黃綿土區(qū)甘藍(lán)型冬油菜生產(chǎn)品質(zhì)與土壤質(zhì)量對(duì)不同配肥的響應(yīng)

張建學(xué),王芙蓉,楊志奇,雷建明,俄勝哲,王亞宏

(1.甘肅省天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，甘肅天水 741001; 2.甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所，蘭州 730070)

北方黃綿土區(qū)主要分布在甘肅中東部、陜西北部、山西西部，該區(qū)域氣候干旱，土壤肥力差，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平低。冬油菜因抗寒耐旱、抗病耐瘠薄和適應(yīng)性強(qiáng)成為該區(qū)域主要油料作物之一[1-3]，且隨著氣候逐年變暖，及抗寒耐旱品種和栽培技術(shù)的研究[4]，北方黃綿土區(qū)冬油菜種植區(qū)域逐年增加。肥料是農(nóng)作物生產(chǎn)中對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)最為關(guān)鍵的因素，在作物豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及品質(zhì)潛力發(fā)揮方面起著不可替代的作用[5-6]。甘藍(lán)型油菜因其株型大產(chǎn)量高而需肥更為顯著[7]，但生產(chǎn)中因施肥不當(dāng)造成的減產(chǎn)或肥料浪費(fèi)等問(wèn)題在中國(guó)油菜種植區(qū)域也普遍存在[8]。不同作物在相同環(huán)境下及相同作物在不同環(huán)境下對(duì)肥料的需求及產(chǎn)量品質(zhì)響應(yīng)不同，王繼玥等[9]研究發(fā)現(xiàn)，油菜施肥對(duì)產(chǎn)量品質(zhì)的影響效果因品種、生態(tài)環(huán)境、耕作條件、種植密度、甚至各肥料的施用次序不同而不同[10]，因此，各生態(tài)區(qū)應(yīng)以具體栽培品種及環(huán)境情況為依據(jù)，研究制定高效合理的肥料施用方案[11-12]。北方冬油菜區(qū)域土壤以黃綿土為主，基于該生態(tài)背景的油菜肥料試驗(yàn)研究以往主要以白菜型冬油菜為主[13-15]，甘藍(lán)型冬油菜在該生態(tài)區(qū)域的施肥研究鮮見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以黃綿土區(qū)為生態(tài)環(huán)境背景，研究了長(zhǎng)年施肥土壤及不同肥料配施對(duì)甘藍(lán)型冬油菜的生長(zhǎng)發(fā)育、經(jīng)濟(jì)性狀和產(chǎn)量品質(zhì)，以及土壤性質(zhì)的影響，以期預(yù)測(cè)長(zhǎng)期不同施肥處理對(duì)冬油菜生產(chǎn)品質(zhì)及土壤質(zhì)量的影響，為該區(qū)域甘藍(lán)型冬油菜種植提供合理施肥參考，并對(duì)土壤質(zhì)量進(jìn)行科學(xué)預(yù)測(cè)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2017-2018年在天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所中梁試驗(yàn)站進(jìn)行(105°40′E，34°33′N(xiāo))，該地海拔1 650 m，日照時(shí)數(shù)2 100 h，年均氣溫11 ℃，無(wú)霜期約180 d，降雨量450～650 mm，作物依賴(lài)雨養(yǎng)，屬半干旱山區(qū)。試驗(yàn)地土壤為中壤黃綿土，整體地勢(shì)平坦，各區(qū)肥力均勻，前茬種植小麥。

1.2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試材料為‘天油14號(hào)’，由天水市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所選育，為北方強(qiáng)冬性甘藍(lán)型油菜品種。試驗(yàn)所用肥料及其養(yǎng)分情況如表1所示。

表1 供試肥料來(lái)源及其養(yǎng)分構(gòu)成Table 1 The source and nutrient composition of fertilizer

