有機肥配施化肥對直播油菜產量及養分吸收利用的影響

王 慧，卜容燕，韓 上，程文龍，李 敏，唐 杉，胡現榮，武 際*，郭子琪，周錦寒

（1．安徽省農業科學院土壤肥料研究所/養分循環與資源環境安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230031；2．當涂縣農業技術推廣中心，安徽 馬鞍山 243100；3．安徽農業大學資源與環境學院，安徽 合肥 230036；4．北京林業大學環境科學與工程學院，北京 100083）

近些年來在農業生產中過分依賴化肥和化肥過量使用現象比較普遍，這不僅降低作物對養分的吸收利用效率，影響作物的產量和品質，并引起了一系列的環境問題，如土壤酸化，土壤養分失調，面源污染以及農產品品質降低等［1-2］。針對這些突出問題，全國深入開展和推進“化肥使用量零增長行動”，確保化肥的減量增效，其中增加有機肥，實現化肥的有機替代是“化肥農藥兩減”綜合技術體系中的重要技術手段。有機肥來源非常廣泛，2016年我國畜禽糞便共計6.5億t，秸稈量約9億t，商品有機肥的使用量大概為2200多萬t，以有機肥形式的用量約為1000萬t［3］，加大有機肥的施用和推廣力度對2020年實現化肥使用量零增長和雙減政策有重要意義。

有機肥不僅含有豐富的有機質、氨基酸等有機養分，也含有氮、磷、鉀以及微量元素等養分，施用有機肥料能夠提高土壤養分含量、改善土壤的理化性質和提升微生物活性，從而對作物的生長發育和產量等產生影響［4-5］。但是有機肥中的養分含量較低、肥效慢，作物生長中最需要養分的時候有機肥不能及時的供應，不足以維持植物的生長需求，導致有機肥不能充分發揮作用。而化肥可以提供作物所需的大部分的營養元素，肥效作用快。將有機肥和化肥配合施用不僅可以緩解過量施肥帶來的土壤質量退化，還能滿足作物在各生育期對養分的需求、改善作物品質和提高肥料利用率［5-8］。

油菜是我國重要的油料作物，且是一種對氮肥需求高和氮素缺乏敏感的作物，氮素是影響油菜產量的最主要養分因素［9］。合理的施肥措施可以有效促進油菜生長發育，增加養分吸收和提高籽粒產量［10］。長江流域是我國冬油菜的主產區，常年種植油菜的面積約為1300萬hm2［10-11］。在安徽沿江流域耕地以中低產田為主，土壤環境亟待改善，作物復種指數高，產量水平高，農田養分消耗大，且偏重氮肥，忽略磷鉀肥、微量元素供應以及土壤持續培肥等因素，致使該地區油菜肥料利用率低，施肥效益差等問題，因此有機-無機養分配施有利于該區域培肥地力，提高化肥利用率［9，12-13］。因此，如何實現在油菜生產種植中保證油菜產量的同時，降低化肥投入量，確保油菜種植節肥增效，提高肥料利用效率是該區域在油菜種植中亟須解決的問題。同時與育苗移栽油菜相比，直播油菜不需要育苗和移栽環節，直接播種入大田，具有操作簡單、省時省工、經濟效益好，有利于機械化播種和收獲的優點；且直播油菜較移栽油菜相比，其根系發達，主根粗長，吸收深層土壤養分和水分能力以及抗旱和抗倒能力都相對較強［14］。同時隨著長江中下游油菜生產機械化程度不斷提高以及農村勞動力結構的改變，使直播油菜逐漸成為該區域主要的種植方式［15］。

本研究在安徽沿江流域開展直播油菜的有機肥替代化學氮肥的裂區試驗，通過分析直播油菜產量、產量構成因子、養分吸收積累以及肥料利用率，研究該區域不同量氮肥配施有機肥在直播油菜生產中的增產減肥潛力，確定配施有機肥下合適的氮肥施用量，為沿江流域直播油菜生產中化肥減量有機替代技術的推廣提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗于2018年10月至2019年6月在安徽省馬鞍山市當涂縣開展。該地處于長江中下游，中緯度區域，屬亞熱帶季風氣候，年平均氣溫15.7℃，平均無霜期233 d。土壤為長江河流沖積物母質上發育的潮土。

