化肥减量条件下不同有机肥用量对油菜养分利用和产量的影响

熊廷浩 资 涛 张 嫒 胡宇倩 彭 芝 宋海星

（1湖南农业大学资源环境学院，410128，湖南长沙；2湖南生物机电职业技术学院，410127，湖南长沙；3岳阳市农业科学研究院，414000，湖南岳阳）

油菜是我国第一大油料作物，国产菜籽油占国产油料作物产油量的55%以上[1]，发展油菜产业对保障我国食用油供给安全具有重要的战略意义。长江流域是我国冬油菜的主产区，油菜种植面积和产量均占全国85%左右[2]，湖南省作为长江中游的油菜种植大省，近5年种植面积稳居全国第一，同时油菜也是湖南省除水稻外种植面积最大的农作物[3]，因此湖南地区油菜种植在我国油菜生产中占有重要地位。油菜是需肥量较大的作物，因此肥料在其生产中发挥着不可替代的作用，但油菜生产中化肥过量施用的现象比较普遍，造成一系列环境问题[4-5]。有机肥替代化肥既能满足油菜生长发育过程中所需的营养元素，又能减少化肥的施用量，减轻环境污染，是积极响应国家化肥农药“双减”政策的重要技术手段之一。马静[6]研究表明，有机无机配施的油菜产量比单施化肥处理高30.6%～57.6%；宋以玲等[7]研究表明，化肥减量10%～30%条件下，用生物有机肥等替代化肥，比常规施肥（100%化肥）增产4.6%～24.6%。湖南浏阳和安徽池州冬油菜产区，在稳产增产的前提下有机肥可替代化肥氮用量10%～34%[8-9]。蒋倩红等[10]在长江中下游冬油菜产区的研究也发现，配施2250kg/hm2有机肥在保持稳产的同时可实现化肥氮减施26.7%～45.9%。有机肥替代化肥的研究很多，但主要集中在增施有机肥的效果或替代化肥的比例方面，不同有机肥用量对化肥减施效果的影响研究却鲜有报道。通过田间试验研究了化肥减量25%条件下配施不同用量有机肥对油菜产量形成和养分吸收等方面的影响，探讨化肥减施过程中配施有机肥的适宜用量，为指导油菜合理施肥和实现油菜高产高效绿色生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地点和材料

于2018年10月-2019年5月在湖南省郴州市安仁县渡口乡松林村大屋组（26°47′29.05″N，113°11′17.53″E）进行田间试验，前茬作物为水稻。试验地年均气温17.7℃，年降水量约为1430mm，属亚热带季风湿润气候。供试土壤为第四世纪红土母质发育的红黄泥，pH值5.12，有机质29.8g/kg，全氮1.5g/kg，速效磷27.3mg/kg，速效钾50.2mg/kg。

供试油菜品种为湘油420，千粒重3.74g。采用直播种植方式，播种量为6.0kg/hm2，为保证播种均匀，种子均按试验区面积25m2的用种量（15g）准确称取并分装到小袋中，并将每袋种子和少量河沙均匀搅拌后仔细撒匀，2018年10月15日播种，2019年4月26日收获。供试肥料包括尿素（N 46%）、过磷酸钙（P2O512%）、氯化钾（K2O 60%）、硼砂（B 10.8%）和有机肥（含水量63.5%、N 2.22%、P2O56.94%和K2O 2.11%，由安徽司尔特肥业股份有限公司提供，原料以核桃壳为主）。

1.2 试验设计

共设6个处理（表1），FFP处理是参照当地农民的常规施肥，具体为45%复合肥（15-15-15）600kg/hm2（基肥）+尿素270kg/hm2（120kg/hm2为基肥，其余平均分2次进行追肥）+硼砂9kg/hm2；化肥减量25%条件下化肥施用量均为尿素358kg/hm2+过磷酸钙500kg/hm2+氯化钾125kg/hm2，总养分投入为N 165kg/hm2+P2O560kg/hm2+K2O 75kg/hm2，硼砂用量为9kg/hm2。

表1 试验处理编号和有机肥用量Table 1 The number of each treatment and the amount of organic fertilizer

采取无重复大区设计，每个处理面积为50m2。全部有机肥、磷肥、钾肥、硼肥和60%氮肥作基肥一次性撒施，20%氮肥于2018年12月24日施苗肥，20%氮肥于2019年1月24日施薹肥。

