镁肥用量对直播冬油菜产量和镁肥利用率的影响

陈少卿，耿国涛，王少华，周 雄，陆志峰，张洋洋，廖世鹏

（1.湖北省武穴市农业局，湖北武穴 435400；2.华中农业大学资源与环境学院，武汉 430070）

湖北省多采用稻-油轮作的生产方式，而集约化生产需要大量的养分投入才能满足作物生长的需求［1，2］。但是在农业生产中，农民普遍重视氮、磷、钾肥料，却忽略了中微量元素的施用，作物收获带走大量养分却得不到外源补充，导致了中微量元素的缺乏［3，4］，加之对中微量元素肥施用管理措施的缺乏，导致中微量元素缺乏成为限制油菜（Brassica campestrisL.）产量提高的重要因子。

镁是作物生长所必需的中量营养元素，作物对其需求量较高［5-7］。油菜是中国重要的油料作物，对镁缺乏十分敏感［8，9］。另外，湖北省大部分地区为亚热带季风气候，雨热同期，并且该区域土壤pH 普遍较低，镁的离子半径较小、水合半径较大等因素使得镁离子容易通过径流和淋洗等流失［10，11］，导致土壤镁含量普遍偏低。因此，陆志峰等［12］提出镁是油菜种植上除氮、磷、钾、硼外另一种需要通过施肥的方式进行补充的养分。直播油菜因省工省时、便于机械化生产的优势，种植比例逐渐增大，但存在对养分缺乏更加敏感等问题［13，14］。因此，确定冬播油菜镁肥推荐用量及方法很有必要。本试验通过在湖北省武穴市梅川镇开展直播油菜镁肥用量田间试验，了解直播油菜施镁效果，确定最佳的镁肥用量，以期为油菜因地制宜生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验概况

试验于2019 年10 月至2020 年5 月在湖北省武穴市梅川镇郭坦村（30°06′47″N，115°35′55″E）进行，前茬作物为水稻。土壤类型为花岗片麻岩发育的水稻土。基础土壤（0～20 cm 耕层土壤）pH 为4.89，有机质含量为14.21 g/kg，全氮含量为0.77 g/kg，有效磷含量为4.63 mg/kg，速效钾含量为32 mg/kg，交换性镁含量为210 mg/kg。

1.2 试验设计

田间试验设5 个镁肥用量水平，MgO 用量分别为0（CK）、15、30、45、60 kg/hm2。各处理除镁肥用量不同外，其他肥料用量均保持一致，纯N 用量为180 kg/hm2、P2O5用量为75 kg/hm2、K2O用量为120 kg/hm2、B 用量为1.2 kg/hm2。氮肥为尿素（含N 46%）和磷酸二铵（含N 18%），磷肥为磷酸二铵（含P2O546%），钾肥为氯化钾（含K2O 60%），镁肥为六水氯化镁（含MgO 10%），硼肥为硼砂（含B 11%）。氮肥分3 次施用（尿素），基肥占60%，越冬肥和薹肥各占20%，磷、钾、镁、硼肥全部作基肥。每个处理重复3 次，随机区组排列，小区面积20 m2。

试验油菜品种为大地199。播种时间为2019 年10 月14 日，播种量为6 kg/hm2，采用人工撒播的种植方式，收获时间为2020 年5 月7 日。试验进程和其他田间生产管理均与当地农民习惯保持一致。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤样品的采集与分析 土壤样品在油菜播种前采集，在试验田内以“S”形均匀布点15 个，取0～20 cm 耕层土壤，风干磨细过20 目和100 目筛。按照常规方法测定土壤pH、有机质含量、全氮含量、有效磷含量、速效钾含量，土壤交换性钙和交换性镁含量采用1 mol/L 乙酸铵浸提-火焰原子吸收分光光度法测定［15］。

