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油菜氮肥效应及土壤养分变化的研究

来源：花匠小妙招时间：2025-01-03 06:38

油菜氮肥效应及土壤养分变化的研究
Rapeseed Nitrogen Fertilizer Effect and Researches on the Change of Soil Nutrients

1. 引言

油菜是我国主要的油料作物之一，具有需肥量大、耐肥性较强的特性 [1] [2] 。氮素是农作物最重要的营养元素，与农作物的生长发育、产量及品质密切相关。油菜对氮肥的需求量较大，但过量施用氮肥不仅会造成环境污染，而且还会导致油菜对氮肥的利用率明显下降 [3]，因此提高油菜氮肥利用率受到很大重视。油菜作为我国主要农作物之一，国内科技工作者就氮肥对油菜产量、品质及氮肥合理施用量，已做了许多研究。杨勇等研究表明，氮、磷、钾肥合理配施可明显增加油菜有效角果数和每角果粒数，显著提高籽粒产量 [4] 。李月梅 [5] 在春油菜上等通过不同氮磷钾肥配施发现，氮肥和磷肥对春油菜(甘蓝型杂交油菜青杂2号)籽粒产量的提高有显著作用，钾肥的影响相对较小。马良等 [6] 研究结果显示，氮磷钾硼配合施用可以提高油菜植株株高和单株有效角果数，显著提高油菜籽粒产量和经济效益。邹娟等 [7] 通过2004~2006年在长江流域10个省的73个油菜肥效田间试验，研究发现在磷、钾及硼肥基础上施用氮肥，能明显提高油菜籽产量，氮肥偏生产力、农学效率、生理利用率及表观利用率分别为14.7 kg∙kg−1、6.2 kg∙kg−1、18.5 kg∙kg−1和34.6%。在施磷、钾肥基础上施用氮肥能明显著提高油菜的磷、钾肥偏生产力。氮素是影响油菜产量的主要营养元素之一，氮肥利用率低在油菜生产中普遍存在 [8] 。影响肥料利用率的因素很多，科研工作者已做过大量研究，其中化肥的不合理施用是最主要原因 [9]，本研究通过连续3年田间试验，初步确定氮肥适宜施用量，为本地区油菜高产高效生产提供一定参考依据。

2. 材料与方法

2.1. 试验区概况

本试验区小纪镇为我区里下河区域，地势平坦，河湖交织，平均海拔2米左右，气候属热带湿润气候区，四季分明，季风明显，雨水充沛，年平均气温14.9℃，降水量978.7毫米，无霜期达220天。赵家村、宗村村和蒲塘村3个试验点的土种均为小粉浆土，肥力较高。

2.2. 试验材料

2014~2016年连续3年分别在小纪镇赵家村、宗村村和蒲塘村进行了冬油菜的氮肥不同用量试验。各试验点具体位置和耕层土壤基本状况见表1。供试油菜品种为当地主推品种“宁杂21号”。田间试验采用育苗移栽方式种植，移栽密度为12.45万株/hm2。各试验点于当年的10月中旬播种育苗，11月下旬进行移栽，次年5月下旬收获。各试验田前茬作物均为水稻。

年份

试验地点

北纬/˚

东经/˚

有机质/

(g/kg)

全氮/

(g/kg)

有效磷/

(mg/kg)

速效钾/

(mg/kg)

有效硼/

(mg/kg)

2014年

小纪镇赵家村

32.59156

119.73022

7.42

31.83

1.53

15.8

0.58

2015年

小纪镇宗村村

32.60710

119.71768

6.8

30.65

1.42

17.6

0.62

2016年

小纪镇蒲塘村

32.59819

119.72089

7.23

34.5

1.62

18.8

0.58

Table 1. Locations and basic soil physical and chemical properties of the field trial sites

表1. 试验点位置和土壤基本理化性状

2.3. 试验设计

试验设6个处理，处理1 (N1PK1)不施氮、处理2 (N2PK)施氮肥131.25 kg/hm2、处理3 (N3PK)施氮肥196.875 kg/hm2、处理4 (N4PK)施氮肥262.5 kg/hm2、处理5 (N5PK)施氮肥328.125 kg/hm2、处理6 (N6PK)施氮肥393.75 kg/hm2。各处理磷钾硼肥施用量分别为P2O5 63 kg /hm2、K2O 90 kg/hm2、硼7.5 kg/hm2。供试肥料中氮肥为尿素(含N 46%)、磷肥为过磷酸钙(含P2O5 12%)、钾肥为氯化钾(含K2O 60%)。肥料运筹为氮肥基肥40%，苗肥20%，苔肥40%；磷肥全部基施；钾肥基肥60%，苔肥40%；硼肥一次性基施。试验过程中，不施用有机肥。

