施肥时期对长江中游稻秸全量还田下免耕飞播油菜产量形成及养分吸收的影响

王崇铭, 魏步青, 陈玲英, 孟孜贞, 鲁明星, 周志华, 鲁剑巍

中国油料作物学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (1) : 126-134.

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欢迎访问《中国油料作物学报》, 2025年5月24日 星期六
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中国油料作物学报 ›› 2025, Vol. 47 ›› Issue (1) : 126-134. DOI: 10.19802/j.issn.1007-9084.2023244
栽培生理·土肥植保

施肥时期对长江中游稻秸全量还田下免耕飞播油菜产量形成及养分吸收的影响

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Effect of fertilizing periods on yield formation and nutrient uptake in no-till aerial-sowing oilseed rape

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摘要

为确定免耕飞播油菜的适宜施肥时期,探索长江流域稻油轮作制度下稻秸全量还田油菜免耕飞播种植模式,于2020/2021年度和2021/2022年度在湖北省武穴市和黄陂区连续开展田间试验。试验设置7个处理,其中不施肥处理作为对照,其它处理的施肥时期分别为播种后3、5、7、9、12、17 d。通过调查关键生育期农艺性状、成熟期油菜籽产量及产量构成因子,测定油菜地上部养分积累量,明确适宜的施肥时期。结果表明,施肥时期显著影响油菜生育期农艺性状,相比其它处理,播种后5 d内施肥油菜的平均密度、株高、茎粗、越冬期最大叶面积分别增加43.2%、18.2%、13.9%、37.3%。施肥显著提高油菜籽产量,所有施肥处理的平均产量是对照(不施肥)的3.57倍;施肥时期显著影响油菜籽产量,2020/2021年度两个试验点在播种后5 d内施肥产量最高,比其它处理平均增产27.5%,2021/2022年度的两个试验点在播种后7 d内施肥产量最高,比其它处理平均增产33.8%。施肥时期显著影响收获密度和单株角果数,相比播种后5 d内施肥,其它处理平均收获密度降低19.9%,平均单株角果数减少16.9%。施肥时期显著影响肥料贡献率和养分积累量,两年试验播种后5 d内施肥对产量的贡献率和油菜地上部氮(N)、磷(P)、钾(K)积累量均达到最大,相比其它处理平均肥料贡献率增加16.2%,氮磷钾积累量分别提高19.2%、32.3%和34.5%。综上所述,免耕飞播油菜的适宜施肥时期为播种后7 d以内,以播种后5 d左右最佳;推迟施肥会降低油菜籽产量,即限制了油菜的养分吸收,阻碍了油菜群体生长构建和个体生长发育。

Abstract

In order to investigate the appropriate fertilizing periods for no-tillage aerial-sowing mode of oilseed rape with complete rice straw incorporation in the rice-oil cropping system in the Yangtze River Basin, 4 consecutive field experiments were conducted in Wuxue and Huangpi City of Hubei Province in the years 2020/2021 and 2021/2022. 7 treatments were set up in the experiment, with no fertilizer treatment as control. Fertilizing periods of the other treatments were 3, 5, 7, 9, 12 and 17 days after sowing, respectively. The optimal fertilizing periods for no-tillage aerial-sowing oilseed rape were determined by investigation of agronomic traits in reproductive period, and also rapeseed yield and its components at maturity period, and by calculation of nutrient uptake of the aboveground parts. Results indicated that fertilizing periods significantly affected agronomic traits. When fertilized within 5 days after sowing, the average of density, plant height, stem thickness, and maximum leaf area during the overwintering period of the fertility phase increased by 43.2%, 18.2%, 13.9%, and 37.3% than other 5 treatments respectively. Fertilizer application significantly increased rapeseed yield, and the average yield of all fertilizer treatments was 3.57 times higher than that of control (no fertilizer treatment). In the two-point trials in 2020/2021, rapeseed yield reached the highest when fertilizer was applied within 5 days after sowing, resulting in an average yield increase of 27.5% compared with the others. The two-point trials in 2021/2022, rapeseed yield was the highest when fertilized within 7 days after sowing, having 33.8% increase over the other treatments. Fertilizing periods significantly affected the harvest density and siliques per plant. Compared with fertilizer application within 5 days after sowing, the average harvest density of the other treatments was reduced by 19.9%, and the average siliques per plant were reduced by 16.9%. Fertilizing periods significantly affected the contribution rate of fertilizer and nutrient accumulation, and their impact on yield in oilseed rape cultivation. In a series of two-year experiments, the highest contribution rate of fertilizer to yield and the accumulation of nitrogen (N), phosphorus (P) and potassium (K) in the aboveground plant occurred within 5 days after sowing. During this period, the average fertilizer contribution rate increased by 16.2%, and the accumulation of nitrogen, phosphorus and potassium increased by 19.2%, 32.3% and 34.5%, respectively, compared with the other treatments. In summary, the suitable fertilizing periods for no-tillage aerial-sowing oilseed rape is within 7 days after sowing, with the best timing being around 5 days after sowing. Delaying the fertilizing periods hinders the growth and development of oilseed rape populations and individuals by restricting nutrient absorption of oilseed rape, which reduces the yield of oilseed rape.

