基施氮肥用量及追肥对菜油两用油菜产量的影响
doi: 10.11838/sfsc.1673-6257.25348
孟孜贞1 , 谢发萍1 , 杨佳群1 , 田贵生2 , 胡兵2 , 王祥华3 , 任涛1 , 鲁剑巍1
1. 华中农业大学资源与环境学院 / 农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室 / 华中农业大学微量元素研究中心,湖北 武汉 430070
2. 武穴市农业农村局,湖北 黄冈 435401
3. 荆门市沙洋县曾集镇农业技术服务中心,湖北 荆门 448267
基金项目: 国家重点研发计划项目(2021YFD1600500) ; 国家油菜产业技术体系(CARS-12) ; 中央高校基本科研业务费(2662024 PY017)
Effect of basal nitrogen fertilizer rate and topdressing on the yield of vegetable and oilseed rape
MENG Zi-zhen1 , XIE Fa-ping1 , YANG Jia-qun1 , TIAN Gui-sheng2 , HU Bing2 , WANG Xiang-hua3 , REN Tao1 , LU Jian-wei1
1. College of Resources and Environment,Huazhong Agricultural University / Key Laboratory of Arable Land Conservation(Middle and Lower Reaches of Yangtze River),Ministry of Agriculture and Rural Affairs / Microelement Research Center,Huazhong Agricultural University,Wuhan Hubei 430070
2. Wuxue Agriculture and Rural Bureau, Huanggang Hubei 435401
3. Agricultural Technology Service Center of Zengji Town,Shayang County,Jingmen Hubei 448267
摘要
菜油两用是发展油菜多功能利用和提高生产效益的重要途径,合理施用氮肥是作物生产的重要营养保障,明确菜油两用油菜适宜的基施氮肥用量及追施氮肥效果,可为其科学施肥提供参考。于 2022—2023 年在湖北省武穴市和沙洋县开展大田施肥试验,主处理为不摘薹和摘薹,副处理为基施氮肥用量(设置 0、90、135、180、225、 270、315 kg·hm-2),再对各处理设置裂区(一半不追肥,一半追施氮肥 45 kg·hm-2),研究不同基施氮肥量对油菜薹产量、摘薹与否及基施氮肥量对油菜籽产量及其构成因子的影响、追施氮肥的产量效果,同时对氮素吸收及氮肥利润进行分析。菜薹和油菜籽产量随着基施氮肥用量的增加而增加,当氮肥用量为 246、221 kg·hm-2 时,武穴和沙洋试验点菜薹产量达到平台值。不追肥时不摘薹油菜籽产量在氮肥用量为 230、238 kg·hm-2 时达到平台值,分别为 2911、2975 kg·hm-2,摘薹油菜籽产量在氮肥用量为 218、213 kg·hm-2 时达到平台值,分别为 1789、1997 kg·hm-2,摘薹油菜所需氮肥用量略低于不摘薹油菜,但产量分别显著降低 38.5%、32.9%。与不追肥相比,追肥时不摘薹油菜籽平台产量分别增加 5.9%、7.8%,摘薹油菜籽平台产量分别增加 12.3%、4.6%。不摘薹和摘薹油菜籽产量主要由一次分枝产量贡献,氮肥用量的增加主要促进不摘薹油菜一次分枝和摘薹油菜二次分枝的角果数进而增产。氮素积累量分析表明,菜薹氮素积累量占摘薹油菜全生育期的 22.6%,油菜籽粒和非籽粒部位氮素积累量随着氮肥用量的增加而增加,追肥能进一步增加油菜的氮素吸收。氮肥利润分析表明,收获一季菜薹最高可获得收益 20998 元·hm-2,摘薹虽降低油菜籽产值,但整体利润明显高于不摘薹油菜,在不追肥和追肥条件下,氮肥利润分别平均增加 103.6%、 94.2%。保证适宜施氮量是保障油菜产量的重要条件,过量施肥对产量提升无显著效果。无论是否施氮,摘薹均会降低油菜籽产量,但菜油两用油菜的氮肥利润显著高于常规油菜。综上,菜油两用油菜的氮素需求略低于常规油菜,推荐适宜菜油两用油菜的基施氮肥用量为 220 kg·hm-2,并于薹后追氮 45 kg·hm-2,可实现产量及效益的协同提升。
Abstract
Vegetable and oilseed rape is an important way to develop the multi-functional use of oilseed rape and improve the production efficiency. The reasonable application of nitrogen(N)fertilizer is an important nutrient guarantee for crop production. so it is important to clarify the suitable amount of N fertilizer for the basal application of vegetable and oilseedrape and the effect of topdressing N fertilizer,so as to provide a reference for the scientific application of N fertilizer.Field fertilization experiments were carried out in 2022—2023 in Wuxue city and Shayang county,Hubei Province,with the main treatment of stalk-free and stalk-cut,and the sub-treatment of basal N fertilizer rate(0,90,135,180,225,270, 315 kg·hm-2),and a cleavage zone was set up for each treatment(half without topdressing,half with topdressing N fertilizer of 45 kg·hm-2),to study the effect of different