2.4. 测定项目与方法

分别油菜移栽进和薹期考察油菜株高、茎粗、绿叶数、开展度、分枝数、单株角果数、每角粒数、千粒重等主要农艺性状；成熟期先测产后按小区实收。土壤理化性状测定采用常规分析方法测定 [10] 。

有关参数的计算方法如下 [9] ：

氮肥农学利用率(kg/kg N) = (施氮区产量 − 不施氮区产量) ÷ 氮肥用量；

氮肥偏生产力( kg /kg N) = 施氮区产量 ÷ 氮肥用量；

氮肥表观利用率(%) = (施氮区植株总吸氮量 − 不施氮区植株总吸氮量) ÷ 氮肥用量 × 100；

氮肥生理利用率(kg/kg N) = (施氮区产量 − 不施氮区产量) ÷ (施氮区植株总吸氮量 − 不施氮区植株总吸氮量)；

试验数据用SPSS17和Excel 2003进行统计分析。

2.5. 氮肥适宜用量的确定

采用一元二次肥效模型[式(1)]对油菜产量与氮肥施肥量进行拟合 [11]，确定最佳氮肥施肥量。

y=ax2+bx+c (1)

式中，y为油菜产量(kg/hm2)，x为氮肥施肥用量(kg/hm2)，a为二次回归系数，b为一次回归系数，c为截距。

3. 结果与分析

3.1. 施氮对油菜主要农艺性状的影响

从连续3年试验结果可以看出，不同氮肥施用量对油菜的主要农艺性状具有不同程度的影响(见表2)。与不施氮肥相比，随着施氮量增加，油菜株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重均有不同程度的提高；株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重提高幅度分别为3.2%~16.2%、10.7%~27.5%、14.8%~61.5%、4.2%~29.5%、0.96%~20.4%、2.81%~9.64%。经方差分析，处理N2PK与N3PK之间，N4PK、N5PK、N6P2之间株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重差异不显著，处理N4P2K2、N5PK与N2PK和NPK之间株高、茎粗和千粒重差异达到显著水平，处理N4PK、N5PK与N2PK之间单株角果数和每角粒数差异达到显著水平，处理N6PK与N2PK之间茎粗、单株角果数差异达到显著水平，与N2PK和N3PK之间千粒重差异达到显著水平。可见合理施用氮磷钾硼肥有利于提高油菜籽产量。

3.2. 施氮对油菜产量的影响

由表3、图1可见，2014~2016年连续3年油菜籽产量水平均随着氮肥用量的增加呈先上升后下降趋势，处理N1.5P2K2、N2P2K2、N2.5P2K2、N3P2K2与N0P2K2相比，对油菜产量提高均达到显著水平。施氮 262.5 kg /hm2时平均产量最高，与N0P2K2相比增幅达39%~56%，2014和2016年差异达到极显著水平；施氮量超过328.125 kg/hm2后处理间差异不明显(图1)，表明过量施用氮肥无明显正常效果。