关键词

施肥时期 / 免耕飞播 / 油菜籽产量 / 产量构成因子 / 养分积累

Key words

fertilizing periods / no-till aerial-sowing / rapeseed yield / yield components / nutrient accumulation

引用本文

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王崇铭 , 魏步青 , 陈玲英 , 孟孜贞 , 鲁明星 , 周志华 , 鲁剑巍. 施肥时期对长江中游稻秸全量还田下免耕飞播油菜产量形成及养分吸收的影响[J]. 中国油料作物学报, 2025, 47(1): 126-134 https://doi.org/10.19802/j.issn.1007-9084.2023244
Chong-ming WANG , Bu-qing WEI , Ling-ying CHEN , Zi-zhen MENG , Ming-xing LU , Zhi-hua ZHOU , Jian-wei LU. Effect of fertilizing periods on yield formation and nutrient uptake in no-till aerial-sowing oilseed rape[J]. CHINESE JOURNAL OF OIL CROP SCIENCES, 2025, 47(1): 126-134 https://doi.org/10.19802/j.issn.1007-9084.2023244
我国是世界第一大食用植物油消费国,且消费需求日益递增,但自给率仅30.8%,油菜作为我国重要的油料作物,提高油菜种植面积和单产是保障我国食用油自给率的重要举措[1]。长江流域是我国冬油菜种植主产区[2],随着近年来劳动力结构的变化和农业机械的推广应用[3,4],油菜轻简化种植逐渐得到推广,其中稻茬油菜免耕飞播种植模式为解决轮作茬口紧张从而充分利用冬闲田提供了一条有效途径。该模式集成了免耕、稻秸全量还田、无人机飞播、油菜专用肥应用、机械适时开沟等技术环节,具有抢农时、轻简、高效的特点[5],但目前还有很多关键技术参数有待完善。
发展绿色农业,需要提高养分释放与作物需求的匹配度[6]。研究表明冬油菜是前期营养贮藏型作物[7],保证冬油菜苗期充足的养分吸收和干物质积累对油菜高产十分重要。在前人研究中,已经形成了直播油菜分期施肥的肥料运筹技术[8]。刘波[9]研究表明冬油菜氮肥最适施肥时期和用量比例分别为基肥占50%~60%、越冬肥占20%、薹肥占20%~30%。王寅等[10]研究指出直播油菜对养分缺乏更加敏感,相比移栽冬油菜,直播冬油菜更应该重视养分的平衡施用,促进个体和群体的协调发展。基于此,结合轻简化生产的需求,适用长江流域不同品种油菜的长效专用配方肥被研制,加入了硝化抑制剂和脲酶抑制剂,使养分释放同时在时空上匹配油菜需肥规律,播种后一次性基施,就能够在长江流域不同区域维持菜籽稳产,且肥料利用率显著提高,其中氮、磷、钾养分利用率平均达48%、31%和60%[11]。存在的实际问题是,油菜免耕飞播模式中施肥需要在播种、水稻机械收获后进行,且水稻收获后不翻耕整地,肥料施用后需要利用开沟抛土对肥料进行覆盖,而开沟机械的正常运行往往受到气候、土壤墒情等因素制约[12],可能无法按时进行,导致在实际生产中无法按时施肥。因此专用肥的施用时期成为免耕飞播模式中需要研究的重要参数之一。
前人对施肥时期的研究大多基于油菜本身的需求规律展开,对免耕和机械化因素关注较少,因此本研究于2020/2021年度和2021/2022年度在湖北省油菜主产区2个试验点连续开展了田间试验,旨在研究免耕飞播条件下专用配方肥的施用时期,及其对油菜生长与养分吸收的影响,探讨不同施肥时期下油菜生长与产量构成因子的内在联系,为长江中游油菜免耕飞播模式施肥关键技术参数的完善提供技术指导。