basal N fertilizer rate on the yield of rapes stalk,the effect of cutting stalk or not,and the effect of basal N fertilizer rate on rapeseed yield and its component factors,the effect of yield after topdressing,and the N accumulation and N benefits were analyzed.The yields of rape stalk and rapeseed increased with the increase of basal N fertilizer rate,and the yields of rape stalk reached the plateau values at Wuxue and Shayang points when the N fertilizer rates were 246 and 221 kg·hm-2,respectively.When no topdressing,the yield of stalk-free rape reached the plateau values of 2911 and 2975 kg·hm-2 when the N fertilizer rate was 230 and 238 kg·hm-2,and the yield of rape-cut rape reached the plateau values of 1789 and 1997 kg·hm-2 when the N fertilizer rate was 218 and 213 kg·hm-2,and the N fertilizer required for stalk-cut rape was slightly lower than that for stalk-free rape,but the yields were significantly decreased by 38.5%,32.9%,respectively.Compared with no topdressing,the platform yield of stalk-free rape increased by 5.9% and 7.8%,and the platform yield of stalk-cut rape increased by 12.3% and 4.6% when topdressing, respectively.The yields of stalk-free and stalk-cut rapeseed were mainly contributed by primary branch yields,and the increase in N fertilizer rate mainly promoted the number of pods and hence yield in the primary branch of stalk-free rapeseed and the secondary branch of stalk-cut rapeseed.The analysis of N accumulation showed that the N accumulation of rape stalk accounted for 22.6% of the whole life span of stalk-cut rape,and the N accumulation of seed and non-seed parts of rapeseed increased with the increase of N fertilizer rate,and further increase the N accumulation of rapeseed when topdressing fertilizer.The analysis of N benefit showed that harvesting one season of rape stalk could earn 20998 Yuan·hm-2,and although cutting stalk of rape reduced the output value of rapeseed,the overall benefit was significantly higher than that of stalk-free rape,and the N benefit increased by an average of 103.6% and 94.2%,respectively,under the conditions of no topdressing fertilizer and topdressing fertilizer.Ensuring appropriate N application was important for securing rapeseed yields,and over-fertilization had no significant effect on yield improvement.Regardless of whether N was applied or not, cutting stalk of rape would reduce rapeseed yield,but the N benefit of vegetable and oilseed rape rapeseed was significantly higher than that of conventional rapeseed.In conclusion,the N demand of vegetable and oilseed rape was slightly lower than that of conventional rapeseed,it was recommended that the suitable basal application of N fertilizer for vegetable and oilseed rape should be 220 kg·hm-2,and topdressing N fertilizer of 45 kg·hm-2 after cutting the stalk of rape,which could synergistically improve the yield and benefits.