1.2 試驗設計

采用裂區試驗，主處理為有機肥用量，包括0、2250 kg/hm2兩個水平。副處理為氮肥用量，包括0、90、135、180、225、270 kg/hm2共6個 水 平。小 區面積50 m2，每個處理3次重復。其中氮肥按照60%基肥+20%提苗肥+20%越冬肥比例施用，磷（75 kg/hm2）、鉀（75 kg/hm2）肥按照推薦用量作基肥一次性施用。有機肥由南京農業大學資源與環境學院提供，其中：含水量63.5%、N 2.22%、P2O56.94%、K2O 2.11%、有效活菌數≥2億/g、有機質≥50%、氨基酸≥1%。肥料品種包括尿素（N 46%）、過 磷 酸 鈣（P2O512%）、氯 化 鉀（K2O 60%）、硼砂（B 10.8%）和有機肥。每個處理均施用硼砂9.0 kg/hm2做基肥。供試油菜品種為浙雜903號，播種量為6 kg/hm2。播種方式為直播，前茬作物為水稻，水稻秸稈全部移出。

1.3 樣品采集與分析

在油菜基肥施用前和油菜收獲后，采用多點采樣法采集0～20 cm耕層土樣，經風干、磨細、過篩后，按常規方法測定土壤的基礎理化性質［16］。供試土壤的基本理化性質為：有機質26.37 g/kg，全氮1.81 g/kg，有效磷11.69 mg/kg，速效鉀69.31 mg/kg，pH 7.58。

試驗前，將每個小區劃定成兩塊，一塊用作試驗取樣，另一塊用作產量收獲。油菜成熟期在每個小區選擇長勢相對一致、具有代表性的油菜進行采集，分為莖稈、角殼和籽粒，于105℃殺青30 min，60℃恒溫烘干稱重，測定其生物量，然后將植物樣品粉碎、過篩后，用H2SO4-H2O2聯合消煮，半微量凱氏法測定全氮含量，鉬銻抗比色法測定全磷含量，火焰光度法測定全鉀含量。

1.4 數據分析

化肥偏生產力（kg/kg）=施氮后作物產量/施氮量；

氮肥農學效率（kg/kg）=（施氮區作物產量-不施氮區作物產量）/施氮量；

氮肥貢獻率（%）=（施氮區油菜產量-不施氮區油菜產量）/施氮區油菜產量×100。

采用Excel 2010進行數據分析和圖表處理，SPSS 17.0進行方差分析、多重比較（Duncan）。

2 結果與分析

2.1 油菜產量及產量構成因素

施入普通化肥和有機肥的油菜的產量見表1。在單施化肥處理中，不施化肥的油菜產量最低，且隨著氮肥施用量的增加而增加。在氮肥施入270 kg/hm2（N270）時，產量達到最高，為3310 kg/hm2，顯著高于不施肥處理（N0）177.14%，但與N135、N180、N225之間差異不顯著。通過線性加平臺模型［y=1071+14.07x，0

在有機肥處理中，油菜產量隨著施氮量的增加呈現先增加后降低的趨勢，施用有機肥的油菜產量在N180+OM處理達到最高，為3947 kg/hm2，顯著高于N0+OM處理49.98%；也比N270+OM處理的產量顯著增加14.08%，但N180+OM處理與N135+OM處理之間差異不顯著。在施氮量相同的情況下，油菜施用有機肥的產量均明顯高于施用普通化肥，增產量在351～1510 kg/hm2，其中不施氮肥下有機肥處理（N0+OM）比不施有機肥（N0）增產量最高（增產量為1510 kg/hm2）；施入氮肥270 kg/hm2下，有機肥處理的油菜產量與施化肥處理之間增量最低（增產量351 kg/hm2）。同時只施化學氮肥270 kg/hm2的油菜產量與施化學氮肥90 kg/hm2配施有機肥處理的產量相當，二者之間只相差167 kg/hm2，也即在配施有機肥的條件下，施化肥90 kg/hm2的油菜產量可以達到施加270 kg/hm2化肥的肥效。單施化肥的油菜產量在施用化肥135 kg/hm2基本達到平衡，維持在3070～3110 kg/hm2，且沒有顯著性差異；但在配施有機肥情況下，氮肥施加135～180 kg/hm2油菜的最高產量可達3833～3947 kg/hm2，顯著地提高有機肥對油菜的增產潛力。

