磷肥與播量對麥后復種飼料油菜干物質(zhì)量及土壤肥力的影響

劉振華，張 霞，夏 清，李文廣，代新俊，郭安娜，楊珍平，高志強

（山西農(nóng)業(yè)大學 農(nóng)學院，山西 太谷 030801）

前人關(guān)于飼料油菜還田后的土壤肥力變化研究相對較多[6-11]。另有研究表明，飼料油菜播量過高不利于其生物量累積，播量在11.25～15.00 kg/hm2的范圍內(nèi)，能夠獲得更高生物量[12-15]。朱倩倩等[16]在新疆試驗區(qū)灌耕棕漠土（速效磷含量為19.6 mg/kg）上研究發(fā)現(xiàn)，施氮水平為187.5 kg/hm2下飼料油菜可以獲得高產(chǎn)；馬致慧等[17]在寧夏試驗區(qū)灌淤土（速效磷含量為40.06 mg/kg）研究發(fā)現(xiàn)，施肥肥效表現(xiàn)為氮肥＞磷肥＞鉀肥。另有研究表明，與水稻和玉米相比，油菜對于磷元素的需求量更高[18]。在黃土母質(zhì)區(qū)，土壤磷素較缺乏，施磷對作物根苗生長具有原始起動作用，而在作物生長后期，氮素對產(chǎn)量形成作用更大[19]。前人研究中土壤基礎速效磷含量均為較高水平[16-17]，而基于本研究所在試驗區(qū)土壤類型為黃土母質(zhì)發(fā)育而來的石灰性褐土，土壤養(yǎng)分極度缺乏，尤其速效磷含量僅為5.21 mg/kg左右。

本研究擬以N、P配合且P含量相對較高而N含量偏低的磷酸二銨（N∶P=15∶42，總養(yǎng)分≥57%）為肥料類型，探討不同磷酸二銨用量及不同播量水平互作對飼料油菜干物質(zhì)、植株N、P積累及土壤肥力的影響，以明確晉中麥區(qū)休閑期復種飼料油菜的合理栽培技術(shù)，為該區(qū)大力發(fā)展休閑期復種飼料油菜提供科學依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

2016年9月上季小麥播種至2017年9月油菜收獲期間逐月降水量如圖1所示。

圖1 2016年9月上季小麥播種至2017年9月油菜收獲期間逐月降水量Fig.1 Monthly precipitation from the planting of the last wheat in September 2016 to the rape harvest in September 2017

試驗于2017年6—9月在山西省晉中市太谷縣申奉村試驗田進行（37°42'N，112°58'E）。試驗地海拔767～900 m，屬暖溫帶大陸性氣候，年均降水量450 mm（圖1），四季分明，平均氣溫為10℃，年無霜期160～190 d。試驗地土壤類型為黃土母質(zhì)發(fā)育而來的石灰性褐土，土質(zhì)中壤土。0～20 cm土壤養(yǎng)分含量分別為：有機質(zhì)17.27 g/kg，速效氮49.24 mg/kg，速效磷5.21 mg/kg，速效鉀89.54 mg/kg，全氮1.38 g/kg，全磷770 g/kg。

1.2 試驗材料

試驗用油菜品種為飼油2號，為甘藍型雙低油菜品種，低芥酸、低硫甙，由華中農(nóng)業(yè)大學提供；試驗用肥料為磷酸二銨（N∶P2O5=15∶42，總養(yǎng)分≥57%），由安徽六國化工股份有限公司提供。

1.3 試驗設計

試驗采用二因素裂區(qū)設計。主區(qū)為播量（S），設2個水平，分別為7.5（S1）、22.5（S2）kg/hm2；副區(qū)為施肥量（L），設4個水平，分別為0（CK）、37.5（L1）、75.0（L2）、150.0（L3）kg/hm2。試驗共8個處理，每個處理重復3次。采用常規(guī)施肥條播機進行施肥、播種，行距20 cm。于2017年6月23日播種，播后苗前噴施封閉型除草劑，生育期內(nèi)不進行灌溉處理。根據(jù)前期研究結(jié)果，于9月4日（盛花期）取樣調(diào)查，并翻壓還田（此期為后茬小麥播種前20 d）。

