油用牡丹施肥研究現狀、存在問題及對策研究*

張鳳云, 成雪峰 ,盧曉瑜,2

(1.菏澤學院農業與生物工程學院,山東 菏澤 274000; 2.東北林業大學園林學院,黑龍江 哈爾濱 150006)

牡丹(PaeoniasuffruticosaAndr.)是芍藥科芍藥屬的多年生落葉灌木,是中國特產名花,享有“國色天香”“花中之王”的美譽,不但有極高的觀賞價值,還有藥用、食用、油用等經濟價值,深受人們喜愛[1,2].油用牡丹是籽粒出油率高于22%的所有牡丹的統稱,當前油用牡丹主要是鳳丹牡丹和紫斑牡丹品系,80%以上分布在河南洛陽、山東菏澤、安徽銅陵等地[3,4].作為新型的油料作物,油用牡丹不僅長勢旺盛,具有較高的成花率和結實率,也具有很高的油脂含量和營養價值,是一種集觀賞和油用為一身的經濟作物[5,6].大量研究表明,牡丹籽油具有抗氧化、保肝、降血脂、降血壓、防曬等作用,其內含大量不飽和脂肪酸,同時含有維生素E、角鯊烯、植物甾醇、微量元素等多種成分,均對人體多有益處[7].牡丹籽油含有豐富的α-亞麻酸,鑒于亞麻酸的重要性以及人類膳食結構中普遍缺乏的現狀,牡丹籽油具有極大的發展潛力[8].

植物生長和營養物質的積累與環境因子(如光照、溫度、土壤供水供肥能力等)密切相關[9].施肥作為農業生產中最重要的措施之一,對作物生理和生長發育的調控,在改善作物產量和品質方面作用明顯[10-12].隨著油用牡丹產業的蓬勃發展,保持牡丹油籽產量和品質的穩定性已是涉及產業存亡的關鍵問題,而肥料施用時期、種類、用量及配比顯得尤為重要[13].本文在調查研究的基礎上,綜合分析與油用牡丹施肥相關的文獻資料,對油用牡丹施肥技術及研究方法進行評述,探討存在問題并提出應對策略,旨在為推動油用牡丹施肥水平的提升和農田科學管理提供參考.

1 油用牡丹研究歷史

山東菏澤是中國牡丹主產區,本區牡丹栽培始于隋興于唐宋盛于明,到清已經是中國牡丹栽培中心.1973年菏澤農戶就嘗試過用牡丹油籽榨油,但由于技術限制導致牡丹籽油產量低且口感差,未能形成規模.2010年以前以“油用牡丹”為題的牡丹相關詳細總結和報道幾乎查閱不到,直到2011年牡丹籽油獲得“新資源食品”認證,油用牡丹及其產業的發展研究才正式進入起步發展階段(見圖1).近年來,廣泛開展了油用牡丹高效繁殖、豐產栽培、優良品種選育、籽油成份和綜合利用等方面的研究,探索油用牡丹生育調控、栽培管理等新途徑、新方法,通過不斷創新獲得了許多能夠直接用于生產的技術和理論.當前,在油用牡丹產業發展過快、產業結構失衡和油籽價格大幅變化的影響下,牡丹產業發展已經到了產業轉型的拐點.但是,關于油用牡丹的研究在2017～2018年獲得較多結果之外,往后逐年減少,這與油用牡丹產業發展動向一致.

圖1 油用牡丹相關研究數量動態圖

2 油用牡丹施肥研究現狀

施肥是提高作物產量和改善品質的重要舉措,合理施肥既能保證植物正常生長發育,又能改善品質.研究表明,油用牡丹不同產地油籽產量和質量存在顯著差異,這種差異的形成除了與種子本身和環境條件相關外,施肥也是一個相當重要的影響因子.

2.1 施肥時間

當前關于施肥時間的研究還不統一,師帥[14]建議在開花前、開花后、入冬前各施肥一次,黃春國等[15]認為在3月中旬,10月初以及次年4月初施肥有利于提高油用牡丹產籽量.黎媛等[16]在文中的設計試驗于11月上旬施用基肥,次年3月上旬、4月上旬、5月上旬、6月上旬追肥,共追肥4次.

作為典型的“春發枝、夏打盹、秋長根、冬休眠”的植物,油用牡丹發芽和開花過程要消耗大量營養物質,因此在生產上常結合灌溉施越冬肥.牡丹初栽時嚴禁施肥,施肥時間至少在栽后半年.當前,牡丹全年養護管理中大都施用3次肥料:第一次在春天解凍后或花前進行,目的是促進花蕾形成、為開花受精提供充足的營養;第二次在花后,本次施肥主要目的為促進蓇葖快速形成、防止籽粒敗育和為籽粒灌漿提供充足養分;第三次在蓇葖收獲落葉后進行,主要是為秋季根系發育和冬閑期芽的發育供給養分.由于第一、第二次施肥在牡丹旺長期,此時牡丹主要進行地上部分生長,且本時期是牡丹根病高發期,因此,以速效肥料和微生物菌肥為主.第三次施肥主要目的在于增加植株根系養分貯藏,提高植物抗性,因此以餅肥、豆粕等為主.