油菜是重要的油料作物,我国食用油自给率常年居于 30% 左右,发展油菜产业对保障油料安全具有重要意义[1]。油菜具有多功能用途,其中菜油两用种植模式近年逐步扩大,通过实现“一菜双收”进而提高种植收益[2]。氮肥是促进作物生长和产量形成的核心元素,基肥施氮有助于形成壮苗,薹后追氮有助于油菜营养生长与生殖生长并进[3],但常规油菜的施氮策略与菜油两用油菜并不一致。因此,明确菜油两用油菜的适宜基施氮肥用量及追施氮肥效果,可为菜油两用油菜发展提供科学施肥依据。已有研究表明,基施氮肥和薹后追氮对油菜生长和产量形成非常重要[4],摘薹前施用氮肥,菜薹产量可增加 1302 kg·hm-2,摘薹 1 次后及时追施速效氮肥不会影响油菜籽的产量[5]。邢烈火等[6] 在油菜摘薹前 5 d、摘薹后 5 d、摘薹前后各 5 d 都追施 36 kg·hm-2 氮肥,发现摘薹前后均追施氮肥的油菜籽增产幅度最大,且追施氮肥提高了摘薹油菜的总角果数。进一步研究表明,油菜摘薹后 2~3 d 追施尿素能显著增加油菜籽产量,适宜的氮肥追施量为 40 kg·hm-2 左右[7]。此外,摘薹改变油菜的冠层结构,常规油菜籽产量由主序和一次分枝构成,而摘薹油菜籽产量由一次分枝和二次分枝构成[8],产量构成差异也会导致氮素需求发生改变。目前菜油两用油菜生产过程中将菜薹作为蔬菜种植时投入大量氮肥,导致肥料浪费严重并对环境造成负面影响,菜油两用与常规油菜生产方式不同,对养分的需求也存在差异,目前仍缺乏菜油两用油菜的氮肥施用策略研究。此外,生产中存在摘薹后追施氮肥以提高油菜籽产量的现象,但关于追氮对菜油两用油菜籽增产效果及对产量构成的影响相关研究也较为缺乏。因此,本研究通过对长江流域 2 个油菜主产区的菜油两用油菜种植模式开展试验,分析不同基施氮肥用量对菜薹和油菜籽产量及其构成因子、氮素吸收、氮肥利润的影响,及追施氮肥对油菜籽的增产效果,以期为菜油两用油菜科学施肥提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2022 年 9 月至 2023 年 5 月在湖北省黄冈市武穴市大法寺镇上桂村(29°91' N,115°50' E) 和荆门市沙洋县曾集镇张池村(30°72' N,112°30' E) 进行,武穴试验点位于长江中游北岸,属于亚热带季风性湿润气候,年均气温 18.0℃,年降水量 1345.3 mm;沙洋试验点位于江汉平原西北部,属于北亚热带湿润大陆季风气候,年均气温 16.0℃,年降水量 1200.0 mm。供试土壤(0~20 cm 土层) 基础理化性质见表1
1供试土壤基础理化性质
1.2 供试材料
武穴和沙洋试验点供试油菜品种分别为‘大地 199’和‘华油杂 62’,均采用直播方式种植,播种量为 6.0 kg·hm-2,农事操作时间节点见表2。试验田其他田间管理措施(病、虫、草害防控和水分管理)均按当地推荐技术进行,在整个试验过程中无明显的病虫草害发生。
2农事操作时间节点
1.3 试验设计
田间试验采用裂区试验设计,主处理为不摘薹和摘薹,副处理为基施氮肥用量,设置 0、90、 135、180、225、270、315 kg·hm-2 共7个用量水平,在此基础上于薹期将各处理设置裂区,一半不追肥,一半追施氮肥 45 kg·hm-2,于摘主茎薹后2~3 d 进行撒施。摘薹标准为油菜主茎抽薹 30~35 cm(株高 40~45 cm)时摘主茎薹一次,底部留 10~15 cm,4~6 片叶供后续作物生长。
