施氮量對遲播油菜氮素利用和產量品質的影響

李小勇，顧熾明，劉康，廖星，黃威，楊志遠，秦璐

施氮量對遲播油菜氮素利用和產量品質的影響

李小勇1，顧熾明1，劉康1，廖星1，黃威2，楊志遠3，秦璐1

1中國農業科學院油料作物研究所/農業農村部油料作物生物學與遺傳育種重點開放實驗室，武漢 430062；2湖北省黃岡市農業科學院，湖北黃岡 438000；3應城市農業技術推廣中心，湖北應城 432400

【】長江流域多熟制模式下，油菜播種推遲，引起產量低、品質差。為探究施氮量對遲播油菜氮素利用和產量、品質的影響，本研究通過測定不同施氮量下遲播油菜產量構成、農藝性狀、養分積累、籽粒品質，以期探明遲播油菜最佳施氮量。以甘藍型油菜品種中油雜19為材料，在湖北應城、黃岡進行大田裂區試驗，設置2個播期（常規播期S1，10月10日；遲播S2, 11月10日）為主區，4個施氮量（N0：不施氮肥；N1：120 kg·hm-2；N2：240 kg·hm-2；N3：360 kg·hm-2）為副區。（1）遲播（S2）顯著降低油菜籽粒產量，增加氮肥施用量，不同播期油菜單株角果數、每角果粒數及千粒重均有顯著上升趨勢，與N0相比，在N1、N2和N3處理下，籽粒產量在常規播期下兩地平均增加31.9%、68.6%和79.8%，在遲播下兩地平均增長36.0%、82.3%和87.3%；（2）播期推遲，油菜根頸粗、株高、分枝起點高度和根系干重均顯著下降，地上部干重增加，根冠比下降。增加氮肥施用量，不同播期油菜根頸粗、株高及分枝起點高度增加，地上及根系干重均上升，但根冠比呈現下降趨勢；此外，與N0相比，在N1、N2和N3下，倒伏角度在正常播期下兩地平均增加162.7%、254.7%和374.7%，在遲播下兩地平均增長105.5%、208.7%和303.1%，即增施氮肥加重了倒伏的發生；（3）推遲播期，油菜根系氮含量和氮積累量均下降；籽粒氮含量上升而氮積累量下降、含油率下降；莖稈、角果殼氮含量變化不顯著，但氮積累量顯著上升。增加氮肥施用量，各部位氮含量和氮積累量增加，含油率下降，但產油量呈上升趨勢，在240 kg·hm-2施氮量水平時，產油量在兩個播期下均達最大，應城分別為1 830.5和1 534.5 kg·hm-2，黃岡分別為1 535.1和1 220.0 kg·hm-2。籽粒氮素利用率也達最高，應城分別為34.88%和31.14%，黃岡分別為27.95%和25.48%。籽粒氮素利用率與籽粒產量和產油量呈極顯著正相關，與倒伏角度不相關，因此可以通過提高籽粒氮素利用率提高籽粒產量和產油量，同時不加重倒伏發生。增加氮肥施用可提高遲播油菜產量，但氮肥施用應控制在240 kg·hm-2左右，以控制倒伏進一步加劇，并獲得最大產油量。

