黄绵土区甘蓝型冬油菜生产品质与土壤质量对不同配肥的响应

张建学,王芙蓉,杨志奇,雷建明,俄胜哲,王亚宏

(1.甘肃省天水市农业科学研究所，甘肃天水 741001; 2.甘肃省农业科学院 土壤肥料与节水农业研究所，兰州 730070)

北方黄绵土区主要分布在甘肃中东部、陕西北部、山西西部，该区域气候干旱，土壤肥力差，农业生产水平低。冬油菜因抗寒耐旱、抗病耐瘠薄和适应性强成为该区域主要油料作物之一[1-3]，且随着气候逐年变暖，及抗寒耐旱品种和栽培技术的研究[4]，北方黄绵土区冬油菜种植区域逐年增加。肥料是农作物生产中对产量贡献最为关键的因素，在作物丰产稳产及品质潜力发挥方面起着不可替代的作用[5-6]。甘蓝型油菜因其株型大产量高而需肥更为显著[7]，但生产中因施肥不当造成的减产或肥料浪费等问题在中国油菜种植区域也普遍存在[8]。不同作物在相同环境下及相同作物在不同环境下对肥料的需求及产量品质响应不同，王继玥等[9]研究发现，油菜施肥对产量品质的影响效果因品种、生态环境、耕作条件、种植密度、甚至各肥料的施用次序不同而不同[10]，因此，各生态区应以具体栽培品种及环境情况为依据，研究制定高效合理的肥料施用方案[11-12]。北方冬油菜区域土壤以黄绵土为主，基于该生态背景的油菜肥料试验研究以往主要以白菜型冬油菜为主[13-15]，甘蓝型冬油菜在该生态区域的施肥研究鲜见报道。本试验以黄绵土区为生态环境背景，研究了长年施肥土壤及不同肥料配施对甘蓝型冬油菜的生长发育、经济性状和产量品质，以及土壤性质的影响，以期预测长期不同施肥处理对冬油菜生产品质及土壤质量的影响，为该区域甘蓝型冬油菜种植提供合理施肥参考，并对土壤质量进行科学预测。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017-2018年在天水市农业科学研究所中梁试验站进行(105°40′E，34°33′N)，该地海拔1 650 m，日照时数2 100 h，年均气温11 ℃，无霜期约180 d，降雨量450～650 mm，作物依赖雨养，属半干旱山区。试验地土壤为中壤黄绵土，整体地势平坦，各区肥力均匀，前茬种植小麦。

1.2 试验材料及试验设计

供试材料为‘天油14号’，由天水市农业科学研究所选育，为北方强冬性甘蓝型油菜品种。试验所用肥料及其养分情况如表1所示。

表1 供试肥料来源及其养分构成Table 1 The source and nutrient composition of fertilizer

试验以裂区随机区组排列，3次重复，小区面积33.32 m2，每小区15行，处理间距0.33 m，株距8～10 cm，重复间设0.5 m宽走道，四周设1.0 m保护行。播前深耕翻地，整地后按处理用量以基肥形式一次性施入肥料，耙磨整匀，开沟器划行后人工撒播，3～5叶期间苗，密度约2.0 万株/667 m2。试验设计为2因素4水平再裂区试验，主处理为不施有机肥、施有机肥，副处理为不施肥、氮肥单施、氮磷肥配施、氮磷钾肥配施，共8个处理，即CK(不施肥对照)、N(单施氮肥)、NP(施氮磷肥)、NPK(施氮磷钾肥)、M(单施有机肥)、MN(有机肥与氮肥配施)、MNP(有机肥与氮磷肥配施)、MNPK(有机肥与氮磷钾肥配施)。施肥量为：有机肥(鸡粪)7 500 kg/hm2， 纯氮150 kg/hm2，P2O575 kg/hm2，K2O 75 kg/hm2。供试肥料：有机肥(当地养鸡场购买)，氮肥为尿素(含N 46.40%)中国石油兰州石化公司生产，磷肥为过磷酸钙(含P2O512%)云南安宁万合磷肥厂生产，钾肥为硫酸钾(K2O≥50%)西安润丰肥料有限公司生产。