1.3 测试项目及方法

1.3.1 干物质积累量 分别在油菜的幼苗期（2018年12月24日）、越冬期（2019年1月24日）、抽薹期（2019年2月25日）、盛花期（2019年3月17日）和收获期（2019年4月25日）采集整株样品（包括0～20cm土层根系），在每个大区的3个不同区域随机取样，相当于3次重复样品，以保证结果可靠。于幼苗期和越冬期采集0.3m2样方的植株，其他生育期采集5株具有代表性的植株，将植株样品烘干至恒重后，立即称重，记录生物量。

1.3.2 养分积累量 样品经H2SO4-H2O2消化后，使用间歇式流动分析仪Smart Chem 2000测定植株氮含量；采用钒钥黄比色法测定植株磷含量；采用火焰光度法测定钾含量[11]。

1.3.3 产量和产量构成因素 收获期在每个处理大区避开取样点，收取3个10m2样方进行实际测产；每个大区随机选取3个1m2样方，调查种植密度、单株角果数、每角果粒数和千粒重。

1.3.4 经济效益计算 油菜产值（元/hm2）=油菜产量×籽粒收购价，油菜施肥效益（元/hm2）=油菜产值-肥料成本。油菜籽粒收购价为5.0元/kg，复合肥、尿素、过磷酸钙、氯化钾、硼砂和有机肥价格分别为2.5、2.2、0.7、3.0、15.0和0.8元/kg。

1.4 数据处理与分析

使用Microsoft Excel 2016记录和处理数据；使用SPSS 21.0（采用LSD法）分析处理间的差异显著性；使用Origin 2018绘制图表。

2 结果与分析

2.1 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对产量的影响

如图1所示，化肥减量25%条件下配施有机肥可显著提高油菜产量，油菜产量随着有机肥施用量的增加而增加。与不施有机肥处理（F75%）相比，配施有机肥处理的产量显著增加597～1428kg/hm2，增产43.9%～60.2%。与常规施肥处理（FFP）相比，F75%处理的产量下降13.0%，未达到显著差异；增施有机肥处理的产量均显著高于FFP，增产25.2%～78.5%。对5个化肥减量处理绘制有机肥施用量与产量的模拟曲线：y=327.2x+1164.2（R²=0.948），由此计算出化肥减量25%条件下与常规施肥处理的产量相同时，有机肥施用量为675kg/hm2。

图1 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对产量的影响Fig.1 The effects of different organic fertilizer amounts on yield under the condition of chemical fertilizer reduction of 25%

2.2 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对产量构成因素的影响

由表2可知，化肥减量25%条件下配施有机肥可显著提高油菜单株角果数，且随着有机肥施用量的增加而增加，与F75%处理相比，配施有机肥的单株角果数增加了51.0%～162.6%，差异显著。与FFP处理相比，F75%处理的单株角果数下降0.8，差异不显著；其他增施有机肥处理的单株角果数均显著高于FFP处理，增加48.6%～158.4%。每角粒数在13.20～14.60之间，各处理间差异不显著。千粒重随着有机肥施用量的增加呈先增加后降低的趋势，各处理间差异不显著，其中，F75%+M3处理千粒重最大，为4.09g，F75%处理最小，为3.87g。与密度最大的FFP（54.0万株/hm2）处理相比，化肥减量25%条件下各处理的密度均略有下降。施用有机肥后密度随有机肥施用量的增加呈先上升后下降的趋势，其中F75%+M2处理密度最大，为51.7万株/hm2，F75%+M4处理密度最小，为44.0万株/hm2。

表2 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对产量构成因素的影响Table 2 The effects of different organic fertilizer amounts on yield components under the condition of 25% chemical fertilizer reduction

2.3 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对干物质积累的影响

各处理的干物质积累量与产量趋势一致（图2），化肥减量25%条件下，干物质积累量随有机肥施用量的增加而提高。施用有机肥不仅可以弥补化肥减量25%带来的干物质积累损失，还可以获得更高的干物质积累量。全生育期中，F75%+M4处理的干物质积累量最大，F75%处理的最小。幼苗期和越冬期油菜干物质积累量较低，不同施肥处理间干物质积累差异小，从抽薹期开始干物质积累加快，处理间差异增大，以收获期干物质积累量为例，与F75%处理相比，化肥减施25%条件下配施有机肥处理的干物质积累量增加4707～8502kg/hm2，增加幅度为104.2%～188.3%。相比FFP处理的干物质积累量（5380kg/hm2），F75%处理的干物质积累量（4515kg/hm2）减少16.1%，配施有机肥各处理的干物质积累量为4515～13017kg/hm2，增幅为71.5%～142.0%。

