2020, Vol. 57
油菜是我国主要的粮油作物，油菜生产在保障我国食用油供应安全、增加农业经济、提高农民收入、发展生态农业中具有重要作用[1]。当前油菜栽培过程中面临劳动力不足、肥料施用过量、资源浪费和水体富营养化等社会经济与环境问题。缓释专用配方肥的应用避免了多次施肥的劳动投入和普通施肥因肥料流失而导致的后期早衰，不仅能有效促进油菜生长、提高产质，也能很大程度地减少肥料的用量及其污染，是肥料科学发展的主方向[2-4]。
油菜单产长期在较低水平徘徊，施肥不合理是主要原因，严重制约了油菜生产水平的提高。肥料工业发展到今天，除传统的氮磷钾单质化学肥料以外，二元、三元甚至多元化混成复合肥料，有机-无机复合肥，微量元素肥以及用各种各样原材料生产的废料肥品种随处可见[5]。在实际生产上，肥料的种类、用量和比例不当均会对油菜生长造成障碍，影响油菜高产水平的发挥，降低肥料利用率，加大对环境的不利影响[6-7]。有研究[4, 8-9]指出养分供求不同步是肥料利用率低的一个重要原因，而油菜缓释专用配方肥在防止油菜后期早衰上有很大效果，且利于促进冬前绿叶数的增加，培育理想的越冬壮苗，加上缓释专用配方肥添加硼等特需微量元素，增产效果显著，投入产出比高，在省工、节肥、增产、环境等方面均存在较大的优势。
前人研究主要集中在氮肥的应用上[1, 10-11]，对土壤磷钾养分供应状况及养分与作物之间综合关系鲜见报道。本研究以作物生长规律与需肥特性为出发点，选用缓释专用配方肥作为研究对象，基于油菜施肥、植株氮磷钾养分吸收利用及土壤氮磷钾养分变化情况等探讨重庆丘陵地区适宜的油菜用肥模式，探索经济型与生态型的科学施肥技术，以期为该地区及周边油菜产区油菜生产中科学施肥提供依据。
1 材料与方法 1.1 试验材料与试验设计试验于2016年10月至2017年5月在重庆市北碚区西南大学歇马试验地进行。试验地为旱地紫色土，pH7.8，播前耕作层土壤含全氮0.70 g·kg-1、全磷0.63 g·kg-1、全钾29.69 g·kg-1、有机质12.66~16.25 g·kg-1(平均15.01 g·kg-1)、有效磷30.02~49.26 mg·kg-1(平均38.23 mg·kg-1)、速效钾232.6~473.9 mg·kg-1(平均356.6 mg·kg-1)。供试植物材料为重庆三峡农业科学院选育的杂交品种三峡油5号，前茬作物为烤烟; 缓释专用肥采用湖北宜施壮农业科技有限公司生产的含有5%中微量元素养分的宜施壮油菜缓释专用配方肥，养分(N:P2O5:K2O)配比为25:7:8;常用肥的底肥为碳酸氢铵(含氮17%)、过磷酸钙(含磷16%)，追肥为尿素(含氮46%)。
试验设6个处理(表 1)，3次重复，共18个小区，随机区组排列。小区面积为20 m2(5 m×4 m)，行株距40 cm×40 cm。试验于2016年10月8号播种，播种方式为穴播，每穴4~8粒种子，于2~4叶期间苗，5~6叶期定苗，每穴留一株健壮苗，2017年5月2号收获。缓释专用配方肥于播种前一次性施于穴边，常用肥基肥穴施，追肥(播种后75 d)撒施。
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表 1 试验处理的施肥量 Table 1 Experimental treatments designed for N, P and K fertilizers application rate /(kg·hm-2) |
土壤取样:采用十字交叉法在油菜基肥施用前的0~10 cm和10~20 cm土壤各采集9个样方(分别为交叉点一处，试验地2/5十字线4处，试验地4/5十字线4处)用作播种前试验地养分指标测定; 成熟期每个小区植株根区(主根外围10 cm内)的土壤采用十字交叉法采集0~10 cm和10~20 cm各5处(交叉点一处，小区2/5十字线4处)作为一个小区0~10 cm和10~20 cm的土壤样方。
植株取样:采用十字交叉法在小区边缘2行以内挖取样株5株，作为养分分析和农艺性状测定。