油菜；播期；施氮量；產量；產油量

0 引言

【研究意義】油菜是我國重要的油料作物，種植面積及總產均占世界的18%左右[1]。長江流域是我國糧油主產區，隨著對夏季糧食、經濟作物產量需求增加，生育期延長，收獲時期推遲，同時秋季雨水頻繁，導致油菜遲播情況在該產區逐漸頻繁。因此，研究遲播情況下氮肥調控對油菜產量品質影響的作用機制，對遲播油菜栽培管理有重要理論參考意義。【前人研究進展】播期推遲，油菜播種后出苗率降低[2]，田間雜草增加，雜草與植株之間產生肥料競爭，肥料利用率下降[3-4]；由于進入冬季前期生長周期有限，越冬期植株長勢較弱，葉片數較少，地上干重較正常播期植株降低顯著，同時根部干重較正常播期低，越冬前油菜苗情較弱，生長發育后期易出現倒伏，降低籽粒品質，且油菜植株生物量及產量減少，油菜氮素利用率下降[5-7]。為彌補遲播引起的冬前苗情弱小問題，可增加肥料施用量，以起到快速促苗增收的效果[8-9]。前人研究也發現，遲播后增加氮肥施用提高了冬前苗期葉片數，增加葉綠素含量，光合速率增加，提高了單株角果數，起到了明顯增產的效果，且長勢較弱，增施氮肥效果更好[4,10]。實際生產中，為了起到促苗增產的效果，農戶往往增加肥料施用，但施肥多，生產成本增加，效益低，制約了我國油菜生產的發展[11]。過量施氮還會導致植株根冠比下降，倒伏面積及倒伏角度增加[12]，菌核病發病率提高[13]，光能利用率下降[14]，地上部營養生長過旺，抑制生殖生長，降低肥料利用率[15]，減產的同時，油菜籽粒品質也進一步降低[16]。對于遲播油菜，過量施氮引起的危害更為嚴重。大量的氮肥施用造成遲播油菜越冬前幼苗瘋長，葉片含水量增加，遇到極端雨雪低溫氣候時，更加易受凍害影響，也會降低后期籽粒產量[17]。因此適當的氮肥施用可起到增產增收的效果，而農戶關于遲播油菜施氮量的多少主要憑經驗，遲播油菜氮肥提苗技術及調控機制還需進一步研究。【本研究切入點】綜上，前人關于播期和施氮量對油菜產量及倒伏影響的研究較多，但是很少研究播期和施氮量互作下，油菜各部位氮含量累積特征及其與產量、品質的關系。【擬解決的關鍵問題】基于此，本研究圍繞不同施氮量對遲播油菜產量及品質的影響，測定油菜植株不同部位氮含量，成熟期油菜倒伏，籽粒產量、品質，探究各部位氮素吸收、倒伏與產量品質之間的關系，為指導遲播油菜科學施肥提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點、土壤狀況及材料

試驗于2019年9月至2020年5月在湖北應城祥豐農場及黃岡現代農業科技示范園試驗基地進行，圖1為兩試驗基地日平均氣溫（國家氣象局）。試驗地前茬均為芝麻，9月上旬收獲，秸稈粉碎翻壓還田，采用翻耕直播的方式。應城試驗田土壤養分狀況為：堿解氮153 mg·kg-1、速效磷17.29 mg·kg-1、速效鉀167.82 mg·kg-1，黃岡試驗田土壤養分狀況為：堿解氮132 mg·kg-1、速效磷14.16 mg·kg-1、速效鉀154.21 mg·kg-1。試驗材料為中國農業科學院油料作物研究所培育的甘藍型油菜品種中油雜19。

圖1 不同試驗點日平均氣溫

1.2 試驗設計

采用裂區試驗設計，以不同播期為主區，分別是常規播期2019年10月10日（S1），遲播2019年11月10日（S2）；4個施氮量為裂區，分別為N0：不施氮；N1：施氮120 kg·hm-2；N2：240 kg·hm-2；N3：360 kg·hm-2。采用條播方式播種，密度為45萬株/hm2，2020年5月15日收獲。

整地前氮肥總量70%尿素（含氮量46%），與過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 60%）及硼砂按90、120、15 kg·hm-2統一基施。基施肥料撒于地表，用旋耕機將肥料與耕層土壤混勻。出苗后去窩堆苗，3—5葉期定苗。5葉期施用氮肥總量30%尿素（含氮量46%）作苗肥。采用“三溝”配套，廂溝、腰溝均為寬0.30 m、深0.20 m，圍溝寬0.30 m、深0.30 m。小區面積為20 m2（2 m×10 m），每處理設3次重復。其他管理同農戶常規操作。

1.3 測定指標與方法

1.3.1 產量及產量構成 成熟期各小區連續取10株進行考種，考察單株有效角果數、每角果粒數、千粒重等產量構成指標，以小區實收產量計產。

1.3.2 籽粒品質 采用近紅外光譜掃描測定籽粒的含油率。產油量 = 籽粒含油率×大田實際產量。

1.3.3 農藝性狀相關指標 取成熟期各小區連續10株，考察根頸粗、株高、分枝起點高度。根頸粗為游標卡尺測定的子葉節下1 cm粗度；株高以子葉節至植株頂端的高度表示；分枝起點高度度為子葉節至第一分枝的高度。