通過方差分析表明，氮肥用量和肥料類型對油菜產量的影響都達到了顯著水平，但二者的交互作用效果不顯著，表明施加化肥和有機肥都對油菜產量提升具有積極的作用。

從表2可以看出，在單施化肥各處理中，隨著施氮量的增加，油菜單株角果數逐漸增加，在N270處達到最高；角粒數則隨著施氮量的增加出現先增加后降低的趨勢，在施氮量為180 kg/hm2（N180）時達到最高，并顯著高于其他處理；各處理的千粒重差異不顯著。施用有機肥的處理中，N135+OM和N180+OM處理的油菜單株角果數最多，并顯著高于其他處理，為N0+OM處理的2.13～2.36倍；角 粒 數 為20.3～24.9，其 中N135+OM、N180+OM和N225+OM顯著高于其他處理；N180+OM處理的千粒重最大，為3.79 g，但各處理的千粒重差異不明顯。

通過油菜產量與產量構成因子之間的相關性可知（表3），施用普通化肥的各處理產量的提升與油菜的角果數相關性較高；配施有機肥后油菜的產量與油菜角果數和角粒數之間的相關性都達到顯著水平。因此，施氮肥可以通過增加油菜的角果數增加油菜產量，配施有機肥后在增加角果數的同時還可以通過增加角粒數提高油菜產量。

表3 油菜產量與產量構成因素之間的相關分析

2.2 油菜成熟期的養分累積

2.2.1 油菜成熟期的氮素累積量

施用有機肥和普通氮肥對油菜成熟期氮素累積的影響見表4。根據油菜各部位氮素累積量來看，籽粒中的氮素累積量最大，占地上部的79.42%～83.78%，莖稈和莢殼中占比較小。與不施氮（N0+OM）相比，施用氮肥配施有機肥的莖稈、莢殼、籽粒的氮素累積量分別增加了16.04%～54.81%、18.86%～40.66%、21.6%～59.68%。配施有機肥的情況下，莖稈和莢殼的氮素累積量均以N225+OM處理最高，N180+OM處理籽粒的氮素累積量最高，為123.21 kg/hm2，當施氮量超過180 kg/hm2時，籽粒的氮素累積量則開始下降，說明過多施氮量不宜于油菜籽粒的氮素累積。N180+OM處理與N135+OM、N225+OM、N270+OM處理籽粒的氮素累積量之間差異不顯著。在不施用有機肥下，莖稈、籽粒、莢殼的氮素累積量在N270處理達到最高，且與N180處理均未達顯著性差異。同時由表4可以看出，增施有機肥處理的地上各部位的氮素累積量都顯著高于普通尿素的處理。相同氮肥投入下，增施有機肥的各處理油菜籽粒的氮素累積量平均比普通尿素高出23.99%～149.11%。說明有機肥的施用可以提高油菜各部位的氮素累積量，促進氮素在油菜籽粒中的儲存。

表4 施用有機肥和化肥對冬油菜成熟期地上部氮素累積量的影響 （kg/hm2）

2.2.2 油菜成熟期的磷素累積量

單施尿素處理的地上部的莖稈磷素累積量最低，籽粒磷素累積量最高，占地上部總磷素累積量的90.15%～93.63%（表5）。籽粒的積累量在N270處理達到最高,單施化肥處理的莖稈磷素積累量差異不顯著，莢殼磷素積累量隨著施氮量增加呈增加趨勢。

表5 施用有機肥和化肥對冬油菜成熟期地上部磷素累積量的影響 （kg/hm2）

在配施有機肥下，N135+OM莖稈磷素累積量最大，達到1.00 kg/hm2；莢殼和籽粒在施氮量為180 kg/hm2時達到最大，磷累積量分別為1.69、24.29 kg/hm2；隨后繼續增加施氮量地上部的夾殼和籽粒磷累積量逐漸下降，特別是莢殼的降低達到顯著性差異，說明隨著施氮量的繼續提高，籽粒和莖稈的磷素積累量都出現降低，其中對莖稈的影響最為明顯。同時N135+OM、N225+OM與N180+OM處理莢殼和籽粒的磷累積量差異不顯著；而N270+OM與N135+OM、N180+OM處理相比，莖稈和籽粒的磷素累積量差異不明顯，但是莢殼磷素積累量顯著降低。