試驗(yàn)以裂區(qū)隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積33.32 m2，每小區(qū)15行，處理間距0.33 m，株距8～10 cm，重復(fù)間設(shè)0.5 m寬走道，四周設(shè)1.0 m保護(hù)行。播前深耕翻地，整地后按處理用量以基肥形式一次性施入肥料，耙磨整勻，開(kāi)溝器劃行后人工撒播，3～5葉期間苗，密度約2.0 萬(wàn)株/667 m2。試驗(yàn)設(shè)計(jì)為2因素4水平再裂區(qū)試驗(yàn)，主處理為不施有機(jī)肥、施有機(jī)肥，副處理為不施肥、氮肥單施、氮磷肥配施、氮磷鉀肥配施，共8個(gè)處理，即CK(不施肥對(duì)照)、N(單施氮肥)、NP(施氮磷肥)、NPK(施氮磷鉀肥)、M(單施有機(jī)肥)、MN(有機(jī)肥與氮肥配施)、MNP(有機(jī)肥與氮磷肥配施)、MNPK(有機(jī)肥與氮磷鉀肥配施)。施肥量為：有機(jī)肥(雞糞)7 500 kg/hm2， 純氮150 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。供試肥料：有機(jī)肥(當(dāng)?shù)仞B(yǎng)雞場(chǎng)購(gòu)買(mǎi))，氮肥為尿素(含N 46.40%)中國(guó)石油蘭州石化公司生產(chǎn)，磷肥為過(guò)磷酸鈣(含P2O512%)云南安寧萬(wàn)合磷肥廠(chǎng)生產(chǎn)，鉀肥為硫酸鉀(K2O≥50%)西安潤(rùn)豐肥料有限公司生產(chǎn)。

1.3 試驗(yàn)測(cè)定指標(biāo)及取樣測(cè)定方法

土壤樣品于種植前肥料施入土壤后和作物收獲后各采集一次，用土鉆采集各小區(qū)0～20 cm耕作層土壤樣品，每個(gè)小區(qū)內(nèi)均勻布點(diǎn)采5鉆，混勻后四分法取樣，每個(gè)土樣采集1.0 kg。物候期分別記載播種、出苗、五葉、枯葉、返青、現(xiàn)蕾、初花、盛花、成熟、收獲的時(shí)間。越冬前及返青后調(diào)查各小區(qū)油菜成活株數(shù)。成熟后在每個(gè)小區(qū)中隨機(jī)取20株，測(cè)定株高、分枝部位、一次分枝數(shù)、二次分枝數(shù)、主花序有效長(zhǎng)度、全株有效角果數(shù)、角果長(zhǎng)度、角粒數(shù)、千粒質(zhì)量、單株產(chǎn)量。收割時(shí)每小區(qū)單打單收，記載小區(qū)籽粒產(chǎn)量、秸稈產(chǎn)量，多點(diǎn)混合采集、制備籽粒樣品。

越冬率=返青后株數(shù)/越冬前株數(shù)×100%。

收獲指數(shù)=收獲后籽粒產(chǎn)量/收獲后秸稈產(chǎn)量×100%。

肥料貢獻(xiàn)率=(處理產(chǎn)量-對(duì)照產(chǎn)量)/處理產(chǎn)量×100%。

采用Microsoft Excel 2010對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理及制作圖表，使用IBM SPSS statistics 19的單因素方差分析比較均值及Duncan’s法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘藍(lán)型冬油菜生育進(jìn)程對(duì)不同肥料處理的響應(yīng)

試驗(yàn)于2017-08-29播種，2018-07-10收獲。分別記載各處理的生育期時(shí)間，統(tǒng)計(jì)各處理不同生育期至播種時(shí)期之間的間隔時(shí)間。

通過(guò)對(duì)生長(zhǎng)發(fā)育至各時(shí)期所累積天數(shù)的分析(表2)，結(jié)果顯示：肥料的施用增加了甘藍(lán)型冬油菜的全生育2～9 d，其中N處理生育期最長(zhǎng)達(dá)295 d，較對(duì)照增加了9 d，其次為MN處理生育期為294 d，較對(duì)照增加8 d， NP、NPK、MNP、MNPK處理生育期較對(duì)照增加6 d，為292 d，單施有機(jī)肥生育期增加2 d，為288 d。由于播種時(shí)沒(méi)有形成充足降雨，出苗期持續(xù)較長(zhǎng)，CK處理及N處理苗期達(dá)30 d，NPK處理苗期縮短3 d，NP處理及所有施用有機(jī)肥的處理苗期縮短了5 d，為25 d。N與CK處理枯葉期時(shí)間一致，其他處理枯葉期延遲1～5 d，以MNP及MNPK處理枯葉期最晚，為107 d。CK處理花期為24 d，MNP花期最長(zhǎng)27 d，其他處理花期較對(duì)照增加2 d為 26 d。

表2 不同施肥處理下冬油菜的生育期Table 2 Rape growth periods under different treatments of fertilization

