耕作與施肥方式對成都平原冬油菜產量、干物質積累和品質的影響

楊澤鵬，門勝男，劉定輝，陳尚洪，鄭盛華，萬柯均，敖玉琴，王昌桃，沈學善，梁 圣，陳紅琳

（四川省農業科學院農業資源與環境研究所，四川 成都 610066）

油菜是國產植物油第一大油源，每年可提供食用油約520萬t，占國產植物油的47%［1］。冬油菜不與夏季糧食作物爭時搶地，是輪作換茬和培肥地力的理想作物［2］。成都平原沖積土區是我國西南地區主要的耕地資源，土壤肥沃，水熱資源豐富，油菜產業發展潛力巨大。油菜栽培的重要目標是實現產量和品質的共同提升，而科學合理的耕作與施肥方式是提高油菜產量和品質的重要保證［3］。目前，成都平原沖積土區稻田油菜耕作和施肥方式主要采用傳統的免耕土表撒施方式，這使得土壤板結粘重，養分表聚化加劇，嚴重制約了作物對肥料養分的吸收利用。隨著農機農藝技術融合發展，油菜機械耕作播種與肥料穴施或條施同步完成的機械化生產技術將日趨成熟［2］。因此，探究成都平原沖積土區稻田油菜適宜的耕作、施肥方式具有重要意義。

改善施肥方式，科學合理施肥是提高肥料利用效率、提高產量和實現環境友好的重要途徑［4-5］。合理的耕作措施可以協調土壤中的水、肥、氣、熱關系，是土壤改良的重要方式，同時也是影響土壤生態環境最直接的方式［6］。農民習慣直接地表撒施速效化肥，大量化肥通過淋失、揮發等途徑損失，不僅造成資源浪費和環境污染，也常常使作物生長發育后期發生脫肥早衰，導致不同程度的減產［7］。土壤耕作會影響土壤養分固定和礦化速率，進而影響作物對養分的吸收利用。有研究表明，旋耕能增加小麥的有效穗數、穗粒數和千粒重，從而增加產量；免耕能增加表土層碳、水積累，但不利于小麥的增產［8］。張建軍等［9］研究表明旋耕處理的玉米產量要高于免耕處理。目前，國內外對耕作措施和施肥效應的研究多為單因素［10］，對耕作措施與施肥方式綜合效應的研究較少，且對油菜氮肥的研究大多集中在氮肥用量以及運籌等方向［11］，而與不同耕作措施下植物生長特點相適應的肥料施用方式的研究較少。本研究基于2年的定點試驗，分析2種耕作措施與不同施肥方式對冬油菜干物質積累、產量和品質的影響，探尋2種耕作方式下肥料施用效果的差異，以期為當前油菜生產中肥料的合理施用提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區基本情況

試驗于2017～2019年在四川省廣漢市高坪鎮李堰村（31°03′ N，104°10′ E）同一地塊進行。該區域屬于典型的中亞熱帶濕潤氣候區，氣候溫和、雨量充沛，年平均氣溫為16.3℃，年平均降水量為890.8 mm。試驗地土壤為水稻土，前茬作物為水稻。水稻一般于9月下旬收獲，油菜于9月底～10月初播種，翌年5月上中旬收獲。2017年土壤耕層基礎理化性質為：pH 6.38，有機質31.78 g·kg-1，全氮1.97 g·kg-1，堿解氮211.27 mg·kg-1，有效磷12.08 mg·kg-1，速效鉀49.90 mg·kg-1。

