張亞偉，劉秋霞，朱丹丹，樊小林，任濤，張麗梅，李小坤，叢日環(huán)，魯劍巍

（1華中農(nóng)業(yè)大學微量元素研究中心/農(nóng)業(yè)部長江中下游耕地保育重點實驗室，武漢 430070；2華南農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院/廣東省高校環(huán)境友好型肥料工程技術(shù)研究中心，廣州 510642）

0 引言

【研究意義】中國是世界油料消費大國，油料長期處于短缺狀態(tài)，保證中國油料作物的安全生產(chǎn)十分重要[1]。目前，中國中部存在大量冬閑田，冬油菜的種植有效避免了與夏季糧食作物的“爭地”且供應(yīng)了大量的菜籽油，保障了中國油料自給率。氮是油菜生長發(fā)育中最重要的營養(yǎng)元素之一，合理地施用氮肥促進了植株氮素吸收、分配，增強了葉、角果等光合器官的光合作用，進而增產(chǎn)。油菜種植收益較低，生產(chǎn)中人工用量較大，使油菜生產(chǎn)成本增加，從而使比較效益較低[2]。近年來，中國農(nóng)村勞動力短缺，因此農(nóng)民廣泛采用“一炮轟”的氮肥施用方式來降低人工成本[3]。普通氮肥一次性施入土壤后由于揮發(fā)、淋溶和徑流等途徑損失，造成冬油菜生長后期氮肥供應(yīng)不足而減產(chǎn)。氮素損失不僅降低了氮肥利用效率，還會對環(huán)境帶來負面影響[4]。氮肥分次施用雖然能提高氮肥利用率，減少氮損失，但施肥次數(shù)的增加加重了油菜生產(chǎn)成本，影響了農(nóng)民種植油菜的積極性。減少施肥次數(shù)和一次性施肥、化學調(diào)控取代部分人工操作來減少生產(chǎn)環(huán)節(jié)，可降低生產(chǎn)成本[5]?？蒯屇蛩刈鳛橐环N能根據(jù)作物營養(yǎng)需求特性供肥的環(huán)境友好型肥料，既能在作物生育期內(nèi)提供適量的養(yǎng)分，保證作物的生長，提高氮肥利用率，還能減少施肥次數(shù)，降低冬油菜生產(chǎn)成本[6]。【前人研究進展】大量研究表明，適宜的控釋尿素用量既不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，還能增加作物產(chǎn)量。楊修一等[7]在棉花種植方面的研究認為，中量控釋氮肥可以提高棉花子棉和皮棉產(chǎn)量。宋付朋等[8]對水稻研究發(fā)現(xiàn)，施用控釋氮肥可以提高稻田土壤中堿解氮和銨態(tài)氮含量，促進水稻植株和根系對氮素的吸收利用。控釋氮肥還可以不同程度地提高甜瓜開花期葉片的葉綠素含量、凈光合速率、蒸騰速率、氮含量和根系活力，提高甜瓜單瓜重，改善甜瓜品質(zhì)[9]。王素萍等[10]研究發(fā)現(xiàn)，一次性施用控釋氮肥可實現(xiàn)與等氮量尿素分次施用相同的產(chǎn)量水平，并提高氮肥利用效率。魏建英[11]在油菜上的研究效果表明緩控釋肥施用與農(nóng)民習慣施肥相比，增產(chǎn)440 kg·hm-2，增收1 283元/hm2。緩控釋肥施用可以增加油菜分枝數(shù)和單株角果數(shù)，提高籽粒產(chǎn)量和肥料利用率[12]。魯艷紅等[13]發(fā)現(xiàn)控釋氮肥施用不僅可以增加油菜產(chǎn)量，還能提升土壤氮素肥力。【本研究切入點】以往研究大都關(guān)注控釋肥與普通氮肥施用效果對比，并未明確不同用量下油菜響應(yīng)及適宜氮肥用量。適宜用量是氮肥施用的關(guān)鍵技術(shù)之一，合理的用量既不會對環(huán)境產(chǎn)生危害，還能提高資源利用率。了解不同種植區(qū)域控釋尿素的適宜用量是油菜輕簡化系統(tǒng)中養(yǎng)分管理的重要一環(huán)?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究以目前生產(chǎn)的主要栽培方式直播油菜為對象，在湖北武穴、江西九江、湖南衡陽3個試驗點，以含氮量為44%的油菜專用控釋尿素為材料，探究不同用量的控釋尿素對冬油菜的產(chǎn)量和氮素吸收及氮肥利用率的影響，并確定適宜的控釋尿素用量。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試肥料 油菜專用控釋尿素由華中農(nóng)業(yè)大學根據(jù)油菜需求養(yǎng)分特性提出氮素控釋方案、由華南農(nóng)業(yè)大學研制，是一種高分子包膜肥料，控釋尿素含氮44%。