1 材料与方法

1.1 试验地基本信息

试验于2020/2021和2021/2022两个年度油菜季在湖北省黄冈市武穴市(30°05′11″N,115°43′41″E)和武汉市黄陂区(31°00′27″N,114°10′29″E)油菜种植区进行,油菜的前茬作物均为水稻。2个试验地同属长江中游地区,亚热带季风气候。武穴试验点供试土壤质地为砂壤土,透气性良好,土壤肥力中等;黄陂试验点供试土壤质地为黏土,透气性差,土壤肥力中等;其耕层(0~20 cm)土壤基础养分状况见表1。武穴试验点水稻分别于2020年10月10日和2021年10月12日收获,黄陂试验点水稻分别于2020年10月29日和2021年10月12日收获。
表1 供试基础土壤养分状况

Table 1 Basic chemical properties of tested soil

地点

Site

pH

有机质

Organic matter /(g·kg-1

全氮

Total N /(g·kg-1

有效磷

Olsen-P /(mg·kg-1

速效钾

Available K /(mg·kg-1

武穴 Wuxue 5.20 31.0 1.52 20.2 129.9
黄陂 Huangpi 5.16 22.0 1.10 10.6 144.0

1.2 材料

供试油菜品种为中国农业科学院油料作物研究所选育的大地199[13],具有丰产性、稳产性高、抗逆性强等特点。供试肥料为湖北宜施壮农业科技有限公司生产的油菜长效专用肥,肥料配方结合了南方冬油菜主产区土壤养分供应特征与油菜养分吸收规律,N-P2O5-K2O-Ca-Mg-S-B含量为25.0%-7.0%-8.0%-1.5%-1.2%-2.0%-0.15%[14]

1.3 试验设计

试验共设置7个处理,分别为:(1)对照(不施肥);(2)播种后3 d施肥;(3)播种后5 d施肥;(4)播种后7 d施肥;(5)播种后9 d施肥;(6)播种后12 d施肥;(7)播种后17 d施肥。其中(1)为对照处理,(2)~(7)为施肥时期单因素处理组合,采用随机区组排列,3次重复,小区面积36 m2(1.8 m×20 m)。病虫草害等其它田间管理措施同当地保持一致,全生育期内均无明显病虫草害发生。
除施肥处理按试验方案外,其它农事操作参照免耕飞播油菜推荐参数进行[5]:在水稻收获前1天使用无人机飞播油菜籽,播种量6.0 kg·hm-²;水稻成熟后机械收获,留桩高度40 cm,其余稻秸粉碎后均匀覆盖还田;除对照(不施肥)处理外,其余处理施肥量均为750 kg·hm-²,一次性作基肥施用;施肥后立即利用开沟机进行开沟,厢宽1.8 m、沟宽0.3 m、沟深0.25 m,沟土均匀抛撒至厢面上,土层厚0.5~1.0 cm。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 土壤样品

水稻收获后肥料施用前采用“S”形取样法,采集0~20 cm耕层土壤,拣出杂草和碎石,按照“四分法”取1 kg置于阴凉、通风处风干,并用木槌磨细后分别过1 mm和0.149 mm筛,置于干燥处保存。土壤养分状况按常规方法测定,具体为:pH按照水土比2.5:1,电位法测定;有机质用外加热-重铬酸钾容量法测定;全氮用半微量开氏定氮法测定,标准酸滴定;有效磷用0.5 mol·L-1 NaHCO3浸提-钼锑抗比色法测定;速效钾用1 mol·L-1 NH4OAc浸提-火焰光度法测定[15]

1.4.2 关键生育期调查

各试验点油菜生长对施肥时期的响应表现基本一致,因此连续两年对武穴试验点的油菜农艺性状进行调查,主要指标有密度、株高、茎粗、绿叶数、叶面积。具体方法为:在各小区设置3个1 m²(1 m × 1 m)的固定样方,分别于油菜播种后约30 d(四叶期,11月10日)、70 d(越冬期,12月20日)、130 d(蕾薹期,次年2月18日)调查并记录固定样方内存活的油菜株数,作为油菜密度;选取6株长势一致的油菜在越冬期、蕾薹期、播种后160 d(花期,次年3月20日)调查株高(齐地向上至自然状态下植株最高点的高度);在蕾薹期、花期调查茎粗(第一对侧根与子叶节间的直径);在越冬期调查最大完全展开叶的叶长和叶宽,其乘积作为最大叶面积[16]

1.4.3 植株样品

成熟期收获前,试验点各小区的3个固定样方参照刘秋霞等[17]方法调查油菜收获密度,并在小区内随机选取长势一致的10株油菜,调查单株角果数,每株均匀选取上中下20个角果对光调查每角粒数,放置网袋内悬挂风干脱粒后分别统计茎秆、籽粒、角壳的生物量,取部分风干籽粒在60℃条件下烘干至恒重,测定千粒重。各部分样品于60℃烘干至恒重后磨细过筛用于养分含量测定,采用H2SO4-H2O2联合消煮,流动注射分析仪(AA3,德国SEAL)测定植株全氮、全磷含量,火焰光度计测定植株全钾含量[18]。在油菜成熟期收获各小区的所有油菜,以风干重作为产量。

