中國冬油菜產業氮肥減施增效潛力分析

張 智，叢日環，魯劍巍

（華中農業大學資源與環境學院/農業部長江中下游耕地保育重點實驗室，湖北武漢 430070）

中國冬油菜產業氮肥減施增效潛力分析

張 智，叢日環，魯劍巍*

（華中農業大學資源與環境學院/農業部長江中下游耕地保育重點實驗室，湖北武漢 430070）

【目的】在“化肥零增長”的背景下評估冬油菜氮肥減施潛力，為我國油菜產業高產高效的協同發展提供科學依據。【方法】本研究通過分析統計數據 (2005～2014年)、文獻數據 (2000年至今) 以及油菜施肥(2005～2015年) 和調查數據 (2009～2011年)，定量研究了國內外油菜產量與氮肥偏生產力的差距，明確了我國冬油菜各主產省份氮肥推薦水平較農戶水平的節氮空間，同時利用QUEFTS模型探討了未來不同情景模式下我國冬油菜的節氮潛力。【結果】統計數據顯示，近十年我國油菜產量接近于世界平均水平(1800 kg/hm2)，冬油菜產量集中在1500～2100 kg/hm2，但遠低于發達國家，且年均產量增幅較低。調查數據顯示，國內農戶水平施氮量普遍偏高，平均為188 kg/hm2，結合我國冬油菜種植面積 (6238×103hm2) 和推薦水平施氮量 (平均162 kg/hm2)，全國冬油菜氮素投入量可節省16.0×104t，可節氮的主要省份為湖南、江蘇、湖北、四川。其中，湖南、江蘇節氮主要由于單位面積節氮空間較大，湖北和四川則因種植面積大而獲得較大的節氮空間。分別以不施氮處理油菜吸氮 (N) 量 30、50、70 kg/hm2(相當于油菜產量約為500、1000、1500 kg/hm2) 劃分為低、中、高三個土壤供氮水平。在農戶氮肥偏生產力水平 (PFPN，10.9 kg/kg) 的基礎上，設置推薦水平為情景Ⅰ，PFPN依次增加5個單位分別為情景Ⅱ (國外一般水平)、情景Ⅲ (國外中等水平)、情景Ⅳ (國外較高水平)，分析不同情景的冬油菜節氮潛力。結果顯示，在低供氮條件下，當目標產量超過2500 kg/hm2時，至少達到情景Ⅱ (國外一般水平) 時才有節氮空間；而在中、高等供氮條件下，達到不同目標產量時均有一定的節氮空間。【結論】依據土壤基礎供氮能力和油菜目標產量進行氮肥管理，并結合其他農藝管理措施，是實現油菜高產、氮肥減施增效的重要途徑。

冬油菜；產量差；氮肥偏生產力；情景分析；QUEFTS模型

油菜是重要的油料作物和能源作物，其在歐洲、加拿大、中國、印度、澳大利亞等均有大量種植，2011年加拿大油菜總產量超過中國，排在世界第一[1]。從過去五十年中國油菜的發展來看，油菜的單產水平持續增加，然而近十年來則基本處于停滯狀態[2]。我國是世界上氮肥消費量最高的國家，年消費量占世界的30%以上[3]，氮肥的粗放型管理，勢必會引起一系列的資源與環境問題。近年來，由于施肥技術的改善、耕地面積減少等原因，使得農業氮肥用量增幅趨于平緩[2]。油菜是需肥量較高的作物，且氮肥利用率普遍低于其他作物[4]，我國冬油菜對氮肥的依賴性高，從而導致氮肥投入高、利用率低[5]。

調查結果顯示，長江流域冬油菜氮肥施用基本充足，但施用不足和過量施用的情況仍普遍存在，其中＞ 270 kg/hm2的農戶比例約占15.8%[6]。盲目重施氮肥不僅無益于產量的提高，還會造成土壤肥力下降、生態環境污染等問題。土壤地力水平是決定目標產量的關鍵，肥料用量應依據土壤基礎養分供應能力和作物需求規律進行協調[7]。國外在油菜施肥方面的研究普遍考慮土壤無機氮水平，但我國集約化種植條件下，土壤測試難以滿足需求。多年多點油菜季缺素處理養分吸收量，可作為區域土壤基礎養分供應能力的重要參考[8]。

在國家提出“到2020年化肥使用量零增長”目標的背景下[9]，氮肥用量的零增長可能是首要任務。如何在穩定冬油菜產量的前提下減少氮肥的施用，仍然存在技術難關；如何在提高冬油菜產量的前提下減少氮肥的施用，需不斷突破技術瓶頸。通過結合文獻數據庫、統計數據庫、試驗數據庫，分析國內外油菜產量差及氮肥效率差，明確我國油菜產業的節氮潛力，并基于不同地力條件，估算國內油菜生產達到國外不同水平情景下的節氮潛力，探討國內外油菜生產中的差異，以期為我國油菜產業的氮肥減施增效提供理論依據和技術途徑。

1 材料與方法

1.1 數據來源

統計數據：不同國家2005～2014年油菜產量數據來源于FAO統計數據庫[1]，中國各省 (市) 2005～2014年油菜產量、種植面積來源于國家統計局統計數據庫[2]。