1.3.2 植物样品的采集与测定 油菜收获前在各小区划定有代表性的样方0.36 m2（0.6 m×0.6 m），调查其产量构成因素，调查内容包括收获密度、单株角果数、每角粒数和千粒重，并采集样方中所有油菜地上部植株样品，样品放置于网袋中风干，脱粒后分别测定油菜茎秆、角壳和子粒的生物量。油菜成熟后各小区单独收获，以子粒风干质量计产。子粒生物量按风干后子粒含水率计算得出，茎秆和角壳生物量用子粒生物量及样方内茎秆、角壳和子粒3部分的比例进行换算得出。各部位样品经60 ℃烘干磨细过筛后，采用HNO3-HClO4（HNO3∶HClO4=4∶1，体积比）消化-原子吸收分光光度法测定植株各部位镁含量。

1.4 参数计算及数据处理

地上部镁积累量=地上部生物量×镁含量［16］；

镁肥表观利用率=（施镁处理镁累积量-不施镁处理镁累积量）÷镁肥用量×100%［17］；

镁肥农学效率=（施镁油菜子产量-不施镁油菜子产量）÷镁肥用量［17］。

采用Microsoft Excel 2021 软件处理和计算试验数据，采用SPSS 20 软件统计分析，采用Origin 2021软件制图，LSD法检验差异显著性。

2 结果与分析

2.1 镁肥用量对直播油菜产量的影响

由图1 可知，油菜产量随施镁量的增加而显著提高（P＜0.05），当MgO 用量为45 kg/hm2时，产量达最高，比不施镁对照增产387 kg/hm2，增加了18.0%，继续增加镁肥用量产量不再增加，说明镁的增产潜力有一定范围。通过线性加平台肥效模型对产量和镁肥用量进行拟合，结果显示油菜产量符合该肥效模型，产量平台值为2 459 kg/hm2，达到平台值所需要的MgO 用量为42.1 kg/hm2，为更方便地指导镁肥施用，将此数值取整，确定MgO 用量的范围为40～45 kg/hm2。

图1 产量与施镁量之间的关系

2.2 镁肥用量对直播油菜产量构成因子的影响

镁肥施用明显增加了直播油菜的单株角果数和每角粒数，对收获密度和千粒重没有影响（表1）。与不施镁对照相比，MgO 用量为15、30、45、60 kg/hm2的处理单株角果数分别增加了3.6%、12.6%、17.8%和15.7%，每角粒数分别增加了8.1%、12.1%、10.1%和7.1%，镁肥对单株角果数的增加幅度总体大于每角粒数。单株角果数和每角粒数达最大水平时的MgO 用量不同，分别为45 kg/hm2和30 kg/hm2，MgO用量为60 kg/hm2时导致产量出现下降趋势的原因是单株角果数减少，说明镁肥增产的原因主要是增加了油菜的单株角果数，其次是每角粒数。

2.3 镁肥用量对油菜各部位生物量占比的影响

油菜各部位生物量占比和施镁量密切相关（图2），施镁后子粒和角壳占比增加，茎秆占比降低，与不施镁对照相比，MgO 用量为15、30、45、60 kg/hm2时茎秆占比分别下降了2.7%、5.5%、3.3%和3.3%，子粒占比分别增加4.2%、7.1%、5.4%和1.1%，角壳占比增加幅度较小，保持在1.1%～3.9%，可见，施镁对角壳占比的影响小于茎秆和子粒。

图2 施镁量与油菜各部位、生物量占比之间的关系

2.4 镁肥用量对镁素吸收的影响

施镁提高了油菜地上部各部位的镁含量和镁累积量（图3），各部位的镁含量由高到低依次为子粒、角壳和茎秆（图3a），各部位镁累积量由高到低依次为子粒、茎秆、角壳（图3b）。MgO用量在60 kg/hm2范围内，油菜各部位镁含量在MgO用量为30～45 kg/hm2时达最大，继续增加镁肥用量，镁含量变化不显著。MgO 用量为45 kg/hm2处理的茎秆、角壳和子粒中镁含量比不施镁对照分别增加了22.4%、28.4% 和25.4%，镁累积量分别增加了30.1%、44.5% 和43.5%，累积量的变化除和镁含量有关外，和生物量的变化也密切相关，因此其增幅大于镁含量的增幅。施镁对子粒和角壳镁含量和镁累积量的增加幅度大于茎秆。