1.3 试验测定指标及取样测定方法

土壤样品于种植前肥料施入土壤后和作物收获后各采集一次，用土钻采集各小区0～20 cm耕作层土壤样品，每个小区内均匀布点采5钻，混匀后四分法取样，每个土样采集1.0 kg。物候期分别记载播种、出苗、五叶、枯叶、返青、现蕾、初花、盛花、成熟、收获的时间。越冬前及返青后调查各小区油菜成活株数。成熟后在每个小区中随机取20株，测定株高、分枝部位、一次分枝数、二次分枝数、主花序有效长度、全株有效角果数、角果长度、角粒数、千粒质量、单株产量。收割时每小区单打单收，记载小区籽粒产量、秸秆产量，多点混合采集、制备籽粒样品。

越冬率=返青后株数/越冬前株数×100%。

收获指数=收获后籽粒产量/收获后秸秆产量×100%。

肥料贡献率=(处理产量-对照产量)/处理产量×100%。

采用Microsoft Excel 2010对试验数据进行整理及制作图表，使用IBM SPSS statistics 19的单因素方差分析比较均值及Duncan’s法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 甘蓝型冬油菜生育进程对不同肥料处理的响应

试验于2017-08-29播种，2018-07-10收获。分别记载各处理的生育期时间，统计各处理不同生育期至播种时期之间的间隔时间。

通过对生长发育至各时期所累积天数的分析(表2)，结果显示：肥料的施用增加了甘蓝型冬油菜的全生育2～9 d，其中N处理生育期最长达295 d，较对照增加了9 d，其次为MN处理生育期为294 d，较对照增加8 d， NP、NPK、MNP、MNPK处理生育期较对照增加6 d，为292 d，单施有机肥生育期增加2 d，为288 d。由于播种时没有形成充足降雨，出苗期持续较长，CK处理及N处理苗期达30 d，NPK处理苗期缩短3 d，NP处理及所有施用有机肥的处理苗期缩短了5 d，为25 d。N与CK处理枯叶期时间一致，其他处理枯叶期延迟1～5 d，以MNP及MNPK处理枯叶期最晚，为107 d。CK处理花期为24 d，MNP花期最长27 d，其他处理花期较对照增加2 d为 26 d。

表2 不同施肥处理下冬油菜的生育期Table 2 Rape growth periods under different treatments of fertilization

2.2 甘蓝型冬油菜经济性状对不同施肥处理的响应

不同施肥处理对甘蓝型冬油菜主要经济性状的影响见表3，施肥显著增加了甘蓝型冬油菜株高，主处理间有机肥配施处理株高>不施有机肥处理株高，副处理间株高是氮磷钾肥配施>氮磷肥配施>单施氮肥，以MNPK处理增高最为显著，株高达137.90 cm，较对照增高45.03%。分枝部位高度在各处理间差异不显著，以分枝部位占株高的比例来看，各分枝部位所在植株地上部分比例位置依次为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处理相对分枝位置最低。不同肥料处理对甘蓝型冬油菜的总分枝个数及角果长度影响不显著。施肥增加了主序总角果个数，MNPK及MN处理主序角果个数最多，分别较对照增加23及20个。肥料的施用显著增加了单株角果数，施用有机肥较不施有机肥单株角果数平均增加91.21个，MNPK单株角果数最多为268.00个，较对照增加 293.77%，另外N、NP、NPK、M、MN、MNP处理单株角果数分别较对照增加了91.01%、 120.50%、171.07%、146.72%、224.63%、 253.48%。千粒质量仅MNPK较对照降低 0.36 g，其他处理与对照无显著差异。