考虑轻简高效施肥,基施氮肥为控释尿素 (N 44%),肥效释放期为 100 d;因摘薹后植株需要大量氮素促进分枝生长以保证产量,因此,追施氮肥为普通尿素(N 46%),各处理其余肥料用量均一致,分别为 P2O5 60 kg·hm-2、K2O 90 kg·hm-2、B 0.97 kg·hm-2,作为基肥一次性施用,供试肥料分别为过磷酸钙(P2O5 12%)、氯化钾 (K2O 60%)、硼砂(B 11%)。试验各处理设 3 次重复,随机区组排列。
1.4 测定项目及方法
1.4.1 基础土壤样品的采集与分析
于试验布置前,以整个试验田块为采样单元, “S”形均匀布点采集 15 个 0~20 cm 耕层土壤样品,按常规方法测定土壤 pH、有机质、全氮、有效磷和速效钾含量[9]
1.4.2 菜薹产量及样品制备
根据摘薹标准,以整个摘薹小区的菜薹鲜重作为产量。其中,于各小区选取 3 个长势均匀的 0.36 m2 (0.6 m×0.6 m)样方,收获菜薹并称重,置于烘箱于 105℃下杀青 2 h,随后放入 65℃下烘干至恒重,计算含水率,作为养分测试样品。
1.4.3 油菜籽产量构成因子调查及收获测产
于油菜成熟前 1~3 d,在各小区选取 3 个长势均匀的 0.36 m2 (0.6 m×0.6 m)样方,调查样方内的有效株数(收获密度);各样方选取 6 株长势均匀的油菜,调查主序(摘薹处理无主序)、一次分枝、二次分枝(不摘薹油菜无二次分枝)角果数,一次分枝为直接着生在主茎上的腋芽发育而成,二次分枝为着生在一次分枝上的腋芽发育而成;各部位取 20 个角果对光调查每角粒数;收获后留取各部位籽粒 0.1 kg 左右采用千粒板调查千粒重。
当小区 95% 的植株全株 2/3 角果呈棕黄色,主轴基部角果呈枇杷色,种皮呈黑褐色时视为成熟期。各小区选取 3 个长势均匀的 4 m2 (2 m×2 m)样方,晾干后进行人工脱粒并称重,同时取约 1 kg 油菜籽粒装入网袋,悬挂风干至恒重后(此时含水量约为 11%),根据水分损失计算各小区实际产量。
于油菜成熟后,各小区选取 3 个长势均匀的 0.36 m2 (0.6 m×0.6 m)样方,齐地收割地上部,将样品放置网袋内悬挂风干后,分为茎秆、角壳和籽粒 3 个部位,置于烘箱在 65℃下烘干至恒重,计算油菜各部位干物质量比例。油菜小区的茎秆和角壳生物量由各小区实产与样方中油菜各部位干物质量比例换算而来。
1.4.4 氮含量测定
采用粉碎机将烘干后的菜薹、茎秆、角壳、籽粒样品磨碎并通过直径为 1 mm 的网筛,将制备好的样品经 H2SO4-H2O2 消煮,使用流动注射分析仪 (AA3,SEAL,Germany)测定全氮含量。
1.5 适宜氮肥用量模型的拟合方法
线性加平台模型[10]
y=a+bx(xC)
(1)
y=P(x>C)
(2)
式中,y 为油菜籽产量(kg·hm-2),x 为基施氮肥用量(kg·hm-2),a 为截距,b 为回归系数,C 为直线和平台的交点,P 为平台产量(kg·hm-2),即最大产量水平,简称为平台值。
1.6 数据处理
氮素积累量(N kg·hm-2)= 籽粒氮含量 × 籽粒干物质量,菜薹、角壳和茎秆氮素积累量计算方法同上,此外,将角壳和茎秆氮素积累量合并作为非籽粒部分氮素积累量。
产值hm-2=产量×单价
氮肥投人 hm-2= 氮肥用量 × 单价
氮肥利润 元• hm-2= 施氮区产值- 不施氮区产值-氮肥投人
