缓释肥一次性侧位深施对红壤旱地直播油菜产量形成和肥料利用的影响

吕伟生 黄天宝 肖富良 郑 伟 肖小军 李亚贞 韩德鹏 肖国滨

(江西省红壤研究所/江西省红壤耕地保育重点实验室/农业农村部江西耕地保育科学观测实验站，江西 南昌 330046)

中美贸易战暗流涌动且日趋常态化，已严重影响我国大豆等油料进口，保证国内油料的安全生产迫在眉睫。油菜(BrassicanapusL.)是我国第一大食用植物油源和第二大饲用蛋白源，近年来种植面积达700万hm2，其中近90%为冬油菜，但仍难以满足内需[1]。冬油菜不与夏季作物争时抢地，是南方红壤多熟区轮作换茬的优势作物，但该区域冬油菜生产还面临发展不均衡、单产水平低等问题，导致冬闲面积居高不下[2]。尤其是红壤旱地，由于其复杂而特殊的形成过程，一般具有旱、黏、酸、板、瘠的特点，而受此地力条件影响的红壤旱地油菜，机械化程度、产量、效益及肥料利用率均偏低。科学施肥是作物生产提质增效的重要措施，然而目前红壤旱地油菜主要采用人工土表施肥，使得养分表聚化、无序化，不利于实现高产高效[3]。此外，冬油菜生育期长，养分需求量大，直播方式下对施肥的响应更加敏感[4]，而传统的分次施肥技术又耗时费工[3]。随着农机农艺技术深度融合，种子条播、穴播甚至机械耕种同步肥料一次性侧位深施的机械化生产技术日趋成熟[5]，因此，探究红壤旱地直播油菜适宜的一体化施肥技术具有重要意义。

关于科学施肥，专家学者们普遍倡导“4R”养分管理策略，即Right source(适宜的肥料)、Right rate(合理的用量)、Right time(正确的时间)和Right place(合适的位置)。侧深施肥技术是日本于上世纪90年代提出的水稻新型施肥技术，即在水稻机插时将缓释肥一次性集中施于秧苗一侧5～8 cm深处，使肥料呈条状集中分布，形成一个贮肥库逐渐释放养分供给水稻生长[6]。已有研究表明，该施肥方式可提高水稻[6-8]、玉米[9]、小麦[10]、大豆[11]等粮油作物的产量及肥料利用率，是一种轻简高效的施肥技术[12]。在油菜中也发现，基肥氮以条施(直播油菜)或穴施(移栽油菜)等集中施用方式施用可减少氮肥损失，并能保证后期氮素供给，促进根系和地上部生长，最终提高产量与氮肥利用率[13-14]。油菜集中施肥位置至关重要，施肥太浅影响出苗和扎根，而施肥过深又增加动力成本，一般以肥料深施在10 cm处为宜[15]。近年来，随着缓控释技术升级和工艺成本降低，一次性基施且增产增效的油菜缓释型配方肥也备受青睐[3]。李小坤等[16]针对湖北移栽油菜探究了多元长效油菜专用肥(N-P2O5-K2O=15.6-8.4-11.1)的施用效果及适宜用量，表明适量施用该肥可明显促进油菜生长并提高产量。鲁剑巍等[3]和周鹂等[17]通过多点试验表明，在减少肥料养分投入并一次性基施的情况下，长效专用配方肥(N-P2O5-K2O=20-7-8、25-7-8)仍能实现冬油菜的增产增效。黄琳等[18]针对湖南直播油菜对比了上述2种配方肥的应用效果，发现二者均比常规施肥省工节本、增产增效，尤其是含氮量25%的配方肥。

近年来，一次性基施且增产增效的专用缓释肥推广规模正逐年扩大，适应当前油菜种植需求的机械化种肥同步播施技术也在不断完善[3, 5]。直播油菜对施肥方式的响应更加敏感，但目前相关施肥技术研究多集中在稻田油菜氮素管理[13, 19]等方面，且施肥方式以土表撒施为主，关于红壤旱地油菜直播并同步一次性侧位深施缓释肥的系统研究尚鲜有报道。据此，本研究以当前主推的缓释型配方肥(N-P2O5-K2O：25-7-8)为材料，通过3年田间试验，探究缓释肥一次性侧位深施的效果及适宜用量，以期为红壤旱地油菜科学施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年10月至2020年5月在江西省红壤研究所进贤试验示范基地进行。该区域属典型的亚热带季风湿润气候，气候温和，雨量充沛。3年油菜季气象条件总体利于油菜生长，各月的气温分布和降水量如图1所示。试验前茬作物是芝麻，秸秆全量还田。土壤为第四纪黏土发育的红壤旱地，肥力中等，0～20 cm耕层的土壤基本化学性状见表1。