2.3 冬油菜产量及越冬率对不同施肥处理的 响应

不同施肥处理对冬油菜的产量及越冬率有不同影响(表4)。单施氮肥越冬率较对照降低 21.75%，其他肥料处理越冬率与对照无显著差异。冬油菜产量在施肥处理下较对照显著增加，有机肥配施较不施有机肥增产更为显著，其中MNPK产量最高为3 418.38 kg/hm2，较对照增产 2 782.12 kg/hm2，增幅437.26%，其他处理按照增产排序依次为MNP>NPK>MN>NP>M>N，分别较对照增产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，较对照增产幅度依次为366.98%、350.47%、 253.30%、248.11%、147.64%、79.72%。收获指数MNPK最高，达0.42，显著高于对照0.12个百分点。

2.4 油菜籽粒品质对不同施肥处理的响应

有机肥与氮磷钾肥配施对甘蓝型油菜籽粒品质影响不同(表5)。MN、MNP、N处理蛋白质质量分数显著增加，M处理蛋白质质量分数显著降低，蛋白质积累与油分的积累存在此消彼长的现象。M处理含油量最高达48.55%，较对照增加2.49个百分点，蛋白质质量分数最低为18.23%，较对照降低4.14个百分点。MNP处理蛋白质质量分数最高为23.57%，而其含油量最低为 43.68%。各处理芥酸质量分数差异不显著。M处理硫甙质量摩尔浓度为92.11 μmol/g，比对照处理低10.25 μmol/g，差异显著，其他肥料处理硫甙质量摩尔浓度较对照无显著差异。有机肥及氮磷钾肥的不同配施对油菜籽粒中芥酸、油酸、亚麻酸、棕榈酸的质量分数较对照未形成显著差异。

表3 不同施肥处理甘蓝型油菜主要经济性状Table 3 Main economic traits of Brassica napus L.under different fertilization

注：不同小写字母表示方差分析结果在5%的显著水平下存在差异，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 甘蓝型油菜产量及越冬率对不同肥料处理的响应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质Table 5 Quality rape seed of different fertilizers

2.5 不同施肥处理对种植甘蓝型冬油菜前后土壤化学性质差异分析

甘蓝型油菜种植前不同肥料处理间土壤化学性质差异主要来源于试验处理肥料的直接施用、长期施肥对土壤的影响，以及土壤本底值情况，收获后不同处理间土壤化学性质差异来自肥料、土壤及甘蓝型冬油菜种植生长过程的相互影响 (表6)。

在甘蓝型冬油菜收获后对同样的土壤指标进行检测，结果发现，施肥处理土壤全氮质量分数显著高于对照，其中有机肥配施无机肥的MNP、MNPK、MN处理土壤全氮质量分数显著高于有机肥单施及无机肥施用的M及NPK、NP、N处理。全磷质量分数除氮肥单施其他处理均显著高于对照，其中MNPK、MNP>NPK、NP、MN、M。全钾质量分数各处理间无显著差异。水解氮质量分数均显著高于对照，质量分数排序为MNPK、MN>MNP、M、NP>N、NPK>CK。速效磷质量分数除N处理其他肥料处理均显著高于对照，按照质量分数高低排序为MNPK、MNP>M、MN>NP、NPK。MNPK处理速效钾质量分数显著高于对照，N、NP处理显著低于对照，其他处理与对照无显著差异。土壤有机质质量分数以MNPK、MNP、MN、NPK、M处理均显著高于对照。收获后各肥料处理土壤pH显著低于对照，其中MN、MNPK的pH最低，分别低与对照 0.18、0.15。土壤全盐均显著高于对照，其中MNPK最高，较对照高0.02。

表6 不同施肥处理下种植甘蓝型冬油菜的土壤性质变化Table 6 Changes of soil properties of planting Brassica napus L.under different fertilization treatments

对甘蓝型冬油菜种植前、后的土壤各指标差值变化进行分析(图1)，土壤全氮质量分数在CK、N及M处理收获后有所降低，CK处理降幅显著大于其他施肥处理。土壤全磷质量分数除CK及N处理有所降低外，其他处理收获后未减少。土壤全钾质量分数收获后均显著低于种植前。土壤全盐质量分数在种植后均未降低。土壤水解氮及速效钾收获后较种植前的增减规律完全一致，其中MN、MNPK及M处理土壤水解氮及速效钾收获后较种植前显著增加，NPK及MNP收获后显著降低，其他处理种植前后无变化。土壤有机质在甘蓝型冬油菜种植后均未降低，NPK及有机肥配施无机肥种植甘蓝型冬油菜后土壤有机质显著增加，其中以MNPK有机质增加最多。

