耕作与施肥方式对成都平原冬油菜产量、干物质积累和品质的影响

杨泽鹏，门胜男，刘定辉，陈尚洪，郑盛华，万柯均，敖玉琴，王昌桃，沈学善，梁 圣，陈红琳

（四川省农业科学院农业资源与环境研究所，四川 成都 610066）

油菜是国产植物油第一大油源，每年可提供食用油约520万t，占国产植物油的47%［1］。冬油菜不与夏季粮食作物争时抢地，是轮作换茬和培肥地力的理想作物［2］。成都平原冲积土区是我国西南地区主要的耕地资源，土壤肥沃，水热资源丰富，油菜产业发展潜力巨大。油菜栽培的重要目标是实现产量和品质的共同提升，而科学合理的耕作与施肥方式是提高油菜产量和品质的重要保证［3］。目前，成都平原冲积土区稻田油菜耕作和施肥方式主要采用传统的免耕土表撒施方式，这使得土壤板结粘重，养分表聚化加剧，严重制约了作物对肥料养分的吸收利用。随着农机农艺技术融合发展，油菜机械耕作播种与肥料穴施或条施同步完成的机械化生产技术将日趋成熟［2］。因此，探究成都平原冲积土区稻田油菜适宜的耕作、施肥方式具有重要意义。

改善施肥方式，科学合理施肥是提高肥料利用效率、提高产量和实现环境友好的重要途径［4-5］。合理的耕作措施可以协调土壤中的水、肥、气、热关系，是土壤改良的重要方式，同时也是影响土壤生态环境最直接的方式［6］。农民习惯直接地表撒施速效化肥，大量化肥通过淋失、挥发等途径损失，不仅造成资源浪费和环境污染，也常常使作物生长发育后期发生脱肥早衰，导致不同程度的减产［7］。土壤耕作会影响土壤养分固定和矿化速率，进而影响作物对养分的吸收利用。有研究表明，旋耕能增加小麦的有效穗数、穗粒数和千粒重，从而增加产量；免耕能增加表土层碳、水积累，但不利于小麦的增产［8］。张建军等［9］研究表明旋耕处理的玉米产量要高于免耕处理。目前，国内外对耕作措施和施肥效应的研究多为单因素［10］，对耕作措施与施肥方式综合效应的研究较少，且对油菜氮肥的研究大多集中在氮肥用量以及运筹等方向［11］，而与不同耕作措施下植物生长特点相适应的肥料施用方式的研究较少。本研究基于2年的定点试验，分析2种耕作措施与不同施肥方式对冬油菜干物质积累、产量和品质的影响，探寻2种耕作方式下肥料施用效果的差异，以期为当前油菜生产中肥料的合理施用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验区基本情况

试验于2017～2019年在四川省广汉市高坪镇李堰村（31°03′ N，104°10′ E）同一地块进行。该区域属于典型的中亚热带湿润气候区，气候温和、雨量充沛，年平均气温为16.3℃，年平均降水量为890.8 mm。试验地土壤为水稻土，前茬作物为水稻。水稻一般于9月下旬收获，油菜于9月底～10月初播种，翌年5月上中旬收获。2017年土壤耕层基础理化性质为：pH 6.38，有机质31.78 g·kg-1，全氮1.97 g·kg-1，碱解氮211.27 mg·kg-1，有效磷12.08 mg·kg-1，速效钾49.90 mg·kg-1。