1.5 数据处理与分析

油菜生育期农艺性状和产量构成因子分析中,以播种后5 d的数据作为比较,计算方法为:[播种5 d前(3 d和5 d的指标平均值)-播种5 d后(7 d、9 d、12 d和17 d指标平均值)]/播种5 d后(7 d、9 d、12 d和17 d指标平均值)。
氮积累量(kg·hm-2)=籽粒生物量×籽粒氮含量+角壳生物量×角壳氮含量+秸秆生物量×秸秆氮含量;磷、钾积累量同上[19]
本研究以肥料对产量的贡献率作为衡量肥料施用效果的指标,具体计算方法为:肥料贡献率(%)=(施肥区油菜籽产量 - 不施肥区油菜籽产量)/ 施肥区油菜籽产量 × 100[20]
用Microsoft Excel 2021处理试验数据和作图;两年油菜生长趋势相同,因此油菜生育期关键生育期农艺性状指标采用两年武穴点平均数据进行分析;用SPSS Statistics 27.0进行方差分析,新复极差法检验数据的差异显著性水平(α=0.05);采用R语言中“relaimpo”包计算产量构成因子对产量的相对贡献率[21]
(1)首先将自变量(产量构成因子)与因变量(油菜籽产量)构建线性模型,表达式如下:
y = β0 + x1β1 + · +xkβk· · + xpβp + e
其中p是自变量数,xp 为自变量,βp 为对应自变量系数(β0 为模型截距),e为未解释部分;
(2)计算模型解释度R²,计算方法如下:
在线性回归中,系数βk 是通过最小化未解释部分的平方和来估计的,我们将估计系数表示为 β^k,那么对应的拟合响应值可表示为 y^,模型中p个自变量解释的因变量y的变化比例用R²表示,公式如下:
R2=SSRSST=i=1ny^-y¯2i=1ny-y¯2
其中SSR为模型回归平方和,SST为模型总平方和, y¯为因变量平均数。
(3)分解p个自变量占总R²的比例即为相对贡献率,使用R4.2.3软件“relaimpo”包中的“calc·relimp”函数获取。

2 结果与分析

2.1 施肥时期对油菜农艺性状的影响

密度观测结果表明,四叶期、越冬期、花期密度与成熟期密度规律保持一致,均随着施肥时期的推迟而降低,相比播种7 d、9 d、12 d、17 d后施肥,3 d、5 d前施肥分别平均增加63.7%、36.8%、23.5%(表2)。各生育期的株高、茎粗和越冬期的最大叶面积均随着施肥时期的推迟而降低,其中株高、最大叶面积在播种后5 d前施肥最大,相比5 d后施肥,越冬期、蕾薹期、花期平均株高分别增加43.9%、29.5%、9.9%(表2),越冬期平均最大叶面积增加37.3%(表2)。茎粗在播种后7 d前施肥最高,相比播种7 d后施肥,7 d前施肥的蕾薹期、花期平均茎粗分别增加8.0%、18.4%(表2)。
表2 施肥时期对油菜关键生育期农艺性状的影响(武穴点两年平均值)

Table 2 Effect of fertilizing periods on Agronomic traits of rapeseed during the key growth stage (2-year average of Wuxue)

施肥时期

Fertilizing period

/DAS

密度

Density /(plant·m-2

株高

Plant height /cm

茎粗

Crown diameter /cm

最大叶面积

Area of maximum leaf /cm2

四叶期

Four leaf stage

越冬期

Wintering stage

蕾薹期

Bolting stage

成熟期

Maturity stage

越冬期

Wintering stage

蕾薹期

Bolting stage

花期

Flowering stage

蕾薹期

Bolting stage

花期

Flowering stage

越冬期

Wintering stage

3 57.9 a 41.2 a 32.4 a 28.5 a 36.6 a 64.0 a 163.1 a 1.57 a 1.73 a 282.3 a
5 54.6 a 41.7 a 31.9 a 26.7 a 35.5 a 65.0 a 160.7 ab 1.59 ab 1.75 a 246.9 ab
7 37.0 b 34.7 ab 27.8 ab 23.2 b 30.8 b 55.9 b 154.9 b 1.57 ab 1.60 ab 221.7 bc
9 42.1 b 33.3 ab 28.2 ab 23.2 b 26.2 c 53.1 c 146.2 c 1.48 bc 1.45 bc 211.7 bc
12 30.1 c 27.3 b 25.0 b 21.7 c 21.6 d 46.0 d 146.1 c 1.48 bc 1.41 bc 173.6 bc
17 28.2 c 25.9 b 23.1 b 21.5 c 21.6 d 44.3 d 141.8 c 1.42 c 1.38 c 163.9 c
注:不同小写字母表示不同施肥时期处理之间在0.05水平差异显著;DAS:播种后天数
Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level for different fertilizing periods; DAS: days after sowing