同時對比單施化肥和配施有機肥各處理，在相同氮施用量下，配施有機肥的油菜莖稈、莢殼和籽粒的磷素累積量均明顯高于普通化肥，說明施用有機肥可以提高油菜地上各部位的磷累積量。通過方差分析發現氮肥用量、肥料類型顯著影響了油菜的地上部分磷累積量，但二者的交互作用不明顯（表5）。

2.2.3 油菜成熟期的鉀素累積量

由表6可以看出，施用有機肥和化肥的各處理中，莢殼中的鉀累積量占比最大，占48.80%～60.52%，而籽粒中的鉀累積量最小。不施用有機肥的情況下，在施氮量為135 kg/hm2時，油菜莖稈中的鉀累積量達到最大，當施氮量大于135 kg/hm2，莖稈的鉀素積累量逐漸降低；而莢殼和籽粒均以N270處理最高，且與N135處理差異不顯著。在配施有機肥下，莖稈和莢殼在施氮量為135 kg/hm2時鉀累積量達到最大，分別為58.13和87.02 kg/hm2。在不施氮時（N0+OM）籽粒的鉀素積累量最低，并與其它處理達到顯著性差異，在N180+OM處理達到最大，施氮的各處理之間差異不顯著。

表6 施用有機肥和化肥對冬油菜成熟期地上部鉀素累積量的影響 （kg/hm2）

在相同施氮量下，配施有機肥處理的莖稈、莢殼和籽粒的鉀素積累量均高于單施化肥處理。通過方差分析表明氮肥用量、肥料類型均顯著影響鉀素的累積總量，但二者的交互作用不明顯。

2.3 氮肥利用率

氮肥的施用量和肥料類型均影響了直播油菜的偏生產力、農學效率和氮肥貢獻率（表7）。在單施化肥處理和化肥與有機肥配施中，氮肥各處理偏生產力均隨著施氮量增加而逐漸降低，并達到顯著性差異，即施氮量的增加降低了油菜的氮肥偏生產力。比較氮肥農學效率，在單施化肥中當施氮量大于135 kg/hm2，氮肥的農學效率隨著施氮量的增加而逐漸降低；而在配施有機肥處理中氮肥農學效率隨著施氮量的增加而逐漸降低，并達到顯著性差異。對比氮肥貢獻率，單施化肥處理中N90處理的氮貢獻率最低，只有48.72%，在N270處理氮肥貢獻率最高，達到63.94%，但各個處理之間差異不顯著。在配施有機肥處理中，氮肥貢獻率在N180+OM處理最高，之后隨著施氮量的增加而降低，但各個處理之間的氮肥貢獻率之間差異均未達到顯著。

表7 施用普通化肥和有機肥配施下直播冬油菜的氮肥利用率

3 討論

3.1 配施有機肥對油菜產量的影響

在本研究中隨著施氮量的增加，在單施化肥中油菜產量隨著施氮量的增加而增加，在施氮量為135～180 kg/hm2，油菜產量達到平衡。因此施氮量并不是越高越好，氮肥施用量過高則會導致油菜營養器官對氮素過分吸收，不利于油菜增產。我國油菜的適宜施氮量為90～325 kg/hm2，不同地區之間變幅較大，洞庭湖平原油菜適宜施氮量為180 kg/hm2，湖北省油菜適宜施氮量為150 kg/hm2，江浙油菜主產區冬油菜的氮肥適宜用量為180～270 kg/hm2，安徽江淮地區在一次性基施的條件下氮肥用量為180 kg/hm2［9，17-20］。本試驗的結果再次明確了安徽沿江區域油菜氮肥的最佳施用量。

