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作者简介:

杨锐(1990-),农艺师,博士研究生,主要从事植物营养与肥料方面研究。E-mail:1037486978@qq.com。

通讯作者:

宋海星,E-mail:shx723@163.com;

许本波,E-mail:benboxu@yangtzeu.edu.cn。

参考文献 1
王汉中.以新需求为导向的油菜产业发展战略[J].中国油料作物学报,2018,40(5):613-617.
参考文献 2
巨晓棠,谷保静.我国农田氮肥施用现状、问题及趋势 [J].植物营养与肥料学报,2014,20(4):783-795.
参考文献 3
Ladha J K,Tirol-Padre A,Reddy C K,et al.Global nitrogen budgets in cereals:a 50-year assessment for maize,rice,and wheat production systems[J].Scientific Reports,2016,6:19355-19364.
参考文献 4
魏文良,刘路,仇恒浩.有机无机肥配施对我国主要粮食作物产量和氮肥利用效率的影响[J].植物营养与肥料学报,2020,26(8):1384-1394.
参考文献 5
于跃跃,郭宁,闫实,等.有机肥替代化肥对土壤肥力和玉米产量的影响[J].中国土壤与肥料,2021(3):148-154.
参考文献 6
罗照霞,杨志奇,俄胜哲.长期施肥对冬油菜产量及养分吸收利用的影响[J].干旱地区农业研究,2017,35(1):122-127.
参考文献 7
蒋倩红,陆志峰,赵海燕,等.长江中下游冬油菜产区有机无机肥配施下减氮增效潜力分析[J].中国农业科学,2020,53(14):2907-2918.
参考文献 8
田昌,彭建伟,宋海星,等.有机肥化肥配施对冬油菜养分吸收、籽粒产量和品质的影响[J].中国土壤与肥料,2012(4):70-74.
参考文献 9
王家宝,孙义祥,李虹颖,等.生物有机肥用量和部分替代化肥对油菜产量的影响[J].安徽农业科学,2020,48(15):173-175.
参考文献 10
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参考文献 11
鲍士旦.土壤农化分析[M].北京:中国农业出版社,2000.
参考文献 12
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参考文献 13
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参考文献 14
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参考文献 15
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参考文献 16
崔宏卓,廖世鹏,马国生,等.化肥减量后增施有机肥对直播冬油菜产量的影响[J].中国农技推广,2019,35(S1):126-128.
参考文献 17
侯红乾,冀建华,刘秀梅,等.不同比例有机肥替代化肥对水稻产量和氮素利用率的影响[J].土壤,2020,52(4):758-765.
目录contents

    摘要

    探明湖南省油菜种植区配施有机肥条件下化肥氮减施潜力,为该地区油菜生产中氮肥减施增效提供参考。田间试验在湖南省郴州市进行,供试油菜品种为湘油 420,采用裂区设计,研究配施等量(2250 kg/hm2 )有机肥条件下不同氮肥用量(0、90、135、180、225、270 kg/hm2 )对油菜生长、产量、理论产油量和经济效益的影响。结果表明,所有氮肥水平下配施有机肥均显著提高油菜产量,且在低氮水平下增产效果更加明显,有机肥的增产效果主要通过增加单株角果数和每角果粒数来实现。在不施与施有机肥条件下,施氮量分别为 213 和 199 kg/hm2 时油菜籽产量最高,分别为 1754 和 2514 kg/hm2 ,氮肥减少了 6.6%、产量提高了 43.3%;施用有机肥条件下达到不施有机肥的最高产量值仅需 127 kg/hm2 氮肥,减少了 44.1%。所有供氮水平下,施用有机肥可显著增加氮素积累量、理论产油量和经济效益,包括有机肥氮的氮肥偏生产力也呈增加趋势,而包括有机肥氮的氮肥农学效率和氮肥表观利用率变化较小;与不施有机肥相比,施有机肥的最高理论产油量施氮量减少了 3.0%,最高效益施氮量减少了 20.0%,而理论产油量和效益分别增加了 41.1% 和 50.0%。