采用 Excel2019 处理和计算试验数据,使用 SPSS 20.0 进行数据分析和线性加平台模型拟合, Duncan 法进行多重比较(P<0.05),使用 Origin 2021 进行绘图。
2 结果与分析
2.1 基施氮肥用量对菜油两用油菜薹产量的影响
菜薹产量随着基施氮肥用量的增加而显著增加(图1),当武穴和沙洋试验点氮肥用量分别超过 270、180 kg·hm-2 时,继续增加氮肥用量无显著增产效果。通过线性+平台模型拟合可知,当氮肥用量分别为 246、221 kg·hm-2 时,武穴和沙洋试验点菜薹产量均达到平台值,分别为 4915、 5257 kg·hm-2,与不施氮相比,增幅分别为 14.7、 21.1 倍。不施氮及低氮条件下菜薹产量较低,适量施用氮肥有利于菜油两用油菜薹产量的提高。
1基施氮肥用量对菜薹产量的影响
注:小写字母代表不同基施氮肥用量在 0.05 水平上差异显著(P<0.05), R2 为拟合系数。下同。
2.2 基施氮肥用量及追肥对油菜籽产量的影响
油菜籽产量随着基施氮肥用量的增加而增加 (图2),不追肥时,武穴和沙洋试验点在基施氮肥用量分别为 230、238 kg·hm-2 时不摘薹油菜籽产量分别达到平台值 2911、2975 kg·hm-2;在基施氮肥用量分别为 218、213 kg·hm-2 时摘薹油菜籽产量分别达到平台值 1789、1997 kg·hm-2;摘薹油菜籽产量达到平台值所需氮肥用量分别略低于不摘薹油菜 12、25 kg·hm-2,但油菜籽产量分别降低 1122、978 kg·hm-2,降幅分别为 38.5%、32.9%。当基施氮肥用量为 0 kg·hm-2 时的油菜籽产量极低,此时,摘薹油菜籽产量与不摘薹油菜相比分别减产 34.9%、26.1%,随着氮肥用量的增加,摘薹油菜增产幅度低于不摘薹油菜。
追肥时,武穴和沙洋试验点在基施氮肥用量为 216、224 kg·hm-2 时不摘薹油菜籽产量分别达到平台值 3083、3207 kg·hm-2;在基施氮肥用量为 213、215 kg·hm-2 时摘薹油菜籽产量分别达到平台值 2009、2088 kg·hm-2;摘薹油菜籽产量达到平台值所需氮肥用量较不摘薹油菜略有下降,而油菜籽产量分别降低 1074、1119 kg·hm-2,降幅分别为 34.8%、34.9%。在基施氮肥用量为 0 kg·hm-2 并于薹后追氮时,摘薹油菜籽产量较不摘薹油菜分别减产 40.1%、26.8%,随着氮肥用量增加,摘薹油菜的增产幅度仍低于不摘薹油菜。
籽产量分别降低 1074、1119 kg·hm-2,降幅分别为 34.8%、34.9%。在基施氮肥用量为 0 kg·hm-2 并于薹后追氮时,摘薹油菜籽产量较不摘薹油菜分别减产 40.1%、26.8%,随着氮肥用量增加,摘薹油菜的增产幅度仍低于不摘薹油菜。
2基施氮肥用量及追肥对油菜籽产量的影响
与不追肥相比,追肥时武穴和沙洋试验点不摘薹油菜籽达到平台产量时所需基施氮肥用量均减少 14 kg·hm-2,而平台产量分别增加 172、232 kg·hm-2,增幅分别为 5.9%、7.8%。当基施氮肥用量为 0 kg·hm-2 时,薹后追氮分别增加油菜籽产量 741、820 kg·hm-2,增幅分别为 208.7%、135.3%,随着基施氮肥用量增加,不追肥油菜籽增产幅度高于追肥油菜。与不追肥相比,追肥时摘薹油菜达到平台产量时所需基施氮肥用量差异较小,而油菜籽产量明显增加 220、91 kg·hm-2,增幅分别为 12.3%、4.6%。当基施氮肥用量为 0 kg·hm-2 时,薹后追氮分别增加油菜籽产量 425、596 kg·hm-2,增幅分别为 184.0%、133.0%,随着氮肥用量的增加,不追肥油菜籽增产幅度高于追肥油菜。