处理

株高/cm

茎粗/mm

分枝数

2014

2015

2016

平均

2014

2015

2016

平均

2014

2015

2016

平均

N1PK

148.0cB

155.5bB

158.7bB

154cB

1.90bB

1.78bB

1.87cB

1.85dD

20.5bA

13.5cB

20.8bB

18.3b

N2PK

159.5bAB

164.2aAB

167.3aAB

163.7bA

2.13abAB

2.1aAB

2.07bcAB

2.1cC

28.3aAB

15.5bcAB

25.8abAB

23.2ab

N3PK

159.8bAB

162.8aAB

168.8aAB

163.8bA

2.19abAB

2.13aAB

2.1abAB

2.14bcBC

29.7aAB

20.8abAB

28.5aAB

26.3ab

N4PK

171.7aA

169.8aA

171.5aA

171aA

2.31aA

2.22aA

2.32aA

2.28aA

31.7aA

21.8aA

30.7aA

28.1a

N5PK

172.0aA

168.3aA

171.3aA

170.5aA

2.29aA

2.27aA

2.28aA

2.27aA

30.3aA

19.7abAB

29.0aAB

26.3ab

N6PK

171.3aA

164.8aAB

169.3aAB

168.5abA

2.27aAB

2.15aAB

2.25abA

2.22abAB

30.5aA

20.5aAB

29.2aAB

26.7ab

处理

单株角果数

每角粒数

千粒重/g

2014

2015

2016

平均

2014

2015

2016

平均

2014

2015

2016

平均

N1PK

400cC

362.3dB

408.7b

390.3cB

17.11c

16.65bC

17.12bB

16.96cB

2.82cB

2.8dC

2.85cB

2.82dD

N2PK

448.5bBC

405.0cB

426b

426.5bcAB

17.8bc

16.81bBC

19.52aAB

18.04bcAB

2.92bcAB

2.92cBC

2.93bcAB

2.92cC

N3PK

450.8bBC

418.2bcAB

479ab

449.abAB

17.92bc

18.28aABC

19.95aA

18.72abAB

2.93bAB

2.93bcBC

2.98abAB

2.95cBC

N4PK

499.3aAB

469.2aA

519a

495.8aA

19.93ab

19.1aA

20.62aA

19.88aA

3.08aA

3.07aA

N5PK

498.0aAB

452.7abAB

525.3a

492aA

19.38ab

18.78aAB

20.13aA

19.43aA

3.07aA

3.03abAB

3.02abA

3.04abA

N6PK

505.3aAB

450.0abAB

496ab

483.8aA

19.57ab

18.55aABC

19.45aAB

19.19abAB

3.06aA

2.97abcAB

3.0abAB

3.01bAB

Table 2. Agronomic characters of rape treated with different fertilization methods

表2. 不同施肥处理下的油菜农艺性状

注：同列不同小写、大写字母分别表示差异达P < 0.05和P < 0.01水平显著。下同。

处理

2014

2015

2016

变幅/(kg/hm2)

平均/(kg/hm2)

相对值/%

变幅/(kg/hm2)

平均/(kg/hm2)

相对值/%

变幅/(kg/hm2)

平均/(kg/hm2)

相对值/%

N1PK

1823~1989

1924cB

100

1770~2190

1950bB

100

2010~2475

2303cB

100

N2PK

2317~2739

2517bAB

131

2100~2475

2325abAB

119

2225~2875

2637bcAB

115

N3PK

2478~2890

2749abA

143

2250~2700

2450aAB

126

2680~3075

2932abAB

127

N4PK

2752~3380

3004aA

156

2300~3030

2717aAB

139

2975~3840

3313aA

144

N5PK

2780~3230

2967aA

154

2125~2775

2483abAB

127

2675~3110

3085abAB

134

N6PK

2438~2977

2723abA

142

1950~2700

2370abAB

122

2575~3011

2825abAB

123

Table 3. Responses of rape to different N treatments on yield

表3. 不同施氮肥处理对产量的影响

注：相对值是以处理N1PK为基数，与其他处理的比值。下同。

注：**表示P < 0.01。

Figure 1. Relationship between different N treatments and rape yield

图1. 不同施氮肥处理与油菜产量的关系

由图1分析，根据2014年氮肥效应方程 y=−0.012x2+7.0154x+1886.6(R2=0.9605**) ，得出油菜适宜施氮量为292 kg/hm2；根据2015年氮肥效应方程 y=−0.0092x2+4.8358x+1919.8(R2=0.8795**) ，得出油菜适宜施氮量为263 kg/hm2；根据2016年氮肥效应方程 y=−0.0109x2+6.0654x+2227.1(R2=0.8048**) ，可以得出油菜适宜施氮量为278 kg/hm2。根据连续3年不同地点氮肥效应方程拟合结果，初步推荐本区域种植冬油菜氮肥施用量为263~292 kg/hm2，可达到较高的产量水平。

3.3. 施氮对油菜氮素利用率的影响

由表4可见，油菜氮肥表观利用率随氮肥用量的增加而下降，各处理间差异显著处理，N2PK、N3PK、N4PK与N5PK、N6PK之间差异极显著。氮肥生理利用率各处理间差异不显著，氮肥农学利用率各处理与处理N6PK之间差异显著。氮肥偏生产力随氮肥用量的增加而下降，各处理间差异显著。处理N3PK和N4PK3年平均产量分别为2710 kg/hm2、3011 kg/hm2，氮肥利用率分别为29.97%、26.77%，两者之间产量水平差异不显著，氮肥利用率之间差异达到显著水平。综合氮肥效应方程拟合结果、氮肥利用率及化肥减量增效，初步确定本区域种植油菜氮肥适宜推荐量为196.87 kg/hm2。

3.4. 施氮对土壤养分的影响

由表5可知，随着施氮量的增加，土壤养分均有所提高，不施氮肥，土壤养分均有所将低。处理N4PK、N5PK、N6PK与试验前之间土壤有效磷、全氮和有机质差异达到显著水平；但土壤速效钾和pH差异不显著；处理N4PK、N5PK、N6PK与N1PK之间有效磷、全氮、有机质差异达到极显著水平；处理N4PK、N5PK、N6PK与N2PK之间有效磷、有机质差异达到显著水平。可见在油菜生产中增加氮肥施用量，可提高土壤有效磷、全氮、有机质含量，在氮肥用量不足时，土壤有效磷、速效钾、全氮、有机质含量降低，土壤养分缺失。