1.2 试验设计

于2017年9月起开展油菜-水稻轮作定位试验，油菜供试材料为‘川油36’，采用人工穴播方式，行距、株距均为25 cm，每穴定苗2株，种植密度为32.00万株·hm-2。水稻供试材料为‘川优6203’，株距为25 cm，行距为30 cm，每穴移栽1株，种植密度为13.33万株·hm-2。试验共设置8个处理：1）免耕对照（不施肥），2）免耕穴施（肥料穴施，穴深10 cm左右，覆土后在穴旁直播），3）免耕条施（施肥沟深10 cm左右，覆土后在施肥沟旁直播），4）免耕撒施（将肥料撒施于土壤表面后直播），5）旋耕对照（不施肥），6）旋耕穴施（肥料穴施，穴深10 cm左右，覆土后在穴旁直播），7）旋耕条施（施肥沟深10 cm左右，覆土后在施肥沟旁直播），8）旋耕撒施（将肥料撒施于土壤表面后旋耕，然后直播），每个处理3次重复，随机区组排列。小区面积为4 m×5 m=20 m2，小区间隔1.5 m，各小区筑埂30 cm厚、30 cm高，并用塑料薄膜对0～100 cm土层进行水分隔离。旋耕处理利用微型旋耕机进行10～15 cm旋耕。除不施肥对照处理外，油菜季和水稻季施肥量均为600 kg·hm-2美丰比利夫油菜专用配方复合肥（N-P2O5-K2O=28-6-6）。油菜季施肥均为一次性基施，水稻季均为移栽后10 d一次性撒施。其余管理措施与当地高产栽培管理一致。

1.3 测定项目与方法

土壤样品：在油菜基肥施用前，按多点采样法取试验地0～20 cm耕层土壤，自然风干后磨细过筛，测定土壤pH以及有机质、全氮、碱解氮、有效磷和速效钾含量［12］。

植株样品：油菜成熟后，各小区选取长势均匀的代表性油菜植株6株，对选取的植株进行产量构成因子调查，调查项目包括单株荚角数、每角粒数和千粒重。按照根、茎、枝、角果壳和籽粒分成5部分。105℃杀青30 min，80℃烘干至恒重并称量。

实际测产：所有小区均单打单收，风干后，籽粒产量按含水率9%计算得出。使用FOSS公司的5000型近红外谷物分析仪测定籽粒含油率及蛋白质含量。

按照公式计算单位面积籽粒产量和干物质积累量（kg·hm-2）：

1.4 数据处理及统计分析

采用Excel 2010进行数据处理和作图，用SPSS 22.0进行方差分析和Duncan法显著性检验。

2 结果与分析

2.1 土壤耕作与施肥方式对油菜产量及产量构成因子的影响

2年研究结果表明，耕作措施和施肥方式对油菜产量的影响显著（表1），不同年份各处理油菜产量均以旋耕方式下肥料穴施最高，免耕不施肥最低。旋耕穴施较免耕撒施（农户习惯）2年显著增加389.19 kg·hm-2，增幅16.89%（P＜0.05）。相同耕作方式下，与不施肥对照相比，各施肥处理2年平均油菜产量显著提高1679.72 kg·hm-2，增幅200.31%，2年试验中不同施肥处理间的产量表现趋势均为穴施＞条施＞撒施，穴施、条施分别较撒施平均增产213.21和106.92 kg·hm-2，增幅8.84%和4.43%。其中免耕条件下穴施、条施2年平均产量分别较撒施增加10.90%和5.17%，增产幅度高于旋耕条件下的6.95%和3.76%，且在2019年试验中不同耕作条件下穴施与撒施处理间产量差异均达显著水平（P＜0.05）。相同施肥方式下，旋耕油菜产量均高于免耕，旋耕各处理2年平均产量较免耕增加180.53 kg·hm-2，增幅达7.43%。其中，2019年试验中肥料穴施下免耕与旋耕处理间的产量差异达显著水平（P＜0.05）。年度、耕作措施、施肥方式分别对油菜产量影响显著，而三者之间的交互作用对产量无显著影响。

表1 不同耕作与施肥方式对油菜产量的影响 （kg·hm-2）

2年研究结果均表明，与不施肥对照相比，施肥均提高了油菜单株荚角数、每角粒数和千粒重，其中单株荚角数的增幅最大，2年平均增幅为185.44%（图1）。各处理中，2年单株荚角数和千粒重均以旋耕穴施处理最高，每角粒数均以免耕穴施处理最高。相同耕作措施下，不同年份不同施肥方式间的单株荚角数、每角粒数表现趋势均为穴施＞条施＞撒施，穴施与条施、撒施处理间的千粒重差异均未达到显著水平；相同施肥方式下，单株荚角数和千粒重在耕作方式间的表现趋势均为旋耕＞免耕，除2018/2019年旋耕方式下单株荚角数显著大于免耕外，3个指标在耕作方式间的差异均不显著。