1.4 測定指標及方法

于9月4日盛花期，在上述每個處理油菜田中，按照3點法取樣，用卷尺測量，將1 m2內(nèi)整個植株從土壤中挖出，裝入紗網(wǎng)袋中，掛上標簽，注明處理和收獲日期，做好標記后帶回實驗室，晾干后稱質(zhì)量。再用直徑8 cm的螺旋式土鉆，于各處理油菜田土壤耕層0～20 cm處采用五點取樣法進行取樣，所取土樣1份裝入鋁盒用于土壤相對含水量的測定，1份裝入自封塑料袋以備土壤養(yǎng)分及土壤酶活性的測定。

土壤相對含水量測定采用烘干直接稱重法。

其中，Z∈m×1為m顆衛(wèi)星觀測量組成的矢量，H∈m×4為觀測矩陣，X∈4×1，包含了三維位置信息和接收機鐘差，ε∈m×1為測量噪聲。

將上述土樣風干，粉碎，按土壤養(yǎng)分測定的要求過篩，采用重鉻酸鉀容量法—外加熱法[20]測定有機質(zhì)含量；將風干的土樣按各種養(yǎng)分測定的要求過篩，土壤速效氮含量測定采用堿解擴散法；速效磷含量測定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；速效鉀含量測定采用火焰光度法[21]。

將風干土樣按各種酶測定的要求過篩，脲酶活性采用靛酚比色法測定，堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法測定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水楊酸比色法測定[20]。

將植株風干后粉碎按植株養(yǎng)分測定要求過篩，植株全氮含量采用半微量開氏定氮法測定，植株全磷含量采用釩鉬黃比色法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

試驗采用Microsoft Excel 2010制表作圖，并用SAS 9.0軟件新復極差法對數(shù)據(jù)進行方差分析和多重比較，顯著性水平P＜0.05。相關(guān)性分析采用SPSS 26.0軟件進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 肥密互作對飼料油菜地上部干物質(zhì)量、氮磷積累量及肥料氮磷利用效率的影響

F測驗表明，施肥量與播量及其互作效應對飼料油菜干物質(zhì)量與磷積累量均有極顯著或顯著影響，且單效應大于互作效應，播量的作用大于施肥量的作用（圖2）。在同一施肥水平下，小播量S1的干物質(zhì)量與磷積累量顯著高于大播量S2，這主要是由于小播量油菜個體生長健壯，吸收能力更強，而大播量油菜由于群體密度相對過高而個體發(fā)育相對較弱所致。在同一播量下，隨施肥量增加，飼料油菜干物質(zhì)量與磷積累量均增加；無論是小播量S1還是大播量S2，均以L3處理的干物質(zhì)量值最高，且顯著高于CK；磷積累量在小播量S1下各施肥水平間無顯著差異，在大播量S2下則表現(xiàn)為施肥處理顯著高于CK。

施肥量與播量及其互作效應對氮積累量的影響則表現(xiàn)為施肥量的作用顯著，播量及播量與施肥量的互作效應不顯著（圖2）。在同一播量下，隨施肥量增加，飼料油菜氮積累量呈先升后降的趨勢，以L2處理的氮積累量最高，且顯著高于CK。