2.2 施肥種類和數量

作物在各生育時期發育目標不同導致對養分需求在種類和數量上出現較大差異.張利霞等[17]、魏冬峰等[10]在油用牡丹平衡施肥相關研究中發現,N、P、K三種肥料配施可有效增強油用牡丹植株生長勢,在促生新枝、增加新枝生長量、擴大葉面積、優化開花性狀和提高花期凈光合速率等方面作用明顯,在增產和提高凈光合效率方面作用順序為鉀肥>氮肥>磷肥.通過擬合得到牡丹盛花期凈光合速率最高的純N、P2O5和K2O施肥量分別是502.52 kg·hm-2、179.42 kg·hm-2和174.79 kg·hm-2,油籽產量最高時的施肥量折合N、P2O5和K2O分別是522.24 kg·hm-2、186.40 kg·hm-2和190.92 kg·hm-2.而魏雙雨等[18]關于N、P、K肥對油用牡丹生長與產量方面的結果與張利霞等相似,但認為肥料的增產效果表現為磷肥>氮肥>鉀肥,對產油量的影響為氮肥>磷肥>鉀肥,且首次在油用牡丹中提出氮、磷、鉀肥之間的交互作用,推薦的折合N、P2O5和K2O施肥量為343.2 kg·hm-2、109.7 kg·hm-2、248.4 kg·hm-2.姜利等[19]通過對不同生育時期‘鳳丹’各器官N、P、K的積累量進行分析,發現在油用牡丹發育前期至蓇葖形成期對氮、磷營養需求較大,蓇葖形成至籽粒成熟期則對K素的要求逐漸增大,因此建議在花期重施氮、磷肥,籽粒形成至成熟期在施氮、磷肥的基礎上重施鉀肥,為油籽發育提供物質基礎.張閣[20]在寧夏關于油用牡丹需肥規律的研究中也得出了相似的結論,還對油用牡丹Fe、Mn、Cu、B等微量元素需求進行了探索,發現油用牡丹器官中礦質元素間呈不同程度的相關性.姜天華等[11,12]發現,24 g·m-2純N在花蕾發育期和花后分兩次追施或者1 kg·m-2生物炭與40 g·m-2尿素混合后在花蕾發育期配施有利于促進N素在葉片中積累并促進其向籽粒中轉移,在提高油用牡丹籽粒產量的同時提高籽粒中蛋白質和氨基酸含量,且對籽油中脂肪酸含量提升有積極效果.姚微等[21]在油用牡丹大風鈴期和花后葉面噴施B和Mo,發現不同光照強度下的凈光合速率明顯提高,在單果莢粒數、油籽千粒重、油籽產量、出仁率、出油率方面也顯著增加,其中0.25%的B和0.05%的Mo聯合噴施的效果最好.魏雙雨等[22]發現,若在油用牡丹大風鈴期、盛花期和花后展葉期向葉面噴施0.25%硫酸鋅和0.25%的硼酸,不但有助于油用牡丹葉片低于午間高溫,減輕光合午休現象,維持較高的凈光合速率,還可以顯著提高牡丹葉片光能轉化率和CO2利用率.還有研究表明,在花期根外追施3 g·L-2的硼肥后,可以有效提高油籽出油率和牡丹籽油的抗氧化能力[23],用含Ca2+160 mg·g-1的營養液灌根,能夠使“鳳丹白”光合日變化曲線呈“單峰型”,明顯提高光合強度和有機物合成能力,最終促進植株生長和干物質積累[24].

由于有機肥肥效高、作用時間長,在生產實踐中常做基肥.黃春國等[15]在結籽矮牡丹上的施肥試驗表明,在正常光照和適度遮陰條件下,NPK復合肥和有機肥對牡丹生長和結籽量的影響無差異,但在過度遮陰條件下,施用有機肥的牡丹在生長和產量指標方面表現更優,表明使用有機肥可提高牡丹抗逆性,保證其在不良環境條件下的產籽量.夏科等[25]在展毛野牡丹上的研究發現,有機肥較復合肥能使牡丹提前顯蕾、延長花期.