文獻數據庫：德國、英國、波蘭、澳大利亞和印度的油菜產量和氮肥用量數據來源于Web of Science，通過輸入油菜 (rapeseed/oilseed rape)、施肥(fertilization) 和產量 (yield) 等主題檢索出2000年至今的文獻58篇，整理并篩選出包含產量、氮肥用量等信息完整的有效文獻16篇。

國內油菜數據庫：來源于本課題組油菜調查數據庫 (2009～2011年) 和油菜施肥效果數據庫(2005～2015 年)。

1.2 數據處理

氮肥偏生產力 (PFPN，kg/kg) = 油菜產量(kg/hm2)/氮肥用量 (kg/hm2)

氮肥需求量 (× 104t) = 單位面積氮肥用量(kg/hm2) × 油菜種植面積 (× 103hm2) × 10–4

產量趨勢[10][kg/(hm2·a)]：選用線性回歸模型，擬合2005～2014年的油菜產量，方程斜率即為產量趨勢。

土壤供應氮素能力 (soil indigenous nitrogen supply，INS)：土壤養分含量是反映土壤肥力最直接的指標，而在大區域范圍內這些指標往往與作物生長或產量的相關性較差[11]，以缺素處理作物產量或養分吸收量表示土壤基礎養分供應能力得到越來越多的應用和推廣[8,12–13]。根據本課題組大范圍冬油菜肥料試驗結果[14]可知，直播和移栽冬油菜的基礎吸氮量平均分別為N 42.2和53.5 kg/hm2，均值約為N 50 kg/hm2，以該值作為冬油菜主產區土壤供應氮素能力的平均水平，上下增減N 20 kg/hm2分別設置為高等和低等土壤供氮能力，即將冬油菜基礎吸氮量30、50、70 kg/hm2定義為土壤供氮能力低、中、高三個水平 (對應的油菜產量分別約為500、1000和1500 kg/hm2)。土壤供氮能力的高低是決定潛在目標產量的關鍵，參考王寅[14]的研究，利用QUEFTS模型確定高、中、低三個等級的土壤供氮能力所對應的潛在目標產量為5000、4000、3000 kg/hm2。

情景分析：以國內農戶調查為基礎，設置推薦水平 (對應的施氮量為最佳經濟施氮量) 為情景Ⅰ。綜合國內冬油菜氮肥偏生產力水平 (12.2 kg/kg) 與國外較高水平 (26.4 kg/kg) 相差約15個單位，以氮肥偏生產力每增加5個單位為一個情景，劃分三個情景 (Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ)，即國外一般水平、中等水平和較高水平，估算中國冬油菜減氮潛力。

數據采用Microsoft Excel 2013軟件進行統計，Origin 8和ArcGIS 9.3軟件進行繪圖。

2 結果與分析

2.1 國內外油菜產量與氮肥偏生產力

圖1 不同國家的油菜產量Fig. 1 Oilseed rape yields in different countries

根據FAO統計數據[1]，篩選出總產和單產均較高的油菜種植典型國家，包括德國、英國、法國、捷克和波蘭，以及單產水平與中國接近的加拿大和低于中國水平的澳大利亞、印度 (圖1)。結果顯示，近十年油菜平均單產以德國最高，約3800 kg/hm2，其次為英國、法國和捷克，超過3000 kg/hm2，均高于歐洲平均水平 (2500 kg/hm2)，加拿大和中國約為1800 kg/hm2，略低于全球平均水平 (2000 kg/hm2)，而澳大利亞和印度僅為1100 kg/hm2。從油菜產量趨勢來看，歐洲油菜整體發展較快，近十年年均增產約50 kg/hm2，約為世界平均水平的兩倍，其中法國最高，達到60 kg/(hm2·a) 以上，中國和印度較低，約為 12 kg/(hm2·a)。

通過搜集到的德國、英國、波蘭、澳大利亞、加拿大、印度和中國的油菜氮肥用量與產量，計算出對應的氮肥偏生產力(表1)。統計結果顯示，發達國家油菜氮肥用量平均為70～194 kg/hm2，其中以澳大利亞和加拿大較低，歐洲國家 (德國、英國、波蘭) 相對較高，對應的氮肥偏生產力變幅為23.4～27.9 kg/kg，均屬于較高水平；印度氮肥用量平均為113 kg/hm2，由于單產水平較低，其氮肥偏生產力僅為8.2 kg/kg；中國氮肥用量與歐洲國家相當，而氮肥偏生產力為12.2 kg/kg，明顯低于發達國家。分析中國冬油菜用量的兩篇大區域尺度文獻可知，Li等[12]收集了長江流域1457個當地農技人員推薦的冬油菜樣本，徐華麗[6]調查了長江流域1848個農戶的冬油菜樣本，前者氮肥用量低于后者，而產量高于后者，說明中國油菜氮肥用量有明顯的減施空間，且在提高油菜產量的同時可以提高肥料利用率。

