鎂肥用量對(duì)直播冬油菜產(chǎn)量和鎂肥利用率的影響

陳少卿，耿國(guó)濤，王少華，周 雄，陸志峰，張洋洋，廖世鵬

（1.湖北省武穴市農(nóng)業(yè)局，湖北武穴 435400；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070）

湖北省多采用稻-油輪作的生產(chǎn)方式，而集約化生產(chǎn)需要大量的養(yǎng)分投入才能滿足作物生長(zhǎng)的需求［1，2］。但是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，農(nóng)民普遍重視氮、磷、鉀肥料，卻忽略了中微量元素的施用，作物收獲帶走大量養(yǎng)分卻得不到外源補(bǔ)充，導(dǎo)致了中微量元素的缺乏［3，4］，加之對(duì)中微量元素肥施用管理措施的缺乏，導(dǎo)致中微量元素缺乏成為限制油菜（Brassica campestrisL.）產(chǎn)量提高的重要因子。

鎂是作物生長(zhǎng)所必需的中量營(yíng)養(yǎng)元素，作物對(duì)其需求量較高［5-7］。油菜是中國(guó)重要的油料作物，對(duì)鎂缺乏十分敏感［8，9］。另外，湖北省大部分地區(qū)為亞熱帶季風(fēng)氣候，雨熱同期，并且該區(qū)域土壤pH 普遍較低，鎂的離子半徑較小、水合半徑較大等因素使得鎂離子容易通過徑流和淋洗等流失［10，11］，導(dǎo)致土壤鎂含量普遍偏低。因此，陸志峰等［12］提出鎂是油菜種植上除氮、磷、鉀、硼外另一種需要通過施肥的方式進(jìn)行補(bǔ)充的養(yǎng)分。直播油菜因省工省時(shí)、便于機(jī)械化生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)，種植比例逐漸增大，但存在對(duì)養(yǎng)分缺乏更加敏感等問題［13，14］。因此，確定冬播油菜鎂肥推薦用量及方法很有必要。本試驗(yàn)通過在湖北省武穴市梅川鎮(zhèn)開展直播油菜鎂肥用量田間試驗(yàn)，了解直播油菜施鎂效果，確定最佳的鎂肥用量，以期為油菜因地制宜生產(chǎn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)于2019 年10 月至2020 年5 月在湖北省武穴市梅川鎮(zhèn)郭坦村（30°06′47″N，115°35′55″E）進(jìn)行，前茬作物為水稻。土壤類型為花崗片麻巖發(fā)育的水稻土。基礎(chǔ)土壤（0～20 cm 耕層土壤）pH 為4.89，有機(jī)質(zhì)含量為14.21 g/kg，全氮含量為0.77 g/kg，有效磷含量為4.63 mg/kg，速效鉀含量為32 mg/kg，交換性鎂含量為210 mg/kg。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)設(shè)5 個(gè)鎂肥用量水平，MgO 用量分別為0（CK）、15、30、45、60 kg/hm2。各處理除鎂肥用量不同外，其他肥料用量均保持一致，純N 用量為180 kg/hm2、P2O5用量為75 kg/hm2、K2O用量為120 kg/hm2、B 用量為1.2 kg/hm2。氮肥為尿素（含N 46%）和磷酸二銨（含N 18%），磷肥為磷酸二銨（含P2O546%），鉀肥為氯化鉀（含K2O 60%），鎂肥為六水氯化鎂（含MgO 10%），硼肥為硼砂（含B 11%）。氮肥分3 次施用（尿素），基肥占60%，越冬肥和薹肥各占20%，磷、鉀、鎂、硼肥全部作基肥。每個(gè)處理重復(fù)3 次，隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積20 m2。