3 讨 论

3.1 不同肥料配施对甘蓝型冬油菜经济性状、产量及品质的影响

长期施肥及环境演变使冬油菜种植区域土壤肥力稳步上升，但速效养分缺失面积增大，施肥对油菜产量的贡献率增加，油菜丰产栽培必须建立在科学施肥的基础上[16]。施肥是油菜栽培最关键的增产措施，是直接影响油菜生长的因素。本试验结论表明，肥料施用延长甘蓝型冬油菜全生育期，单施氮肥与对照苗期最长，比其他处理苗期延迟3～5 d，加之单施氮肥终花期到达时间最晚，

图1 甘蓝型冬油菜种植后与种植前不同施肥处理的土壤性质变化Fig.1 Changes of soil properties under different fertilizers after and before winter rapeseed planting

3.2 甘蓝型冬油菜种植与土壤化学性质的相互响应

土壤、肥料、作物之间存在相互影响作用，该试验区块未长期施肥前(1981年)最初土壤0～20 cm基础化学性质如下：全氮0.08%，全磷 0.07%，全钾1.66%，速效氮73.00 g/kg，速效磷8.60 g/kg，速效钾190.00 g/kg，有机质质量分数1.19%。长期定位施肥试验结果表明施肥增加了黄绵土区土壤有机质及氮磷钾质量分数，土壤pH降低[14]。甘蓝型冬油菜种植后土壤全钾质量分数显著下降，土壤全氮质量分数在CK和M处理收获后降低，土壤全磷质量分数在CK及N处理降低，不施肥及单施氮肥土壤种植甘蓝型冬油菜后土壤氮磷钾质量分数较种植前下降至接近土壤最初本底值。土壤pH在甘蓝型冬油菜种植后除MNP处理均降低，因MNP处理种植前pH已显著低于对照。土壤水解氮及速效钾收获后与种植前的增减规律一致，土壤速效磷仅MNP收获后显著下降。土壤有机质在甘蓝型冬油菜种植后均未降低，NPK及MN、MNP、MNPK处理种植甘蓝型冬油菜后土壤有机质显著增加，其中以MNPK处理有机质增加最显著。因此，种植甘蓝型冬油菜不施肥或单施氮肥时无法满足其生产的肥料需求，不但会减产减收，还会对土壤消耗过大。种植冬油菜应在有机肥配施氮磷钾肥的基础上适当补充钾肥，以满足甘蓝型冬油菜整个生育期用肥需求。

4 结 论

肥料施用延长甘蓝型冬油菜全生育期，缩短了苗期，延长了花期，延缓了冬前油菜生长进程。单施氮肥使苗期生长较快，不利越冬，全生育期增延。黄绵土区施肥显著增加了冬油菜株高、角果数和产量，且肥料配施增产效果优于单施，有机肥与无机肥配施增产效果优于氮磷钾肥单独施用。等量施肥对甘蓝型冬油菜的产量贡献率大于白菜型冬油菜。肥料对籽粒蛋白质及油分的积累作用效果刚好相反，有机肥配施较无机肥单独施用增加了蛋白质质量分数，减少含油量，有机肥单施能显著降低硫甙含量。甘蓝型冬油菜施肥增产效果显著，不施肥或肥料供应不足时减产显著，土壤营养显著消耗，不利于达到增产增收的目的。各处理以MNPK处理优于其他处理对甘蓝型冬油菜产量、经济性状、籽粒品质及对土壤有机质的提升效果显著，油菜收获后土壤全钾质量分数显著下降，可在此有机肥配施氮磷钾肥的基础上适量提升钾肥比例，以达到丰产优质及培肥养地的种植效果。