黃綿土區甘藍型冬油菜生產品質與土壤質量對不同配肥的響應

張建學,王芙蓉,楊志奇,雷建明,俄勝哲,王亞宏

(1.甘肅省天水市農業科學研究所，甘肅天水 741001; 2.甘肅省農業科學院 土壤肥料與節水農業研究所，蘭州 730070)

北方黃綿土區主要分布在甘肅中東部、陜西北部、山西西部，該區域氣候干旱，土壤肥力差，農業生產水平低。冬油菜因抗寒耐旱、抗病耐瘠薄和適應性強成為該區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的研究[4]，北方黃綿土區冬油菜種植區域逐年增加。肥料是農作物生產中對產量貢獻最為關鍵的因素，在作物豐產穩產及品質潛力發揮方面起著不可替代的作用[5-6]。甘藍型油菜因其株型大產量高而需肥更為顯著[7]，但生產中因施肥不當造成的減產或肥料浪費等問題在中國油菜種植區域也普遍存在[8]。不同作物在相同環境下及相同作物在不同環境下對肥料的需求及產量品質響應不同，王繼玥等[9]研究發現，油菜施肥對產量品質的影響效果因品種、生態環境、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，各生態區應以具體栽培品種及環境情況為依據，研究制定高效合理的肥料施用方案[11-12]。北方冬油菜區域土壤以黃綿土為主，基于該生態背景的油菜肥料試驗研究以往主要以白菜型冬油菜為主[13-15]，甘藍型冬油菜在該生態區域的施肥研究鮮見報道。本試驗以黃綿土區為生態環境背景，研究了長年施肥土壤及不同肥料配施對甘藍型冬油菜的生長發育、經濟性狀和產量品質，以及土壤性質的影響，以期預測長期不同施肥處理對冬油菜生產品質及土壤質量的影響，為該區域甘藍型冬油菜種植提供合理施肥參考，并對土壤質量進行科學預測。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017-2018年在天水市農業科學研究所中梁試驗站進行(105°40′E，34°33′N)，該地海拔1 650 m，日照時數2 100 h，年均氣溫11 ℃，無霜期約180 d，降雨量450～650 mm，作物依賴雨養，屬半干旱山區。試驗地土壤為中壤黃綿土，整體地勢平坦，各區肥力均勻，前茬種植小麥。

1.2 試驗材料及試驗設計

供試材料為‘天油14號’，由天水市農業科學研究所選育，為北方強冬性甘藍型油菜品種。試驗所用肥料及其養分情況如表1所示。

表1 供試肥料來源及其養分構成Table 1 The source and nutrient composition of fertilizer

試驗以裂區隨機區組排列，3次重復，小區面積33.32 m2，每小區15行，處理間距0.33 m，株距8～10 cm，重復間設0.5 m寬走道，四周設1.0 m保護行。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，開溝器劃行后人工撒播，3～5葉期間苗，密度約2.0 萬株/667 m2。試驗設計為2因素4水平再裂區試驗，主處理為不施有機肥、施有機肥，副處理為不施肥、氮肥單施、氮磷肥配施、氮磷鉀肥配施，共8個處理，即CK(不施肥對照)、N(單施氮肥)、NP(施氮磷肥)、NPK(施氮磷鉀肥)、M(單施有機肥)、MN(有機肥與氮肥配施)、MNP(有機肥與氮磷肥配施)、MNPK(有機肥與氮磷鉀肥配施)。施肥量為：有機肥(雞糞)7 500 kg/hm2， 純氮150 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。供試肥料：有機肥(當地養雞場購買)，氮肥為尿素(含N 46.40%)中國石油蘭州石化公司生產，磷肥為過磷酸鈣(含P2O512%)云南安寧萬合磷肥廠生產，鉀肥為硫酸鉀(K2O≥50%)西安潤豐肥料有限公司生產。

1.3 試驗測定指標及取樣測定方法

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0～20 cm耕作層土壤樣品，每個小區內均勻布點采5鉆，混勻后四分法取樣，每個土樣采集1.0 kg。物候期分別記載播種、出苗、五葉、枯葉、返青、現蕾、初花、盛花、成熟、收獲的時間。越冬前及返青后調查各小區油菜成活株數。成熟后在每個小區中隨機取20株，測定株高、分枝部位、一次分枝數、二次分枝數、主花序有效長度、全株有效角果數、角果長度、角粒數、千粒質量、單株產量。收割時每小區單打單收，記載小區籽粒產量、秸稈產量，多點混合采集、制備籽粒樣品。

越冬率=返青后株數/越冬前株數×100%。

收獲指數=收獲后籽粒產量/收獲后秸稈產量×100%。

肥料貢獻率=(處理產量-對照產量)/處理產量×100%。

采用Microsoft Excel 2010對試驗數據進行整理及制作圖表，使用IBM SPSS statistics 19的單因素方差分析比較均值及Duncan’s法檢驗差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 甘藍型冬油菜生育進程對不同肥料處理的響應