試驗(yàn)油菜品種為大地199。播種時(shí)間為2019 年10 月14 日，播種量為6 kg/hm2，采用人工撒播的種植方式，收獲時(shí)間為2020 年5 月7 日。試驗(yàn)進(jìn)程和其他田間生產(chǎn)管理均與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣保持一致。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品的采集與分析 土壤樣品在油菜播種前采集，在試驗(yàn)田內(nèi)以“S”形均勻布點(diǎn)15 個(gè)，取0～20 cm 耕層土壤，風(fēng)干磨細(xì)過20 目和100 目篩。按照常規(guī)方法測(cè)定土壤pH、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、有效磷含量、速效鉀含量，土壤交換性鈣和交換性鎂含量采用1 mol/L 乙酸銨浸提-火焰原子吸收分光光度法測(cè)定［15］。

1.3.2 植物樣品的采集與測(cè)定 油菜收獲前在各小區(qū)劃定有代表性的樣方0.36 m2（0.6 m×0.6 m），調(diào)查其產(chǎn)量構(gòu)成因素，調(diào)查內(nèi)容包括收獲密度、單株角果數(shù)、每角粒數(shù)和千粒重，并采集樣方中所有油菜地上部植株樣品，樣品放置于網(wǎng)袋中風(fēng)干，脫粒后分別測(cè)定油菜莖稈、角殼和子粒的生物量。油菜成熟后各小區(qū)單獨(dú)收獲，以子粒風(fēng)干質(zhì)量計(jì)產(chǎn)。子粒生物量按風(fēng)干后子粒含水率計(jì)算得出，莖稈和角殼生物量用子粒生物量及樣方內(nèi)莖稈、角殼和子粒3部分的比例進(jìn)行換算得出。各部位樣品經(jīng)60 ℃烘干磨細(xì)過篩后，采用HNO3-HClO4（HNO3∶HClO4=4∶1，體積比）消化-原子吸收分光光度法測(cè)定植株各部位鎂含量。

1.4 參數(shù)計(jì)算及數(shù)據(jù)處理

地上部鎂積累量=地上部生物量×鎂含量［16］；

鎂肥表觀利用率=（施鎂處理鎂累積量-不施鎂處理鎂累積量）÷鎂肥用量×100%［17］；

鎂肥農(nóng)學(xué)效率=（施鎂油菜子產(chǎn)量-不施鎂油菜子產(chǎn)量）÷鎂肥用量［17］。

采用Microsoft Excel 2021 軟件處理和計(jì)算試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用SPSS 20 軟件統(tǒng)計(jì)分析，采用Origin 2021軟件制圖，LSD法檢驗(yàn)差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 鎂肥用量對(duì)直播油菜產(chǎn)量的影響

由圖1 可知，油菜產(chǎn)量隨施鎂量的增加而顯著提高（P＜0.05），當(dāng)MgO 用量為45 kg/hm2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)最高，比不施鎂對(duì)照增產(chǎn)387 kg/hm2，增加了18.0%，繼續(xù)增加鎂肥用量產(chǎn)量不再增加，說明鎂的增產(chǎn)潛力有一定范圍。通過線性加平臺(tái)肥效模型對(duì)產(chǎn)量和鎂肥用量進(jìn)行擬合，結(jié)果顯示油菜產(chǎn)量符合該肥效模型，產(chǎn)量平臺(tái)值為2 459 kg/hm2，達(dá)到平臺(tái)值所需要的MgO 用量為42.1 kg/hm2，為更方便地指導(dǎo)鎂肥施用，將此數(shù)值取整，確定MgO 用量的范圍為40～45 kg/hm2。