1.3 指标测定土壤指标的测定[9]:土壤pH采用水土比2.5:1.0、pH计测定; 全氮采用半微量凯氏法测定; 全磷和全钾采用NaOH熔融，紫外可见分光光度计(美谱达UV-1200，上海)测定全磷，火焰光度法(FP6410火焰光度计，上海仪电)测定全钾; 重铬酸钾容量法测定有机质; 0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提－钼锑抗比色法测定有效磷; 1 mol·L-1 NH4OAc浸提－火焰光度法测定速效钾。
植株氮磷钾含量的测定:植株分成茎壳(茎秆和角壳)、籽粒和根，采用浓H2SO4 -H2O2消煮，再分别用凯氏定氮法测定总氮、钒钼黄比色法测定总磷、火焰光度计法测定总钾含量。
1.4 数据分析收获指数(HI，%)=籽粒产量/地上部生物量×100;
专用肥增产率(YIR，%)=(施肥产量-常用肥产量)/常用肥产量×100;
氮素养分积累量(NAN，kg·hm-2)=干物质量×氮含量，同理计算磷素、钾素养分积累量(NAP，NAK)。
养分损失量与损失率:养分损失量(NL，kg·hm-2)=养分施用量+土壤养分供应量-养分总积累量; 养分损失率(NLR，%)=养分损失量/(养分施用量+土壤养分供应量)×100。
氮素养分吸收效率(NAEN，kg·kg-1)=植株氮素总累积量/供氮量(氮肥施入量+当季土壤氮供应量)，同理计算磷素、钾素养分吸收效率(NAEP、NKAE)[12]。
氮素养分转移率(NTRN，%)=籽粒氮养分总量/地上部氮积累总量×100，同理计算磷素、钾素养分转移率(NTRP，NTRK)。
氮素当季作物回收率(TCERN，%)=当季作物氮素吸收量/施氮量×100，同理计算磷素、钾素养分吸收效率(TCERP、TCERK)。
采用Microsoft Excel 2016软件计算和处理试验数据及图表制作，用SPSS 23软件统计分析，各类指标采用单因素方差分析(P < 0.05)，最小显著性差异法(LSD)进行多重比较。
2 结果 2.1 缓释肥对油菜生物量及其组成的影响施用缓释专用配方肥油菜的茎秆、角壳及籽粒生物量明显高于施用常用肥(表 2)。随着缓释专用配方肥用量的增加，油菜总生物量也随之增加，除籽粒产量在F825处理降低外，其他生物量构成因子均随着施肥量的增加而增加。除F375处理外，施肥处理均显著增加收获指数(P < 0.05)，随着缓释专用配方肥用量的增加，收获指数先增后减，在F675处理最高，高于Fc处理。
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表 2 缓释肥对油菜生物量的影响 Table 2 Effects of slow-release fertilizer on biomass of canola |
由表 3可知，与不施肥处理相比，施肥处理油菜增产显著(P < 0.05)，其中，缓释专用配方肥处理较Fc处理增产13.88%~43.54%。随缓释专用配方肥用量的增加，油菜的产量呈先增后降的趋势，处理间差异显著，试验中以F675处理产量最高，用一元二次多项式拟合产量与缓释专用配方肥用量间的关系为:Y=-0.005 1X2+7.382X+256.6，式中Y为产量(kg·hm-2)，X为缓释肥施用量(kg·hm-2)，R2=0.943 9。
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表 3 缓释肥处理对油菜产量及单株产量构成的影响 Table 3 Effects of f slow release fertilizer on yield and yield composition of canola |
施肥与不施肥在产量构成中的千粒重、角粒数和有效角果数间均有显著差异(P < 0.05)，施肥均高于不施肥(表 3)。Fc处理与缓释专用配方肥处理对产量影响的显著差异主要体现在有效角果数和角粒数，尤其是一次分支有效角果数上，缓释专用配方肥处理的油菜总有效角果数较Fc处理多11.23%~62.23%，角粒数则较Fc处理低4.96%~9.31%。