图2 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对干物质积累的影响Fig.2 The effects of different organic fertilizer amounts on dry matter ccumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction

2.4 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对氮素积累量的影响

从表3可以看出，植株氮素积累量均表现为化肥减量条件下随着有机肥施用量的增加而增加。油菜植株氮素积累量随生育期推进不断增加，趋势与生育期相对应的干物质积累量趋势一致。相比FFP处理，F75%处理的氮素积累量在幼苗期、越冬期和开花期分别减少19.8%、22.2%和18.8%，差异不显著，在抽薹期和收获期显著减少24.0%和26.2%。相比F75%处理，F75%+M1、F75%+M2、F75%+M3和F75%+M4处理的氮素积累量在不同时期均显著提高，幼苗期、越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别提高119.4%～277.1%、59.6%～126.7%、78.4%～156.7%、47.6%～130.9%和95.9%～206.0%；相比于FFP处理，F75%+M1、F75%+M2、F75%+M3和F75%+M4处理的氮素积累量在不同时期也均显著提高，幼苗期、越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别提高76.2%～202.8%、24.1%～76.3%、35.3%～94.8%、19.9%～87.6%和44.5%～125.6%。由此可知，施用有机肥的氮素积累量在幼苗期、抽薹期和收获期3个时期增幅较大。

表3 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对氮素积累的影响Table 3 The effects of different organic fertilizer amounts on nitrogen accumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction kg/hm2

2.5 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对磷素积累量的影响

不同处理的植株磷素积累量随生育期的变化趋势与氮素积累量一致（表4）。与FFP处理相比，F75%处理的磷素积累量在幼苗期和越冬期分别减少12.5%和21.7%，差异不显著，在抽薹期、开花期和收获期分别显著减少32.1%、17.8%、25.0%。与F75%处理相比，施用有机肥处理的磷素积累量在整个生育期均显著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别增加118.5%～353.8%、80.6%～303.4%、110.4%～393.6%、47.3%～247.2%和106.6%～192.7%；相比于FFP处理，施用有机肥处理的磷素积累量在整个生育期也均显著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别增加80.6%～275.0%、37.6%～207.4%、43.5%～236.6%、20.8%～184.7%和54.4%～118.8%。可见施用有机肥处理在幼苗期的磷素积累量增幅最大，抽薹期和收获期次之。

表4 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对磷素积累量的影响Table 4 The effects of different organic fertilizer amounts on phosphorus accumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction kg/hm2

2.6 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对钾素积累量的影响

由表5可知，油菜植株的钾素积累量在幼苗期最低，在收获期达到最高，变化趋势与干物质积累量一致。与FFP处理相比，F75%处理的钾素积累量在幼苗期减少25.2%，差异不显著，在越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别显著减少23.4%、31.4%、21.9%和21.1%。相比于F75%处理，施用有机肥的处理的钾素积累量在整个生育期均显著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别增加197.6%～388.7%、76.8%～150.0%、91.4%～188.3%、68.2%～168.5%和91.1%～217.1%；相比于FFP处理，施用有机肥的处理的钾素积累量在整个生育期也均显著增加，幼苗期、越冬期、抽薹期、开花期和收获期分别增加120.1%～261.5%、35.0%～90.8%、31.3%～97.9%、31.3%～109.6%和50.7%～150.2%。可以看出施用有机肥后在幼苗期的钾素积累量增幅最大，抽薹期和收获期增幅次之。

表5 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对钾素积累量的影响Table 5 The effects of different organic fertilizer amounts on potassium accumulation under the condition of 25% chemical fertilizer reduction kg/hm2