2.2 施肥时期对油菜籽产量的影响

施肥显著提高油菜籽产量,施肥处理的油菜籽产量在2020/2021年度武穴点和黄陂点、2021/2022年度武穴点和黄陂点分别是对照(不施肥)处理的2.67、3.45、3.95、4.78倍(表3)。进一步分析结果表明,施肥时期显著影响油菜籽产量,三因素方差分析结果表明,施肥时期、年份、地点对油菜籽产量均影响显著,且施肥时期×年份、年份×地点、施肥时期×年份×地点的交互作用显著。由此可知,尽管两年试验中肥料对油菜籽产量的影响效果不同,油菜籽产量均表现为随着施肥时期的推迟而降低的趋势,其中2020-2021年度两点油菜籽产量在播种后5 d施肥达到最高,与5 d后施肥处理相比平均提高37.5%、15.1%(表3),2021-2022年度两点油菜籽产量在7 d内达到最高,与7 d后施肥相比平均提高22.6%、51.7%(表3)。综合各点结果,免耕飞播模式油菜适宜的施肥时期应在播种后7 d内,5 d内施肥效果最佳,不宜超过9 d。
表3 施肥时期对油菜籽产量的影响 (kg·hm-2)

Table 3 Effect of fertilizing periods on rapeseed yield

施肥时期

Fertilizing period /DAS

2020-2021 2021-2022
武穴Wuxue 黄陂Huangpi 武穴Wuxue 黄陂Huangpi
0 769 d 447 d 685 d 401 d
3 2425 a 1743 a 3235 a 2505 a
5 2585 a 1635 ab 2876 ab 2255 ab
7 2105 b 1535 b 2830 ab 2173 ab
9 1881 bc 1495 bc 2594 bc 1836 bc
12 1677 c 1475 bc 2480 bc 1473 c
17 1626 c 1361 c 2218 c 1260 c
方差分析 ANOVA FF value
施肥时期 Fertilizing time(T) 97.5***
年份 Year(Y) 79.4***
地点 Site(S) 152.1***
T×Y 4.9*
T×S 1.4ns
Y×S 5.8*
T×Y×S 2.6*
注:不同小写字母表示同一地点、年份下不同施肥时期处理之间在0.05水平差异显著。*、**、***分别表示在0.05、0.01、0.001水平下方差分析结果显著,ns无显著差异;DAS:播种后天数;0代表不施肥对照
Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level for different fertilizing periods under the same site and year. *, **, *** indicate significant ANOVA results at the 0.05,0.01, and 0.001 levels, respectively, ns no significant differences; DAS: days after sowing; 0 indrcates no fertilizer control

2.3 施肥时期对油菜产量构成因子的影响

为探明施肥时期对油菜籽产量的影响机理,进一步对油菜产量构成因子进行分析,方差分析结果表明,密度、单株角果数均随施肥时期的推迟而显著降低和减少,每角粒数、千粒重随施肥时期的变化无显著差异(表4)。其中2020/2021年度武穴、黄陂点在播种5 d内施肥两处理的平均收获密度比5 d后施肥4处理分别增加22.0%、17.9%(表4),单株角果数分别增加17.7%、22.9%(表4);2021/2022年度武穴、黄陂点在7 d前施肥处理的平均收获密度比7 d后施肥处理分别增加24.5%、37.0%(表4),单株角果数分别增加18.8%、22.0%(表4)。综合产量构成因子对油菜籽产量的相对重要性分析发现,在每角粒数、千粒重一定条件下密度和单株角果数对产量的相对贡献率分别占38.4%、43.9%(图1),是影响油菜籽产量的主要因子。
表4 施肥时期对油菜产量构成因子的影响