1.1.2 供試油菜 2015—2016在湖南衡陽、江西九江和湖北武穴3個試驗點開展油菜專用控釋尿素田間試驗。湖南衡陽和湖北武穴試驗點前茬為水稻，江西九江試驗點前茬為花生。試驗地基礎(chǔ)土壤理化性質(zhì)見表1。試驗油菜品種，湖南衡陽為當?shù)刂魍破贩N豐油730（20A×325恢雜交選配雜交油菜組合湖南省作物研究所選育的雜交品種，審定編號為贛審油2011004），江西九江和湖北武穴試驗點均為華油雜62（華中農(nóng)業(yè)大學以2063A/05-P71-2選育的油菜新品種，審定編號為鄂審油 2009003）。播種量為 6.0 kg·hm-2，播種方式為撒播。

表1 試驗點基本信息及土壤理化性質(zhì)Table 1 Basic information and basic soil physical and chemical properties of experiment sites

1.2 試驗設(shè)計

1.2.1 油菜專用控釋尿素氮素釋放試驗

（1）靜水中氮素釋放試驗：按照國標《GB/T 23348—2009》中的試驗步驟和測定方法進行，稱取油菜專用控釋尿素10.0 g，于尼龍紗網(wǎng)袋中，置于25℃靜水中培養(yǎng)。

（2）田間氮素釋放試驗：采用套袋法，稱取油菜專用控釋尿素，于雙層尼龍紗網(wǎng)袋中，在油菜播種期埋入15 cm深土層。分別于播種后7、14、30、60、90、120、150、180、200 d采集樣品進行測定，每次取樣4次重復。

1.2.2 大田試驗 試驗共設(shè)置5個氮肥用量梯度，分別為0、60、120、180和 240 kg N·hm-2。小區(qū)面積為20 m2，每個處理3次重復，隨機區(qū)組排列。

供試肥料品種為油菜專用控釋尿素、過磷酸鈣（含P2O512%）、氯化鉀（含K2O 12%）和硼砂（含 B 11%）。磷肥用量為 60 kg P2O5·hm-2，鉀肥用量為 75 kg K2O·hm-2，硼砂用量為 15 kg·hm-2，所有處理均一次性基施氮磷鉀硼肥。

1.3 測試項目及方法

1.3.1 油菜專用控釋尿素田間氮素釋放量

（1） 靜水中氮素釋放試驗：采用對二甲氨基苯甲醛比色方法測定樣品中的酰胺態(tài)氮含量[14]。

（2）田間氮素釋放試驗：每次取樣后立即將內(nèi)層肥料袋子表面的土壤用蒸餾水沖洗干凈，冷凍干燥后稱重，根據(jù)差減法測定其養(yǎng)分釋放量。

1.3.2 土壤樣品采集與測定 試驗開展前，采集0—20 cm耕層土壤，風干磨細過篩，按照實驗室常規(guī)方法測定pH、有機質(zhì)、全氮、有效磷、速效鉀和有效硼含量[14]。

1.3.3 植物樣品采集與測定 每個試驗點產(chǎn)量收獲前采集植株地上部，每個小區(qū)取樣樣方為 0.6 m×0.6 m，風干脫粒后分別測定油菜莖稈、角殼和籽粒的生物量。武穴試驗點在油菜生長的苗期（2015年12月29日）和花期（2016年3月7日）采集植株地上部，樣方大小為0.6 m×0.6 m，殺青烘干至恒重，得到干物質(zhì)重。植物樣品磨碎過篩后，用H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮[14]，用流動注射分析儀（AA3，德國）測定全氮含量。