图3 镁肥用量对油菜各部位镁含量和累积量的影响

2.5 镁肥用量对镁肥利用率的影响

不同镁肥用量对油菜镁肥表观利用率和农学效率的影响存在明显差异（图4），MgO用量在60 kg/hm2范围内，镁肥表观利用率呈先增加后降低的趋势，MgO 用量为30 kg/hm2时达最大，此时镁肥表观利用率为21.4%，继续增加镁肥用量，表观利用率下降，MgO 用量为60 kg/hm2时，表观利用率降低至11.1%。镁肥农学效率随施镁量的增加呈降低趋势，从MgO用量为15 kg/hm2的11.7 kg/kg 降低至MgO 用量为60 kg/hm2的4.0 kg/kg。

图4 镁肥用量对镁肥表观利用率和农学效率的影响

3 小结与讨论

本研究结果显示，湖北省武穴市施镁可以提高油菜产量，增产效果显著，应该注重镁肥的施用。有研究表明，直播油菜对养分缺乏更加敏感，更应该注重养分的投入［14，16］，尤其是中微量元素。随着人们对镁元素关注度的增加，关于施镁增产的报道也日益增多，即使在镁含量较高的地区施镁也有增产效果，其中的原因尚不清楚，可能与较低的土壤pH、较高的土壤钾钙等阳离子含量有关［18，19］。本试验结果显示，湖北省武穴市不施镁油菜产量仍可达2 145 kg/hm2，并且田间试验中没有发现明显的叶片缺镁症状。土壤镁供应不足不会造成绝产现象，多为类似本试验中轻度缺镁却表现不出叶片缺镁症状，因此被称之为“隐性缺镁”［20］。这种情况给农业生产中镁营养诊断和镁肥推荐施用造成很大困扰，因此镁肥在田间生产中会被忽视，限制了油菜产量的提高。通过测定土壤交换性镁含量来预测土壤供镁程度是一种预防隐性缺镁的重要手段。

本研究中，施镁主要通过增加直播油菜的单株角果数和每角粒数提高油菜产量，对收获密度和千粒重的影响较小。施镁对产量的增加主要体现在提高了油菜的单株生产力。当然也有研究表明施镁对产量的提高也体现在群体密度的增加，对于中微量元素而言，这可能取决于土壤的养分供应水平，在养分相对充足的区域可能主要是提升单株生产力，在养分严重缺乏的区域则在提高单株生产力的同时提高群体密度［16］。施镁对单株生产力提高的重要原因取决于镁的生理功能。充足的镁元素在提高油菜光合能力的同时促进同化物向生殖器官转移［21］，有利于角果的建成和发育，单株角果数的增加是最直接的影响，角果中充足的同化物有利于子粒的发育［22］，从而使每角粒数增加，可能是因为该区域的镁含量相对较高，所以对千粒重的影响不显著。因此，光合作用的提高和同化物从营养器官向生殖器官的转移改善了油菜各部位生物量的占比，提高了油菜经济系数，从而提高了油菜产量。

本研究中计算的镁肥表观利用率没有考虑根系和落叶等，因此镁肥表观利用率相对较低。施镁后促进了油菜地上部养分吸收，增加了地上部生物量，地上部累积量显著增加，从而利于肥料利用效率的增加，然而随着肥料用量增加，其带来的增产效应逐渐降低，利用率也显著降低。肥料农学效率直接反映了单位施肥量所增加的作物经济产量［23］，合理的镁肥施用可以保证农学利用率不降低。但是肥料表观利用率和农学效率均因品种、气候、土壤状态和管理措施等因素不同而不同，因此施用镁肥过程中也应该因地制宜，保证产量的同时注重提高镁肥利用率和农学效率。综合产量、养分吸收利用效率等因素，推荐该区域镁肥用量为40～45 kg/hm2MgO。