圖1 產(chǎn)量與施鎂量之間的關(guān)系

2.2 鎂肥用量對(duì)直播油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

鎂肥施用明顯增加了直播油菜的單株角果數(shù)和每角粒數(shù)，對(duì)收獲密度和千粒重沒有影響（表1）。與不施鎂對(duì)照相比，MgO 用量為15、30、45、60 kg/hm2的處理單株角果數(shù)分別增加了3.6%、12.6%、17.8%和15.7%，每角粒數(shù)分別增加了8.1%、12.1%、10.1%和7.1%，鎂肥對(duì)單株角果數(shù)的增加幅度總體大于每角粒數(shù)。單株角果數(shù)和每角粒數(shù)達(dá)最大水平時(shí)的MgO 用量不同，分別為45 kg/hm2和30 kg/hm2，MgO用量為60 kg/hm2時(shí)導(dǎo)致產(chǎn)量出現(xiàn)下降趨勢(shì)的原因是單株角果數(shù)減少，說明鎂肥增產(chǎn)的原因主要是增加了油菜的單株角果數(shù)，其次是每角粒數(shù)。

2.3 鎂肥用量對(duì)油菜各部位生物量占比的影響

油菜各部位生物量占比和施鎂量密切相關(guān)（圖2），施鎂后子粒和角殼占比增加，莖稈占比降低，與不施鎂對(duì)照相比，MgO 用量為15、30、45、60 kg/hm2時(shí)莖稈占比分別下降了2.7%、5.5%、3.3%和3.3%，子粒占比分別增加4.2%、7.1%、5.4%和1.1%，角殼占比增加幅度較小，保持在1.1%～3.9%，可見，施鎂對(duì)角殼占比的影響小于莖稈和子粒。

圖2 施鎂量與油菜各部位、生物量占比之間的關(guān)系

2.4 鎂肥用量對(duì)鎂素吸收的影響

施鎂提高了油菜地上部各部位的鎂含量和鎂累積量（圖3），各部位的鎂含量由高到低依次為子粒、角殼和莖稈（圖3a），各部位鎂累積量由高到低依次為子粒、莖稈、角殼（圖3b）。MgO用量在60 kg/hm2范圍內(nèi)，油菜各部位鎂含量在MgO用量為30～45 kg/hm2時(shí)達(dá)最大，繼續(xù)增加鎂肥用量，鎂含量變化不顯著。MgO 用量為45 kg/hm2處理的莖稈、角殼和子粒中鎂含量比不施鎂對(duì)照分別增加了22.4%、28.4% 和25.4%，鎂累積量分別增加了30.1%、44.5% 和43.5%，累積量的變化除和鎂含量有關(guān)外，和生物量的變化也密切相關(guān)，因此其增幅大于鎂含量的增幅。施鎂對(duì)子粒和角殼鎂含量和鎂累積量的增加幅度大于莖稈。

圖3 鎂肥用量對(duì)油菜各部位鎂含量和累積量的影響

2.5 鎂肥用量對(duì)鎂肥利用率的影響

不同鎂肥用量對(duì)油菜鎂肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率的影響存在明顯差異（圖4），MgO用量在60 kg/hm2范圍內(nèi)，鎂肥表觀利用率呈先增加后降低的趨勢(shì)，MgO 用量為30 kg/hm2時(shí)達(dá)最大，此時(shí)鎂肥表觀利用率為21.4%，繼續(xù)增加鎂肥用量，表觀利用率下降，MgO 用量為60 kg/hm2時(shí)，表觀利用率降低至11.1%。鎂肥農(nóng)學(xué)效率隨施鎂量的增加呈降低趨勢(shì)，從MgO用量為15 kg/hm2的11.7 kg/kg 降低至MgO 用量為60 kg/hm2的4.0 kg/kg。