4. 结论

1) 连续3年田间试验结果表明，在磷钾硼肥配施下合理施用氮肥对油菜株高、茎粗、分枝数、单株角果数、每角粒数和千粒重等农艺性状有明显促进作用，但氮肥用量过量后，单株角果数、每角粒数和千粒重均有所下降，从而降低产量；根据氮肥效应方程分析初步确定本区域种植油菜氮肥适宜推荐量为263~292 kg/hm2，能获得较高的油菜籽产量。

处理

氮肥表观利用率%

氮肥生理利用率(%)

氮肥农学利用率kg/kg

氮肥偏生产力kg/kg

变幅

均值

变幅

均值

变幅

均值

变幅

均值

N2PK

31.51~32.51

31.97aA

8.07~13.89

10.31a

2.54~4.52

3.31aAB

17.71~20.08

18.99aA

N3PK

25.54~33.22

29.97abA

9.94~12.61

10.93a

2.54~4.19

3.31aAB

12.44~14.89

13.76bB

N4PK

23.97~28.62

26.77bA

12.19~14.85

13.49a

2.92~4.11

3.63aA

10.35~12.62

11.47cBC

N5PK

14.87~21.17

18.64cB

10.92~15.02

13.65a

1.62~3.18

2.39abAB

7.57~9.40

8.67dD

N6PK

10.76~15.19

13.01dB

9.92~13.35

11.13a

1.07~2.03

1.48bB

6.02~7.17

6.70eD

Table 4. Responses of rape to different N treatments in NUE

表4. 不同氮肥处理对油菜氮肥利用率的影响

处理

有效磷mg/kg

速效钾mg/kg

全氮g/kg

有机质g/kg

试验前

7.15a

17.73bcABC

90.67ab

1.56cdeCD

32.33abAB

N1PK

6.95a

16.43dC

82.33b

1.52eD

26.41cC

N2PK

7.07a

17.03cdBC

90.00ab

1.63bcdeBCD

30.18bBC

N3PK

6.86a

18.03abcABC

89.67ab

1.74abcABCD

32.46abAB

N4PK

7.04a

18.60abAB

93.33ab

1.83abABC

33.81aAB

N5PK

7.10a

19.13aA

94.67a

1.91aAB

34.33aA

N6PK

6.94a

19.267aA

92.33ab

1.93aA

33.32aAB

Table 5. Effects of different N treatments on soil nutrients

表5. 不同施氮肥处理对土壤养分的影响

2) 油菜氮肥利用率和氮肥偏生产力随氮肥用量的增加而下降，氮肥生理利用率各处理间差异不显著，氮肥农学利用率各处理与N6PK间差异显著。施氮量196.87 kg/hm2与施氮量262.5 kg/hm2相比，两者之间产量水平差异不显著，氮肥利用率之间差异达到显著水平。综合氮肥效应方程拟合结果、氮肥利用率及化肥减量增效，初步确定本区域种植油菜氮肥适宜推荐量为196.87 kg/hm2，即可提高油菜籽产量又可获得较高的氮肥利用率。

3) 在油菜生产中增加氮肥施用量，可提高土壤有效磷、全氮、有机质含量，在氮肥用量不足时，土壤有效磷、速效钾、全氮、有机质含量降低，土壤养分缺失。

5. 讨论

合理地配施氮磷钾肥是实现油菜高产高效生产的重要技术之一，适宜的氮肥用量可明显提高油菜籽产量，增加经济效益 [1] [5] [6] [12] 。本研究结果表明，增施氮肥对油菜的主要农艺性状均有明显的促进作用，但氮肥过量后，油菜单株角果数、每角粒数和千粒重反而略有下降，这与李银水等 [13] 研究结果相似。不同土壤肥力水平施氮量不同，本研究通过3年田间试验，初步确定了本地区种植油菜氮肥推荐量为196.87 kg/hm2，与王寅等 [14] [15] [16] 研究结果基本一致。巨晓棠等 [17] 研究认为氮肥利用率受土壤性质、作物种类、生长时期、氮肥用量及其它肥料的种类和施用技术，以及气象条件等因素的强烈影响，因而具有很大的变幅。一般来说，随着施氮量的增加，作物产量增加，而氮肥利用率显著降低 [17] 。本研究中油菜氮肥利用率和氮肥偏生产力均随氮肥用量的增加而下降，与与李银水等 [13] 研究结果类似。科学施肥是农作物高产稳产和培肥土壤的重要保障，合理的施用化肥可以较好的保持和提高土壤肥力 [18]，张荣等 [19] 研究认为氮磷钾肥不同施用量对土壤总体养分都有所提高，碱解氮、有效磷、速效钾的含量随着施肥量的增加而增高；张国荣等 [20] 研究认为长期施用化肥可提高土壤有机质含量，本研究也得到相似结果。

基金项目

全国测土配方施肥补贴项目(2012~2015年)，江苏省农业三新工程项目(sxgc[2017]158)。