長江流域油—稻輪作區(qū)不同肥料運籌對土壤理化性質(zhì)和油菜產(chǎn)量的影響

陳國徽，張 頌，陳艷芳，高冰可，車品高，應(yīng)治宏，陳俊松，杜紅霞，呂淑珍，曹國軍*

（1.九江市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，江西 九江 332000；2.九江市農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全中心，江西 九江 332000；3.九江市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 九江 332000；4.濂溪區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，江西 九江 332005）

20世紀(jì)以來，施肥已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的技術(shù)措施之一，其對糧食的貢獻率已達到57%［1］。然而長年不合理的施肥已經(jīng)造成了土壤質(zhì)量惡化、肥力下降，進而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)成本居高不下、資源浪費和環(huán)境污染［2-3］。此外，我國的氮肥利用率僅為30%，遠低于歐美發(fā)達國家（40%）［4］。同時，我國3/4的耕地土壤磷素缺乏，大量磷被固定而無法滿足作物的生長需求［5］。因此，科學(xué)、合理的施肥能提高肥料的利用效率，減少肥料浪費和環(huán)境污染，對資源高效利用與生態(tài)環(huán)境的保護具有重要意義。

已有研究表明，有機肥還田后可顯著提升土壤有機質(zhì)含量與養(yǎng)分的供應(yīng)能力［6］，能有效改善土壤的結(jié)構(gòu)和質(zhì)量［7］。增施氮肥增效劑［8-9］和磷肥活化劑［10］有助于提高氮、磷的利用效率，提高土壤速效態(tài)氮、磷含量，有利于促進作物對氮、磷的吸收。目前，關(guān)于長江流域稻—油輪作區(qū)的有機肥替代及減肥增效技術(shù)在冬油菜種植中的研究尚不多見。因此，本文為探索高產(chǎn)、高效的油菜輕簡化施肥方式，開展了冬油菜節(jié)肥增效技術(shù)研究，通過有機無機肥配施、增施氮肥增效劑和磷肥活化劑，以期提高油菜的肥料利用效率，達到節(jié)肥增效的目的。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗在江西省九江市馬回嶺鎮(zhèn)秀峰村（115°48′E，29°27′N）進行。試驗區(qū)位于長江中下游的稻—油輪作主產(chǎn)區(qū)，屬亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，四季分明，日照充足，海拔43 m，年均氣溫17.2 ℃，2001—2020年≥10 ℃的平均有效積溫為5500~5800 ℃·d，年平均日照時數(shù)為1891.5 h，年均降雨量為1420.4 mm，無霜期為266 d。供試土壤為下蜀系黃土發(fā)育而成的潴育型水稻土，長年稻—油輪作種植，試驗前0~20 cm土層土壤的基本理化性質(zhì)：pH值5.15、有機質(zhì)15.61 g/kg、全氮0.99 g/kg、堿解氮87.8 mg/kg、有效磷12.34 mg/kg、速效鉀56.27 mg/kg。

1.2 試驗設(shè)計

本試驗共設(shè)7個處理，即CK：不施肥；CF：常規(guī)施肥；OPT1：80%常規(guī)施肥+20%有機肥；OPT2：70%常規(guī)施肥+30%有機肥；OPT3：OPT2-N 20%+氮肥增效劑；OPT4：OPT2-P 20%+磷肥活化劑；OPT5：OPT2-NP 20%+氮肥增效劑+磷肥活化劑。冬油菜N、P2O5、K2O常規(guī)施肥量分別為180、90、108 kg/hm2，磷、鉀肥作基肥一次性施入，氮肥50%作基肥，其余氮肥按3∶2的比例分2次追肥。其中，有機肥使用動物糞便，秸稈全部移除，避免對試驗造成干擾。試驗前、后分別測定了土壤理化性質(zhì)，包括pH值、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀等指標(biāo)，并在收獲后測定作物的農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量。

1.3 測定指標(biāo)

1.3.1 土壤理化性質(zhì) 土壤樣品的采集時間在冬油菜收獲后，每個試驗小區(qū)隨機選擇5個點，收集0~20 cm深的土壤制成混合土樣，并采用“四分法”取1 kg帶回室內(nèi)風(fēng)干，剔除土壤雜質(zhì)，磨細過篩備用（20、100目）。土壤理化性質(zhì)的測定方法：土壤pH值采用電位法（水土比為2.5∶1）測定，有機質(zhì)含量采用K2Cr2O7容量—外加熱法測定，全氮含量采用濃H2SO4消化—半微量開氏法測定，堿解氮含量采用 1.0 mol/L NaOH 堿解擴散法測定，有效磷含量采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提—鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法測定。

1.3.2 油菜農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量 每個小區(qū)隨機選取10株具有代表性的植株并測定其產(chǎn)量構(gòu)成因子，包括一次分枝個數(shù)、分枝高度、單株有效角果數(shù)、每果粒數(shù)。冬油菜成熟后，各小區(qū)單獨采收，曬干測產(chǎn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥方式對土壤理化性質(zhì)的影響