2.2 缓释肥对油菜氮磷钾养分吸收利用的影响 2.2.1 对油菜不同器官氮磷钾含量和肥料吸收利用的影响由表 4可知，在油菜植株体内，氮和磷主要储存于籽粒，钾主要储存在茎壳与根。植株各部位氮磷钾养分含量随着缓释专用配方肥用量的增加，茎壳和籽粒的氮、磷含量下降，钾含量在茎壳中下降，籽粒无显著变化; 根的氮、磷含量先增后减，钾含量无明显变化; Fc处理茎壳和籽粒的氮、磷含量高于缓释专用配方肥，低于F0处理，根则相反。
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表 4 缓释肥对油菜氮磷钾含量的影响 Table 4 Effects of slow-release fertilizer on NPK nutrient contents in canola |
由表 5可知，缓释专用配方肥处理氮磷钾的养分累积量(NA)均高于Fc处理，随缓释专用配方肥用量的增加，磷钾的NA总量增加，氮的NA总量先增后减。各部位上，随着缓释专用配方肥用量的增加，根与籽粒的氮磷钾NA先增后减，茎秆和角壳先减后增。Fc处理除根NAK高于F375处理外，其余部位氮磷钾的NA均低于缓释专用配方肥处理。油菜对氮磷钾的养分吸收效率(NAE)由大到小依次为钾、磷、氮，分别是NAEN:0.217 1(Fc)~0.461 2 (F375)，NAEP:0.433 5(Fc)~0.791 1(F375)，NAEK:1.141(Fc)~1.257(F825)。缓释专用配方肥处理的NAEN、NAEP以及当季养分回收率(TCERN、TCERP)均高于Fc处理，并随着用量的增加NAE降低。施肥处理的氮磷钾养分转移率(NTR)明显高于F0处理，缓释专用配方肥氮、磷与钾的NTR均以F675处理最高，F825处理次之，Fc处理氮、磷与钾的NTR均高于F375处理，低于F525、F675和F825处理。
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表 5 缓释肥对油菜氮磷钾的养分积累及吸收利用率的影响 Table 5 Effects of slow-release fertilizer on NPK accumulation and absorption utilization efficiency of canola |
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表 6 缓释肥对油菜氮磷钾养分损失量与损失率的影响 Table 6 Effects of slow-release fertilizer on NPK nutrient loss and loss rate |
相比于常用肥处理，施用缓释专用配方肥的当季氮损失量显著降低(P < 0.05)，损失率从78.30%分别降低至F375、F525、F675、F825处理的53.97%、63.21%、66.29%、73.66%;磷损失量随施用量的降低(F825~F375)减少4.43 kg·hm-2 ~16.88 kg·hm-2，损失率从56.65%降低至20.53%~46.13%(表 6)。
2.3 缓释肥对植株根区土壤氮磷钾养分的影响油菜成熟期根区土壤氮磷钾含量较播种前出现不同程度下降，其中缓释专用配方肥处理的全氮、全磷与全钾分别为播前的91.5%~98.8%、81.3%~99.0%与97.5%~99.3%，Fc处理为91.7%、80.1%与93.2%(图 1)。F0、Fc、F375和F675处理全氮下降显著(P < 0.05)，在土层分布上，F0处理的0~10 cm处较10~20 cm处下降更明显，施肥处理则是10~20 cm处更明显。全磷含量的下降主要集中于10~20 cm土层，在0~10 cm处F675处理和F825处理反而高于播种前; 随缓释专用配方肥用量的增加，土壤全磷含量先降后升，Fc处理在土层0~10 cm处显著低于F675和F825，10~20 cm处高于F375、F525和F675处理，低于F825处理。全钾含量F0处理与Fc处理显著低于缓释专用配方肥处理。