2.2 國內冬油菜主產省 (市) 產量與氮肥偏生產力

根據國家統計局統計年鑒數據[2]，繪制了近十年國內冬油菜主產省 (市) 油菜平均產量和產量趨勢分布圖 (圖2)。統計結果顯示，空間趨勢整體表現為長江下游高于上游，長江以北高于長江以南；產量主要分布在1500～2100 kg/hm2，四川和江蘇產量較高(＞ 2100 kg/hm2)，江西較低 (＜ 1200 kg/hm2)。產量趨勢結果表明，近十年年均增幅較高的省份均在長江中下游，江西、安徽、江蘇增幅均 ＞ 30 kg/(hm2·a)，其次為四川 [20～30 kg/(hm2·a)]，而浙江近十年產量處于停滯狀態，其他省份年增幅較為一般 [0～20 kg/(hm2·a)]。

為探明我國冬油菜氮肥施用狀況，本文結合冬油菜主產省 (市) 3000多份調查問卷和測土配方施肥項目1400多個肥料試驗數據庫資料，得到農戶水平和推薦水平下氮肥用量、油菜產量和氮肥偏生產力(表2)。統計結果表明，農戶水平氮肥用量平均變幅為152～255 kg/hm2，其中以江西最低，江蘇和浙江較高，其余省份主要集中在 (180 ± 10) kg/hm2；產量平均變幅為1722～2360 kg/hm2，整體趨勢與年鑒中近十年各省 (市) 結果相似；氮肥偏生產力主要集中在 (10 ± 1.5) kg/kg，其中以湖南和江蘇較低 (約9.0 kg/kg)，四川、湖北和江西較高 (約12.0 kg/kg)。推薦水平氮肥用量較農戶水平有所降低，最低為重慶(141 kg/hm2)，最高為江蘇 (190 kg/hm2)，其余省份主要集中在 (165 ± 10) kg/hm2；油菜產量和氮肥偏生產力較農戶水平均有明顯提高，對應分別集中在2300～2700 kg/hm2和15～17 kg/kg，其中江蘇由于氮肥用量較高，其氮肥效率明顯低于其他省份。

2.3 我國冬油菜氮肥減施潛力分析

通過對比農戶水平和推薦水平油菜施氮量 (表2)可知，單位面積節氮量較高的省份有江蘇、湖南、浙江、重慶等。結合冬油菜種植面積[2]，評估各省(市) 氮肥需求量和節氮潛力如表3所示。農戶水平氮肥需求總量為115.6 × 104t，其中以湖南、湖北、四川需求量最高 (約20 × 104t)，浙江、重慶、云南需求量最低 (約4 × 104t)；推薦水平氮肥需求量共99.6 × 104t，較農戶水平施氮量可節省 16.0 × 104t，節氮潛力較高的省份有湖南、江蘇、湖北、四川。其中，湖南由于單位面積節氮水平 (43 kg/hm2) 和油菜種植面積 (129.8萬hm2) 均較高而排名首位，江蘇以單位面積節氮水平最大 (65 kg/hm2) 而突顯節氮潛力，湖北和四川均以油菜種植面積較大而具備較高的節氮潛力。說明針對不同省份，油菜的節氮途徑應有相應調整。

基于QUEFTS模型[14]計算的不同情景下達到目標產量時的單位面積氮肥需求量(圖3)，隨著目標產量的提高，氮肥用量逐漸增加；不同情景模式下，國內推薦水平在目標產量較高時，氮肥需求量急劇增加。圖中豎線表示國內農戶施肥水平，豎線左側表示不同情景模式下獲得目標產量時可達到節省氮肥的效果，右側則表示需要在農戶施肥的水平上增施氮肥。

以農戶水平氮肥需求量 (115.6 × 104t) 為基礎，分析不同情景下達到目標產量時的節氮潛力 (表4)。情景I，在國內推薦施肥的水平下，若土壤供氮能力較低，目標產量超過2250 kg/hm2時，氮肥減施空間將低于0；土壤供氮能力為中等、目標產量為2500 kg/hm2時，理論節氮潛力為16萬t，與實際推薦水平的節氮潛力 (16.0萬t，表3) 相當；隨著土壤供氮能力的提高，節氮潛力明顯增加。情景II，氮肥偏生產力提高5個單位達到國外一般水平，不同土壤供氮能力下，油菜產量達到3000 kg/hm2時的節氮潛力分別為 –32 × 104、12 × 104、26 × 104t，說明目標產量為3000 kg/hm2時，需要中等或較高的地力水平才能達到氮肥減施的目標。情景III，氮肥偏生產力再提高5個單位達到國外中等水平，產量水平達到3500 kg/hm2，中等地力可節氮8 × 104t，高等地力則為23 × 104t。情景IV，氮肥偏生產力繼續提高5個單位達到國外較高水平，目標產量可達到4000 kg/hm2，此時仍有節氮空間。表明在目前國內推薦施肥的水平下，土壤基礎供氮能力是節氮增產的主要制約性因素，為了進一步提高油菜目標產量，需要不斷地提高肥料利用率，才能達到氮肥減施增效的目標。

表 1 不同國家的油菜氮肥用量與偏生產力Table 1 Nitrogen rates and partial factor productivity of oilseed rape in different countries

圖2 中國冬油菜主產區的油菜產量Fig. 2 Winter oilseed rape yields in the main production provinces of China

