2)。由于緩釋專用配方肥養分合理釋放,油菜吸鉀量雖大,但根區全鉀下降并不顯著(圖1)。施用常用肥根區全鉀含量較低反而速效鉀含量相對較高,雖有油菜生長后期大量的落花、落葉和落果對表土產生影響[22],但主要還是鉀素釋放過度、流失嚴重及后期生長不足的體現。相反,緩釋專用配方肥隨用量的增加,根區全鉀含量增高,速效鉀含量卻相對較低(圖1和圖2),原因可能是高用量專用肥植株干物質較多,積累大量的鉀素,再者緩釋專用肥在油菜生長過程中不斷釋放,對土壤養分起互補作用,因而較低緩釋肥用量根區速效鉀含量反而表現出高于較多用量。由于根系活力中心偏向0~10 cm土層,及上層速效鉀的下滲補充,成熟期根區土壤10~20 cm處速效鉀含量較播前并無明顯變化,0~10 cm卻下降顯著,降低幅度達22.2%(F325)~34.7%(F825)(圖2)。綜上所述,施用緩釋專用配方肥既明顯增產又提高氮磷鉀養分利用率,反觀常用肥氮磷施用量雖多,在生物量較低的情況下,收獲期其根區土壤氮磷鉀含量卻較低,而有效磷與速效鉀含量又較高,表明施用常用肥氮磷鉀損失、浪費現象嚴重。本研究僅進行初步探討,缺乏年度重復試驗,結果有待進一步完善。
施用緩釋專用配方肥不僅較施用常用肥顯著增加油菜生物量,同時利于提高油菜對氮磷鉀養分的吸收利用,且對根區土壤磷鉀有效養分有保護作用,維持根區土壤全氮、全磷和全鉀含量的降低幅度小于常用肥和不施肥。緩釋專用配方肥以油菜需肥特性為出發點,合理用量,既高產又可平衡土壤肥力,在油菜生產上很大程度地提高了經濟效益與環境效益,尤其以675 kg·hm–2最佳。
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Effects of Slow-release Fertilizers on Growth and Nutrient Uptake and Utilization of Canola Grown on Purple Soil
MA Jingbiao, GAO Jie?, ZHANG Jianfei
(College of Agronomy and Biotechnology, Southwest University, Chongqing 400700,China)
A fertilization field experiment onL., Sanxiayou 5 in cultivar was conducted. The experiment aimed to study effects of special slow-release fertilizer and conventional fertilizer on biomass and nutrients (nitrogen, phosphorus and potassium) uptake and utilization of canola, and nutrient accumulation in soil. The field fertilization experiment on canola (Sanxiayou 5) was designed to have six fertilization treatments, i.e. F0(no fertilizers), Fc(conventional fertilizer), F375(special slow-release fertilizer at 375 kg·hm–2), F525(special slow-release fertilizer at 525 kg·hm–2), F675(special slow-release fertilizer at 675 kg·hm–2) and F825(special slow-release fertilizer at 825 kg·hm–2). Results show that application of slow-release fertilizer improved yield and effective number of pods per plant of canola, exhibiting an order of Treatment F675> Treatment F825> Treatment F375in the effect. Compared with Treatment Fc, Treatment F675, Treatment F825and Treatment F375increased yield of the crop by 43.54%, 36.82% and 13.88%, respectively. Besides, the application reduced N nutrient loss rate from 78.30% (in Treatment Fc) to 53.97% (in Treatment F375)-73.66% (in Treatment F825), and P nutrient loss rate from 56.65% (in Treatment Fc) to 20.53% (in Treatment F375)-46.13% (in Treatment F825). Total N, total P and total K in the rhizosphere soil applied with slow-release special fertilizers increased from 0.651 0 g·kg–1, 0.404 4 g·kg–1and 20.74 g·kg–1(in Treatment Fc) to 0.661 7-0.691 4 g·kg–1, 0.407 2-0.496 0 g·kg–1and 28.96-29.50 g·kg–1. Fertilization could significantly increase biomass of the crop, and application of special formulated slow-release fertilizer could not only improve fertilizer utilization rate, but also have less impacts on nutrient contents in the rhizosphere soil. Taking into account sustainable development of the agriculture, it is advisable to use the special slow-release fertilizer in practical production.
Special formulated slow-release fertilizer; Canola; Biomass; Nutrient uptake and utilization; Nutrient loss rate; Purple soil
S158
A
10.11766/trxb201910140229
麻井彪,高潔,張建菲. 緩釋肥對紫色土油菜生長和養分吸收利用的影響[J]. 土壤學報,2020,57(4):1040–1050.
MA Jingbiao,GAO Jie,ZHANG Jianfei. Effects of Slow-release Fertilizers on Growth and Nutrient Uptake and Utilization of Canola Grown on Purple Soil [J]. Acta Pedologica Sinica,2020,57(4):1040–1050.
* 公益性行業(農業)科研專項(201503127)和國家自然科學基金項目(31271673)資助Supported by Special Fund forResearch in the Public Interest of China(No. 201503127)and the National Natural Science Foundation of China(No. 31271673)
,E-mail:gaojiexn@sohu.com
麻井彪(1993—),男,碩士研究生,主要從事作物栽培生理生態研究。E-mail:jbma20190408@foxmail.com
2019–10–14;
2020–03–01;
2020–04–03
(責任編輯:陳榮府)