單施有機肥（N0+OM）與N0相比油菜產量增產134.57%，說明有機肥可以在油菜苗期提供必需的養分，在油菜生殖生長期間持續提供養分，可以在一定程度提高氮磷鉀含量，促進油菜增產。在相同氮肥用量下有機肥對油菜的增產效果顯著。在施用氮肥180 kg/hm2的基礎上增施有機肥，油菜的產量有顯著提高，施用有機肥處理的產量比單施普通尿素增產867 kg/hm2，高出28.16%。施用有機肥與普通氮肥相比，有機肥施用可以提高油菜的單株角果數和角粒數，提高油菜產量。單株角果數、角粒數和千粒重這3個因素是影響油菜產量的主要因素，其中角果數對油菜產量的影響較大。一些研究者用谷殼粉、餅肥等做成有機肥施用，認為有機肥可以通過提高油菜的有效角果數，促進油菜增產［21-22］；有機肥替代化肥10%時角粒數與油菜產量達到顯著性相關，角粒數增加促進油菜增產［23］。同時研究認為直播冬油菜應該保證較高植株密度上增加單株角果數更有利油菜增產［24］。本研究條件下，配施有機肥處理的單株角果數比單施氮處理高出41.88%～155.11%，同時角粒數也顯著提高。通過相關關系分析，在有機肥配施條件下，角粒數和角果數與油菜產量的提升緊密相關。這主要由于有機肥養分釋放緩慢，可以在油菜生長后期持續提供養分，特別到了生殖生長期間，提高油菜角果數和角粒數。

在有機肥處理中施氮量為135 kg/hm2時，有機肥的角果數達到最大，產量也達到最高，為3833 kg/hm2，繼續增加施氮量，油菜的產量先增加平緩，然后因為施肥過量而開始下降，增產率從49.98%降低到41.39%，角果數的增長率從135.40%降低到77.20%。合理的施氮量可以提升油菜的角果數，從而達到增產的效果，超過一定的施肥量，不利于角果的生長，也會導致油菜產量的下降。

本研究中單施化肥處理下，隨著施氮量的增加，油菜的產量不斷提高，施氮量為135～180 kg/hm2，油菜產量達到平衡；且在相同氮肥用量下有機肥對油菜的增產效果顯著。利用線性加平臺方程擬合結果表明，在單施化肥下，氮肥最佳用量為141 kg/hm2，此時平臺產量為3005 kg/hm2；施用有機肥2250 kg/hm2時，施氮90 kg/hm2時油菜的產量已經達到3277 kg/hm2，且高于單施氮肥的平臺產量。因此相對于最佳氮肥推薦用量（141 kg/hm2），施用有機肥2250 kg/hm2可以替代36.17%的氮肥，具有明顯的化肥減施作用。另外，化學氮肥180 kg/hm2配施有機肥達到最高的產量，比單施化學氮肥平臺產量提高29.32%。

3.2 配施有機肥對油菜生長期養分累積量的影響

在本研究中，隨著施氮量的增加，油菜的氮素累積量不斷增加，當施用普通尿素處理和施用有機肥處理施肥量分別超過180和135 kg/hm2時，氮素的累積量逐漸下降，成熟期油菜的磷和鉀累積量也有相同的規律。在適宜施氮量的情況下，氮素首先向籽粒提供營養，再向莖稈和角殼中分配；施氮量過多則會導致養分向營養器官轉移，導致莢殼和莖稈中吸收過多的氮素。因此過量施氮不利于養分累積量的提高。

相對于普通尿素，施用氮肥的基礎上增施有機肥可以提高油菜各個部分的養分累積量，其中籽粒和地上部氮素累積量分別比單施化肥處理增加21.65～46.15和21.55～58.95 kg/hm2。有機肥與化肥配施既可以滿足油菜前期對養分的需求，又可以保證后期養分供應，增加氮素累積量從而提高產量。養分累積量為生物量與養分含量的乘積，與產量變化規律基本一致，養分含量變化幅度小，養分積累量由生物量決定，所以有機肥配施化肥可促進油菜對養分的吸收，有利于植株生長和產量的提高。