1.3.4 根冠比及倒伏角度 取成熟期各小區連續10株，將根系及地上部于105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒重，測定干物質量并計算根冠比。倒伏角度為冠層最高點至子葉節連線與垂直方向的夾角。

1.3.5 器官氮含量 采用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮儀（KDY-9820）測各部位器官全氮。

器官氮積累量（kg·hm-2）= 植株器官氮含量（%）×各器官干物質重（kg·hm-2）；

籽粒氮素利用率（%）=[施氮區籽粒吸氮總量（kg）-不施氮區籽粒吸氮總量（kg）]/施氮量（kg）×100；

以籽粒產量為基礎的氮素生理效率（kg·kg-1）=籽粒產量（kg·hm-2）/地上部氮素積累量（kg·hm-2）。

1.4 數據處理與分析

數據采用SPSS 10.0軟件進行統計分析、Origin 9.0 軟件進行作圖。處理間比較采用最小顯著差法（Least significant difference，LSD）。

2 結果

2.1 產量及品質

2.1.1 產量及其構成 由表1可知，油菜播期推遲，單株角果數下降，每角果粒數和千粒重呈上升趨勢，單株產量和大田實際產量下降。隨施氮量增加，不同播期單株角果數、每角果粒數及千粒重增加，單株產量及大田實際產量上升。與N0相比，在N1、N2和N3下，籽粒產量在正常播期兩地平均增加31.9%、68.6%和79.8%，在遲播下兩地平均增長36.0%、82.3%和87.3%。兩個試驗點間變化趨勢一致。方差分析結果表明：單株產量、實際產量、單株角果數和每角果粒數受播期和施氮量影響達到極顯著水平，但受兩者之間的互作影響不顯著。千粒重受施氮量的影響顯著，但在不同試驗點受播期及播期與氮肥間互作影響有差異。

表1 播期和施氮量對油菜產量及產量構成的影響

S1、S2分別表示播期為10月10日和11月10日；N0、N1、N2和N3分別表示施氮量為0、120、240及360 kg·hm-2。表中同一列不同字母表示差異達 0.05 水平；*，**表示在0.05和0.01的水平差異，NS表示差異不顯著；S，播期；N，施氮量；S×N，播期和施氮量間的互作。下同

S1, S2 indicate the sowing date of 10thOctober and 10thNovember; N0, N1, N2 and N3 indicate the nitrogen rate of 0, 120, 240 and 360 kg·hm-2respectively. Different letters in the table indicate a difference of 0.05 levels; * and **, significant difference at 0.05, and 0.01 probability levels, respectively; NS, not significant; S, sowing date; N, nitrogen rate; S×N, mean the interaction variance analysis between sowing date and nitrogen rate, respectively. The same as below

2.1.2 籽粒品質 由圖2可知，隨油菜播期推遲和施氮量增加，油菜籽粒含油率下降。在產油量方面，遲播降低油菜籽粒產油量，但隨施氮量增加，不同播期油菜籽粒產油量均呈上升的趨勢，并在240 kg·hm-2施氮量時產油量達到最大，應城分別為1 830.5和1 534.5 kg·hm-2，黃岡分別為1 535.1和1 220.0 kg·hm-2。繼續增加施氮量，產油量變化不顯著。兩試驗點之間變化趨勢一致。

2.2 成熟期農藝性狀及倒伏角度

2.2.1 農藝性狀 如表2所示，隨著播期推遲，根頸粗、株高、分枝起點高度呈下降趨勢。隨施氮量增加，與N0相比，在N1、N2和N3下，遲播油菜根頸粗兩地平均增加47.5%、60.6%和85.6%，株高兩地平均增加7.9%、10.9%和14.1%，分枝起點高度兩地平均增加6.2%、13.2%和19.2%。兩個試驗點間變化趨勢一致。方差分析結果表明：油菜成熟期各農藝性狀指標均受播期和施氮量影響，根頸粗、分枝起點高度受播期和施氮量互作影響極顯著，而播期和施氮量互作并未顯著影響株高。