2.3 基施氮肥用量及追肥对油菜籽产量构成因子的影响
不摘薹油菜籽产量主要由主序和一次分枝产量构成,摘薹油菜籽产量主要由一次分枝和二次分枝产量构成,因此,对各部位的产量构成因子进行调查。武穴和沙洋试验点产量构成趋势一致,故用均值进行统一分析。不同基施氮肥用量下油菜的收获密度无显著差异,而单株角果数、每角粒数和千粒重随着氮肥用量的增加呈先增加后趋于平稳的趋势。不追肥时,不摘薹油菜角果数在氮肥用量为 270 kg·hm-2 时达到显著水平,其中主序和一次分枝角果数占比分别为 33.1%、66.9%,与不施氮相比,增幅分别为 2.4、11.7 倍;当氮肥用量为 225、135 kg·hm-2 时,每角粒数和千粒重均达显著水平,其中主序每角粒数和千粒重较一次分枝略有增加(表3)。与不追肥相比,追肥时不摘薹油菜主序和一次分枝角果数分别增加 10.4%、9.9%,每角粒数和千粒重变幅较小。
不追肥时,摘薹油菜角果数在氮肥用量为 270 kg·hm-2 时达到显著水平,其中一次分枝和二次分枝角果数占比分别为 54.2%、45.8%,与不施氮相比,增幅分别为 2.4、88.3 倍;当氮肥用量分别为 180、225 kg·hm-2 时,每角粒数和千粒重也均达显著水平,其中一次分枝每角粒数和千粒重略高于二次分枝(表4)。与不追肥相比,追肥时摘薹油菜一次分枝和二次分枝角果数分别增加 10.4%、 40.9%,每角粒数和千粒重变幅较小。与不摘薹相比,在不追肥和追肥条件下摘薹油菜角果数分别降低23.7%、15.5%,每角粒数呈增加趋势,千粒重呈降低趋势。
产量相对贡献率结果(图3)表明,在不追肥和追肥条件下,不摘薹油菜一次分枝产量分别贡献总产量的 61.5% 和 65.2%,摘薹油菜一次分枝产量分别贡献总产量的 59.9% 和 54.1%,角果数是决定产量的主要贡献因子。与不摘薹相比,摘薹油菜的收获密度对产量的贡献率增加,而千粒重对产量的贡献率降低。追肥与否对产量构成因子的贡献率影响较小。
3基施氮肥用量及追肥对不摘薹油菜籽产量构成因子的影响
注:不同小写字母代表不同基施氮肥用量在 0.05 水平上差异显著(P<0.05)。下同。
4基施氮肥用量及追肥对摘薹油菜籽产量构成因子的影响
3分枝产量及其构成因子的相对贡献率
2.4 基施氮肥用量及追肥对菜油两用油菜氮素积累量的影响
油菜的各部位氮素积累量随着基施氮肥用量的增加呈先增加后趋于平稳的趋势(图4),武穴和沙洋试验点变化趋势一致,故用均值进行统一分析。不追肥时,不摘薹油菜总氮素积累量在基施氮肥用量为 270 kg·hm-2 时达到显著水平,其中籽粒和非籽粒氮素积累量占比分别为 77.9%、22.1%,与不施氮相比,增幅分别为 6.3、6.1 倍;摘薹油菜总氮素积累量在该氮肥用量下也达到显著水平,其中菜薹、籽粒和非籽粒氮素积累量占比分别为 22.6%、59.2% 和 18.2%,与不施氮相比,增幅分别为 7.9、7.1 和 7.1 倍。追肥时,不摘薹和摘薹油菜氮素积累量在该氮肥用量下均达显著水平,与不追肥相比,总氮素积累量分别增加 40.2%、19.6%,其中籽粒氮素积累量分别增加 39.1%、18.8%,非籽粒氮素积累量分别增加 44.2%、46.4%。