1.3.4 產(chǎn)量構(gòu)成因子調(diào)查和產(chǎn)量收獲

產(chǎn)量收獲前調(diào)查直播冬油菜密度、單株角果數(shù)和每角粒數(shù)，收獲后稱千粒重。

各小區(qū)單獨收獲，單獨計產(chǎn)。

1.4 參數(shù)計算[10]

氮素釋放率（%）=田間氮素釋放量/肥料稱樣量×100；

地上部氮素積累量（kg N·hm-2）=地上部干物質(zhì)重×氮素含量；

氮肥利用率（%）=（施氮區(qū)氮素積累量-不施氮區(qū)氮素積累量）/施氮量×100。

采用線性加平臺模型擬合最佳氮肥用量。

線性加平臺肥效模型：y=a+bx（x≤C）；

y=P（x＞C）。

式中，y為油菜產(chǎn)量（kg·hm-2），x為氮肥用量（kg·hm-2），a為截距，b為回歸系數(shù)，C為直線與平臺的交點，P為平臺產(chǎn)量（kg·hm-2）。

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

試驗數(shù)據(jù)利用 Excel 2010軟件進行處理，采用SPSS 18.0數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析，采用Origin 8.0軟件作圖。

2 結(jié)果

2.1 油菜專用控釋尿素田間釋放特征

由圖1可知，油菜專用控釋尿素的田間養(yǎng)分釋放曲線結(jié)果表明7 d氮素累積釋放量為24.9%，30 d累積釋放量為30.2%，緩釋期（累積釋放率達80%的時間）在150 d左右。油菜專用控釋尿素的氮素釋放曲線在田間與靜水中有較大的差別，7 d和30 d氮素累積釋放量比靜水中分別降低 10.6%和 33.7%，緩釋期延長70 d左右。油菜專用控釋尿素在田間土壤中的釋放曲線更能反映其氮素釋放特征。

圖1 油菜專用控釋尿素氮素釋放隨時間變化情況Fig. 1 N accumulated release rate dynamics of special controlled release urea for oilseed rape

2.2 油菜專用控釋尿素用量對冬油菜產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

2.2.1 對冬油菜產(chǎn)量的影響 圖 2結(jié)果表明，施用油菜專用控釋尿素顯著提高了冬油菜籽粒產(chǎn)量。隨著施氮量增加，衡陽、九江和武穴試驗點油菜籽粒產(chǎn)量均呈升高趨勢，在施氮量為 180 kg N·hm-2時達到最高，分別為 1 674、2 331 和 2 711 kg·hm-2；與0 kg N·hm-2處理相比，各試驗點分別增產(chǎn)1 118、1 088和 2 049 kg·hm-2，增幅為 201.1%、87.5%和309.5%。繼續(xù)增加氮肥用量，籽粒產(chǎn)量不再增加。根據(jù)線性加平臺模型計算最佳施肥量，湖南衡陽、江西九江和湖北武穴分別為 174、180和 192 kg N·hm-2，最佳施氮量下的產(chǎn)量分別為1 656、2 300和 2 874 kg·hm-2。

圖2 油菜專用控釋尿素不同用量對冬油菜產(chǎn)量的影響Fig. 2 Effect of different N rates on oilseed rape yield

2.2.2 對冬油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響 在衡陽和武穴兩地，施用油菜專用控釋尿素顯著提高了冬油菜的收獲密度、單株角果數(shù)和每角粒數(shù)（表2）。與不施氮處理相比，施氮處理的收獲密度提高了 1.4—9.1萬株/hm2，單株角果數(shù)增加了 15.0—81.5角/株，每角粒數(shù)增加0.8—2.4粒/角，千粒重降低0.15—0.31 g。九江試驗點施用控釋尿素，收獲密度減少 9.4—15.4萬株/hm-2，單株角果數(shù)增加20.1—59.5角/株，每角粒數(shù)略高于不施氮處理，但差異并不顯著。