進一步分析肥密互作下飼料油菜對肥料氮、磷利用效率發(fā)現(xiàn)（表1），同一播量下，隨施肥量增加，肥料氮、磷利用率均呈下降趨勢，L1與L3水平間差異顯著（P＜0.05）；同一施肥量下，施肥水平較低（L1）或施肥水平較高（L3）時，播量S1和S2對肥料氮、磷利用率的影響差異均不顯著，而施肥水平中等（L2）時，低播量S1的肥料氮、磷利用率明顯高于S2的（P＜0.05）。說明低肥宜高播量，中高肥宜低播量，有利于飼料油菜對肥料氮、磷吸收利用。雖然總體來看，L1水平下肥料氮、磷利用率最高，但是結(jié)合飼料油菜干物質(zhì)量及氮、磷素積累量來看（圖2），以L2S1處理的植株干物質(zhì)及養(yǎng)分積累與肥料氮、磷利用率均相對較高。

表1 不同處理飼料油菜肥料氮、磷利用率Tab.1 Nitrogen and phosphorus utilization rate in fertilizer for forage rape under different treatments %

圖2 不同處理下飼料油菜地上部干物質(zhì)量、氮素積累量及磷素積累量比較Fig.2 Comparison of aboveground dry matter，nitrogen accumulation，and phosphorus accumulation of forage rape under different treatments

2.2 肥密互作對飼料油菜耕層土壤養(yǎng)分含量的影響

從圖3可以看出，施肥顯著降低了麥后復種飼料油菜耕層土壤養(yǎng)分含量，土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀和速效氮含量均表現(xiàn)出CK高于各施肥處理；在同一施肥水平下，土壤有機質(zhì)含量表現(xiàn)出S1低于S2處理，土壤速效磷和速效鉀含量表現(xiàn)出S1高于S2處理，土壤速效氮含量則在CK和L1水平下表現(xiàn)出S1高于S2處理，在L2和L3水平下則表現(xiàn)出S2高于S1處理。F測驗表明，施肥對土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀有極顯著影響，對土壤速效氮含量影響顯著；播量極顯著影響土壤有機質(zhì)含量，對土壤速效磷、速效鉀含量影響顯著，對速效氮含量無顯著影響；肥密互作僅對有機質(zhì)有極顯著影響，對土壤速效磷、速效鉀、速效氮含量均無顯著影響。

由圖3可知，各土壤養(yǎng)分含量均表現(xiàn)出不施肥要高于施肥處理，其中，有機質(zhì)和速效氮含量以L2降低幅度最大，達35.7%～74.3%，速效磷含量以L2降低幅度最小，下降6.7%，速效鉀含量則以L2和L3水平降幅最小，分別是49.6%和49.4%，二者差異不顯著。主要是因為不施肥處理飼料油菜生長受限吸收土壤養(yǎng)分少，隨施肥用量的增加，飼料油菜干物質(zhì)積累與養(yǎng)分積累均表現(xiàn)出增加趨勢（圖2），在生長中消耗大量養(yǎng)分，導致施肥處理土壤養(yǎng)分含量反而低于不施肥處理。其中，速效氮含量與飼料油菜氮積累量表現(xiàn)出相反的趨勢（圖2），說明是由于植物的吸收而帶來的養(yǎng)分消耗增加，表1肥料氮利用率增加也說明了這一點；有機質(zhì)含量表現(xiàn)出S2高于S1處理可能是因為播量增加，油菜生長期間下部葉片脫落早（干物質(zhì)量表現(xiàn)為小播量高于大播量），溫度高、腐解速度快，使得表層土壤有機質(zhì)含量高。

圖3 肥密互作下飼料油菜耕層土壤有機質(zhì)、速效磷、速效鉀及速效氮含量比較Fig.3 Comparison of soil organic matter，available phosphorus，available potassium，and available nitrogen in the topsoil of forage rape under the interaction of fertilizer and density

2.3 肥密互作對飼料油菜耕層土壤酶活性的影響

肥密互作下飼料油菜耕層土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶及脲酶活性比較如圖4所示。

圖4 肥密互作下飼料油菜耕層土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶及脲酶活性比較Fig.4 Comparison of invertase，alkaline phosphatase，and urease activities in the topsoil of forage rape under the interaction of fertilizer and density