2.3 施肥方法

當前油用牡丹田常用的施肥方法以基肥溝施、葉面追肥和根外追肥為主.黎媛等[16]在基肥和追肥對‘鳳丹’生長影響的研究中發現,在三年生‘鳳丹’田中,若將肥料以基肥采用環狀施肥的方式一次性施入樹冠外圍10 cm或分四次追肥撒施于植株兩邊10 cm效果更好.姜天華等[12]在研究生物炭和氮肥與油用牡丹對氮素吸收和籽粒品質的影響時,施肥在距植株莖部20～25 cm處,行間普撒后深翻,將肥料充分翻入土中并灌溉.付文苑等[26]在研究貴州牡丹為‘鳳丹’栽培技術要點時,使用腐熟糞肥、餅肥、微生物復合肥等,撒在土中,深翻40～50 cm.可以看出,為利于根系均勻吸收,生產上基肥常以環狀溝施或植株兩側溝施的方法施入油用牡丹周圍,保證所施肥料應與土壤充分接觸,同時避免與根系直接接觸.段祥光等[27]用單株半月形溝施法,配合180 kg·hm-2的磷酸鈣和225 kg·hm-2的氯化鉀,發現將尿素450 kg·hm-2分兩次作為花前花后肥施入油用牡丹田會大幅度提升‘鳳丹’光合特性及籽粒產量.

可以看出,油用牡丹施肥相關研究中,雖然采用的施肥方法有所不同,但是還沒有專門用于驗證油用牡丹不同施肥方法對肥效影響的報道.

3 存在的問題及對策

3.1 存在的問題

3.1.1 科學施肥普及不夠,施肥結構不合理

因土壤、氣候、地理條件的差異,導致油用牡丹發育時期對養分的需求規律不同,不同區域施肥方式、施肥時間等均有所不同,不能一概而論.目前來看在牡丹施肥方面的研究還很稀少,在施肥結構方面,研究還非常薄弱,還沒有關于“什么時候需要、需要什么、需要多少、怎么施”的確切研究結果,更沒有根據當地實際情況做出的油用牡丹栽植養護施肥標準.因此,各地區要在總結實踐經驗的基礎上,借鑒其他植物養分管理,開展油用牡丹施肥研究,探索一套適合本地油用牡丹高產和高出油的施肥模式.此外,由于科學普及力度不夠,油用牡丹種植大都采用觀賞牡丹的管理辦法,過度使用農藥、激素、化肥等化學藥劑,或者直接放任不管,不但對油用牡丹產量和質量影響巨大,還對生態環境安全造成威脅.

3.1.2 施肥比例認知不足,施肥效益下降

植物生長過程中需要多種營養元素,而不同生育階段發育重點不同而對養分的需求又有所不同.到目前為止,很少有按照油用牡丹發育進程開展的不同組織和器官中營養元素積累的研究,因此對油用牡丹需肥規律還不明確,當前油用牡丹田施肥比較粗放,沒有合適的施肥比例和施肥量標準作指導,甚至還有人沿用先前對油用牡丹作為“鐵桿莊稼”的養護管理認知,認為其耐瘠薄、耐旱,許多油用牡丹農田只是在種植前施足基肥,之后不灌溉也不施肥.近年來,隨著生產實踐中問題凸顯和一些施肥試驗結果的報道,人們開始逐步重視施肥,但目前追肥大都以N、P、K肥為主,不重視微生物肥、有機肥等和微量元素肥的施用,導致長期種植油用牡丹的農田土壤養分失調、土壤板結和鹽漬化現象明顯.而這一現象更進一步加劇了土壤養分的失調,導致農田施肥效益下降.

3.1.3 肥料創新不夠,新型技術研發緩慢

目前已經有研究表明噴施蕓苔素內酯有利于提高油用牡丹籽粒的可溶性糖含量和可溶性蛋白,可以通過生物炭改善土壤性質,促進油用牡丹對養分的吸收,提高油用牡丹的生長指標[28,29],但類似研究還非常少.為保證油用牡丹籽粒品質和產量得到有效提升,在油用牡丹栽植中,還有很多的影響因素值得挖掘,尤其關于稀土元素在油用牡丹施肥技術中的研究缺口還比較大.

3.2 對于施肥存在問題的相關對策

3.2.1 加強肥料應用普及,合理改善施肥結構

油用牡丹生產的目的是優化我國食用油結構,改善我國油品品質.油用牡丹栽培必須堅持理論與實踐相結合的研究方法,在穩定或增加油籽產量的同時,提高油品品質和出油率.既要高產又要優質,就要合理施用肥料,在提高肥料利用率的同時減少施肥不當對土壤和環境條件的污染破壞.在強化基礎研究的基礎上,加強肥料應用的普及,加強花農對于新的科學施肥技術的學習,充分調動其從事油用牡丹高效種植的積極性.加大正確施肥的科普力度,結合現有研究和實際情況,注重施肥方式、時間以及種類的正確性,減少施肥過程中因固有觀念和習慣所帶來的“重視花前肥忽視花后肥”等錯誤施肥觀念,以免造成肥料的錯用濫用.在施肥結構研究方面,需要結合生產區域氣候條件,首先開展油用牡丹不同生育時期干物質積累規律,在此基礎上探索不同器官組織的養分積累和分配規律并尋找養分臨界期.只有了解了植物養分需求規律才能進一步解決“什么時候需要、需要什么、需要多少、怎么施”的問題.此外,要通過日常科普,給花農灌輸“油用牡丹和觀賞牡丹生產目的不同”的思想,盡可能減少激素和高殘留農藥在油用牡丹生產中的使用,提倡通過施用有機肥在提升油用牡丹品質的同時改良土質,減少污染.