2.2.2 根冠比和倒伏角度 由圖3可知，隨播期的推遲，根系干重有下降趨勢，但地上部干重增加，根冠比降低。增加油菜施氮量，不同播期根系干重及地上部干重均呈現明顯上升趨勢，但地上部干重增長趨勢更加顯著，根冠比隨施氮量增加而下降，且兩個試驗點間變化趨勢一致。

圖2 不同播期和施氮量下油菜籽粒品質

表2 播期和施氮量對油菜成熟期農藝性狀的影響

圖3 不同播期和施氮量下油菜地上部干重、根干重和根冠比

由圖4可知，隨著播期推遲和施氮量增加，倒伏角度增加顯著。且隨著施氮量增加，與N0相比，在N1、N2和N3下，倒伏角度在正常播期兩地平均增加162.7%、254.7%和374.7%，在遲播下兩地平均增長105.5%、208.7%和303.1%，在360 kg·hm-2時倒伏角度達到最大，兩試驗點間變化趨勢一致。

2.3 不同部位氮含量及籽粒氮素利用率

2.3.1 器官氮含量及氮積累量 由表3可知，隨播期推遲根系氮含量呈下降趨勢，莖稈和角果殼氮含量變化不顯著，籽粒氮含量有上升趨勢。隨著施氮量增加，不同播期各器官氮含量上升顯著。在器官氮積累量方面，隨播期推遲，根系和籽粒氮素積累量下降，莖和角果殼氮積累量上升，隨施氮量增加，不同播期各器官氮素積累量上升顯著，且兩個試驗點間變化趨勢一致。方差分析結果表明：各器官氮含量受施氮量影響極顯著，根系和籽粒氮含量受播期影響極顯著，而莖稈和角果殼氮含量受播期影響不顯著，油菜根系氮含量受播期和施氮量互作影響極顯著，其他部位氮含量受播期和施氮量互作影響不顯著。在器官氮素積累方面，油菜各器官氮積累量受播期和施氮量影響極顯著，根系、莖稈和角果殼氮積累量受播期和施氮量互作影響極顯著，而籽粒氮積累量受播期和施氮量互作影響不顯著。

圖4 不同播期和施氮量下油菜倒伏角度

表3 播期和施氮量對油菜各器官氮含量和氮積累量的影響

2.3.2 籽粒氮素利用率及氮素生理效率 由圖5可知，隨播期推遲籽粒氮素利用率及氮素生理效率有下降趨勢，但黃岡試驗點遲播籽粒氮素利用率下降趨勢不顯著。增加施氮量，不同播期籽粒氮素利用率均在240 kg·hm-2時達最大，應城分別為34.88%和31.14%，黃岡分別為27.95%和25.48%，氮素生理效率隨施氮量增加而下降顯著。兩個試驗點之間總體變化趨勢基本一致。

圖5 播期和施氮量對氮素利用效率的影響

2.4 氮素累積與產量、品質和倒伏角度的相關性

由表4可知，大田籽粒產量與植株各器官氮素累積量及籽粒氮利用率呈顯著或極顯著正相關，與氮生理效率呈顯著負相關。籽粒含油率與各器官氮累積量呈極顯著負相關，與氮生理效率呈極顯著正相關。籽粒產油量與根系、籽粒氮積累量及籽粒氮利用率呈顯著或極顯著正相關。倒伏角度與各器官氮積累量呈顯著或極顯著正相關，與氮生理效率呈極顯著負相關。

表4 器官氮累積量與籽粒產量品質相關性分析

*，**表示在0.05和0.01水平上差異顯著*Significant at＜0.05,**Significant at＜0.01

3 討論

播期對油菜植株農藝性狀有顯著影響。播期推遲，植株長勢弱，株高、根頸粗下降，光能利用率降低[9,18]。適當增加肥料施用，改善株型，提高單株角果數，增加產量[19-20]。本試驗結果與前人研究結果基本一致。隨播期推遲單株有效角果數下降，每角果粒數和千粒重有上升趨勢。增加施氮量，不同播期各產量構成指標均上升，大田實際產量增加，遲播油菜施氮后大田實際產量較不施氮兩地平均增長36.0%、82.3%和87.3%，在360 kg·hm-2施氮量下產量達到最大值，但與240 kg·hm-2施氮量下產量差異性不顯著。