由圖4可知，在同一播量下，飼料油菜耕層土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶活性均隨施肥量增加呈先升高后降低，在L2水平下達到最高，且在同一施肥水平下均表現(xiàn)出S1處理土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶活性顯著高于S2處理。F測驗表明，施肥量與播量對土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶、脲酶活性均有極顯著影響，肥密互作對土壤蔗糖酶、堿性磷酸酶活性影響顯著，對土壤脲酶活性無顯著影響。

3種酶活性比較結(jié)果表明，L2施肥水平下土壤酶活性最高，且在S1處理下更高，較CK提高14.5%～102.1%。說明適度施肥可以促進植株生長，進而促進根系吸收養(yǎng)分能力增強，進一步促進養(yǎng)分轉(zhuǎn)化，養(yǎng)分轉(zhuǎn)化源于酶活性提高；而施肥用量進一步提高，則因無機氮、磷養(yǎng)分增加，抑制了酶活性。低播量下，單株生長健壯，根系吸收活力強，促進養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力增強；而單位面積內(nèi)播量增加，則單株生長變?nèi)酰滴栈盍按龠M養(yǎng)分轉(zhuǎn)化能力均變?nèi)酢?/p>

2.4 肥密互作對飼料油菜耕層土壤含水量的影響

飼料油菜耕層土壤含水量隨施肥水平的增加呈先降低后增加，在S2水平下L1處理達到最低值，且顯著低于其他處理；在L1水平下，S1處理土壤含水量高于S2處理，而在L2和L3施肥水平下則表現(xiàn)相反（圖5）。這是因為低肥水平下小播量油菜個體發(fā)育較好，葉片大，相比大播量油菜對土壤的覆蓋面積更大。從而降低了土壤水分的蒸散，且低肥水平下油菜生長受限，也影響其土壤水分的利用；在中高肥水平下群體數(shù)量的優(yōu)勢彌補個體發(fā)育的優(yōu)勢，而且由飼料油菜氮積累量和耕層土壤速效氮含量的變化也可看出，在CK和L1施肥水平下，S2處理相比S1處理對于土壤氮元素的消耗要更強一些。F測驗表明，施肥量、播量及肥密互作對其均有極顯著影響。

圖5 肥密互作下飼料油菜耕層土壤含水量比較Fig.5 Comparison of soil moisture in the topsoil of forage rape under the interaction of fertilizer and density

2.5 肥密互作下飼料油菜土壤指標間的相關(guān)性分析

從表2可以看出，干物質(zhì)量與磷素積累量呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），氮素積累量與有機質(zhì)和速效鉀含量呈極顯著負相關(guān)（P＜0.01），與速效氮含量呈顯著負相關(guān)（P＜0.05），磷素積累量與堿性磷酸酶活性呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），有機質(zhì)與速效氮呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），而與蔗糖酶活性呈顯著負相關(guān)（P＜0.05）；堿性磷酸酶活性與脲酶活性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），與蔗糖酶活性呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），脲酶活性與蔗糖酶活性呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01）；土壤含水量與堿解氮含量呈顯著正相關(guān)（P＜0.05）。

表2 11個指標間的相關(guān)性分析Tab.2 Correlation analysis among 11 indexes

3 結(jié)論與討論

晉中麥區(qū)休閑期復種飼料油菜，不僅解決了晉中地區(qū)“兩季不足，一季有余”的困境，在充分利用小麥休閑期充沛的光、熱、水資源的同時，也改良了土壤地力，為后季作物高產(chǎn)打下基礎。田效琴等[23]研究發(fā)現(xiàn)，油菜干物質(zhì)量隨施氮量增加而增加，隨種植密度的增大而減小，并且密度對干物質(zhì)累積量的影響更大；韓梅[24]也得出“油菜干物質(zhì)量隨密度的增大而逐漸降低”的結(jié)論。本試驗中，施肥顯著增加飼料油菜干物質(zhì)積累及氮、磷積累，增大播量反而降低了其干物質(zhì)量及磷積累量，這是由于雖然播量減小，但油菜個體發(fā)育彌補了這一劣勢[25]；飼料油菜對肥料氮、磷利用率均隨施肥量的增加而降低，且減少播量更有利于肥料氮、磷利用率的增加，這與前人研究結(jié)果不盡相同[23-27]。本研究結(jié)果表明，適量施肥可以提升飼料油菜氮素積累量，較高的施肥量反而抑制了植株氮元素積累，與嚴紅梅等[28]的研究結(jié)果相近。