2.1.1 不同施肥方式對土壤pH值和有機質(zhì)含量的影響 不同施肥方式顯著影響了土壤pH值和有機質(zhì)含量（圖1）。與CK相比，各施肥處理均顯著降低了土壤pH值，下降幅度為2.53%~6.80%。與常規(guī)施肥（CF）相比，除OPT1外各優(yōu)化施肥處理均降低了土壤pH值，且達到了顯著水平。與OPT2相比，增效施肥處理（OPT3、OPT4和OPT5）也降低了土壤pH值，其中OPT3與OPT4之間的差異達到了顯著水平。

圖1 不同施肥方式對土壤pH值和有機質(zhì)含量的影響

與不施肥（CK）相比，各施肥處理均明顯地提高了土壤有機質(zhì)含量（圖1b），其中OPT1、OPT2、OPT4和OPT5達到顯著水平，增幅分別為36.21%、56.42%、27.87%和26.22%。與常規(guī)施（CF）肥相比，OPT2處理顯著提高了土壤有機質(zhì)含量。與OPT2相比，增效施肥處理顯著降低了土壤有機質(zhì)含量，降幅為18.25%~24.76%。

2.1.2 不同施肥方式對土壤全氮和速效養(yǎng)分含量的影響 施肥處理明顯提高了土壤全氮含量（圖2a）。與CK相比，OPT1、OPT2和OPT5處理均顯著增加了土壤全氮含量，幅度分別為17.07%、19.67%和16.80%。與常規(guī)施肥（CF）相比，優(yōu)化施肥并未顯著影響土壤的全氮含量。

與土壤全氮類似，各施肥處理均明顯提高了土壤堿解氮含量（圖2b）。與CK相比，OPT1、OPT3和OPT5均顯著增加了土壤堿解氮含量，分別提高19.61、24.44和26.35 mg/kg。但各施肥處理間的土壤堿解氮含量未見顯著差異。

與不施肥（CK）相比，施肥處理顯著增加了土壤有效磷含量（圖2c），增幅為45.79%~83.96%。與常規(guī)施肥（CF）相比，優(yōu)化施肥處理也顯著增加了土壤有效磷（除OPT3）。與OPT2相比，增效施肥處理普遍降低土壤有效磷含量，其中減磷20%處理的OPT3、OPT5顯著降低了土壤有效磷含量，幅度分別為-18.88%、-11.86%。在本試驗中，各處理的土壤速效鉀含量基本不受施肥處理的影響。

2.2 不同施肥方式對冬油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2.1 不同施肥方式對冬油菜產(chǎn)量的影響 不同的施肥方式顯著影響了冬油菜的產(chǎn)量（表1）。與不施肥（CK）相比，各施肥處理均顯著提高了冬油菜產(chǎn)量，增幅為64.96%~143.35%。與傳統(tǒng)施肥（CF）相比，優(yōu)化施肥處理均提高油菜菜籽產(chǎn)量。其中，OPT1、OPT2、OPT4和OPT5顯著增產(chǎn)，增產(chǎn)幅度分別為31.32%、36.94%、47.52%和24.60%；OPT3增產(chǎn)243.34 kg/hm2，與CF處理差異不顯著。與OPT2相比，增效施肥處理（OPT3、OPT4和OPT5）菜籽產(chǎn)量差異不顯著。

2.2.2 不同施肥方式對冬油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響 不同施肥方式明顯提高冬油菜一次有效分枝數(shù)、分枝高度、單株角果數(shù)、每角粒數(shù)（表1）。與CK相比，各施肥處理均能顯著提高冬油菜植株的一次有效分枝數(shù)（除OPT1外）和單株角果數(shù)，增幅分別為29.79%~78.72%和160.81%~230.74%；OPT3和OPT5顯著增加了分枝高度；CF、OPT1、OPT4和OPT5顯著增加了每果粒數(shù)4.1~7.8個。與CF處理相比，OPT2和OPT3顯著降低了每果粒數(shù)4.2~4.8個；優(yōu)化施肥對其他產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響不顯著。與OPT2相比，增效施肥處理OPT3和OPT5分別顯著增加了油菜分枝部位16.0、15.8 cm，OPT4和OPT5分別顯著增加了油菜每果粒數(shù)4.7、7.5個。

2.3 土壤理化性質(zhì)與油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的相關(guān)性分析

土壤理化性質(zhì)與油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子相關(guān)性表明（表2），土壤pH值與油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子之間大多呈負相關(guān)關(guān)系；其他土壤養(yǎng)分與油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子均呈正相關(guān)關(guān)系（除土壤速效鉀對株高外），其中，全氮、堿解氮與一次有效分枝數(shù)和產(chǎn)量的相關(guān)性均達到顯著或極顯著水平，有機質(zhì)與產(chǎn)量也呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.763。