油菜植株倒伏與根系發育密切相關[21]，播期推遲，根部發育受限，根系干重較正常播期降低，根冠比下降，同時根頸粗減小，倒伏面積和倒伏角度增加[22-23]。也有觀點認為，適當增加施氮量，可促進根系生長，改善根冠比，倒伏發生減輕[13,24-25]。在本試驗中遲播條件下根頸粗降低，根系干重降低，地上部干重增加，根冠比下降，倒伏角度增加。而前人研究則發現播期推遲，地上部干重降低[6]，與本試驗結果不一致。可能與本試驗設置遲播播期偏晚，且冬季并未發生長期的低溫雨雪天氣（圖1）原因有關，植株越冬前養分消耗較少，開春后生長旺盛，養分利用集中在地上部。越冬溫度對植株各部位干物質積累的影響還需進一步研究。增加施氮量地上下部生物量均呈上升趨勢，而地上部增幅更大，根冠比降低，在360 kg·hm-2施氮量時倒伏角度達到最大，與N0相比，在N1、N2和N3下，倒伏角度在正常播期兩地平均增加162.7%、254.7%和374.7%，在遲播下兩地平均增長105.5%、208.7%和303.1%。經相關性研究發現，植株倒伏角度與各器官氮累積量呈顯著性正相關，而與氮生理效率極顯著負相關。倒伏作為影響籽粒產量和品質的重要因素[26]，需要適當控制施氮量，降低各器官氮素累積，提高氮生理效率，減小倒伏發生風險，以獲得更好的產量和品質。

油菜籽粒品質受遺傳因素的影響[27]，同時后期的栽培措施也對籽粒含油率有顯著影響，如：播期[28]、施氮量[29]、種植密度[30]等因素。隨著播期推遲，油菜籽粒出苗期推遲，生育期縮短[31]，干物質累計和根冠比下降[28]，光合作用減弱，光能利用率下降，籽粒含油率降低[32-33]。油菜是需氮較多的作物，油菜的高產需要以較多的氮素供應為保證。增加氮素供應可顯著提高油菜籽粒產量[15]。但是，增加氮素供應會限制碳代謝途徑，導致含油量的降低，蛋白質含量增加[34]。氮代謝所需的能量和碳架產生于光合碳代謝的，同時碳代謝與氮代謝競爭光合作用所產生的能量和中間產物[35]。只有協調好碳氮代謝之間的平衡，才能達到優質、高產的目的。本試驗結果表明，推遲播期籽粒產量及含油率下降，增加施氮量大田籽粒產量上升，但含油率下降顯著。在施氮量為240 kg·hm-2時，不同播期籽粒產油量達到最大，應城分別為1 830.5和1 534.5 kg·hm-2，黃岡分別為1 535.1和1 220.0 kg·hm-2，同時籽粒氮素利用率最高，應城分別為34.88%和31.14%，黃岡分別為27.95%和25.48%。經相關性研究分析發現，籽粒氮素利用率與籽粒產量、產油量呈極顯著正相關關系，而與含油率和倒伏角度關系不顯著，因此可以通過提高籽粒氮素利用率提高產量和產油量，同時不加重倒伏發生。增加施氮量可以一定程度提高籽粒產量，但要獲得最好的經濟效益和肥料利用效率，需要控制施氮量在240 kg·hm-2左右。

4 結論

油菜遲播增加每角果粒數和千粒重，降低油菜根頸粗、株高、分枝起點高度、單株角果數及大田實際產量，隨著施氮量增加，根頸粗、株高、分枝起點高度以及單株角果數、每角果粒數及千粒重均有顯著上升趨勢，地上部干重和大田實際產量增加顯著，但根冠比降低，倒伏角度增加，在360 kg·hm-2施氮量時籽粒產量達到最高，但與240 kg·hm-2施氮量籽粒產量水平差異不顯著。遲播油菜籽粒含油率下降。增加施氮量，植株根系和籽粒含氮量增加，產油量呈上升趨勢，在240 kg·hm-2施氮量時籽粒產油量及籽粒氮素利用率達到最大。綜上所述，增加氮肥施用可提高遲播油菜產量，但施氮量應控制在240 kg·hm-2左右，以控制植株倒伏，并獲得最大經濟效益。