表 2 中國冬油菜主產區的油菜氮肥用量和偏生產力Table 2 Nitrogen rates and partial factor productivity of winter oilseed rape in the main production provinces of China

3 討論

3.1 國內外油菜生產差異分析

歐洲各國油菜生育期內的氣候條件較為接近，年平均氣溫在9℃左右 (春油菜季和冬油菜季分別為14 ℃和6 ℃)，年降水量約為600 mm (春油菜季和冬油菜季分別為250 mm和350 mm)；我國冬油菜主產區長江流域，油菜生育期 (220天左右[34]) 氣溫和降水量分別為13℃和650 mm[35]。國內外的氣候差異直接導致油菜品種特性和種植制度的不同，從而引起產量差和技術效率差。在輪作模式方面，國外往往以多年為一個輪作周期[22]，周期中包括春油菜和冬油菜，以及豌豆等豆科作物和小麥等糧食作物[36]；在我國，輪作周期往往為一年，春油菜區以一年一熟為主，冬油菜區主要與糧食作物輪作，如長江流域冬油菜與水稻、玉米等輪作，對土壤養分的耗竭較大。在品種選擇方面，國外有常規品種、雜交品種和半矮稈雜交品種[37]，另外，加拿大油菜全部為春油菜，生育期僅100～110天左右，澳大利亞以甘藍型夏油菜為主；國內油菜品種基本形成雙低、高產、多抗的品種特色[38]，由于生態環境的差異，春油菜品種有青海省的青雜系列，甘肅省的隴油系列，冬油菜區長江上游有蓉油、德油系列，中游有華油雜、湘油雜、贛油雜系列，下游有揚油、浙雙系列，另外有中雙、中油雜系列等，但區域局限性較大，且不同區域由于氣候條件和種植制度的差異，油菜生育期變幅約為187～255天[34]。在栽培管理技術方面，國外普遍采用全程機械化，播種密度為30～80株/m2，而國內機械化水平不高，農戶多采用人工播種或移栽，直播和移栽密度約為30～45和9～12萬株/hm2；國外施肥充分考慮土壤的基礎養分供應能力以確定氮肥的基肥用量，磷、鉀肥用量普遍較低，均作為基肥施用，且重視硫肥的施用，而國內施肥多以經驗為主，重施氮肥，忽視磷、鉀肥，常施用硼肥以防土壤缺硼，另外，也有施用鋅肥增產的報道[39]。

圖3 不同土壤供氮能力下達到目標產量所需的氮肥量Fig. 3 Nitrogen demands for the target yields under different soil indigenous nitrogen supply (INS)

表 3 中國冬油菜主產區的油菜節氮潛力評估Table 3 Nitrogen saving potential for winter oilseed rape in the main production provinces of China

3.2 我國冬油菜氮肥施用存在的問題及解決途徑

過量施肥是肥料利用率低的最主要原因[40]，完善和改進配套的施肥技術，并以此應用到田間實際生產，是維持作物產量的同時減少肥料施用的關鍵。針對我國油菜氮肥施用時存在的問題，提出以下措施為實現氮肥減施增效提供科學依據。

表 4 未來不同情境下油菜高產高效節氮潛力評估Table 4 Evaluation of nitrogen saving potential for high yield and high efficiency of winter oilseed rape under different scenarios in the future

農戶在播種或移栽前，多采用撒施的方式施用，并對表層土壤進行翻扒，相比而言，集中施用更能減少氮素損失。同等氮肥用量和運籌下，直播條施或移栽穴施較表面撒施可獲得更高的產量和氮肥利用率[41]。基施深度一般控制在8～10 cm左右，過淺可能會抑制苗期根系的生長，難以滿足后期養分需求；過深時氮肥殘留多、利用率低，且勞動成本高[42–43]。

基于不同田塊對氮肥的響應，我國油菜氮肥推薦用量約為90～325 kg/hm2[7]，區域適宜氮肥用量的確定也有不同的推薦方法，如肥料效應函數法、氮素營養診斷等。研究表明，基于土壤供氮能力優化氮肥用量，湖北省水稻在無產量損失的同時，氮肥用量可減少12%[11]；隨著土壤基礎供氮能力的提高，長江流域油菜最佳氮肥用量由200 kg/hm2降低到162 kg/hm2[12]。因此，以土壤供氮能力為基礎，進一步調整區域氮肥用量將有助于氮肥減量增效。

油菜氮素吸收可分為吸收期和降低期[44]，吸收期包括苗期、越冬肥和蕾薹期，降低期的分界點約從花期開始，因此，氮肥施用時期可分為基肥、苗肥、越冬肥、蕾薹肥和花肥，其中追施花肥增產效果不明顯[45]，且不易操作。針對油菜不同時期對氮素的需求，氮肥施用次數有1～4次，普遍推薦基肥50%～60%、越冬肥 (苗肥) 20%和薹肥20%～30%施用[7]。