方差分析結(jié)果表明，試驗點和氮肥用量對收獲密度、單株角果數(shù)、每角粒數(shù)和千粒重的影響都達到顯著水平，其交互作用對收獲密度和單株角果數(shù)分別達到顯著和極顯著水平，對每角粒數(shù)和千粒重的影響不顯著。表明雖然控釋尿素在不同試驗點施用效果存在差異，但控釋尿素施用均能通過調(diào)控收獲密度、增加單株角果數(shù)和每角粒數(shù)來增加產(chǎn)量。

表2 油菜專用控釋尿素不同用量對冬油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響Table 2 Effect of different N rates on oilseed rape yield components

2.3 油菜專用控釋尿素用量對冬油菜成熟期氮素積累和氮肥利用率的影響

由表 3結(jié)果可知，衡陽、九江和武穴試驗點在施用氮肥后，地上部總氮素積累量增加。隨著施氮量升高，油菜各部位的氮素積累量呈先增加后不變的趨勢。施氮量達到180 kg N·hm-2后，不同試驗點的各部位氮素積累量均為最大，繼續(xù)增加施肥量，各部位氮素積累量不再增加。從不同部位氮素積累量所占比例來看，莖稈中氮素積累量占地上部氮素積累的比例同樣隨著氮肥施用量的增加而升高，與不施氮處理相比，施氮處理增加了 2%—6%，籽粒中氮素積累量所占比例降低 1%—3%。角殼中氮素積累量所占比例變化較小，均在10%左右，表明隨著控釋尿素用量增加，氮素向莖稈部位分配比例增加，籽粒部分分配比例減小，氮肥利用率隨控釋尿素用量增加而降低。不同試驗點地上部氮素積累量均隨控釋尿素用量增加而增加。

2.4 油菜專用控釋尿素用量對冬油菜地上部干物質(zhì)和氮素積累量及氮肥利用率動態(tài)的影響

施用油菜專用控釋尿素顯著地提高了冬油菜不同生育時期的地上部生物量和氮素積累量（圖 3）。苗期、花期和成熟期的地上部生物量分別比不施氮處理增加了 419—1 106 kg·hm-2、1 087—3 606 kg·hm-2和 2 614—7 378 kg·hm-2，在施氮量低于 180 kg N·hm-2時，地上部生物量隨著施氮量增加而增加，施氮量超過這一水平，地上部生物量增加不顯著。

地上部氮素積累量受控釋尿素用量的影響與地上部生物量類似，隨著施氮量的增加冬油菜各生育時期的地上部氮素積累量顯著增加。從不同生育時期來看，地上部氮素積累量在花期最高，分別比苗期和成熟期增加 15.36—90.44 kg N·hm-2和 0—30.17 kg N·hm-2。冬油菜的氮含量苗期最高，成熟期最低。隨著施氮量的增高，氮含量表現(xiàn)出先增加后不變的趨勢。氮肥利用率在苗期最低，花期時最高，成熟期居中。苗期和花期的氮肥利用率隨控釋尿素用量增加出現(xiàn)先增加后降低的趨勢，成熟期時隨氮肥用量增加而降低。苗期和花期在施氮量為 180 kg N·hm-2時氮肥利用率達到最高，分別為 23.45%和 56.89%。與花期相比，成熟期的氮肥利用率減少l3.97%—13.60%。湖南衡陽與江西九江試驗點不同用量油菜專用控釋尿素對冬油菜干物質(zhì)量、氮素含量、氮素積累量和氮肥利用率動態(tài)的影響與湖北武穴表現(xiàn)出相同趨勢。

表3 油菜專用控釋尿素用量對冬油菜不同部位氮素積累和氮肥利用率的影響Table 3 Effects of different N rates on N accumulation of different parts and nitrogen use efficiency (NUE) of oilseed rape