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Effects of Nitrogen Application Rate on Nitrogen Use Efficiency, Yield and Quality of Late Sowing Rapeseed

LI XiaoYong1, GU ChiMing1, LIU Kang1, LIAO Xing1, HUANG Wei2, YANG ZhiYuan3, QIN Lu1

1Oil Crops Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Biology and Genetics Improvement of Oil Crops, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Wuhan 430062;2Huanggang Academy of Agricultural Sciences, Huanggang 438000, Hubei;3Yingcheng Agricultural Technology Extension Center, Yingcheng 432400, Hubei

【】Under the multi-cropping system in the Yangtze River Basin, the rapeseed sowing date was delayed, resulting in low yield and poor quality. In this study, in order to explore the effect of different nitrogen rates on the yield and seed quality of late sowing rapeseed, the related indexes of late sowing rapeseed, including yield and its components, agronomic characters, nutrient accumulation, grain quality, and so on, were measured under different nitrogen application levels in order to find out the best nitrogen rate of late sowing rapeseed. 【】 Field experiments were carried out in Yingcheng and Huanggang, Hubei province. A rapeseed variety“Zhongyouza19”was used as the material, and two sowing dates (S1,10th October; S2, 10th November) and 4 nitrogen rates (N0, 0; N1, 120 kg·hm-2; N2, 240 kg·hm-2; N3, 360 kg·hm-2) were set in this study. 【】(1) Late sowing of rapeseed significantly reduced the yield. With an increase in nitrogen rate, the pods per plant, seeds per pod and 1000-seed weight had a significant increase under different sowing dates. Compared with N0, the yield under N1, N2 and N3 was increased by 31.9%, 68.6% and 79.8% on average under normal sowing date, respectively, and increased by 36.0%, 82.0% and 87.3% on average under late sowing date, respectively. (2) With the sowing date delaying, the root crown diameter, plant height and branch height were decreased significantly, and the above-ground biomass were increased, whereas the root biomass and the root-shoot ratio were decreased. With an increase in nitrogen rate, the root crown diameter, plant height, branch height, the root and shoot biomass were increased, but the root-shoot ratio was decreased, in addition, the lodging angle were increased by 162.7%, 254.7% and 374.7% on average under normal sowing date, respectively, and increased by 105.5%, 208.7% and 303.1% on average under late sowing date, respectively. Lodging was more severe under higher nitrogen rate. (3) With the sowing date delaying, the nitrogen content and nitrogen uptake in the root were decreased. The nitrogen content in the seed was increased, but the nitrogen uptake and oil content in the seed were decreased. Then, the nitrogen content in the stem and the pod shell did not change significantly, but the nitrogen uptake increased significantly. With an increase in nitrogen rate, the nitrogen content and uptake in each part were increased and the oil yield also showed an increasing trend, but the oil yield (1 830.5 kg·hm-2and 1 534.5 kg·hm-2(Yingcheng), 1 535.1 kg·hm-2and 1 220.0 kg·hm-2(Huanggang)) and the seed nitrogen use efficiency (34.88% and 31.14% (Yingcheng), 27.95% and 25.48% (Huanggang)) reached the maximum at the nitrogen rate level of 240 kg·hm-2under different sowing dates. There was a significant positive correlation between seed nitrogen use efficiency and grain yield and oil yield, but there was no correlation with lodging angle. The grain yield and oil yield could be improved by increasing seed nitrogen use efficiency without aggravating lodging. 【】Increasing nitrogen rate could improve the yield of late sowing rapeseed, but the nitrogen rate should be controlled at about 240 kg·hm-2to further control lodging and obtain maximum oil yield.

rapeseed (L.); sowing date;nitrogen rate; yield; oil yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.17.014

2020-09-27；

2020-11-11

國家重點研發計劃（2018YFD0200904）、中國農業科學院創新工程（CAAS-ASTIP-2013-OCRI）

李小勇，E-mail：dashuai_17@163.com。通信作者秦璐，E-mail：qinlu-123@126.com

（責任編輯 李云霞）