3.3 配施有機肥對肥料利用率的影響

本試驗中配施有機肥后氮肥的偏生產力、農學效率和氮肥貢獻率都顯著升高，分別比相同施氮量提高了11.29%～49.84%、17.66%～102.25%和5.72%～34.98%。這也說明了有機肥配施可以顯著提高氮肥利用率。一方面有機肥本身就含有一定的營養元素，可以在化學肥料基礎上繼續給油菜提供養分，有助于提升直播冬油菜產量；另一方面有機肥的施用可以改善土壤理化性質，提高土壤速效養分，改善土壤物理結構，為油菜的生長提供更好的微環境，提高油菜對養分的吸收能力和肥料利用能力［4，8］。在單施氮肥平臺產量為3005 kg/hm2，氮肥最佳用量為141 kg/hm2時，油菜的偏生產力和農學效率分別為21.65%和13.71%。而在配施有機肥下施用氮肥90 kg/hm2，油菜產量（3277 kg/hm2）與平臺產量最接近的情況下，油菜的偏生產力和農學效率分別為36.41%和23.96%，有機肥配施在減氮36.17%的基礎上不僅增加油菜產量，還顯著提升氮肥偏生產力（68.18%）和農學效率（74.76%）。

增施有機肥比單施氮肥處理顯著提升直播冬油菜的產量以及成熟期氮磷鉀養分累積量，特別在不施氮肥條件下，增施有機肥比不施肥處理分別提升油菜產量134.57%，氮磷鉀養分積累量61.28%、51.48%和54.65%（表1，表4～6）。這主要由于直播冬油菜在出苗至越冬期表現出相對于移栽冬油菜更快的養分積累速率，特別是氮磷的養分累積在直播冬油菜前期增長更快［24］，并且直播冬油菜苗期生長量和養分積累量是決定產量的關鍵因素［24-25］。在加入等量氮肥下，特別是低量氮肥條件下，通過增施有機肥可以向土壤補入油菜生長所需的氮、磷、鉀以及微量元素等養分，活化提升土壤養分的有效性，增加直播油菜苗期養分供給量，增強油菜幼苗期光合作用，增加油菜個體的生物量，從而更好抵御冬季逆境脅迫，提高直播油菜越冬期、抽薹期物質積累，保證油菜產量的提升，促進直播冬油菜成熟期養分積累［25］。同時與移栽相比，直播冬油菜具有較好的根系結構，更有利于直播冬油菜吸收利用土壤的養分，包括增施的有機肥，增加其對養分吸收積累，提高肥料利用率。另外，相比移栽冬油菜主要發揮個體優勢提高產量，直播冬油菜主要依靠群體優勢，而施用氮肥下增施有機肥，在一定群體密度下有利于直播冬油菜個體優勢的發揮，在本試驗中增施有機肥提高直播冬油菜的單株角果數和角粒數（表3），進而提升油菜產量。因此直播油菜種植生產中，減施化學氮肥時，配施有機肥不僅可以補償因為氮肥減施引起的苗期油菜養分供給不足的問題，保證直播冬油菜苗期對養分吸收利用；還能提升單株油菜的角果數、角粒數，發揮直播冬油菜個體優勢，進而增加直播冬油菜的產量和養分累積量，提升氮肥利用率。

4 結論

（1）單施氮肥下隨著施氮量的增加，施氮量到135 kg/hm2后油菜產量基本穩定；經線性加平臺計算獲得氮肥最佳用量為141 kg/hm2時，油菜達到平臺產量（3005 kg/hm2）。

（2）普通氮肥135～180 kg/hm2配施有機肥2250 kg/hm2時油菜的產量達到最高；在相同施氮量下配施有機肥油菜增產11.29%～134.57%，且隨著施氮的增加，增產率逐漸降低；當施入90 kg/hm2氮肥配施有機肥時的油菜產量比單施氮肥油菜平臺產量略高，并可減施化肥36.17%。

（3）普通氮肥配施有機肥通過提高油菜的角果數和角粒數促進油菜增產，同時還顯著提高油菜的氮、磷和鉀的積累。有機肥配施化肥也可以顯著提高油菜的氮肥偏生產力、農學效率和氮肥貢獻率；施用氮肥90 kg/hm2配施有機肥的偏生產力和農學效率比單施氮肥達到平臺產量時分別提升68.18%和74.76%。