2.7 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对油菜经济效益的影响

由表6可知，产值的变化趋势与产量同步。5个不同有机肥用量处理的施肥效益随有机肥用量的增加呈先增加后减少的趋势，F75%+M1处理的效益最高，为5789元/hm2，其次是F75%处理，为5270元/hm2。与FFP处理相比，F75%+M1处理的施肥效益增加1.3%，差异不显著；其余4个有机肥处理的施肥效益减少，F75%和F75%+M2分别降低7.8%和15.7%，差异不显著，F75%+M3和F75%+M4分别降低48.6%和55.3%，差异显著。除FFP外，与F75%处理相比，只有F75%+M1处理增加，增加效益为519元/hm2，增加9.8%，F75%+M2、F75%+M3和F75%+M4处理均减少，分别降低8.6%、44.3%和51.6%。

表6 化肥减量25%条件下不同有机肥用量对油菜施肥效益的影响Table 6 The effects of different organic fertilizer amounts on fertilization benefits of rape under the condition of 25% chemical fertilizer reduction 元/hm2yuan/hm2

3 讨论

3.1 化肥减量条件下配施有机肥对油菜产量的影响

有机肥养分全面，有机质含量高，能培肥地力，提高土壤微生物数量和生物活性，促进养分循环和再利用。有机肥替代化肥不仅能够减少化肥的施用，还能改善土壤的理化性质[12]，进而提高作物产量[13]，这表明油菜施用有机肥可以达到减施化肥和增产增收的目的。有机肥替代化肥的效果已有大量研究[14-16]，但关于化肥减施条件下不同有机肥用量的研究较少。本试验按照油菜“两减”项目化肥减量25%的目标要求，研究了化肥减量25%条件下不同用量有机肥对油菜产量的影响。研究发现，化肥减量25%条件下产量略有下降，而在此基础上配施不同用量有机肥均表现为显著增产，增加比例为25.2%～78.5%，且有机肥用量仅为675kg/hm2就能弥补因化肥减量25%带来的产量损失。产量最高的处理是F75%+M4，即设置的有机肥最大用量，因此要确定最高产量的有机肥用量还有待进一步研究。由产量构成因素来看，配施有机肥能显著增加油菜单株角果数，而油菜植株的密度、每角粒数和千粒重没有显著差异，表明化肥减量25%条件下施用有机肥主要是通过增加单株角果数来提高油菜产量，与宋佳[17]和刘永忠等[18]的研究结果相似。

3.2 化肥减量条件下配施有机肥对油菜干物质和养分积累的影响

油菜生长前期主要以营养生长为主，植株的地上部分生长速度快，期间需从土壤中吸收大量的养分，而土壤中的养分远不能满足油菜植株的生长发育，因此施肥就显得尤为重要；配施一定量的有机肥在养分吸收方面有着显著的促进作用[7,15]。充足的养分供应可以使油菜生长旺盛，同时也使干物质迅速积累，从而提高油菜的生物量。高晓玲等[19]的研究结果也表明，无机肥配施有机肥可以显著的提高作物的干物质量，从而能更好地满足油菜的生长发育，提高产量。本试验也得到类似结果，施用有机肥可显著提高油菜干物质、N、P和K积累量，且随着有机肥用量的增加而增加。

3.3 化肥减量条件下配施有机肥对油菜经济效益的影响

有机肥的合理施用可以提高作物产量，因此对农民增收起着积极作用[20]。本试验研究表明，在化肥减量25%条件下，有机肥施用越多产值越高，但肥料成本也随之增加，经济效益反而减少，施肥效益最高的处理是F75%+M1，即化肥减少25%配施有机肥1125kg/hm2时，施肥效益为5789元/hm2，比FFP处理增加74元/hm2，比F75%处理增加519元/hm2，说明即使不计入有机肥改善土壤环境所带来的长期间接效应，配施适量有机肥（1125kg/hm2）也可弥补化肥减量25%带来的经济损失。

4 结论

化肥减量25%条件下配施有机肥可显著提高油菜产量、干物质积累量和氮磷钾养分积累量，且随着有机肥投入量的增加而提高。有机肥用量为675kg/hm2时就能弥补因化肥减量25%带来的产量损失。但因有机肥用量大导致成本上升，经济效益并非随着有机肥用量的增加而增加，其中F75%+M1处理经济效益最好，即施用有机肥1125kg/hm2，相对常规施肥处理可增收74元/hm2。综合考虑油菜产量和经济效益，化肥减量25%条件下配施的有机肥适宜用量为1125kg/hm2。