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注:BS指播种前，0~10 cm指0~10 cm土层，10~20 cm指10~20 cm土层。下同。 Note:BS stands for before sowing; 0~10 cm for the 0~10 cm soil layer; and 10~20 cm the 10~20 cm soil layer. The same below. 图 1 缓释肥对油菜根区土壤全氮、全磷、全钾含量的影响 Fig. 1 Effects of slow-release fertilizer on NPK contents in the rhizosphere soil of canola |
如图 2a)所示，油菜成熟期根区土壤有效磷含量与播前相比有不同程度的降低，其中，Fc、F375、F525与F675处理的10~20 cm土层显著下降(P < 0.05)。随着缓释专用配方肥用量的增加，有效磷平均含量先降后升。从图 2b)可以看出，油菜成熟期根区土壤0~10 cm处土壤速效钾含量较播种前显著降低(P < 0.05)，降低幅度达22.2%(F375)~34.7%(F825)，F0、Fc和F375处理显著高于F525、F675和F825处理。随着缓释专用配方肥用量的增加，速效钾含量缓慢下降。10~20 cm土壤速效钾含量各处理间无显著差异，除F825处理外，其余较播前无显著变化。
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图 2 缓释肥对油菜根区土壤有效磷和速效钾养分含量的影响 Fig. 2 Effects of slow-release fertilizer on available phosphorus and available potassium content in the rhizosphere soil of canola |
作物的优质高产在很大程度上取决于土壤能否适时适量供给作物必需的大量、中量、微量营养物质。在大田生产条件下，即使生产环境适合，多数土壤并不能满足作物优质高产对养分的需求，因此各种肥料的使用成为农业生产的必要条件[5]。研究[13-14]表明，油菜需肥性强，施肥能显著增加油菜的产出，施肥状态下油菜的根、茎、壳和籽粒等生物量及收获指数的显著提高为增产打下基础。本研究结果表明，施用缓释专用配方肥油菜产量较常用肥增加13.88%(F375)~43.54%(F675)(表 3)，常用肥处理由于油菜生长后期养分不足，长势缓慢，养分首先满足生殖器官的供应，致使茎秆与角壳生物量相对较低，同时由于养分供应不合理，导致有效角果数少，千粒重较低(表 3)。多元长效缓释专用配方肥施用增产效果非常明显，其实现了一次性基肥施用技术，不仅减少了精耕细作时的施肥次数，而且还稳定了产量[15-16]。本试验结果显示，缓释专用配方肥以低施用量带来的收益远高于高施用量的常用肥，说明缓释专用配方肥有较好的生态经济效益，因此，应用缓释专用配方肥是同时解决高产与节肥这两个问题的良好方向。