    Abstract

    The effect of organic fertilizer application under different chemical nitrogen fertilizer managements on rapeseed crop performance was explored to provide reference for reducing chemical nitrogen rate application and increasing nitrogen efficiency in rapeseed production of Hunan province.A field experiment was conducted using a widely grown rapeseed variety Xiangyou420 in Chenzhou county,Hunan province,China.The experiment was arranged in a splitplot design,with six chemical nitrogen application rates(0,90,135,180,225 and 270 kg/hm2 )as main plots and two organic fertilizer application(0 and 2250 kg/hm2 )as subplots.The results showed that as compared with treatment without organic fertilizer,applying organic fertilizer significantly increased rapeseed yield in all chemical nitrogen rate treatments,with significantly higher yield increment in lower chemical nitrogen rate.Higher yield in treatment of applying organic fertilizer was mainly due to the higher number of siliques per plant and the number of seeds per siliques than those in treatment without organic fertilizer.The highest rapeseed yield was 2514 and 1754 kg/hm2 in treatments with and without organic fertilizer at chemical nitrogen rate of 199 and 213 kg/hm2 ,respectively.The results indicated that applying organic fertilizer increased the highest yield by 43.3% with 6.6% lower chemical nitrogen rate relative to treatment without organic fertilizer.Applying organic fertilizer reduced chemical nitrogen rate by 44.1% to a rate of 127 kg/hm2 to achieve the same high-yielding level as compared with treatment without organic fertilizer. Applying organic fertilizer significantly increased crop nitrogen accumulation,theoretical oil production,and economic benefit.Application of organic fertilizer increased partial factor productivity of applied nitrogen from both chemical and organic fertilizers,while it had no impact on agronomic efficiency and apparent use efficiency of applied nitrogen from both chemical and organic fertilizers.As compared with treatment without organic fertilizer,applying organic fertilizer reduced nitrogen application rate by 3.0% and 20.0% for achieving the highest theoretical oil production and economic benefit, respectively,while increased oil production and economic benefit by 41.1% and 50.0%,respectively.

  • 油菜是我国重要的油料作物,菜籽油占我国食用植物油产量的55%以上[1],对维护我国食用油供给安全具有重要的战略意义。化学氮肥在油菜生产中发挥着举足轻重的作用,但过量施用氮肥不仅使油分产量和氮肥利用率降低,还会引起土壤理化性质恶化、抗病虫能力下降以及环境污染等问题[2-3]。通过有机无机肥配施,用有机肥氮替代部分化肥是实现作物高产优质、化肥增效和快速培肥土壤的重要技术途径[4-5]。有机无机肥配施对菜籽产量的提高作用已有很多研究报道,增产幅度由百分之几到百分之四十几不等[6-7]。不同区域实现油菜稳产或增产的有机肥替代化肥氮比例不同,如湖南浏阳地区为10%~30%[8]、安徽池州地区为24%~34%[9]、青海春油菜生产区为32%[10]。但是目前关于不同供氮水平下有机肥施用效果差异以及配施有机肥条件下化肥氮减施潜力的研究报道较少。本文采用田间试验研究不同供氮水平下施用有机肥对油菜生长与产量的影响,探明有机无机肥配施条件下冬油菜氮肥合理施用方案,为建立以有机无机配施为主要技术手段的区域施肥技术体系提供依据。

  • 1 材料与方法

  • 1.1 试验地点和材料

  • 田间试验于2018年10月~2019年4月在湖南省郴州市安仁县渡口乡松林村大屋组 (113°11′17.53″E,26°47′29.05″N)进行,前茬作物为水稻。试验地年平均气温17.7℃,降水量约1430mm,属亚热带季风湿润气候。供试土壤为第四纪红土母质发育的红黄泥,pH 5.12,有机质29.8g/kg,全氮1.5g/kg,有效磷27.3mg/kg,速效钾50.2mg/kg。

  • 供试油菜品种为湘油420,千粒重3.74g。采用直播种植方式,播种量为6.0kg/hm2。2018年10月15日播种,2019年4月25日收获。试验用肥料包括尿素(N 46%)、过磷酸钙(P2O5 12%)、氯化钾(K2O 60%)、硼砂(B 10.8%)和有机肥。有机肥含有机质34.6%、N 2.22%、P2O5 6.94%、K2O 2.11%,由安徽司尔特肥业股份有限公司提供,该有机肥由农作物秸秆、农林废弃物与养殖粪污等原料按一定比列混合,调节水分和碳氮比,并添加微生物发酵菌剂,进行好氧堆垛发酵而成。