試驗于2017-08-29播種，2018-07-10收獲。分別記載各處理的生育期時間，統計各處理不同生育期至播種時期之間的間隔時間。

通過對生長發育至各時期所累積天數的分析(表2)，結果顯示：肥料的施用增加了甘藍型冬油菜的全生育2～9 d，其中N處理生育期最長達295 d，較對照增加了9 d，其次為MN處理生育期為294 d，較對照增加8 d， NP、NPK、MNP、MNPK處理生育期較對照增加6 d，為292 d，單施有機肥生育期增加2 d，為288 d。由于播種時沒有形成充足降雨，出苗期持續較長，CK處理及N處理苗期達30 d，NPK處理苗期縮短3 d，NP處理及所有施用有機肥的處理苗期縮短了5 d，為25 d。N與CK處理枯葉期時間一致，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27 d，其他處理花期較對照增加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 甘藍型冬油菜經濟性狀對不同施肥處理的響應

不同施肥處理對甘藍型冬油菜主要經濟性狀的影響見表3，施肥顯著增加了甘藍型冬油菜株高，主處理間有機肥配施處理株高>不施有機肥處理株高，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137.90 cm，較對照增高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處理相對分枝位置最低。不同肥料處理對甘藍型冬油菜的總分枝個數及角果長度影響不顯著。施肥增加了主序總角果個數，MNPK及MN處理主序角果個數最多，分別較對照增加23及20個。肥料的施用顯著增加了單株角果數，施用有機肥較不施有機肥單株角果數平均增加91.21個，MNPK單株角果數最多為268.00個，較對照增加 293.77%，另外N、NP、NPK、M、MN、MNP處理單株角果數分別較對照增加了91.01%、 120.50%、171.07%、146.72%、224.63%、 253.48%。千粒質量僅MNPK較對照降低 0.36 g，其他處理與對照無顯著差異。

2.3 冬油菜產量及越冬率對不同施肥處理的 響應

不同施肥處理對冬油菜的產量及越冬率有不同影響(表4)。單施氮肥越冬率較對照降低 21.75%，其他肥料處理越冬率與對照無顯著差異。冬油菜產量在施肥處理下較對照顯著增加，有機肥配施較不施有機肥增產更為顯著，其中MNPK產量最高為3 418.38 kg/hm2，較對照增產 2 782.12 kg/hm2，增幅437.26%，其他處理按照增產排序依次為MNP>NPK>MN>NP>M>N，分別較對照增產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，較對照增產幅度依次為366.98%、350.47%、 253.30%、248.11%、147.64%、79.72%。收獲指數MNPK最高，達0.42，顯著高于對照0.12個百分點。

2.4 油菜籽粒品質對不同施肥處理的響應

有機肥與氮磷鉀肥配施對甘藍型油菜籽粒品質影響不同(表5)。MN、MNP、N處理蛋白質質量分數顯著增加，M處理蛋白質質量分數顯著降低，蛋白質積累與油分的積累存在此消彼長的現象。M處理含油量最高達48.55%，較對照增加2.49個百分點，蛋白質質量分數最低為18.23%，較對照降低4.14個百分點。MNP處理蛋白質質量分數最高為23.57%，而其含油量最低為 43.68%。各處理芥酸質量分數差異不顯著。M處理硫甙質量摩爾濃度為92.11 μmol/g，比對照處理低10.25 μmol/g，差異顯著，其他肥料處理硫甙質量摩爾濃度較對照無顯著差異。有機肥及氮磷鉀肥的不同配施對油菜籽粒中芥酸、油酸、亞麻酸、棕櫚酸的質量分數較對照未形成顯著差異。

表3 不同施肥處理甘藍型油菜主要經濟性狀Table 3 Main economic traits of Brassica napus L.under different fertilization

注：不同小寫字母表示方差分析結果在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 甘藍型油菜產量及越冬率對不同肥料處理的響應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Table 5 Quality rape seed of different fertilizers

2.5 不同施肥處理對種植甘藍型冬油菜前后土壤化學性質差異分析

甘藍型油菜種植前不同肥料處理間土壤化學性質差異主要來源于試驗處理肥料的直接施用、長期施肥對土壤的影響，以及土壤本底值情況，收獲后不同處理間土壤化學性質差異來自肥料、土壤及甘藍型冬油菜種植生長過程的相互影響 (表6)。