图1 试验点2017—2020年油菜生育期内各月的气温和降水量

表1 试验地耕作层土壤基本化学性状

1.2 试验材料

试验采用的冬油菜品种为当地主推品种，包括2个晚熟品种(阳光2009和大地199，生育期约215 d)和2个早熟品种(阳光131和中油607，生育期约185 d)，均由中国农业科学院油料作物研究所提供，种子用量分别为4.5和6.0 kg·hm-2。试验所用肥料为缓释型油菜专用配方肥，由华中农业大学研制、湖北宜施壮农业科技有限公司生产，N-P2O5-K2O-中微量元素(B、Ca、Mg、Zn、S)配比为25-7-8-5。

1.3 试验设计

于2017—2018年和2018—2019年连续2年在张公镇山南村开展缓释肥一次性侧位深施效果试验。设置油菜品种和施肥处理二因素裂区试验，其中油菜品种(阳光2009和阳光131)为主区，分别设置3个施肥处理：不施肥处理(F0)，耕地后按20 cm行距开深2 cm的播种沟并条播种子；土表撒施处理(F1)，即耕地后将肥料撒施在地表，再按20 cm行距开深约2 cm的播种沟并条播种子；侧位深施处理(F2)，耕地后按20 cm行距开深2 cm的播种沟条播种子，再于行间隔处开深10 cm的肥沟施肥。每小区面积12.5 m×2 m，3次重复。肥料按675 kg·hm-2的用量一次性基施。

在前两年缓释肥侧位深施效果试验的基础上，于2019—2020年分别在张公镇山南村和前坊镇彭坡头村开展缓释肥施用量试验。2个试验点分别设置油菜品种和施肥量二因素裂区试验，2个油菜品种(大地199和中油607)分别设0、300、450、600、750、900 kg·hm-2共6个施肥水平，肥料一次性侧位深施，每个小区面积12.5 m×2 m，3次重复，随机区组排列。

为突出不同熟期油菜的品种特性，并切合生产实际，晚熟品种于10月上旬播种、次年5月中旬收获；早熟品种于10月下旬播种、次年4月下旬收获。

1.4 测定项目与方法

1.4.1 油菜籽粒产量及产量构成 在油菜收获前1 d，每个小区选定有代表性的0.8 m2(连续4行，每行1 m)样方调查有效株数，然后收集样方内的油菜考查每株角果数、每角粒数和千粒重。随后分小区单独收获籽粒(边行除外)，晾干后测定实际产量。

1.4.2 成熟期地上部养分含量 于成熟期取油菜地上部，烘干并称重后，分别将茎秆、角壳与籽粒分开并粉碎，过0.5 mm筛，经H2SO4-H2O2联合消煮，用FOSS-2300型全自动定氮仪(上海瑞玢国际贸易有限公司)测定氮含量，用钼锑抗比色法测定磷含量，用火焰光度计法测定钾含量[20]。

1.4.3 相关指标计算 分别用肥料贡献率、肥料农学利用率和肥料偏生产力等指标表征肥料利用效率[17]：

肥料贡献率=(施肥处理产量-不施肥处理产量)/施肥处理产量×100%

肥料农学利用率=(施肥处理产量-不施肥处理产量)/施肥处理的养分(N、P2O5、K2O)施用量

肥料偏生产力=施肥处理产量/施肥处理的养分(N、P2O5、K2O)施用量

应用线性加平台模型拟合缓释型配方肥最佳用量[21]：

y=a+bx(x≤C)；y=P(x>C)