我國尿素消費量占總氮肥的70%左右，氮肥形態單一，而歐洲油菜主要氮肥來源以硝酸銨鈣為主[3]。有研究表明，純銨態氮肥或硝態氮肥與尿素處理相比，油菜產量無明顯提高，但不同硝銨配比可影響油菜根系構型，其中以硝銨比為1∶3時效果最佳[43]。另外，高效氮肥如緩/控釋氮肥、添加硝化/脲酶抑制劑的氮肥和專用配方肥等，在不同作物上的研究均表現出降低勞動成本、減少氮素損失、提高氮肥利用率的效果[47–48]。從目前的研究來看，秸稈還田的增產效果存在一定的爭議[49]。相同施肥條件下，長期秸稈還田可使油菜獲得較為穩定的增產效果[50]。針對不同輪作，油菜前茬一般有水稻、玉米、棉花等秸稈，由于不同還田秸稈腐解速率及氮素供應量的差異，往往需要結合氮肥運籌技術，從而達到氮肥減施的目標。有機肥常與化肥配施，有研究顯示有機肥比例為10% 時，油菜產量較高，但由于研究的局限性，該比例可能需要進一步研究確定[51]。

合理增加直播油菜種植密度可節省氮肥的施用，且能獲得油菜的高產。油菜越冬期氣候干燥、寒冷，生長緩慢，高密度可維持較高的存活率，從而保證收獲密度。油菜產量隨種植密度的增加表現為先增加后降低，高氮高密度可能會減少有效光合面積及透光率，抑制生長[52]。在相同的目標產量下，油菜增密種植可減少22.9%～30.6%的氮肥用量[53]。

3.3 稻油輪作中油菜施肥與栽培技術

水稻–油菜輪作是長江中下游主要的輪作制度之一，針對稻油輪作中油菜氮肥減施提出以下配套栽培措施。直播種植密度一般在25～30株/m2左右，可增密到40株/m2左右，移栽種植密度一般在5～8株/m2左右，可增密到12株/m2左右；生育前期保證氮肥充足供應，以保證幼苗發育和存活，即氮肥適當前移；配合磷肥約50～80 kg/hm2，鉀肥約75～90 kg/hm2，硼肥約10～15 kg/hm2，均采用基施；肥料基施深度在10 cm左右；選擇合適的氮肥形態，如硝銨比為1∶3或緩控釋肥和尿素比例為6∶4。

4 結論

目前我國油菜產量約為1800 kg/hm2，低于世界平均水平，且近十年處于停滯狀態，其中長江流域冬油菜各主產省產量差異較大，主要集中在1500～2100 kg/hm2。氮肥用量與歐洲平均水平相當，但氮肥偏生產力遠低于發達國家；農戶水平氮肥需求量約為116 × 104t，根據當前國內推薦施氮水平可節省16.0 × 104t氮。地力水平是一定區域范圍內節氮潛力的主要制約因素，對于當前的油菜品種，隨著目標產量的提高，需不斷改善相應的氮素管理策略，才能進一步減少氮肥的施用，提高氮肥利用率。

[1]FAO. FAOSTAT[EB/OL]. http://faostat.fao.org, 2016.

[2]中華人民共和國國家統計局. 2016中國統計年鑒[EB/OL].http://www.stats.gov.cn, 2016.National Bureau of Statistics of China. China statistical yearbook[EB/OL]. http://www.stats.gov.cn, 2016.

[3]IFA. IFADATA[EB/OL]. http://ifadata.fertilizer.org, 2016.

[4]Bouchet A S, Laperche A, Bissuel–Belaygue C, et al. Nitrogen use efficiency in rapeseed. A review[J]. Agronomy for Sustainable Development, 2016, 36(2): 1–20.

[5]魯劍巍. 中國油菜生產的高產高效氮素管理[J]. 中國農業科學,2016, 49(18): 3504–3505.Lu J W. Nitrogen management with high yield and high efficiency for oilseed rape in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(18):3504–3505.

[6]徐華麗. 長江流域油菜施肥狀況調查及配方施肥效果研究[D]. 武漢: 華中農業大學碩士學位論文, 2012.Xu H L. Investigation on fertilization and effect of formulated fertilization of winter rapeseed in Yangtze River Basin[D]. Wuhan:MS Thesis of Huazhong Agricultural University, 2012.

[7]任濤, 魯劍巍. 中國冬油菜氮素養分管理策略[J]. 中國農業科學,2016, 49(18): 3506–3521.Ren T, Lu J W. Integrated nitrogen management strategy for winter oilseed rape (Brassica napus L.) in China[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(18): 3506–3521.

[8]Dobermann A, Witt C, Abdulrachman S, et al. Soil fertility and indigenous nutrient supply in irrigated rice domains of Asia[J].Agronomy Journal, 2003, 95(4): 913–923.

[9]中華人民共和國農業部. 到2020年化肥使用量零增長行動方案[EB/OL]. http://www.moa.gov.cn, 2015.Ministry of Agriculture of China. Achieving zero growth in synthetic fertilizer use by 2020[EB/OL]. http://www.moa.gov.cn, 2015.

[10]Ray D K, Ramankutty N, Mueller N D, et al. Recent patterns of crop yield growth and stagnation[J]. Nature Communications, 2012, 3(4):187–190.

[11]Wang W, Lu J, Tao R, et al. Evaluating regional mean optimal nitrogen rates in combination with indigenous nitrogen supply for rice production[J]. Field Crops Research, 2012, 137: 37–48.