2.2 甘藍(lán)型冬油菜經(jīng)濟(jì)性狀對(duì)不同施肥處理的響應(yīng)

不同施肥處理對(duì)甘藍(lán)型冬油菜主要經(jīng)濟(jì)性狀的影響見(jiàn)表3，施肥顯著增加了甘藍(lán)型冬油菜株高，主處理間有機(jī)肥配施處理株高>不施有機(jī)肥處理株高，副處理間株高是氮磷鉀肥配施>氮磷肥配施>單施氮肥，以MNPK處理增高最為顯著，株高達(dá)137.90 cm，較對(duì)照增高45.03%。分枝部位高度在各處理間差異不顯著，以分枝部位占株高的比例來(lái)看，各分枝部位所在植株地上部分比例位置依次為MN:0.41>MNP:0.32>M:0.30>CK:0.28>NP:0.24= N:0.24>NPK: 0.23=MNPK:0.23，其中以MNPK及NPK處理相對(duì)分枝位置最低。不同肥料處理對(duì)甘藍(lán)型冬油菜的總分枝個(gè)數(shù)及角果長(zhǎng)度影響不顯著。施肥增加了主序總角果個(gè)數(shù)，MNPK及MN處理主序角果個(gè)數(shù)最多，分別較對(duì)照增加23及20個(gè)。肥料的施用顯著增加了單株角果數(shù)，施用有機(jī)肥較不施有機(jī)肥單株角果數(shù)平均增加91.21個(gè)，MNPK單株角果數(shù)最多為268.00個(gè)，較對(duì)照增加 293.77%，另外N、NP、NPK、M、MN、MNP處理單株角果數(shù)分別較對(duì)照增加了91.01%、 120.50%、171.07%、146.72%、224.63%、 253.48%。千粒質(zhì)量?jī)HMNPK較對(duì)照降低 0.36 g，其他處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。

2.3 冬油菜產(chǎn)量及越冬率對(duì)不同施肥處理的 響應(yīng)

不同施肥處理對(duì)冬油菜的產(chǎn)量及越冬率有不同影響(表4)。單施氮肥越冬率較對(duì)照降低 21.75%，其他肥料處理越冬率與對(duì)照無(wú)顯著差異。冬油菜產(chǎn)量在施肥處理下較對(duì)照顯著增加，有機(jī)肥配施較不施有機(jī)肥增產(chǎn)更為顯著，其中MNPK產(chǎn)量最高為3 418.38 kg/hm2，較對(duì)照增產(chǎn) 2 782.12 kg/hm2，增幅437.26%，其他處理按照增產(chǎn)排序依次為MNP>NPK>MN>NP>M>N，分別較對(duì)照增產(chǎn)2 334.94 kg/hm2、 2 229.90 kg/hm2、 1 611.65 kg/hm2、1 578.64 kg/hm2、939.38 kg/hm2、507.20 kg/hm2，較對(duì)照增產(chǎn)幅度依次為366.98%、350.47%、 253.30%、248.11%、147.64%、79.72%。收獲指數(shù)MNPK最高，達(dá)0.42，顯著高于對(duì)照0.12個(gè)百分點(diǎn)。

2.4 油菜籽粒品質(zhì)對(duì)不同施肥處理的響應(yīng)

有機(jī)肥與氮磷鉀肥配施對(duì)甘藍(lán)型油菜籽粒品質(zhì)影響不同(表5)。MN、MNP、N處理蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著增加，M處理蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著降低，蛋白質(zhì)積累與油分的積累存在此消彼長(zhǎng)的現(xiàn)象。M處理含油量最高達(dá)48.55%，較對(duì)照增加2.49個(gè)百分點(diǎn)，蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最低為18.23%，較對(duì)照降低4.14個(gè)百分點(diǎn)。MNP處理蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高為23.57%，而其含油量最低為 43.68%。各處理芥酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不顯著。M處理硫甙質(zhì)量摩爾濃度為92.11 μmol/g，比對(duì)照處理低10.25 μmol/g，差異顯著，其他肥料處理硫甙質(zhì)量摩爾濃度較對(duì)照無(wú)顯著差異。有機(jī)肥及氮磷鉀肥的不同配施對(duì)油菜籽粒中芥酸、油酸、亞麻酸、棕櫚酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)較對(duì)照未形成顯著差異。

表3 不同施肥處理甘藍(lán)型油菜主要經(jīng)濟(jì)性狀Table 3 Main economic traits of Brassica napus L.under different fertilization

注：不同小寫(xiě)字母表示方差分析結(jié)果在5%的顯著水平下存在差異，下同。

Note:Different lowercase letters after the value indicate the differentce of variance result analysis at a significant level of 5%,the same below.