3.2 缓释肥对油菜N、P、K吸收利用及根区土壤养分变化的影响缓释专用配方肥的肥效以其同作物生长发育进程相对匹配的特点，不仅促进作物发挥生长潜力，也使肥料利用率有较大的提高，弥补了少施或不施有机肥对化肥养分大量损失的影响，对降低农业化肥污染，响应国家的节肥高效生产开辟了新路径[5, 9, 17]。本研究表明，施用常用肥的氮磷钾养分积累量均明显低于施用缓释专用配方肥(表 5)。油菜N、P、K需求量巨大，合理地施用肥料能有效促进作物生长、提高产质及肥料利用率，其原理和技术主要集中于不同营养元素的数量和比例的调节及供应时间，油菜对N、P、K的吸收利用情况能有效表征施肥效益[18]。本研究结果显示，施用常用肥油菜茎壳的N、P、K含量均明显高于施用缓释专用肥，而籽粒的含量差异却不明显，K甚至低于施用缓释肥(表 4)，尽管施用常用肥的茎壳生物量相对较少，但其养分转移率也仅高于产量较低的F375处理(表 5)，表明相较于常规用肥，缓释专用配方肥因其与植物吸肥特性机制相适应，不仅提高肥料利用率，也利于油菜各部位生物量的均衡生长，有助于提高油菜产量与品质。施用常用肥的养分吸收效率与当季养分回收率均低于施用缓释专用配方肥(表 5)，表明相较于常用肥，缓释专用配方肥实现节肥高效生产。施用缓释肥P、K的当季养分回收率出现大于100%的现象(表 5)，主要是由于其后期养分供应仍然得到满足，以及茎秆和角壳对K的富集作用，积累较多的P和K，对于籽粒，仅有F375因其较低的施肥基数才使得当季养分回收率超过100%。考虑到油菜秸秆基本还田情况，这不仅利于提高P、K的利用率，也有增加土壤有机质和土壤P、K有效含量的作用。试验中当季养分回收率、养分转移率和养分吸收效率的结果说明，多元缓释专用配方肥中养分配比释放合理，符合油菜的养分需求规律。
以往研究表明，缓释专用配方肥有利于养分合理释放，协调植物养分需求与土壤养分供应之间矛盾[14, 19-20]。本试验结果表明，施肥不足，加上作物根系活动促使矿质元素的释放及土壤自身淋失，油菜收获时，根区土壤全氮、全磷和全钾含量较播前出现下降，如F0处理(图 1);另一种原因可能是养分释放与油菜吸收不同步或过量释放，流失严重，加上前期长势较好、后期生长养分需求较大，导致根区土壤氮磷钾养分含量下降[21]，如Fc处理; 再者，前茬作物是烤烟，速效钾含量可能较高。因为表层土壤有机质含量相对较高及磷素易被土壤固化，再加上缓释肥养分释放与油菜需求同步等原因，施肥处理在根区0~10 cm处部分处理高于播前，在10~20 cm处全氮和全磷下降明显(图 1)。与此同时，根区10~20 cm土层的区域磷素因不断被吸收和流失而出现短暂相对偏低状况，有效磷含量的变化也具有相似性。速效钾在土壤中易于流动转移，所以0~10 cm与10~20 cm土层速效钾含量差异不显著(图 2)。由于缓释专用配方肥养分合理释放，油菜吸钾量虽大，但根区全钾下降并不显著(图 1)。施用常用肥根区全钾含量较低反而速效钾含量相对较高，虽有油菜生长后期大量的落花、落叶和落果对表土产生影响[22]，但主要还是钾素释放过度、流失严重及后期生长不足的体现。相反，缓释专用配方肥随用量的增加，根区全钾含量增高，速效钾含量却相对较低(图 1和图 2)，原因可能是高用量专用肥植株干物质较多，积累大量的钾素，再者缓释专用肥在油菜生长过程中不断释放，对土壤养分起互补作用，因而较低缓释肥用量根区速效钾含量反而表现出高于较多用量。由于根系活力中心偏向0~10 cm土层，及上层速效钾的下渗补充，成熟期根区土壤10~20 cm处速效钾含量较播前并无明显变化，0~10 cm却下降显著，降低幅度达22.2%(F325)~34.7%(F825)(图 2)。综上所述，施用缓释专用配方肥既明显增产又提高氮磷钾养分利用率，反观常用肥氮磷施用量虽多，在生物量较低的情况下，收获期其根区土壤氮磷钾含量却较低，而有效磷与速效钾含量又较高，表明施用常用肥氮磷钾损失、浪费现象严重。本研究仅进行初步探讨，缺乏年度重复试验，结果有待进一步完善。
4 结论施用缓释专用配方肥不仅较施用常用肥显著增加油菜生物量，同时利于提高油菜对氮磷钾养分的吸收利用，且对根区土壤磷钾有效养分有保护作用，维持根区土壤全氮、全磷和全钾含量的降低幅度小于常用肥和不施肥。缓释专用配方肥以油菜需肥特性为出发点，合理用量，既高产又可平衡土壤肥力，在油菜生产上很大程度地提高了经济效益与环境效益，尤其以675 kg·hm-2最佳。
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