3.2.2 開展施肥技術研究,提供更佳的施肥模式

高產研究是油用牡丹發展的方向,要從群體生育動態優化、生理機能保持和生育后期早衰防止等方面著手,從養分調控的角度揭示油用牡丹高產與優質協同的生理基礎,探索其形成規律.當前,針對“什么時候和需要什么”的問題,需要在不同的生育時期,通過開展不同類型的肥料試驗,明確不同肥料的敏感時期;針對“需要什么和需要多少”的問題,需要進一步開展包括一種元素和多元素肥料交互效應的施肥量研究,結合施肥時期和牡丹不同器官養分積累和轉移規律,探索適宜一定氣候類型的施肥種類和施肥量.尤其是針對施肥比例認知不足,施肥效益下降的問題,亟待就各元素肥料的應用比例開展大量系統研究.依據油用牡丹在不同時期對元素的不同需求,例如萌芽期、花期、果期對于氮、磷、鉀等元素的吸收積累,充分利用測土配方施肥技術檢測土壤養分構成,結合物質積累,探討不同土壤條件下的最佳施肥比例,構建施肥分析模型,尋求最佳施肥模式,積極利用基肥、追肥相結合的方式,精確各肥料元素配比,調整施用結構,確保施肥方法、時間、種類適宜,提升施肥效果.

3.2.3 借鑒其它植物施肥,推進多元化施肥

對于大田作物(如小麥)施肥,當前已能做到基于不同地塊的產量、養分需求量、不同肥料推薦施肥方法等為農戶推薦施肥量,做到按需施肥[30],而且還將農田施肥和秸稈還田等循環農業相結合,利用農業下腳料經微生物分解釋放出大量氮、磷、鉀及各種中、微量營養元素,替代化學肥料[31].現階段的油用牡丹施肥基本借鑒觀賞牡丹的施肥模式,導致成本高而效益低,隨著油用牡丹發展瓶頸期的到來,需要進一步減少生產工序,推動用工少、農耗短、效率高的管理模式.除了生產上普遍重視的氮磷鉀三種大量元素外,需要加大研發投入,組織相關力量,與微量元素與生長調節劑等的應用相結合,創新“微量促大量”的施肥技術,使油用牡丹得到全面養分供給,增加產量,改善品質.基于現有研究中關于硼、錳、鉬等元素對油用牡丹出油率有影響以及某些生長調節劑對牡丹生長指標的影響研究,繼續深入探討并考慮其它微量元素肥料以及植物激素在油用牡丹生長發育過程中的重要性以及施用方法,同時可以通過宣傳以及政策引導逐步普及其施用的好處與效果.

4 結束語

隨著牡丹籽油價值的挖掘以及油用牡丹花和葉等部位的加工和利用的發展,油用牡丹種植面積逐步增加,但現階段針對油用牡丹施肥的研究還不夠全面,如何更好地培育油用牡丹以便發揮更大的利用價值還有待進一步研究和開發.不過,施肥對于油用牡丹的重要性的認識已經形成,此方面的研究內容也在逐年增加,在未來,為完善油用牡丹施肥研究、提高其生長指標和籽油產量需要在以下幾方面做進一步研究.①明確油用牡丹田肥力狀況.需要開展不同種植年限油用牡丹田土壤養分豐缺指標的研究,通過田間定位試驗和監測分析,評價油用牡丹農田土壤肥力狀況.②探索高產高效施肥技術.基于生育期養分吸收、轉運和轉化機理,需要揭示油用牡丹根系對養分的吸收轉運和在各組織中的轉移分配規律,以及影響吸收和轉運的因素.尤其要加強油用牡丹籽粒灌漿期養分轉運特點,探索籽粒敗育的原因.③開發油用牡丹專用肥.當前市場上還沒有油用牡丹專用肥,大田作物上通用的肥料普遍被應用在油用牡丹田間,但由于與大田作物需肥規律不同,油用牡丹農田后期脫肥的現象嚴重,導致籽粒產量不穩定,年際變化大.為此,要加強油用牡丹專用肥和緩控釋肥的開發,并關注微量元素肥的研究,同時關注有機肥的配合利用,做到有機無機的有效結合.