[12]Li H, Cong R, Ren T, et al. Yield response to N fertilizer and optimum N rate of winter oilseed rape under different soil indigenous N supplies[J]. Field Crops Research, 2015, 181: 52–59.

[13]Cong R, Li H, Zhang Z, et al. Evaluate regional potassium fertilization strategy of winter oilseed rape under intensive cropping systems: Large-scale field experiment analysis[J]. Field Crops Research, 2016, 193: 34–42.

[14]王寅. 直播和移栽冬油菜氮磷鉀肥施用效果的差異及機理研究[D]. 武漢: 華中農業大學博士學位論文, 2014.Wang Y. Study on the different responses to nitrogen, phosphorus,and potassium fertilizers and the mechanisms between direct sown and transplanted winter oilseed rape [D]. Wuhan: PhD Dissertation of Huazhong Agricultural University, 2014.

[15]Rathke G W, Christen O, Diepenbrock W. Effects of nitrogen source and rate on productivity and quality of winter oilseed rape (Brassica napus, L.) grown in different crop rotations[J]. Field Crops Research,2005, 94(2–3): 103–113.

[16]Rathke G W, Behrens T, Diepenbrock W. Integrated nitrogen management strategies to improve seed yield, oil content and nitrogen efficiency of winter oilseed rape (Brassica napus, L.): A review[J].Agriculture Ecosystems and Environment, 2006, 117(2–3): 80–108.

[17]Ulas A, Erley G S A, Kamh M, et al. Root-growth characteristics contributing to genotypic variation in nitrogen efficiency of oilseed rape[J]. Journal of Plant Nutrition and Soil Science, 2012, 175(3):489–498.

[18]Pahlmann I, B?ttcher U, Sieling K, et al. Possible impact of the Renewable Energy Directive on N fertilization intensity and yield of winter oilseed rape in different cropping systems[J]. Biomass and Bioenergy, 2013, 57(4): 168–179.

[19]Sieling K, Kang N, Kage H. Application of pig slurry—First year and residual effects on yield and N balance[J]. European Journal of Agronomy, 2014, 59: 13–21.

[20]Ulas A, Behrens T, Wiesler F, et al. Defoliation affects seed yield but not N uptake and growth rate in two oilseed rape cultivars differing in post-flowering N uptake[J]. Field Crops Research, 2015, 179: 1–5.

[21]Findeklee F K, Horst W. Contribution of nitrogen uptake and retranslocation during reproductive growth to the nitrogen efficiency of winter oilseed-rape cultivars (Brassica napus L.) differing in leaf senescence[J]. Agronomy, 2016, 6(1): 1.

[22]Hegewald H, Koblenz B, Wenschdorendorf M, et al. Impacts of high intensity crop rotation and N management on oilseed rape productivity in Germany[J]. Crop and Pasture Science, 2016,67(3–4): 439–449.

[23]White C A, Roques S E, Berry P M. Effects of foliar-applied nitrogen fertilizer on oilseed rape (Brassica napus)[J]. Journal of Agricultural Science, 2013, 153(1): 42–55.

[24]Roques S E, Berry P M. The yield response of oilseed rape to plant population density[J]. Journal of Agricultural Science, 2015, 154(2):1–16.

[25]Barlog P, Grzebisz W. Effect of timing and nitrogen fertilizer application on winter oilseed rape (Brassica napus, L.). I. Growth dynamics and seed yield[J]. Journal of Agronomy and Crop Science,2004, 190(5): 305–313.

[26]Jankowski K J, Budzyński W S, Za?uski D, et al. Using a fractional factorial design to evaluate the effect of the intensity of agronomic practices on the yield of different winter oilseed rape morphotypes[J].Field Crops Research, 2016, 188: 50–61.

[27]Hocking P J, Mead J A, Good A J, et al. The response of canola(Brassica napus L.) to tillage and fertiliser placement in contrasting environments in southern NSW[J]. Australian Journal of Experimental Agriculture, 2003, 43(11): 1323–1335.

[28]Brennan R F, Bolland M D A. Influence of potassium and nitrogen fertiliser on yield, oil and protein concentration of canola (Brassica napus L.) grain harvested in south-western Australia[J]. Australian Journal of Experimental Agriculture, 2007, 47(8): 976–983.

[29]Brennan R F, Bolland M D A. Comparing the nitrogen and phosphorus requirements of canola and wheat for grain yield and quality[J]. Crop and Pasture Science, 2009, 60(6): 566–577.

[30]Gan Y, Blackshaw R E, May W E, et al. Yield stability and seed shattering characteristics of canola in the northern great plains[J].Crop Science, 2016, 56(3): 1296–1305.

[31]Syrovy L D, Shirtliffe S J, Zarnstorff M E. Yield response to early defoliation in spring-planted canola[J]. Crop Science, 2016, 56(4):1981–1987.

[32]Buttar G S, Thind H S, Aujla M S. Methods of planting and irrigation at various levels of nitrogen affect the seed yield and water use efficiency in transplanted oilseed rape (Brassica napus, L.)[J].Agricultural Water Management, 2006, 85(3): 253–260.

[33]Sardana V, Sheoran P. Production potential of canola oilseed rape(Brassica napus) cultivars in response to nitrogen and sulphur nutrition[J]. Indian Journal of Agricultural Sciences, 2011, 81(3):280–282.