1.2 試驗設計

于2017年9月起開展油菜-水稻輪作定位試驗，油菜供試材料為‘川油36’，采用人工穴播方式，行距、株距均為25 cm，每穴定苗2株，種植密度為32.00萬株·hm-2。水稻供試材料為‘川優6203’，株距為25 cm，行距為30 cm，每穴移栽1株，種植密度為13.33萬株·hm-2。試驗共設置8個處理：1）免耕對照（不施肥），2）免耕穴施（肥料穴施，穴深10 cm左右，覆土后在穴旁直播），3）免耕條施（施肥溝深10 cm左右，覆土后在施肥溝旁直播），4）免耕撒施（將肥料撒施于土壤表面后直播），5）旋耕對照（不施肥），6）旋耕穴施（肥料穴施，穴深10 cm左右，覆土后在穴旁直播），7）旋耕條施（施肥溝深10 cm左右，覆土后在施肥溝旁直播），8）旋耕撒施（將肥料撒施于土壤表面后旋耕，然后直播），每個處理3次重復，隨機區組排列。小區面積為4 m×5 m=20 m2，小區間隔1.5 m，各小區筑埂30 cm厚、30 cm高，并用塑料薄膜對0～100 cm土層進行水分隔離。旋耕處理利用微型旋耕機進行10～15 cm旋耕。除不施肥對照處理外，油菜季和水稻季施肥量均為600 kg·hm-2美豐比利夫油菜專用配方復合肥（N-P2O5-K2O=28-6-6）。油菜季施肥均為一次性基施，水稻季均為移栽后10 d一次性撒施。其余管理措施與當地高產栽培管理一致。

1.3 測定項目與方法

土壤樣品：在油菜基肥施用前，按多點采樣法取試驗地0～20 cm耕層土壤，自然風干后磨細過篩，測定土壤pH以及有機質、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀含量［12］。

植株樣品：油菜成熟后，各小區選取長勢均勻的代表性油菜植株6株，對選取的植株進行產量構成因子調查，調查項目包括單株莢角數、每角粒數和千粒重。按照根、莖、枝、角果殼和籽粒分成5部分。105℃殺青30 min，80℃烘干至恒重并稱量。

實際測產：所有小區均單打單收，風干后，籽粒產量按含水率9%計算得出。使用FOSS公司的5000型近紅外谷物分析儀測定籽粒含油率及蛋白質含量。

按照公式計算單位面積籽粒產量和干物質積累量（kg·hm-2）：

1.4 數據處理及統計分析

采用Excel 2010進行數據處理和作圖，用SPSS 22.0進行方差分析和Duncan法顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 土壤耕作與施肥方式對油菜產量及產量構成因子的影響

2年研究結果表明，耕作措施和施肥方式對油菜產量的影響顯著（表1），不同年份各處理油菜產量均以旋耕方式下肥料穴施最高，免耕不施肥最低。旋耕穴施較免耕撒施（農戶習慣）2年顯著增加389.19 kg·hm-2，增幅16.89%（P＜0.05）。相同耕作方式下，與不施肥對照相比，各施肥處理2年平均油菜產量顯著提高1679.72 kg·hm-2，增幅200.31%，2年試驗中不同施肥處理間的產量表現趨勢均為穴施＞條施＞撒施，穴施、條施分別較撒施平均增產213.21和106.92 kg·hm-2，增幅8.84%和4.43%。其中免耕條件下穴施、條施2年平均產量分別較撒施增加10.90%和5.17%，增產幅度高于旋耕條件下的6.95%和3.76%，且在2019年試驗中不同耕作條件下穴施與撒施處理間產量差異均達顯著水平（P＜0.05）。相同施肥方式下，旋耕油菜產量均高于免耕，旋耕各處理2年平均產量較免耕增加180.53 kg·hm-2，增幅達7.43%。其中，2019年試驗中肥料穴施下免耕與旋耕處理間的產量差異達顯著水平（P＜0.05）。年度、耕作措施、施肥方式分別對油菜產量影響顯著，而三者之間的交互作用對產量無顯著影響。

表1 不同耕作與施肥方式對油菜產量的影響 （kg·hm-2）

2年研究結果均表明，與不施肥對照相比，施肥均提高了油菜單株莢角數、每角粒數和千粒重，其中單株莢角數的增幅最大，2年平均增幅為185.44%（圖1）。各處理中，2年單株莢角數和千粒重均以旋耕穴施處理最高，每角粒數均以免耕穴施處理最高。相同耕作措施下，不同年份不同施肥方式間的單株莢角數、每角粒數表現趨勢均為穴施＞條施＞撒施，穴施與條施、撒施處理間的千粒重差異均未達到顯著水平；相同施肥方式下，單株莢角數和千粒重在耕作方式間的表現趨勢均為旋耕＞免耕，除2018/2019年旋耕方式下單株莢角數顯著大于免耕外，3個指標在耕作方式間的差異均不顯著。