表4 甘藍(lán)型油菜產(chǎn)量及越冬率對(duì)不同肥料處理的響應(yīng)Table 4 Responses of yield and overwintering rate of Brassica napus L.under different treatments of fertilizer

表5 不同肥料施用后油菜籽粒的品質(zhì)Table 5 Quality rape seed of different fertilizers

2.5 不同施肥處理對(duì)種植甘藍(lán)型冬油菜前后土壤化學(xué)性質(zhì)差異分析

甘藍(lán)型油菜種植前不同肥料處理間土壤化學(xué)性質(zhì)差異主要來(lái)源于試驗(yàn)處理肥料的直接施用、長(zhǎng)期施肥對(duì)土壤的影響，以及土壤本底值情況，收獲后不同處理間土壤化學(xué)性質(zhì)差異來(lái)自肥料、土壤及甘藍(lán)型冬油菜種植生長(zhǎng)過(guò)程的相互影響 (表6)。

在甘藍(lán)型冬油菜收獲后對(duì)同樣的土壤指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，施肥處理土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照，其中有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥的MNP、MNPK、MN處理土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于有機(jī)肥單施及無(wú)機(jī)肥施用的M及NPK、NP、N處理。全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)除氮肥單施其他處理均顯著高于對(duì)照，其中MNPK、MNP>NPK、NP、MN、M。全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)各處理間無(wú)顯著差異。水解氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)均顯著高于對(duì)照，質(zhì)量分?jǐn)?shù)排序?yàn)镸NPK、MN>MNP、M、NP>N、NPK>CK。速效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)除N處理其他肥料處理均顯著高于對(duì)照，按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)高低排序?yàn)镸NPK、MNP>M、MN>NP、NPK。MNPK處理速效鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著高于對(duì)照，N、NP處理顯著低于對(duì)照，其他處理與對(duì)照無(wú)顯著差異。土壤有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)以MNPK、MNP、MN、NPK、M處理均顯著高于對(duì)照。收獲后各肥料處理土壤pH顯著低于對(duì)照，其中MN、MNPK的pH最低，分別低與對(duì)照 0.18、0.15。土壤全鹽均顯著高于對(duì)照，其中MNPK最高，較對(duì)照高0.02。

表6 不同施肥處理下種植甘藍(lán)型冬油菜的土壤性質(zhì)變化Table 6 Changes of soil properties of planting Brassica napus L.under different fertilization treatments

對(duì)甘藍(lán)型冬油菜種植前、后的土壤各指標(biāo)差值變化進(jìn)行分析(圖1)，土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在CK、N及M處理收獲后有所降低，CK處理降幅顯著大于其他施肥處理。土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)除CK及N處理有所降低外，其他處理收獲后未減少。土壤全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)收獲后均顯著低于種植前。土壤全鹽質(zhì)量分?jǐn)?shù)在種植后均未降低。土壤水解氮及速效鉀收獲后較種植前的增減規(guī)律完全一致，其中MN、MNPK及M處理土壤水解氮及速效鉀收獲后較種植前顯著增加，NPK及MNP收獲后顯著降低，其他處理種植前后無(wú)變化。土壤有機(jī)質(zhì)在甘藍(lán)型冬油菜種植后均未降低，NPK及有機(jī)肥配施無(wú)機(jī)肥種植甘藍(lán)型冬油菜后土壤有機(jī)質(zhì)顯著增加，其中以MNPK有機(jī)質(zhì)增加最多。

3 討 論

3.1 不同肥料配施對(duì)甘藍(lán)型冬油菜經(jīng)濟(jì)性狀、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響

長(zhǎng)期施肥及環(huán)境演變使冬油菜種植區(qū)域土壤肥力穩(wěn)步上升，但速效養(yǎng)分缺失面積增大，施肥對(duì)油菜產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率增加，油菜豐產(chǎn)栽培必須建立在科學(xué)施肥的基礎(chǔ)上[16]。施肥是油菜栽培最關(guān)鍵的增產(chǎn)措施，是直接影響油菜生長(zhǎng)的因素。本試驗(yàn)結(jié)論表明，肥料施用延長(zhǎng)甘藍(lán)型冬油菜全生育期，單施氮肥與對(duì)照苗期最長(zhǎng)，比其他處理苗期延遲3～5 d，加之單施氮肥終花期到達(dá)時(shí)間最晚，