4基施氮肥用量及追肥对油菜地上部氮素积累量的影响
2.5 基施氮肥用量及追肥对菜油两用油菜氮肥利润的影响
油菜氮肥利润随氮肥用量的增加而增加,当基施氮肥用量为 270 kg·hm-2 时,不摘薹和摘薹油菜的氮肥利润均达最大值,武穴和沙洋试验点变化趋势一致,故用均值进行统一分析(表5)。在该基施氮肥用量下,菜薹产值为 20998 元·hm-2,不追肥时,摘薹油菜籽产值较不摘薹油菜降低 35.6%,而氮肥利润增加 103.6%;追肥时,摘薹油菜籽产值较不摘薹油菜降低 34.5%,而氮肥利润增加 94.2%。与不追肥相比,追肥时不摘薹和摘薹油菜的氮肥利润分别增加 8.1%和 3.1%。
5基施氮肥用量及追肥对油菜氮肥利润的影响
注:价格为尿素 3 元·kg-1,菜薹 4 元·kg-1,油菜籽 6 元·kg-1
3 讨论
3.1 菜油两用油菜产量及其构成因子差异
菜油两用与常规油菜种植的差异在于薹期收获一季菜薹,本研究中,当氮肥用量为 221、246 kg·hm-2 时武穴和沙洋试验点的油菜薹产量均达平台值,继续增施氮肥无显著增产效果,表明在一定范围内,氮肥投入是提高产量的必要手段,但超过养分需求后,氮肥的增产效果不再明显,这与前人研究结果一致[11-12]。追肥是生产实际中常见现象,蕾薹期是油菜营养生长和生殖生长并进时期,此时追肥有助于分枝和角果发育,促进高产油菜群体[13]。本研究中,追肥减少了油菜籽达到平台产量时的基施氮肥用量,并且增加了油菜籽产量,当基施氮肥用量为 0 kg·hm-2 并于薹后追氮时,可以分别增加不摘薹和摘薹油菜籽产量 172.0% 和 158.5%;而在达到平台产量时的所需氮肥用量下的增幅仅为 6.9% 和 8.5%,表明低氮条件下追肥的增产效果更明显,随着基施氮肥用量增加,追肥对油菜籽产量的增产幅度逐渐减小。
摘薹导致植株冠层结构发生变化,由主序和一次分枝结构改变为一次分枝和二次分枝结构,摘薹促进了油菜二次分枝的生长。张宗急等[14]研究表明,摘薹后二次分枝及其角果数显著增加,有利于增加单株产量;李艳花等[15]研究表明,摘薹油菜二次分枝明显增多,籽粒产量主要来自二次分枝,油菜分枝发育提前,这与本研究结果相似。油菜摘薹后解除顶端优势,更多的养分流向一次分枝并促进角果发育,更长的一次分枝有助于形成更多的二次分枝,并且随着氮肥用量的增加,二次分枝的籽粒增产幅度显著高于一次分枝,表明更多的氮肥投入更有助于增加二次分枝产量。
摘薹油菜角果数降低是影响产量的重要因素,角果由花芽分化而来,油菜生育前期的物质积累可以直接决定有效花芽的数量[16-17],薹期是干物质快速积累时期,摘薹后油菜处于缓伤阶段,物质积累和转运能力受限,使得前期养分积累不足导致角果数降低。赵卫喆等[18]研究发现,摘薹降低油菜的有效分枝部位,总角果数减少,导致产量降低,这也与本研究结果一致。摘薹改变角果的着生状态,扩大了角果与光能的接触面积,增加作物光合产物,从而促进每角粒数的增加[19-20]。千粒重主要由籽粒的灌浆过程决定,角果皮的光合能力是影响籽粒物质积累量的重要因素,而库容量的大小影响光合产物向籽粒中的运输[21],粒重的大小同时受到源和库的影响,摘薹油菜角果内养分分配不均或不足而导致籽粒大小差距过大或角果内半空心的现象,从而使千粒重下降[22]。因此,油菜摘薹后产量构成因子表现为单株角果数降低、每角粒数增加、千粒重降低,而单株角果数和千粒重降低也是导致油菜产量降低的主要原因。