圖1 不同耕作與施肥方式對油菜產量構成因子的影響

2.2 土壤耕作與施肥方式對油菜籽粒品質的影響

油菜籽粒品質測定結果見表2。相同耕作方式下，與不施肥對照相比，2年施肥后油菜籽粒含油率降低了2.50%～7.72%，且旋耕方式下含油率降幅大于免耕；蛋白質含量的趨勢與之相反，表現為施肥提高油菜籽粒的蛋白質含量，旋耕方式下蛋白質增幅大于免耕。2年不同施肥方式間的籽粒產油量表現趨勢為穴施＞條施＞撒施，免耕條件下穴施與條施、撒施處理間的差異均達到顯著水平，2年平均增幅分別為5.98%和13.17%，旋耕條件下穴施、條施處理分別較撒施處理產油量2年平均增加7.57%和6.05%，差異達顯著水平。相同施肥方式下，籽粒蛋白質含量和產油量在耕作方式間的趨勢表現為旋耕＞免耕，旋耕條件下籽粒產油量顯著大于免耕；相同耕作方式下，籽粒含油率2年整體趨勢表現為穴施、條施＞撒施，但籽粒含油率和蛋白質含量在施肥方式間的差異均不顯著。方差分析結果表明，年度對籽粒含油率和蛋白質含量有極顯著影響，年度、耕作措施、施肥方式分別對油菜產油量有極顯著影響，而三者之間的交互作用對籽粒品質和產油量影響均不顯著。

表2 不同耕作與施肥方式對油菜品質的影響

2.3 土壤耕作與施肥方式對油菜干物質積累與分配的影響

研究結果見表3。各施肥處理干物質積累總量較不施肥對照2年平均增加了5593.38 kg·hm-2，顯著提高了156.69%（P＜0.05）。2年各施肥處理中以旋耕穴施處理最高，較免耕撒施增加1475.62 kg·hm-2，顯著增加17.03%。相同耕作措施下，2年不同施肥方式間干物質積累量表現趨勢均為穴施＞條施＞撒施，穴施2年平均干物質積累量分別較條施和撒施增加8.33%和9.74%，且在旋耕條件下差異均達顯著水平；相同施肥方式下，2年干物質積累量表現趨勢均為旋耕＞免耕，其中2019年旋耕穴施與其余處理之間的差異達顯著水平（P＜0.05）。從各器官干物質量及分配來看，施肥較不施肥提高了油菜各器官干物質積累量，除2018年旋耕方式的根部無顯著差異外，其余各器官差異均達到顯著水平（P＜0.05）。各施肥處理較不施肥對照明顯提高了油菜枝和籽粒在干物質積累中的貢獻，分配率2年平均分別提高了31.63%和15.89%，但根和莖的分配率有降低趨勢。2年油菜枝、角果殼和籽粒的干物質積累量均以旋耕穴施處理最高，平均較免耕撒施提高了28.21%、18.22%和14.45%，除2018年的籽粒無顯著差異外，均達到顯著水平（P＜0.05）。年度、耕作措施和施肥方式分別對油菜根、莖、枝、角果殼和籽粒干物質積累具有不同程度的極顯著影響，三者之間的交互效應對除油菜根以外各器官影響均不顯著。

3 討論

3.1 施肥方式對油菜產量、品質和干物質積累的影響

在適宜肥料用量的情況下，通過改善施肥方式可以降低肥料的損失，顯著提高肥料利用效率，從而進一步提高作物的產量［3］。表土撒施方式使得大部分肥料養分分布在離根較遠的區域，存留在養分運移到根系效率較低的土體，而作物根系吸收的養分僅來自根系周圍有限的土體，嚴重制約了作物對肥料養分的吸收利用［4］。作物生育期內干物質的積累是產量形成的基礎，干物質積累水平的高低決定了最終籽粒產量的高低［13］。在本研究中，與肥料撒施相比，免耕和旋耕條件下穴施和條施處理的油菜產量顯著提高，且產量的提高主要來自油菜植株枝、角果殼和籽粒干物質積累的增加（表3）。前人研究已證明，肥料深施有利于滿足作物中后期生長的水分需求，尤其是花后干物質積累量，利于籽粒灌漿，是獲得較高產量的生理基礎［14］。本研究表明，與不施肥相比，施肥處理的油菜產量、產油量和油菜植株干物質積累總量均顯著提高，且肥料穴施與條施處理均高于撒施處理。這主要是因為肥料撒施后大量氮素淋失，造成花后氮肥不足，植株根系出現氮素虧缺［15］，進而導致花后干物質合成能力下降［16］，從而降低了各器官干物質的積累，降低了油菜的產量，而肥料深施可促進根系進入深層土體，有利于延緩根系的衰老，使籽粒獲得更充足的營養［17］。因此采用穴施與條施方式施肥，不僅能夠減少肥料的損失，保證土壤氮素的供應，而且可以增加油菜的千粒重和產量，進而提高菜籽產油量。