圖1 甘藍(lán)型冬油菜種植后與種植前不同施肥處理的土壤性質(zhì)變化Fig.1 Changes of soil properties under different fertilizers after and before winter rapeseed planting

3.2 甘藍(lán)型冬油菜種植與土壤化學(xué)性質(zhì)的相互響應(yīng)

土壤、肥料、作物之間存在相互影響作用，該試驗(yàn)區(qū)塊未長(zhǎng)期施肥前(1981年)最初土壤0～20 cm基礎(chǔ)化學(xué)性質(zhì)如下：全氮0.08%，全磷 0.07%，全鉀1.66%，速效氮73.00 g/kg，速效磷8.60 g/kg，速效鉀190.00 g/kg，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.19%。長(zhǎng)期定位施肥試驗(yàn)結(jié)果表明施肥增加了黃綿土區(qū)土壤有機(jī)質(zhì)及氮磷鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)，土壤pH降低[14]。甘藍(lán)型冬油菜種植后土壤全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降，土壤全氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)在CK和M處理收獲后降低，土壤全磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)在CK及N處理降低，不施肥及單施氮肥土壤種植甘藍(lán)型冬油菜后土壤氮磷鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)較種植前下降至接近土壤最初本底值。土壤pH在甘藍(lán)型冬油菜種植后除MNP處理均降低，因MNP處理種植前pH已顯著低于對(duì)照。土壤水解氮及速效鉀收獲后與種植前的增減規(guī)律一致，土壤速效磷僅MNP收獲后顯著下降。土壤有機(jī)質(zhì)在甘藍(lán)型冬油菜種植后均未降低，NPK及MN、MNP、MNPK處理種植甘藍(lán)型冬油菜后土壤有機(jī)質(zhì)顯著增加，其中以MNPK處理有機(jī)質(zhì)增加最顯著。因此，種植甘藍(lán)型冬油菜不施肥或單施氮肥時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足其生產(chǎn)的肥料需求，不但會(huì)減產(chǎn)減收，還會(huì)對(duì)土壤消耗過(guò)大。種植冬油菜應(yīng)在有機(jī)肥配施氮磷鉀肥的基礎(chǔ)上適當(dāng)補(bǔ)充鉀肥，以滿(mǎn)足甘藍(lán)型冬油菜整個(gè)生育期用肥需求。

4 結(jié) 論

肥料施用延長(zhǎng)甘藍(lán)型冬油菜全生育期，縮短了苗期，延長(zhǎng)了花期，延緩了冬前油菜生長(zhǎng)進(jìn)程。單施氮肥使苗期生長(zhǎng)較快，不利越冬，全生育期增延。黃綿土區(qū)施肥顯著增加了冬油菜株高、角果數(shù)和產(chǎn)量，且肥料配施增產(chǎn)效果優(yōu)于單施，有機(jī)肥與無(wú)機(jī)肥配施增產(chǎn)效果優(yōu)于氮磷鉀肥單獨(dú)施用。等量施肥對(duì)甘藍(lán)型冬油菜的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率大于白菜型冬油菜。肥料對(duì)籽粒蛋白質(zhì)及油分的積累作用效果剛好相反，有機(jī)肥配施較無(wú)機(jī)肥單獨(dú)施用增加了蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減少含油量，有機(jī)肥單施能顯著降低硫甙含量。甘藍(lán)型冬油菜施肥增產(chǎn)效果顯著，不施肥或肥料供應(yīng)不足時(shí)減產(chǎn)顯著，土壤營(yíng)養(yǎng)顯著消耗，不利于達(dá)到增產(chǎn)增收的目的。各處理以MNPK處理優(yōu)于其他處理對(duì)甘藍(lán)型冬油菜產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)性狀、籽粒品質(zhì)及對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的提升效果顯著，油菜收獲后土壤全鉀質(zhì)量分?jǐn)?shù)顯著下降，可在此有機(jī)肥配施氮磷鉀肥的基礎(chǔ)上適量提升鉀肥比例，以達(dá)到豐產(chǎn)優(yōu)質(zhì)及培肥養(yǎng)地的種植效果。