3.2 菜油两用油菜氮素吸收利用差异
氮素积累量是指一定时间内植株通过吸收和同化作用在体内积累的氮素总量,是反映营养丰缺水平和群体生长发育状况的综合指标[23-24],本研究中不追肥时摘薹油菜总氮素积累量高于不摘薹油菜,可能因为摘薹引起油菜的养分吸收过程发生变化,影响整体的生物量积累。但追肥后,摘薹油菜的氮素积累量逐渐低于不摘薹油菜,表明更多的氮肥对不摘薹油菜的氮素吸收促进作用更大,这与产量结果一致。与不追肥相比,追肥时不摘薹和摘薹油菜籽粒氮素积累量较非籽粒分别降低 5.1、27.6 个百分点。表明更多的氮素投入增加了角壳和茎秆的生物量。摘薹促使分枝大量萌发,大量养分被重新分配到分枝和叶片,导致籽粒发育启动延迟,而追施氮肥进一步刺激茎叶和分枝的生长,使得养分资源优先用于构建新的营养器官,而非转向籽粒灌浆过程[25-26]。因此,通过养分调控进而增加籽粒部分养分积累是实现菜油两用油菜高产的重要策略。
3.3 菜油两用油菜氮肥利润差异
菜油两用种植模式极大地推动了油菜多功能应用的快速发展,并且增加了农民的经济收入,但摘薹后的油菜籽产量才是种植户追求的主要目标[27-28]。菜油两用油菜兼菜用和油用为一体,当作为经济作物时,利润是衡量适宜氮肥用量的重要指标之一。汪新国等[29]研究发现,菜油两用种植模式显著提高油菜收益,菜用和油用产值可达 20000 元·hm-2,纯收益在 6000 元·hm-2 左右。王康等[30]通过对菜油两用菜薹和菜籽产量的综合效益分析表明,摘薹油菜的产投比明显高于不摘薹油菜。本研究中,当基施氮肥用量为 270 kg·hm-2 时,在不追肥和追肥条件下摘薹油菜的氮肥利润分别明显高于不摘薹油菜 103.6%、94.2%,与前人研究结果相似。由此可见,推广菜油两用种植模式可以显著提高收入,有利于激发农民种植油菜的积极性,可为油菜产业的迅速发展及油料产能的大幅提升提供强劲动力。
4 结论
本研究结果表明,施氮显著增加菜薹和油菜籽产量,在基施氮肥用量为 220 kg·hm-2 时可收获 5000 kg·hm-2 左右菜薹。不追肥时,在该基施氮肥用量下不摘薹和摘薹油菜籽产量分别平均为 2943、 1893 kg·hm-2,摘薹减产 35.6%;追肥可进一步分别增加不摘薹和摘薹油菜籽产量 6.9%、8.5%,其中对不摘薹油菜一次分枝和摘薹油菜二次分枝角果发育及籽粒形成的促进作用较大。此外,施氮主要增加籽粒氮素积累进而增加产量,追肥对不摘薹油菜的氮素吸收促进效果高于摘薹油菜。尽管摘薹损失部分油菜籽产量,但整体氮肥利润明显提高。综合考虑菜薹产量、油菜籽产量及其构成因子、氮素吸收及氮肥利润,推荐适宜菜油两用油菜的基施氮肥用量为 220 kg·hm-2,并于薹后追氮 45 kg·hm-2,该施肥策略可实现菜薹和油菜籽产量及效益的协同提升,为菜油两用种植模式的推广提供科学施肥依据。
1基施氮肥用量对菜薹产量的影响
2基施氮肥用量及追肥对油菜籽产量的影响
3分枝产量及其构成因子的相对贡献率
4基施氮肥用量及追肥对油菜地上部氮素积累量的影响
1供试土壤基础理化性质
2农事操作时间节点
3基施氮肥用量及追肥对不摘薹油菜籽产量构成因子的影响
4基施氮肥用量及追肥对摘薹油菜籽产量构成因子的影响
5基施氮肥用量及追肥对油菜氮肥利润的影响
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