圖4 鎂肥用量對(duì)鎂肥表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率的影響

3 小結(jié)與討論

本研究結(jié)果顯示，湖北省武穴市施鎂可以提高油菜產(chǎn)量，增產(chǎn)效果顯著，應(yīng)該注重鎂肥的施用。有研究表明，直播油菜對(duì)養(yǎng)分缺乏更加敏感，更應(yīng)該注重養(yǎng)分的投入［14，16］，尤其是中微量元素。隨著人們對(duì)鎂元素關(guān)注度的增加，關(guān)于施鎂增產(chǎn)的報(bào)道也日益增多，即使在鎂含量較高的地區(qū)施鎂也有增產(chǎn)效果，其中的原因尚不清楚，可能與較低的土壤pH、較高的土壤鉀鈣等陽離子含量有關(guān)［18，19］。本試驗(yàn)結(jié)果顯示，湖北省武穴市不施鎂油菜產(chǎn)量仍可達(dá)2 145 kg/hm2，并且田間試驗(yàn)中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的葉片缺鎂癥狀。土壤鎂供應(yīng)不足不會(huì)造成絕產(chǎn)現(xiàn)象，多為類似本試驗(yàn)中輕度缺鎂卻表現(xiàn)不出葉片缺鎂癥狀，因此被稱之為“隱性缺鎂”［20］。這種情況給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中鎂營(yíng)養(yǎng)診斷和鎂肥推薦施用造成很大困擾，因此鎂肥在田間生產(chǎn)中會(huì)被忽視，限制了油菜產(chǎn)量的提高。通過測(cè)定土壤交換性鎂含量來預(yù)測(cè)土壤供鎂程度是一種預(yù)防隱性缺鎂的重要手段。

本研究中，施鎂主要通過增加直播油菜的單株角果數(shù)和每角粒數(shù)提高油菜產(chǎn)量，對(duì)收獲密度和千粒重的影響較小。施鎂對(duì)產(chǎn)量的增加主要體現(xiàn)在提高了油菜的單株生產(chǎn)力。當(dāng)然也有研究表明施鎂對(duì)產(chǎn)量的提高也體現(xiàn)在群體密度的增加，對(duì)于中微量元素而言，這可能取決于土壤的養(yǎng)分供應(yīng)水平，在養(yǎng)分相對(duì)充足的區(qū)域可能主要是提升單株生產(chǎn)力，在養(yǎng)分嚴(yán)重缺乏的區(qū)域則在提高單株生產(chǎn)力的同時(shí)提高群體密度［16］。施鎂對(duì)單株生產(chǎn)力提高的重要原因取決于鎂的生理功能。充足的鎂元素在提高油菜光合能力的同時(shí)促進(jìn)同化物向生殖器官轉(zhuǎn)移［21］，有利于角果的建成和發(fā)育，單株角果數(shù)的增加是最直接的影響，角果中充足的同化物有利于子粒的發(fā)育［22］，從而使每角粒數(shù)增加，可能是因?yàn)樵搮^(qū)域的鎂含量相對(duì)較高，所以對(duì)千粒重的影響不顯著。因此，光合作用的提高和同化物從營(yíng)養(yǎng)器官向生殖器官的轉(zhuǎn)移改善了油菜各部位生物量的占比，提高了油菜經(jīng)濟(jì)系數(shù)，從而提高了油菜產(chǎn)量。

本研究中計(jì)算的鎂肥表觀利用率沒有考慮根系和落葉等，因此鎂肥表觀利用率相對(duì)較低。施鎂后促進(jìn)了油菜地上部養(yǎng)分吸收，增加了地上部生物量，地上部累積量顯著增加，從而利于肥料利用效率的增加，然而隨著肥料用量增加，其帶來的增產(chǎn)效應(yīng)逐漸降低，利用率也顯著降低。肥料農(nóng)學(xué)效率直接反映了單位施肥量所增加的作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量［23］，合理的鎂肥施用可以保證農(nóng)學(xué)利用率不降低。但是肥料表觀利用率和農(nóng)學(xué)效率均因品種、氣候、土壤狀態(tài)和管理措施等因素不同而不同，因此施用鎂肥過程中也應(yīng)該因地制宜，保證產(chǎn)量的同時(shí)注重提高鎂肥利用率和農(nóng)學(xué)效率。綜合產(chǎn)量、養(yǎng)分吸收利用效率等因素，推薦該區(qū)域鎂肥用量為40～45 kg/hm2MgO。