Table 4 Effect of fertilizing periods on yield components of rapeseed

地点

Site

施肥时期

Fertilizing period

DAS

2020-2021 2021-2022

收获密度

Harvest density /(plant·m-2

单株角果数

Siliques per plant

每角粒数

Seeds per pod

千粒重

1000-seed weight /g

收获密度

Harvest density /(plant·m-2

单株角果数

Siliques per plant

每角粒数

Seeds per silique

千粒重

1000-seed weight /g

武穴

Wuxue

3 27.7 a 134.8 a 20.2 a 4.03 a 29.3 a 150.3 a 20.9 a 4.14 a
5 26.0 ab 129.7 ab 21.1 a 4.07 a 27.3 ab 138.8 b 21.0 a 4.27 a
7 22.3 c 123.5 ab 20.4 a 4.09 a 24.0 bc 133.7 bc 21.0 a 4.30 a
9 23.0 bc 120.0 b 20.6 a 4.09 a 23.3 bc 126.0 c 21.0 a 4.20 a
12 21.0 c 104.2 c 19.6 a 4.11 a 22.3 c 122.2 c 20.3 a 4.26 a
17 21.7 c 101.8 c 19.8 a 4.10 a 21.3 c 106.2 d 20.4 a 4.15 a

黄陂

Huangpi

3 25.0 a 128.8 a 19.0 a 3.78 a 25.3 a 148.2 a 19.2 a 3.97 a
5 24.3 a 137.7 a 18.9 a 3.80 a 24.0 a 144.3 a 18.2 a 3.92 a
7 21.7 ab 121.7 ab 19.1 a 3.83 a 20.3 ab 137.8 a 19.8 a 3.83 a
9 22.0 ab 106.7 bc 18.5 a 3.81 a 18.0 b 121.5 b 19.6 a 3.84 a
12 20.0 b 106.3 bc 18.6 a 3.85 a 17.0 b 114.5 bc 18.3 a 3.91 a
17 20.0 b 99.2 c 18.4 a 3.84 a 16.7 b 106.3 c 18.9 a 3.88 a
注:不同小写字母表示同一地点、年份下不同施肥时期处理之间在0.05水平差异显著;DAS:播种后天数
Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level for different fertilizing periods under the same site and year; DAS: days after sowing
图1 产量构成因子对油菜籽产量相对贡献率

Fig. 1 Relative contribution of yield components to rapeseed yield

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2.4 施肥时期对油菜肥料施用效果和养分积累的影响

为探明推迟施肥时期造成油菜籽产量下降的原因,本研究分别分析了两年试验在不同施肥时期下专用肥的施用效果与地上部氮磷钾养分积累量差异,结果表明:
施肥时期、年份和地点对肥料贡献率均影响显著,其中年份×地点、施肥时期×年份×地点的交互作用显著,表现为在不同地点、年份的肥料施用对产量的贡献水平具有差异(表5)。由此可见,尽管在不同时间、地点专用肥对油菜的增产效果不同,肥料贡献率均表现为随着施肥时期的推迟而降低,其中2020/2021年度武穴、黄陂点在播种后5 d内施肥处理的平均肥料贡献率比5 d后施肥处理分别增加6.7%、16.2%(表5);2021/2022年度武穴、黄陂点在播种后7 d内施肥处理的平均肥料贡献率比7 d后施肥处理分别增加5.2%、9.4%。
表5 施肥时期肥料贡献率与油菜地上部养分积累量的影响

Table 5 Effect of fertilizing periods on contribution rate of fertilizer and aboveground nutrient accumulation of rapeseed

年份

Year

地点

Site

施肥时期

Fertilizing period /DAS

肥料贡献率

Contribution rate of fertilizer /%

地上部养分积累量

Aboveground nutrient accumulation /(kg·hm-2

氮N 磷P 钾K
2020-2021

武穴

Wuxue

0 - 28.39 6.14 57.01
3 68.3 ab 91.61 a 24.29 a 212.42 ab
5 70.3 a 96.57 a 25.37 a 239.16 a
7 63.5 bc 85.76 ab 20.77 b 203.42 b
9 59.1 cd 75.52 b 19.05 b 168.10 c
12 54.1 e 75.91 b 15.90 c 137.38 cd
17 52.7 de 78.12 b 15.49 c 148.46 d

黄陂

Huangpi

0 - 13.46 3.07 26.56
3 74.3 a 66.49 a 17.60 a 127.81 a
5 72.7 ab 64.08 a 16.02 ab 121.72 ab
7 70.9 b 59.67 a 13.85 bc 108.04 ab
9 70.1 bc 58.07 a 14.13 bc 106.30 ab
12 69.7 bc 62.61 a 14.32 bc 112.04 ab
17 67.2 c 56.57 a 12.87 c 103.17 b
2021-2022