3 討論

3.1 油菜專用控釋尿素用量對冬油菜籽粒產(chǎn)量及氮素吸收的影響

苗期-薹期（油菜出苗至播種后130—150 d）是油菜氮素吸收的關(guān)鍵時期[16]，油菜專用控釋尿素的釋放主要集中在這個時期，因此可以較好的滿足油菜氮素需求。本研究結(jié)果表明，增加控釋尿素用量，不同時期油菜地上部生物量、氮素含量和氮素積累量呈上升趨勢，并通過調(diào)控收獲密度，增加單株角果數(shù)和每角粒數(shù)來提高產(chǎn)量。在控釋尿素用量為180 kg·hm-2時籽粒產(chǎn)量最大，控釋尿素用量繼續(xù)增加，籽粒產(chǎn)量不再增加。研究表明[17-18]施用緩/控釋肥可以增加油菜籽粒產(chǎn)量，其中，保障氮肥供應(yīng)對籽粒增產(chǎn)十分關(guān)鍵[19]。苗期氮素積累約占最大積累量的80%[20]，油菜專用控釋尿素是根據(jù)油菜氮素需求規(guī)律和土壤氮素供應(yīng)特點而研制，在油菜生長過程中控釋尿素的氮素緩慢釋放，用量不足會導致油菜從苗期開始即營養(yǎng)不良，嚴重影響油菜生長發(fā)育。成熟期不同控釋尿素用量結(jié)果表明，隨尿素用量增加，籽粒中的氮素積累比例不斷下降，莖稈中氮素積累的比例增加。良好的營養(yǎng)生長是油菜高產(chǎn)的基礎(chǔ)，保障非籽粒部分營養(yǎng)供應(yīng)是保證籽粒豐產(chǎn)的前提。當然過量的控釋尿素也會造成資源浪費，因此控釋尿素施用需要合理。根據(jù)模型計算油菜專用控釋尿素在冬油菜上的推薦施肥量在 180 kg·hm-2左右，與普通尿素施用的推薦施肥量相當。以經(jīng)濟效益角度分析，按照2015年全國油菜生產(chǎn)平均成本[21]，相同施氮量及產(chǎn)量條件下，與分次施肥相比，施用油菜專用控釋尿素 180 kg·hm-2增加化肥成本309.6元/hm2，減少施肥次數(shù) 2次，降低人工成本337.5元/hm2，增收27.9元/hm2。因此，從經(jīng)濟角度分析，油菜專用控釋尿素依然具有良好的實用性。本文中推薦施氮量與大區(qū)域的普通氮肥推薦用量基本一致，但由于氮肥施用效果會受到氣候和土壤等其他因素影響，因此在整個冬油菜種植區(qū)域還需要更多的試驗，進一步了解油菜專用控釋尿素在整個區(qū)域的適用性，并針對各區(qū)域特點進行優(yōu)化。

圖3 控釋尿素不同用量對冬油菜地上部生物量、氮素含量、氮素積累量和氮肥利用率動態(tài)的影響（以武穴試驗點為例）Fig. 3 Effects of different N rates on dynamics of aboveground biomass, N content, N accumulation and nitrogen use efficiency(Taking Wuxue site for example)

3.2 油菜不同生育期的氮肥利用率

氮肥利用率是評價氮肥施用后被吸收利用情況的指標，目前研究中對氮肥利用率的研究多為成熟期的氮肥利用率，多數(shù)大田作物地上部氮素積累量在成熟期達到最大[22-23]，用成熟期的氮肥利用率評價可以

較為客觀地反映氮肥的利用情況，然而冬油菜的地上部氮素積累量一般在花期達到最大[24]。本文對不同時期的氮肥利用率的研究發(fā)現(xiàn)，與花期相比，成熟期地上部氮素積累量減少了12%—20%，氮肥利用率降低了3.97%—13.60%。降低的這部分的氮素損失部分來自于落葉和落花的損失[25]，此外，可能還與地上部的氨揮發(fā)和根系分泌物造成的養(yǎng)分流失有關(guān)[26]，在成熟期計算氮肥利用率時，并沒有將油菜吸收后損失掉的氮素計算在內(nèi)。因此，冬油菜成熟期的氮肥利用率不能夠完全表征冬油菜生長發(fā)育過程中對氮肥利用狀況。