在甘藍型冬油菜收獲后對同樣的土壤指標進行檢測，結果發現，施肥處理土壤全氮質量分數顯著高于對照，其中有機肥配施無機肥的MNP、MNPK、MN處理土壤全氮質量分數顯著高于有機肥單施及無機肥施用的M及NPK、NP、N處理。全磷質量分數除氮肥單施其他處理均顯著高于對照，其中MNPK、MNP>NPK、NP、MN、M。全鉀質量分數各處理間無顯著差異。水解氮質量分數均顯著高于對照，質量分數排序為MNPK、MN>MNP、M、NP>N、NPK>CK。速效磷質量分數除N處理其他肥料處理均顯著高于對照，按照質量分數高低排序為MNPK、MNP>M、MN>NP、NPK。MNPK處理速效鉀質量分數顯著高于對照，N、NP處理顯著低于對照，其他處理與對照無顯著差異。土壤有機質質量分數以MNPK、MNP、MN、NPK、M處理均顯著高于對照。收獲后各肥料處理土壤pH顯著低于對照，其中MN、MNPK的pH最低，分別低與對照 0.18、0.15。土壤全鹽均顯著高于對照，其中MNPK最高，較對照高0.02。

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

對甘藍型冬油菜種植前、后的土壤各指標差值變化進行分析(圖1)，土壤全氮質量分數在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。土壤全磷質量分數除CK及N處理有所降低外，其他處理收獲后未減少。土壤全鉀質量分數收獲后均顯著低于種植前。土壤全鹽質量分數在種植后均未降低。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變化。土壤有機質在甘藍型冬油菜種植后均未降低，NPK及有機肥配施無機肥種植甘藍型冬油菜后土壤有機質顯著增加，其中以MNPK有機質增加最多。

3 討 論

3.1 不同肥料配施對甘藍型冬油菜經濟性狀、產量及品質的影響

長期施肥及環境演變使冬油菜種植區域土壤肥力穩步上升，但速效養分缺失面積增大，施肥對油菜產量的貢獻率增加，油菜豐產栽培必須建立在科學施肥的基礎上[16]。施肥是油菜栽培最關鍵的增產措施，是直接影響油菜生長的因素。本試驗結論表明，肥料施用延長甘藍型冬油菜全生育期，單施氮肥與對照苗期最長，比其他處理苗期延遲3～5 d，加之單施氮肥終花期到達時間最晚，

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

3.2 甘藍型冬油菜種植與土壤化學性質的相互響應

土壤、肥料、作物之間存在相互影響作用，該試驗區塊未長期施肥前(1981年)最初土壤0～20 cm基礎化學性質如下：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，有機質質量分數1.19%。長期定位施肥試驗結果表明施肥增加了黃綿土區土壤有機質及氮磷鉀質量分數，土壤pH降低[14]。甘藍型冬油菜種植后土壤全鉀質量分數顯著下降，土壤全氮質量分數在CK和M處理收獲后降低，土壤全磷質量分數在CK及N處理降低，不施肥及單施氮肥土壤種植甘藍型冬油菜后土壤氮磷鉀質量分數較種植前下降至接近土壤最初本底值。土壤pH在甘藍型冬油菜種植后除MNP處理均降低，因MNP處理種植前pH已顯著低于對照。土壤水解氮及速效鉀收獲后與種植前的增減規律一致，土壤速效磷僅MNP收獲后顯著下降。土壤有機質在甘藍型冬油菜種植后均未降低，NPK及MN、MNP、MNPK處理種植甘藍型冬油菜后土壤有機質顯著增加，其中以MNPK處理有機質增加最顯著。因此，種植甘藍型冬油菜不施肥或單施氮肥時無法滿足其生產的肥料需求，不但會減產減收，還會對土壤消耗過大。種植冬油菜應在有機肥配施氮磷鉀肥的基礎上適當補充鉀肥，以滿足甘藍型冬油菜整個生育期用肥需求。

4 結 論

肥料施用延長甘藍型冬油菜全生育期，縮短了苗期，延長了花期，延緩了冬前油菜生長進程。單施氮肥使苗期生長較快，不利越冬，全生育期增延。黃綿土區施肥顯著增加了冬油菜株高、角果數和產量，且肥料配施增產效果優于單施，有機肥與無機肥配施增產效果優于氮磷鉀肥單獨施用。等量施肥對甘藍型冬油菜的產量貢獻率大于白菜型冬油菜。肥料對籽粒蛋白質及油分的積累作用效果剛好相反，有機肥配施較無機肥單獨施用增加了蛋白質質量分數，減少含油量，有機肥單施能顯著降低硫甙含量。甘藍型冬油菜施肥增產效果顯著，不施肥或肥料供應不足時減產顯著，土壤營養顯著消耗，不利于達到增產增收的目的。各處理以MNPK處理優于其他處理對甘藍型冬油菜產量、經濟性狀、籽粒品質及對土壤有機質的提升效果顯著，油菜收獲后土壤全鉀質量分數顯著下降，可在此有機肥配施氮磷鉀肥的基礎上適量提升鉀肥比例，以達到豐產優質及培肥養地的種植效果。