武穴

Wuxue

0 - 24.42 7.27 76.03
3 78.8 a 141.42 a 39.49 a 360.77 a
5 76.2 a 121.95 ab 32.01 b 317.43 ab
7 75.8 ab 126.04 ab 34.89 ab 340.02 ab
9 73.6 ab 97.06 b 28.00 b 276.24 bc
12 72.4 ab 110.12 b 20.90 c 190.91 c
17 69.1 b 98.00 b 19.72 c 238.60 bc

黄陂

Huangpi

0 - 11.73 4.21 91.95
3 84.0 a 100.58 a 25.18 a 260.61 a
5 82.2 a 106.43 a 25.06 a 227.07 ab
7 81.5 a 104.87 a 24.55 a 204.80 abc
9 78.2 ab 95.55 ab 21.90 ab 181.61 bcd
12 72.8 ab 78.01 bc 18.04 b 141.53 cd
17 68.2 b 62.39 b 15.47 b 116.38 d
方差分析 ANOVA FF value
施肥时期 Fertilizing time(T) 18.7*** 7.0*** 26.4*** 18.1***
年份 Year(Y) 118.4*** 90.5*** 139.3*** 137.0***
地点 Site(S) 49.8*** 52.4*** 90.3*** 125.4***
T×Y 0.8ns 2.0ns 4.8** 4.1**
T×S 0.4ns 1.0ns 3.8** 2.1ns
Y×S 10.2** 0.1ns 2.5ns 3.2ns
T×Y×S 3.3* 1.0ns 1.0ns 0.8ns
注:不同小写字母表示同一地点、年份下不同施肥时期处理之间在0.05水平差异显著。*、**、***分别表示在0.05、0.01、0.001水平下方差分析结果显著,ns无显著差异;DAS:播种后天数;0代表不施肥对照
Note: Different lowercase letters indicate significant differences at 0.05 level for different fertilizing periods under the same site and year. *, **, *** indicate significant ANOVA results at the 0.05,0.01, and 0.001 levels, respectively, ns no significant differences; DAS: days after sowing; 0 indrcates no fertilizer control
施肥时期、年份和地点对氮、磷、钾地上部养分积累量均影响显著,其中年份、地点与施肥时期对磷吸收具有交互作用,年份与施肥时期对钾吸收具有交互作用,表现为不同养分在不同地点、年份下的油菜养分积累水平具有差异(表5)。由此可见,尽管在不同时间、地点油菜养分积累量不同,但总体上均随着施肥时期的推迟而降低,其中2020/2021年度武穴点在播种后5 d内施肥处理的平均地上部氮磷钾养分比5 d后施肥分别提高19.4%、39.5%、37.4%(表5),黄陂点分别提高10.2%、21.9%、16.2%(表5);2020/2021年度武穴点在播种后7 d内施肥处理的平均地上部氮磷钾养分比7 d后施肥分别提高27.6%、55.0%、44.3%(表5),黄陂点分别提高32.2%、35.0%、57.6%(表5)。

3 讨论

3.1 免耕飞播条件下施肥时期对油菜生长的影响

油菜生育期生长状况与油菜籽产量水平密不可分,大量研究表明养分供应不足影响油菜个体的正常生长发育[22~24]。本研究结果表明推迟施肥时期显著抑制株高、茎粗、叶面积生长。其中苗期的叶面积大小与光合作用下的同化物积累密切相关,7 d后施肥对油菜的生长已造成不可逆的损失。在生殖生长阶段,株高、茎粗是影响产量形成的重要农艺性状指标,邹娟等[25]研究表明,油菜在适宜的氮磷钾吸收条件下株高明显提高,促进单株角果数形成;郑伟等[26]得出油菜单株产量与生育期茎粗显著正相关的结论。本研究中,相比播种9 d后施肥,株高、茎粗在7 d施肥均有较好的补偿效应,分别平均增加7.0%、13.2%,在产量构成因子中表现为播种后7 d施肥的平均单株角果数比播种后9 d施肥的增加29.9%,比播种后5 d前施肥仅减少8.3%,表明在播种后5~7 d施肥的肥料效果尚且可以维持油菜籽单株产量(表2)。
密度是油菜产量形成的重要指标,相比传统翻耕整地模式,养分吸收不足不仅造成苗期油菜难以越冬,稻草全量还田且免耕会对油菜出苗造成进一步损失,苏伟等[27]盆栽试验结果表明稻草覆盖还田对油菜出苗抑制作用明显,裴霄敏等[28]研究表明免耕飞播不施肥处理显著降低油菜出苗率,但稻草覆盖对油菜生长与养分吸收速率有促进作用[27]。本研究表明油菜生育期密度随着施肥时期的推迟而降低,这种差异在播种后四叶期定苗时即有所体现,在成熟期表现为播种5 d前施肥的密度显著高于播种7 d后施肥(表2),说明免耕飞播油菜的种子在养分吸收不足的条件下难以突破大量覆草形成的“屏障”正常出苗,是导致最终密度降低的主要原因。
综上所述,油菜的产量形成是群体和个体生长相互协调的结果[26,29],推迟施肥时期造成的养分缺乏抑制了个体生长并加速了群体衰亡,最终影响群体与个体的平衡导致产量下降。合理的施肥时期有利于加强油菜前期个体生长,缓解稻秸覆盖造成的出苗损失,促进出苗后的生长发育,进一步验证了油菜适宜的生长是获得高产的前提这一理论[7]