  • 1.2 试验设计

  • 采用裂区设计,主处理为不施用有机肥(用N表示)和施用有机肥(用M+N表示),有机肥用量为2250kg/hm2;副处理为6个不同化学氮肥用量 (纯氮)处理,分别为0、90、135、180、225、270kg/hm2,共计12个处理,分别用N0、N90、N135、 N180、N225、N270和M+N0、M+N90、M+N135、 M+N180、M+N225、M+N270表示。所有处理的磷、钾、硼肥用量一致,分别为P2O5 60kg/hm2、K2O 75kg/hm2 和硼砂9kg/hm2。氮肥按60%基肥 +20%提苗肥 +20%越冬肥比例施用,有机肥和磷钾硼肥则作基肥一次性施用。无重复大区设计(取样时每个处理重复取3次),每个处理面积为50m2

  • 1.3 测试项目及方法

  • 基础土壤样品:pH采用酸度计法、有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法、全氮采用半微量凯氏法、有效磷采用0.5mol/L NaHCO3 浸提-钼锑抗比色法、速效钾采用NH4OAc浸提-火焰光度法测定。具体步骤参照鲍士旦[11]的《土壤农化分析》。

  • 产量构成因素、植株干重与产量:收获前每个大区随机取3个1m2 样方的植株样品,齐地割后装入网袋,带回室内调查单株角果数、每角果粒数、千粒重及株数,考种完毕将样品悬挂风干后称干重,收获期每个处理随机选取3个10m2 样方进行实际测产。

  • 籽粒油分含量:油菜籽风干后用近红外仪 (NIR System 5000)测定。

  • 植株氮素积累量:烘干粉碎的植株样品经H2SO4-H2O2 法消化后,用间歇式流动分析仪Smart Chen 2000测氮含量,并根据干重分别计算氮素积累量。

  • 1.4 参数计算

  • 理论产油量(kg/hm2)=油分含量 × 籽粒产量

  • 油菜收益(元/hm2)=油菜产量×籽粒收购价-肥料成本-机械、人工、农药成本

  • 其中,油菜籽收购价:5.5元/kg;肥料价格:尿素2.2元/kg,过磷酸钙0.7元/kg,氯化钾3.0元/kg,硼砂15.0元/kg,有机肥0.8元/kg; 其他成本:机械成本900元/hm2、人工成本1950元/hm2、农药成本300元/hm2,施有机肥的劳动成本500元/hm2,不施有机肥时其他成本合计为3150元/hm2,施有机肥时其他成本合计为3650元/hm2

  • 氮肥偏生产力(PFPN,kg/kg)=产量/施氮量 (包括有机肥氮)

  • 氮肥农学效率(AEN,kg/kg)=(施氮处理产量-不施氮处理产量)/施氮量(包括有机肥氮)

  • 氮肥表观利用率(REN,%)=(施氮处理地上部氮累积量-不施氮处理地上部氮累积量)/施氮量(包括有机肥氮)×100

  • 1.5 数据处理

  • 用Excel 2016进行数据处理,用SPSS 21.0进行相关分析,用LSD法进行差异显著性分析 (P<0.05)。

  • 2 结果与分析

  • 2.1 不同氮水平下配施有机肥对籽粒产量的影响

  • 所有氮肥水平下,配施有机肥均可显著提高籽粒产量,且有机肥的增产作用在不施氮或施氮量较低时更加突出(图1)。在0和90kg/hm2 氮肥水平下,配施有机肥的增产幅度分别为404.3%和106.2%,而其他更高氮肥水平下配施有机肥的增产幅度为31.6%~68.0%。无论施用有机肥与否,籽粒产量均随着氮肥水平的增加呈先增加后基本持平的趋势,采用线性加平台模型将油菜籽粒产量与化肥氮用量之间的关系进行拟合后计算表明,不施有机肥条件下施氮量213kg/hm2、配施有机肥条件下施氮量199kg/hm2 时的籽粒产量最高,分别为1754和2514kg/hm2,配施有机肥的氮肥投入减少了6.6%、籽粒产量提高了43.3%。进一步计算表明,配施有机肥条件下达到不施有机肥时的最高产量所需的氮肥用量为127kg/hm2,减少了44.1%。因此,配施有机肥可在保证籽粒产量的前提下减少化肥氮的投入。