表2 土壤理化性質(zhì)與油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子間相關(guān)性分析

3 小結(jié)與討論

3.1 小結(jié)

（1）本研究表明，施肥降低了冬油菜種植的土壤pH值。土壤pH值降低主要是因為施用化肥，特別是氮肥，由于銨態(tài)氮肥進入土壤，在硝化細菌的作用下發(fā)生硝化作用，產(chǎn)生H+，從而導(dǎo)致土壤pH值降低；酰胺態(tài)氮肥轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮時產(chǎn)生H+，NH4的揮發(fā)也產(chǎn)生H+［11］。同時溶磷微生物也可以通過糖代謝產(chǎn)酸作用螯合Ca2+并釋放PO43-，導(dǎo)致土壤pH值下降［12］。大量研究表明，施用化肥后會降低土壤pH值，而施用有機肥有利于培肥土壤，緩解pH值降低，甚至可以提高土壤pH值［13-15］，這與本研究的結(jié)果不一致，可能原因：一是本試驗有機肥配施比例不夠；二是有機肥配施需要長期開展才能緩解或提高土壤pH值［16］。

本研究表明，與不施肥（CK）相比，有機無機肥配施顯著提高土壤有機質(zhì)含量，這與吳榮等［17］的研究結(jié)果一致。有機肥的配施一方面直接增加了土壤有機質(zhì)的含量，另一方面有機肥中大量的微生物促進了土壤中有機質(zhì)的合成和轉(zhuǎn)化。與常規(guī)施肥（CF）相比，僅有優(yōu)化施肥處理（OPT2）顯著提高了土壤有機質(zhì)含量，而其他處理則有所提高，但未存在顯著性差異。與OPT2相比，增效施肥處理不僅未能提高土壤有機質(zhì)含量，反而有所下降。說明有機肥替代30%化肥更有利于土壤有機質(zhì)的積累。

（2）土壤養(yǎng)分是植物生存的基礎(chǔ)，氮、磷、鉀等大量元素以及多種微量元素都是植物生長所需的基本要素［18］。本研究表明，與常規(guī)施肥（CF）相比，優(yōu)化施肥處理雖然減少了氮肥或磷肥的用量，但是配施有機肥、增施氮肥增效劑及磷肥活化劑均有利于減少了土壤中全氮及速效養(yǎng)分流失。氮肥增效劑能夠選擇性地抑制土壤中硝化細菌活動，減緩了土壤中銨態(tài)氮轉(zhuǎn)化為硝態(tài)氮的反應(yīng)速度；磷肥活化劑可以減緩有效磷向無效磷的轉(zhuǎn)化；有機肥中含有植物必需的營養(yǎng)元素N、P、K。結(jié)合試驗數(shù)據(jù)分析，相比只施用氮肥和磷肥，有機肥、氮肥增效劑和磷肥活化劑的添加更有利于土壤中全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀的積累。

（3）施肥有利于增加冬油菜的一次有效分枝數(shù)、單株有效角果數(shù)、每果粒數(shù)及油菜產(chǎn)量，這與多位學(xué)者的研究結(jié)果一致［19-21］。但在不同施肥方式下，所產(chǎn)生的增產(chǎn)效果也各不相同。與常規(guī)施肥相比，優(yōu)化施肥并未顯著影響冬油菜的產(chǎn)量構(gòu)成因子，卻顯著提升了菜籽產(chǎn)量。究其原因，可能是相比于有機肥，施用化肥所提供的養(yǎng)分更能迅速地被作物所吸收、利用，有利于作物的前期生長，而冬油菜的生長期長，后期化肥養(yǎng)分已耗盡，并最終影響產(chǎn)量的形成。反之，有機無機肥配施，其油菜生長前期化肥中的養(yǎng)分足以提供油菜正常生長，而后期有機肥肥效持續(xù)不斷地發(fā)揮作用，保證了油菜成熟期對養(yǎng)分的需求，最終形成高產(chǎn)。土壤理化性質(zhì)與產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的相關(guān)分析也表明，土壤有機質(zhì)、全氮和堿解氮含量與冬油菜菜籽產(chǎn)量、油菜一次有效分枝數(shù)均呈顯著正相關(guān)。

3.2 結(jié)論

本研究表明，施用化肥和有機無機肥配施均會導(dǎo)致土壤pH值降低。與常規(guī)施肥（CF）相比，優(yōu)化施肥有利于提高土壤養(yǎng)分含量，其中增施氮肥增效劑有利于提高土壤堿解氮含量，增施磷肥活化劑未能提高土壤有效磷含量，而有機無機肥配施有利于各種土壤養(yǎng)分含量增加。綜合冬油菜產(chǎn)量指標(biāo)來看，有機肥與無機肥按照3∶7配施，在保證油菜菜籽產(chǎn)量的前提下，有利于提高土壤養(yǎng)分含量，建議在長江流域油菜種植期推廣應(yīng)用該施肥技術(shù)。