图1 不同耕作与施肥方式对油菜产量构成因子的影响

2.2 土壤耕作与施肥方式对油菜籽粒品质的影响

油菜籽粒品质测定结果见表2。相同耕作方式下，与不施肥对照相比，2年施肥后油菜籽粒含油率降低了2.50%～7.72%，且旋耕方式下含油率降幅大于免耕；蛋白质含量的趋势与之相反，表现为施肥提高油菜籽粒的蛋白质含量，旋耕方式下蛋白质增幅大于免耕。2年不同施肥方式间的籽粒产油量表现趋势为穴施＞条施＞撒施，免耕条件下穴施与条施、撒施处理间的差异均达到显著水平，2年平均增幅分别为5.98%和13.17%，旋耕条件下穴施、条施处理分别较撒施处理产油量2年平均增加7.57%和6.05%，差异达显著水平。相同施肥方式下，籽粒蛋白质含量和产油量在耕作方式间的趋势表现为旋耕＞免耕，旋耕条件下籽粒产油量显著大于免耕；相同耕作方式下，籽粒含油率2年整体趋势表现为穴施、条施＞撒施，但籽粒含油率和蛋白质含量在施肥方式间的差异均不显著。方差分析结果表明，年度对籽粒含油率和蛋白质含量有极显著影响，年度、耕作措施、施肥方式分别对油菜产油量有极显著影响，而三者之间的交互作用对籽粒品质和产油量影响均不显著。

表2 不同耕作与施肥方式对油菜品质的影响

2.3 土壤耕作与施肥方式对油菜干物质积累与分配的影响

研究结果见表3。各施肥处理干物质积累总量较不施肥对照2年平均增加了5593.38 kg·hm-2，显著提高了156.69%（P＜0.05）。2年各施肥处理中以旋耕穴施处理最高，较免耕撒施增加1475.62 kg·hm-2，显著增加17.03%。相同耕作措施下，2年不同施肥方式间干物质积累量表现趋势均为穴施＞条施＞撒施，穴施2年平均干物质积累量分别较条施和撒施增加8.33%和9.74%，且在旋耕条件下差异均达显著水平；相同施肥方式下，2年干物质积累量表现趋势均为旋耕＞免耕，其中2019年旋耕穴施与其余处理之间的差异达显著水平（P＜0.05）。从各器官干物质量及分配来看，施肥较不施肥提高了油菜各器官干物质积累量，除2018年旋耕方式的根部无显著差异外，其余各器官差异均达到显著水平（P＜0.05）。各施肥处理较不施肥对照明显提高了油菜枝和籽粒在干物质积累中的贡献，分配率2年平均分别提高了31.63%和15.89%，但根和茎的分配率有降低趋势。2年油菜枝、角果壳和籽粒的干物质积累量均以旋耕穴施处理最高，平均较免耕撒施提高了28.21%、18.22%和14.45%，除2018年的籽粒无显著差异外，均达到显著水平（P＜0.05）。年度、耕作措施和施肥方式分别对油菜根、茎、枝、角果壳和籽粒干物质积累具有不同程度的极显著影响，三者之间的交互效应对除油菜根以外各器官影响均不显著。

3 讨论

3.1 施肥方式对油菜产量、品质和干物质积累的影响

在适宜肥料用量的情况下，通过改善施肥方式可以降低肥料的损失，显著提高肥料利用效率，从而进一步提高作物的产量［3］。表土撒施方式使得大部分肥料养分分布在离根较远的区域，存留在养分运移到根系效率较低的土体，而作物根系吸收的养分仅来自根系周围有限的土体，严重制约了作物对肥料养分的吸收利用［4］。作物生育期内干物质的积累是产量形成的基础，干物质积累水平的高低决定了最终籽粒产量的高低［13］。在本研究中，与肥料撒施相比，免耕和旋耕条件下穴施和条施处理的油菜产量显著提高，且产量的提高主要来自油菜植株枝、角果壳和籽粒干物质积累的增加（表3）。前人研究已证明，肥料深施有利于满足作物中后期生长的水分需求，尤其是花后干物质积累量，利于籽粒灌浆，是获得较高产量的生理基础［14］。本研究表明，与不施肥相比，施肥处理的油菜产量、产油量和油菜植株干物质积累总量均显著提高，且肥料穴施与条施处理均高于撒施处理。这主要是因为肥料撒施后大量氮素淋失，造成花后氮肥不足，植株根系出现氮素亏缺［15］，进而导致花后干物质合成能力下降［16］，从而降低了各器官干物质的积累，降低了油菜的产量，而肥料深施可促进根系进入深层土体，有利于延缓根系的衰老，使籽粒获得更充足的营养［17］。因此采用穴施与条施方式施肥，不仅能够减少肥料的损失，保证土壤氮素的供应，而且可以增加油菜的千粒重和产量，进而提高菜籽产油量。