3.2 免耕飞播条件下施肥时期对油菜养分积累和产量形成的影响

在本研究中适宜的施肥时期是播种后5 d内,在此时段内施肥油菜籽产量保持稳定。推迟施肥时期造成N、P、K养分积累量降低(表5)是导致油菜籽减产(表3)的主要因素,密度和单株角果数是减产的主要体现(图1)。油菜氮磷钾养分吸收利用对密度和单株角果数水平影响意义重大,王寅等[30]研究表明缺氮、磷、钾时加速冬油菜的群体衰亡,尤其是氮素缺乏,无法发挥群体优势;不仅如此,胡立勇等[31]研究表明单株角果数与各阶段的养分吸收利用密切相关,前期养分供应不足将限制后期角果的形成。本研究中,相比播种5 d后施肥,5 d内施肥单株角果数增加20.3%;相比移栽油菜,飞播油菜在播种后不断出现弱小植株的死亡导致群体密度持续下降,而这种下降特征受到养分吸收的调控,最终导致收获密度差异,本研究中相比播种5 d后施肥,5 d内施肥收获密度增加25.0%(表4)。

3.3 油菜免耕飞播模式施肥策略

相比传统耕作模式,免耕条件下油菜籽产量对肥料施用的响应更为敏感[32],且专用肥的增产效果随着气候、区域的变化存在差异,因此,制定差异化施肥策略是进一步完善免耕飞播技术模式的重要途径。本研究两年试验的产量对施肥的响应各不相同,其中2020/2021年度黄陂试验点由于油菜飞播时期较晚,较其它试验整体产量和N、P、K养分吸收较低,然而在播种后5 d前施肥的肥料贡献率仍然达到72.7%~74.4%,表明在播种过晚时通过及时的肥料供应能够补偿部分产量。不仅如此,黄陂土壤质地较武穴点黏重,且有机质、全氮、有效磷水平均低于武穴点(表1),养分供应能力较差,油菜需要从肥料中获取更多的养分维持生长,因此2021/2022年度黄陂试验点的肥料贡献率高于武穴点。从上述现象中可获得启示:不同区域和土壤条件的田块施肥效果存在差异,需要根据产量效益和经济效益结合田间实际生产情况制定施肥方案。大量研究表明长江流域油菜主产区适宜的施肥量在600~900 kg·hm-2[33,34],而施肥时期决定了油菜苗前期养分吸收时机[35],二者相互协调。
本研究以施肥对武穴、黄陂产量及养分吸收的影响为例,对于黄陂黏重及肥力较差的土壤可适当提高施肥量,严格控制施肥时期,做到尽早施用,高效利用肥料中养分;对于武穴供肥能力较强的土壤,可适当降低施肥量,放宽施肥窗口期,增加经济效益,减少操作环节矛盾。通过制定不同施肥方案在维持油菜籽产量的同时可进一步提高经济效益,提高农民扩种冬油菜的积极性,充分利用冬闲田潜力。
然而,本研究仍有一定的局限性:(1)施肥策略的制定仅以大地199作为代表,事实上不同品种的养分需求规律及养分吸收利用能力存在差异[36],进一步重视品种间的差异完善该模式施肥关键技术参数,对增强油菜生产力具有重要意义,也是未来工作的重点;(2)地域局限性:本研究两个试验点虽具有一定的代表性,但仍然需要进一步扩大研究范围,不断优化完善关键技术参数,探索不同环境条件下的适用性。

4 结论

长江中游稻秸全量还田条件下免耕飞播油菜适宜施肥时期为播种后5 d内,在此时期内施肥能有效促进油菜养分吸收,提高肥料贡献率,保证油菜生育过程中群体生长构建和个体生长发育,增加成熟期的密度和单株角果数,确保免耕飞播模式稳产高效机制的运转。

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基金

国家油菜产业技术体系项目(CARS-12)
湖北省重点研发计划项目(2020BBB062)
湖北省现代农业产业技术体系项目(HBHZD-2020-005)
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