表3 不同耕作與施肥處理對成熟期油菜干物質積累與分配的影響 （kg·hm-2）

在施純氮112.5～337.5 kg·hm-2的范圍之內，種子含油率下降0.88～8.72個百分點［18］。本研究中，與不施肥對照相比，油菜籽粒蛋白質含量增加，含油率降低，這是由于施肥處理相應促進了蛋白質和其他含氮化合物的合成，降低了脂肪在籽粒形成后期的積累。這與肖榮英等［19］和鄒娟等［20］的研究結果類似。但是，本研究中籽粒含油率呈現集中施肥高于撒施的趨勢（表2），這與胡立勇［18］和曾宇等［21］施氮量增加導致籽粒含油率下降的結論相反，這可能與集中施肥提高了肥料利用率，增加磷、鉀肥的供應對籽粒中脂肪形成的正向促進有關［20，22］。同時，籽粒含油率和蛋白質含量在施肥方式間無顯著差異，表明集中施肥不會引起籽粒含油率的顯著降低，這與油菜籽粒的品質指標主要由品種特性決定有關［23］。由于本試驗為定位實施的第2年，施肥方式對籽粒品質的調控效應還需進一步的研究證實。

3.2 耕作措施對油菜產量、品質和干物質積累的影響

耕作措施可調節土壤的物理環境，使土壤中的水、肥、氣、熱得到合理的調整，影響作物養分的吸收及利用，進而影響產量［24］。在本研究中，旋耕處理的油菜產量、產油量和油菜植株各器官干物質積累量均高于免耕處理。周寶元等［6］研究發現旋耕處理促進了作物干物質積累量的增加，并且旋耕處理的作物產量顯著高于免耕處理。相同施肥方式下，2種耕作措施的油菜產量差達85.48～262.95 kg·hm-2，旋耕處理油菜之所以獲得較高產量，很大程度上是由于較高的干物質積累。這是由于免耕處理播種和施肥深度較淺，土壤板結，透氣透水性差，從而影響根系的生長發育，油菜產量潛力受到極大限制；而旋耕處理耕作較深，增加了耕層深度，使土壤容重降低，從而使油菜生長后期可以保持較高的根系活力，更利于根系對養分的吸收利用［15，25］。因此，旋耕處理能夠促進油菜對深層土壤中養分的吸收與利用，促進干物質的積累。菜籽油是菜籽的主要加工產品，油菜大約80%的價值是通過榨取菜籽油體現［26］。含油量每提高1%，對產油量的貢獻相當于增加油菜產量的2.3%～2.5%［27］。本研究中施肥較不施肥處理在旋耕方式下含油率降幅大于免耕，蛋白質含量增幅大于免耕，這與施肥較不施肥處理在旋耕方式下產量增幅小于免耕的趨勢相反，這可能與旋耕較免耕產量提高引起的稀釋效應有關［28］。本研究結果籽粒含油率和蛋白質含量在施肥方式間無顯著差異。同時，旋耕處理的油菜產油量均高于免耕處理，但不同耕作措施下，菜籽含油率和蛋白質含量無顯著差異，這與前人研究結果一致［29］。

4 結論

相比傳統免耕和肥料撒施的種植方式，旋耕和肥料穴施、條施明顯提高了油菜的干物質積累量，促進根部與地上部的同步增長，保證充足的角果數和每角粒數，最終提高了油菜干物質積累量和產油量。因此，在成都平原沖積土冬油菜種植區，旋耕結合肥料穴施、條施可以更好地實現冬油菜高產高效生產，在實際生產中若采用免耕，可以采取穴施的肥料施用方式。