表3 不同耕作与施肥处理对成熟期油菜干物质积累与分配的影响 （kg·hm-2）

在施纯氮112.5～337.5 kg·hm-2的范围之内，种子含油率下降0.88～8.72个百分点［18］。本研究中，与不施肥对照相比，油菜籽粒蛋白质含量增加，含油率降低，这是由于施肥处理相应促进了蛋白质和其他含氮化合物的合成，降低了脂肪在籽粒形成后期的积累。这与肖荣英等［19］和邹娟等［20］的研究结果类似。但是，本研究中籽粒含油率呈现集中施肥高于撒施的趋势（表2），这与胡立勇［18］和曾宇等［21］施氮量增加导致籽粒含油率下降的结论相反，这可能与集中施肥提高了肥料利用率，增加磷、钾肥的供应对籽粒中脂肪形成的正向促进有关［20，22］。同时，籽粒含油率和蛋白质含量在施肥方式间无显著差异，表明集中施肥不会引起籽粒含油率的显著降低，这与油菜籽粒的品质指标主要由品种特性决定有关［23］。由于本试验为定位实施的第2年，施肥方式对籽粒品质的调控效应还需进一步的研究证实。

3.2 耕作措施对油菜产量、品质和干物质积累的影响

耕作措施可调节土壤的物理环境，使土壤中的水、肥、气、热得到合理的调整，影响作物养分的吸收及利用，进而影响产量［24］。在本研究中，旋耕处理的油菜产量、产油量和油菜植株各器官干物质积累量均高于免耕处理。周宝元等［6］研究发现旋耕处理促进了作物干物质积累量的增加，并且旋耕处理的作物产量显著高于免耕处理。相同施肥方式下，2种耕作措施的油菜产量差达85.48～262.95 kg·hm-2，旋耕处理油菜之所以获得较高产量，很大程度上是由于较高的干物质积累。这是由于免耕处理播种和施肥深度较浅，土壤板结，透气透水性差，从而影响根系的生长发育，油菜产量潜力受到极大限制；而旋耕处理耕作较深，增加了耕层深度，使土壤容重降低，从而使油菜生长后期可以保持较高的根系活力，更利于根系对养分的吸收利用［15，25］。因此，旋耕处理能够促进油菜对深层土壤中养分的吸收与利用，促进干物质的积累。菜籽油是菜籽的主要加工产品，油菜大约80%的价值是通过榨取菜籽油体现［26］。含油量每提高1%，对产油量的贡献相当于增加油菜产量的2.3%～2.5%［27］。本研究中施肥较不施肥处理在旋耕方式下含油率降幅大于免耕，蛋白质含量增幅大于免耕，这与施肥较不施肥处理在旋耕方式下产量增幅小于免耕的趋势相反，这可能与旋耕较免耕产量提高引起的稀释效应有关［28］。本研究结果籽粒含油率和蛋白质含量在施肥方式间无显著差异。同时，旋耕处理的油菜产油量均高于免耕处理，但不同耕作措施下，菜籽含油率和蛋白质含量无显著差异，这与前人研究结果一致［29］。

4 结论

相比传统免耕和肥料撒施的种植方式，旋耕和肥料穴施、条施明显提高了油菜的干物质积累量，促进根部与地上部的同步增长，保证充足的角果数和每角粒数，最终提高了油菜干物质积累量和产油量。因此，在成都平原冲积土冬油菜种植区，旋耕结合肥料穴施、条施可以更好地实现冬油菜高产高效生产，在实际生产中若采用免耕，可以采取穴施的肥料施用方式。