[34]王寅, 魯劍巍. 中國冬油菜栽培方式變遷與相應的養分管理策略[J]. 中國農業科學, 2015, 48(15): 2952–2966.Wang Y, Lu J W. The transitional cultivation patterns of winter oilseed rape in China and the corresponding nutrient management strategies[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(15): 2952–2966.

[35]中國氣象數據網. 中國地面氣候資料日值數據集[EB/OL].http://data.cma.cn/, 2015.Data of China Meteorological Administration. Daily climate dataset in China[EB/OL]. http://data.cma.cn/, 2015.

[36]Sieling K, Christen O. Crop rotation effects on yield of oilseed rape,wheat and barley and residual effects on the subsequent wheat[J].Archives of Agronomy and Soil Science, 2015, 61(11): 1531–1549.

[37]Roques S E, Berry P M. The yield response of oilseed rape to plant population density[J]. Journal of Agricultural Science, 2015, 154(2):1–16.

[38]王漢中. 中國油菜品種改良的中長期發展戰略[J]. 中國油料作物學報, 2004, 26(3): 98–101.Wang H Z. Medium-term and long-term developing stratagem of variety improvement of China rape[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2004, 26(3): 98–101.

[39]Wang Y, Li J, Gao X, et al. Winter oilseed rape productivity and nutritional quality responses to zinc fertilization[J]. Agronomy Journal, 2014, 106(4): 1349–1357.

[40]張福鎖, 王激清, 張衛峰,等. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑[J]. 土壤學報, 2008, 45(5): 915–924.Zhang F S, Wang J Q, Zhang W F, et al. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement[J]. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 915–924.

[41]余常兵, 謝立華, 胡小加, 等. 油菜氮肥的輕簡施用技術[J]. 中國油料作物學報, 2012, 34(6): 633–637.Yu C B, Xie L H, Hu X J, et al. Simplified application technique of nitrogen fertilizer on rapeseed[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2012, 34(6): 633–637.

[42]蘇偉. 油菜輕簡化生產中幾項養分管理關鍵技術的初步研究[D].武漢: 華中農業大學碩士學位論文, 2010.Su W. Preliminary study on several crucial technologies about nutrient management of simplified cultivation of rapeseed [D].Wuhan: MS Thesis of Huazhong Agricultural University, 2010.

[43]張岳芳, 周煒, 王子臣, 等. 氮肥施用方式對油菜生長季氧化亞氮排放的影響[J]. 農業環境科學學報, 2013, 32(8): 1690–1696.Zhang Y F, Zhou W, Wang Z C, et al. Effects of nitrogen fertilizer application modes on nitrous oxide emissions during growing season of oilseed rape (Brassica napus)[J]. Journal of Agro-Environment Science, 2013, 32(8): 1690–1696.

[44]劉曉偉. 冬油菜養分吸收規律及不同養分效率品種特征比較研究[D]. 武漢: 華中農業大學碩士學位論文, 2011.Liu X W. Study on nutrient absorption of oilseed rape and characteristics compare in different nutrient efficiency types [D].Wuhan: MS Thesis of Huazhong Agricultural University, 2011.

[45]韓自行, 張長生, 王積軍, 等. 氮肥運籌對稻茬免耕油菜農藝性狀及產量的影響[J]. 作物學報, 2011, 37(12): 2261–2268.Han Z H, Zhang C S, Wang J J, et al. Effects of nitrogen application on agronomic traits and yield of rapeseed in no-tillage rice stubble field[J]. Acta Agronomica Sinica, 2011, 37(12): 2261–2268.

[46]張萌. 不同形態氮肥配施對直播冬油菜生長、根系形態及光合特性的影響[D]. 武漢: 華中農業大學碩士學位論文, 2015.Zhang M. Effects of nitrogen forms on the growth, root morphology and photosynthetic characteristics of direct sown winter oilseed rape[D]. Wuhan: MS Thesis of Huazhong Agricultural University,2015.

[47]孫志梅, 張闊, 劉建濤, 等. 氮肥調控劑對潮褐土中不同氮源氮素轉化及油菜生長的影響[J]. 應用生態學報, 2012, 23(9): 2497–2503.Sun Z M, Zhang K, Liu J T, et al. Effects of nitrogen regulators on fertilizer nitrogen transformation in meadow cinnamon soil[J].Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(9): 2497–2503.

[48]李小坤, 王素萍, 魯劍巍, 等. 多元長效油菜專用肥的適宜用量研究[J]. 中國油料作物學報, 2011, 33(6): 593–597.Li X K, Wang S P, Lu J W, et al. Application quantity of multinutrient and long-effect special fertilizer for rapeseed[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2011, 33(6): 593–597.

[49]張維樂, 戴志剛, 任濤, 等. 不同水旱輪作體系秸稈還田與氮肥運籌對作物產量及養分吸收利用的影響[J]. 中國農業科學, 2016, 49(7):1254–1266.Zhang W L, Dai Z G, Ren T, et al. Effects of nitrogen fertilization managements with residues incorporation on crops yield and nutrients uptake under different paddy-upland rotation systems[J]. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(7): 1254–1266.