  • 2.2 不同氮水平下配施有机肥对产量构成因子的影响

  • 所有氮肥水平下,施用有机肥均可显著提高油菜单株角果数和每角果粒数,在不施氮或施氮量较低时提高幅度更大(表1)。在不施氮肥和氮肥用量90kg/hm2 条件下,单株角果数的增加幅度分别为212.7%和178.5%、每角果粒数的增加幅度分别为41.9%和21.0%,其他更高氮肥用量下单株角果数的增加幅度为62.0%~85.6%、每角果粒数增加幅度为3.8%~14.0%。配施有机肥时,千粒重略低但差异不显著,而收获期密度显著减少。无论配施有机肥与否,单株角果数和每角果粒数均随着施氮量的增加呈增加的趋势,而不同供氮水平的千粒重和收获期密度差异较小。说明有机肥的增产效果主要通过增加单株角果数和每角果粒数来实现。

  • 图1 氮肥水平与有机肥配施对籽粒产量的影响

  • 注:△表示配施有机肥时达到最高产量所需的氮肥用量及其对应产量;◇表示不施有机肥时达到最高产量所需的氮肥用量及其对应产量;☆表示配施有机肥时达到不施有机肥的最高产量所需的氮肥用量及其对应产量。拟合关系式N:y=8.0x+46,x<213;y=1754,x ≥ 213;R2=0.920*。M+N: y=10x+444,x<199;y=2514,x ≥ 199;R2=0.904*

  • 表1 氮肥水平与有机肥配施对产量构成因子的影响

  • 注:不同小写字母表示不同氮肥水平间差异显著(P<0.05);* 表示不施有机肥与配施有机肥处理间差异显著。下同。

  • 2.3 不同氮肥水平下配施有机肥对氮素积累与氮肥利用率的影响

  • 所有氮肥水平下,配施有机肥均可显著提高植株氮素积累量,只是氮肥用量较高时增加幅度相对小,而配施有机肥后包括有机肥氮的3个氮肥利用率指标(偏生产力、农学效率和表观利用率)变化相对小(表2)。氮肥利用率指标中,N90、180、 270kg/hm2 的氮肥偏生产力和N180kg/hm2 的氮肥表观利用率,在配施有机肥后显著增加,其余的增加不显著甚至减少。在本研究设置的氮水平处理范围内,随着氮肥水平的提高,不施有机肥的氮素积累量一直增加,而配施有机肥的氮素积累量氮肥水平超过225kg/hm2 后不再增加;3个氮肥利用率指标先升高后降低,除不施有机肥的氮肥表观利用率以N225处理最高之外,其余以N180处理最高。

  • 表2 氮肥水平与有机肥配施对氮素积累与氮肥利用率的影响

  • 2.4 不同氮肥水平下配施有机肥对理论产油量的影响

  • 所有供氮水平下,配施有机肥均可提高理论产油量( 图2),配施有机肥的理论产油量为223~1003kg/hm2,比不施有机肥提高了371%~28.0%,氮肥水平越低,提高幅度越大(图2)。在0和90kg/hm2 氮肥水平下,配施有机肥的理论产油量增幅分别为371%和97.4%,而其余更高氮肥水平下的增幅为28.0%~57.8%。无论施用有机肥与否,理论产油量均随着氮肥用量的提高先增加后持平,采用线性加平台模型将理论产油量与氮肥水平之间的关系进行拟合后计算表明,不施有机肥条件下施氮量201kg/hm2、配施有机肥条件下施氮量195kg/hm2 时理论产油量最高,分别为677和955kg/hm2,配施有机肥的氮肥投入减少3%、理论产油量提高41.1%。进一步计算表明,配施有机肥条件下达到不施有机肥的最高理论产油量所需的氮肥用量为124kg/hm2,减少了38.3%。