前人研究播量對麥后復種飼料油菜的影響發(fā)現(xiàn)，麥后復種飼料油菜可以增加耕層土壤有機質(zhì)，且播量因素僅對有機質(zhì)含量產(chǎn)生顯著影響，對其他土壤養(yǎng)分含量并無顯著影響[12]。但在本研究中，播量對速效磷和速效鉀含量也產(chǎn)生了顯著影響，其差異可能是本試驗中設置的肥密互作處理所造成的。有研究指出，油菜耕層土壤養(yǎng)分含量隨施氮量的增加而提高[29]，與本研究中除速效磷以外各養(yǎng)分表現(xiàn)相同，造成差異的原因可能是油菜喜磷[18]，在低磷脅迫下，油菜根系會活化吸收土壤中難溶性的磷[30]，且有研究表明[31]，高含水量有利于易溶性磷向難溶性磷轉(zhuǎn)化，從而降低了土壤速效磷含量；在本研究中，耕層各土壤養(yǎng)分均表現(xiàn)出不施肥高于施肥處理，這主要是由于施肥處理飼料油菜長勢較好，而產(chǎn)出增加必然伴隨養(yǎng)分消耗的增加[32]，長勢好的處理大量吸收土壤養(yǎng)分，從而導致其土壤養(yǎng)分含量低于不施肥處理。

土壤酶活性是土壤養(yǎng)分循環(huán)及土壤微生物活動的重要評價指標，受土壤、種植制度、作物、種植方式及施肥方式等諸多因素的影響[33]。岳永華等[34]研究發(fā)現(xiàn)，適當提高施肥量和播量可以提高土壤酶活性，而在本研究中3種土壤酶在低播量下活性更強，造成差異的原因可能是低播量下飼料油菜個體生長更健壯，根系活力強，進而增強土壤酶活性。薛乃雯[35]研究結(jié)果表明，綠肥油菜土壤含水量隨播量的增加而逐漸降低，與本研究中在中高肥水平下所表現(xiàn)出土壤含水量隨播量的增加而增加的現(xiàn)象存在差異，這是由于本試驗中設置施肥水平，而隨著施肥量的增加，土壤持水能力也逐漸增加[36]，且較低施肥水平下油菜生長發(fā)育受到限制，養(yǎng)分吸收能力降低，進而降低其水分利用效率[37]，同時由于其生長發(fā)育受限，導致覆蓋面積減小，未起到綠色覆蓋從而蓄水保水的作用[38]。

本研究結(jié)果表明，在晉中麥區(qū)休閑期復種飼料油菜時，播量與施肥量均對油菜生長及種植油菜后的土壤肥力產(chǎn)生顯著影響，適當減少施肥量和播量，不僅對復種飼料油菜的生長及土壤肥力提升起積極作用，還可以提高肥料氮、磷利用率。基于飼料油菜的地上部積累、肥料氮、磷利用率與土壤肥力各項指標的綜合考慮，在晉中麥區(qū)休閑期復種飼料油菜推薦施75 kg/hm2磷酸二銨，并以7.5 kg/hm2的播量進行種植，可以獲得較高的生物量，同時能有效提升土壤肥力及肥料氮、磷利用率。本研究僅對飼料油菜當季合理種植進行研究，對后季小麥的影響還有待進一步深入挖掘。