[50]劉禹池, 曾祥忠, 馮文強, 等. 稻–油輪作下長期秸稈還田與施肥對作物產量和土壤理化性狀的影響[J]. 植物營養與肥料學報, 2014,20(6): 1450–1459.Liu Y C, Zeng X Z, Feng W Q, et al. Effects of long-term straw mulch and fertilization on crop yields and soil physical and chemical properties under rice-rapeseed rotation[J]. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2014, 20(6): 1450–1459.

[51]田昌, 彭建偉, 宋海星, 等. 有機肥化肥配施對冬油菜養分吸收、籽粒產量和品質的影響[J]. 中國土壤與肥料, 2012, (4): 70–74.Tian C, Peng J W, Song H X, et al. Effect of organic manure fertilizer on winter rapeseed nutrient uptake, grain yield and quality[J]. Soil and Fertilizer Sciences in China, 2012, (4): 70–74.

[52]楊士芬. 氮肥和密度對直播冬油菜冠層結構及群體特征的影響[D]. 武漢: 華中農業大學碩士學位論文, 2014.Yang S F. Effect of nitrogen fertilizer and planting density on canopy structure and population characteristic of winter rapeseed with direct seeding treatment [D]. Wuhan: MS Thesis of Huazhong Agricultural University, 2014.

[53]朱珊, 李銀水, 余常兵, 等. 密度和氮肥用量對油菜產量及氮肥利用率的影響[J]. 中國油料作物學報, 2013, 35(2): 179–184.Zhu S, Li Y S, Yu C B, et al. Effects of planting density and nitrogen application on rapeseed yield and nitrogen efficiency[J]. Chinese Journal of Oil Crop Sciences, 2013, 35(2): 179–184.

Potential analysis on winter oilseed rape production under reducing nitrogen input and increasing its efficiency in China

ZHANG Zhi, CONG Ri-huan, LU Jian-wei*
( College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University/Key Laboratory of Arable Land Conservation in Middle and Lower Reaches of Yangtze River, Ministry of Agriculture, Wuhan 430070, China )

【Objectives】Evaluation of nitrogen fertilizer saving potential in oilseed rape under the national plan of zero growth in chemical fertilizers would be meaningful for the development of high yield and high efficiency for oilseed rape production.【Methods】The statistical dataset (2005–2014), literature dataset (after 2000),fertilization dataset (2005–2015) and investigation dataset (2009–2011) were combined in our study for quantifying the oilseed rape yield gap and partial factor productivity of nitrogen (PFPN) gap in domestic and abroad and determining the nitrogen saving potential of recommended level compared to farmers’ level in the major winter oilseed rape producing provinces. The nitrogen saving potential of winter oilseed rape under the different scenarios in the future was explored using the Quantitative Evaluation of the Fertility of Tropical Soils(QUEFTS) model.【Results】The statistical results showed that oilseed rape yield in China was approximate with that in the world (1800 kg/hm2) in the past ten years, and winter oilseed rape yields were mainly from 1500 to 2100 kg/hm2, but lower than those in Europe. The national yield increase was at a low level, and appeared to yield stagnation. The investigation results showed that the nitrogen rates at the farmers’ level were generally higher with an average of 188 kg/hm2. Combination of the planting area (6238×103hm2) and recommended nitrogen rate (162 kg/hm2) for winter oilseed rape, the nitrogen saving potential was calculated, i.e. 16.6×104t.And the main nitrogen saving provinces were Jiangsu, Hunan, Hubei, and Sichuan. Considering that soil indigenous nitrogen supply (INS) is a critical factor for the yield potential and nitrogen saving potential, the N supply levels were divided into low, middle and high according to the nitrogen uptakes of the nitrogen omission treatments of N 30, 50 and 70 kg/hm2(corresponding yields were about 500, 1000 and 1500 kg/hm2), respectively.On the basis of farmers’ level, the recommendation level was set as the scenario Ⅰ, and PFPNamounts increased by every 5 units were set as the scenarios Ⅱ (foreign normal level), Ⅲ (foreign medium level), and Ⅳ (foreign high level). The result showed that nitrogen demand was improved by increasing target yield, and the increment was growing bigger. Under the low level of INS and the target yield was more than 2500 kg/hm2, nitrogen rate could be saved only when the foreign normal level was reached. Under the middle or high levels of INS, nitrogen saving capacity was sufficient when different target yields were achieved.【Conclusions】Combination of INS,target yield of oilseed rape and other agricultural measures was crucial for accomplishing high yield, high efficiency and nitrogen saving.

winter oilseed rape; yield gap; partial factor productivity of nitrogen; scenario analysis;QUEFTS model

2017–03–09 接受日期：2017–04–15

國家重點研發計劃項目（2016YFD0200108）；國家油菜產業技術體系建設專項（CARS-13）；中央高校基本科研業務費專項資金（2662016PY117）資助。

張智（1990—），男，安徽安慶人，博士生，主要從事土壤培肥與養分平衡管理研究。E-mail：zz2012@webmail.hzau.edu.cn。* 通信作者 魯劍巍(1967—)，男，湖北黃岡人，博士，教授，主要從事作物營養與現代施肥技術研究。E-mail：lunm@mail.hzau.edu.cn