  • 图2 氮肥水平与有机肥配施对理论产油量的影响

  • 注:△表示配施有机肥时达到最高产油量所需的氮肥用量及其对应产油量;◇表示在不施有机肥时达到最高产油量所需的氮肥用量及其对应产油量;☆表示配施有机肥时达到不施有机肥的最高产油量所需的氮肥用量及其对应产油量。拟合关系式N:y=3.26x+22.7,x<201;y=677,x>201; R2=0.898*。M+N:y=3.96x+184,x<195;y=955,x>195;R2=0.921*

  • 2.5 不同氮肥水平下配施有机肥对经济效益的影响

  • 净利润计算结果(表3)表明,除N135处理之外,配施有机肥均可提高净利润。无论施用有机肥与否,净利润均随着氮肥水平的提高呈先增加后减少的趋势,这主要是因为肥料成本的增加抵不过收益的增加。N225、M+N180处理的净利润最高,分别为5203和7803元/hm2,后者高出50.0%,而氮肥投入却减少了20.0%,减氮增收效果显著。

  • 表3 氮肥水平与有机肥配施对经济效益的影响(元/hm2

  • 3 讨论

  • 大量研究表明,长期单施化肥破坏土壤结构、降低土壤对养分的固持能力[12],而有机无机肥配施能改善土壤微生物群落,改变根际土壤酶活性,避免土壤酸化,提高土壤肥力和养分供给能力,有利于培肥增产[13-14]。因此,有机无机肥配施是油菜化肥减施和实现绿色高效生产的重要措施[7-9]。油菜是一种肥料依赖型作物。据统计,我国长江中游地区冬油菜生产的习惯施氮量平均为181kg/hm2[15]。本试验中,不施有机肥条件下的最高产量施氮量为213kg/hm2,略高于长江中游的习惯施氮量,而在配施有机肥条件下,施氮量仅为127kg/hm2 就达到了不施有机肥时的最高产量水平,氮肥用量减少了44.1%,显著低于长江中游地区的习惯施氮量,表明施用有机肥可达到油菜化肥减施和增产增收的目的,与崔宏卓等[16]的研究结果类似。但是,目前关于不同氮肥用量下的有机肥施用效果以及配施有机肥条件下的适宜氮肥用量方面研究较少,本文对此进行了分析。结果显示,低氮肥用量下配施有机肥对籽粒产量、理论产油量和经济效益的增加效果更加显著,且配施有机肥降低了最高产量、最高理论产油量和最高经济效益的需氮量,从而可实现氮肥减施增效。值得注意的是,有机肥的作用不仅是提供养分,更重要的是改善土壤环境[13-14],如提高养分的固持能力、增加土壤孔隙度等,从而减少化肥速效氮的流失、缓解渍害。而有机肥的这些作用对降雨量大、土壤相对粘重的南方稻田来说,显得更加重要。因此,稻田油菜配施有机肥甚至可以节省比有机肥自身提供的全部氮素还高的氮肥是有可能的。

  • 已有研究表明,有机无机肥配施能提高土壤供氮能力,促进作物根系对氮的吸收利用,提高氮肥利用率[417],而这些氮肥利用率计算往往没有把有机肥提供的氮素计算在内。本研究将有机肥氮包括在内计算了3项氮肥利用率指标,结果表明,配施有机肥条件下只有氮肥偏生产力呈增加趋势,而氮肥农学效率和氮肥表观利用率并没有提高,与籽粒产量、理论产油量和经济效益的变化不同。这可能是因为氮肥农学效率和氮肥表观利用率均采用差减法进行计算,而且不施氮肥条件下施用有机肥的效果好于施氮肥条件的效果。

  • 4 结论

  • 所有氮肥水平下,施用有机肥均可提高油菜籽产量、理论产油量,从而增加经济效益,低氮条件下的有机肥施用效果更加显著,而包括有机肥氮的氮肥利用率增加相对不明显。

  • 与不施有机肥相比,施有机肥的最高菜籽产量施氮量减少了6.6%,最高理论产油量施氮量减少了3.0%,最高效益施氮量减少了20.0%,而相应的菜籽产量、理论产油量和效益分别增加了43.3%、 41.1%和50.0%。

  • 参考文献

    • [1] 王汉中.以新需求为导向的油菜产业发展战略[J].中国油料作物学报,2018,40(5):613-617.

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