3.3 控釋尿素氮素釋放特征評價

25℃條件下靜水浸提是歐洲標準委員會（Comité-Européen de Normalisation）發(fā)布用于檢測緩控釋肥料的方法[27]，田間埋袋法是模擬緩控釋肥施入土壤后肥效釋放的方法。田間埋袋條件下的油菜專用控釋尿素田間釋放周期在150 d左右，是靜水中養(yǎng)分釋放周期的1.87倍，28 d養(yǎng)分溶出率比靜水浸提法減少33.7%。從氮素累積釋放結(jié)果來看，控釋尿素在靜水中釋放率明顯高于相同時間內(nèi)田間養(yǎng)分釋放率，楊相東等與王素萍等[28-29]的研究也證明了這一點?？梢?，雖然 25℃靜水浸提法可以從一定程度上反映緩控釋肥的釋放情況，但與田間實際釋放相比還有一定差別。控釋氮肥作為一種為解決氮肥利用率低、養(yǎng)分釋放與作物吸收不匹配等問題而出現(xiàn)的新型肥料[30]，有著很強的針對性和專用性，目前市場上流通和即將推向市場的控釋氮肥，基本符合 25℃下的靜水浸提要求，然而對于作物來說，不能滿足其養(yǎng)分需求的肥料產(chǎn)品都不能被稱為作物的緩控釋氮肥，因此有研究認為，對于緩控釋肥特征的評價，應(yīng)在實驗室測定的基礎(chǔ)上，進行土壤栽培試驗，結(jié)合作物生長與產(chǎn)量的結(jié)果加以分析[31]。對于冬油菜及其他大部分冬季作物而言，在整個生育期內(nèi)土壤日平均氣溫大于 25℃天數(shù)僅占整個生育期的10%以下[32]，目前緩控釋技術(shù)采用多為溫度控釋，因而專用于冬季作物的緩控釋氮肥的肥效釋放規(guī)律只采用25℃浸提法存在一定的不足，養(yǎng)分實際釋放規(guī)律還需要由田間釋放的結(jié)果和在作物上的應(yīng)用效果進行綜合評定。

4 結(jié)論

4.1 油菜專用控釋尿素在7 d和30 d內(nèi)田間累積釋放氮素24.9%和30.2%，緩釋期在150 d左右。田間埋袋和 25℃靜水浸提模擬氮素釋放特征的結(jié)果存在顯著差異，田間埋袋7 d和30 d氮素累積釋放量比25℃靜水浸提釋放分別減少10.6%和33.7%，緩釋期延長70 d左右。

4.2 油菜專用控釋尿素處理的氮肥利用率在油菜苗期最小，花期最大，成熟期居中，且3個試驗點均表現(xiàn)出相似的規(guī)律。其中，武穴試驗點油菜苗期、花期和成熟期的氮肥利用率分別為 19.20%—23.45%、50.69%—56.89%和 39.39%—46.71%?？蒯屇蛩赜昧繛?80 kg N·hm-2時氮肥利用率最大。

4.3 油菜專用控釋尿素施用可以保證油菜生育期內(nèi)的養(yǎng)分需求，不同生育期內(nèi)地上部生物量、氮素含量和氮素積累量隨氮肥用量增加而先增加后穩(wěn)定，具有調(diào)控油菜成熟期的密度，增加單株角果數(shù)和每角粒數(shù)的作用。籽粒產(chǎn)量隨氮肥用量增加先增加，后保持穩(wěn)定。根據(jù)線性加平臺模型計算最佳氮肥用量，湖南衡陽、江西九江和湖北武穴分別為174、180和192 kg N·hm-2，最佳施氮量下的產(chǎn)量分別為1 656、2 300和2 874 kg·hm-2。3個油菜產(chǎn)地冬油菜專用控釋尿素的推薦用量平均為180 kg N·hm-2。

致謝：田間試驗得到了國家油菜產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系衡陽綜合試驗站、九江綜合試驗站、武穴市農(nóng)業(yè)局等多家單位的支持，特別感謝黃益國、李小芳、傅小平、曹國軍、高冰可、王振、王少華等專家在試驗管理上的大力幫助。

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