式中，y为菜籽产量，kg·hm-2；x为肥料用量，kg·hm-2； a为截距；b为回归系数；C为直线与平台的交汇点；P为平台产量，kg·hm-2。

参考相关方法计算油菜经济效益[17, 21]：

产值=菜籽价格×菜籽产量

投入成本=肥料购买成本+施肥人工成本

施肥效益=施肥处理产值-不施肥处理产值-投入成本

产投比=(施肥处理产值-不施肥处理产值)/投入成本

1.5 数据分析

采用Excel 2010软件处理数据和制图，采用SPSS 17.0软件统计分析，采用Duncan检验法(P<0.05)进行方差分析和显著性检验。

2 结果与分析

2.1 缓释肥一次性侧位深施效果

2.1.1 缓释肥一次性侧位深施对油菜籽粒产量的影响 油菜品种、施肥处理及二者互作对油菜籽粒产量均存在显著影响(P<0.05)，且年际间规律基本一致(图2)。施用缓释肥均显著提高了油菜籽粒产量，且在不同施肥方式下，2017―2018年F2的晚熟油菜和早熟油菜分别较F1显著增产24.12%和16.29%；而2018—2019年晚熟油菜显著增产13.58%，早熟油菜增产9.87%，但未达到显著水平。可见，缓释肥一次性侧位深施对红壤旱地直播油菜增产效果显著，且晚熟油菜产量对施肥方式的响应更为敏感。

注：A：晚熟油菜；B：早熟油菜。图柱上不同小写字母表示同一时期不同处理间差异显著(P<0.05)。下同。

2.1.2 缓释肥一次性侧位深施对油菜产量构成的影响 由表2可知，施肥处理对每株角果数影响极显著，而对千粒重影响不显著。与F1相比，F2显著提高了油菜每株角果数(2018—2019年早熟油菜除外)，晚熟油菜和早熟油菜分别提高了10.78%(2年均值，下同)和8.19%；此外，F2的收获密度和总角果数均高于F1，其中晚熟油菜和早熟油菜的收获密度分别提高了10.14%和5.78%，总角果数分别提高了21.34%和14.55%。可见，缓释肥侧位深施处理主要是通过保证较大的收获密度、较高的每株角果数并维持正常的每角粒数和千粒重提高直播油菜的产量。

表2 不同施肥处理对油菜产量构成的影响

2.1.3 缓释肥侧位深施对油菜养分吸收的影响 由图3可知，与产量趋势类似，与F1相比，F2提高了油菜的养分积累，成熟期油菜地上部各元素养分吸收量均表现为F2显著高于F1(2018―2019年早熟油菜P吸收量除外)；其中F2晚熟油菜的N、P、K吸收量分别提高了20.11%(2年均值，下同)、14.02%和16.64%，早熟油菜的N、P、K吸收量分别提高了17.29%、12.79%和15.04%。

图3 缓释肥一次性侧位深施对油菜地上部N、P、K养分吸收量的影响

2.1.4 缓释肥一次性侧位深施对油菜肥料利用率的影响 由表3可知，油菜品种、施肥方式均对油菜肥料利用率具有显著或极显著影响。与F1相比，F2显著提高了油菜的肥料农学利用率、肥料偏生产力(2018―2019年早熟油菜除外)和肥料贡献率。与F1相比，F2晚熟油菜的肥料农学利用率提高了35.46%(2年均值，下同)，肥料偏生产力提高了18.60%，肥料贡献率提高了7.03个百分点(增幅13.29%)；而对于早熟油菜，F2的肥料农学利用率提高了20.45%，肥料偏生产力提高了13.01%，肥料贡献率提高了3.95个百分点(增幅6.16%)。总体而言，缓释肥一次性侧位深施同步实现了红壤旱地直播油菜的高产高效生产。

表3 缓释肥一次性侧位深施对油菜肥料利用率的影响

2.2 缓释肥一次性侧位深施适宜用量

2.2.1 缓释肥施用量对油菜籽粒产量的影响 由表4可知，油菜品种、施肥量及二者的互作均对产量有极显著影响。在一次性侧位深施缓释肥0～900 kg·hm-2范围内，菜籽产量总体随施肥量的增加呈先增加后降低的趋势，晚熟油菜和早熟油菜分别在肥料用量超过750和600 kg·hm-2后不再显著增加；在相同施肥量下，晚熟油菜产量显著高于早熟油菜(P<0.05)，二者分别在施肥量为750和600 kg·hm-2时产量最高，且2个试验点的平均产量均显著高于最高施肥量处理(900 kg·hm-2)。因此，利用线性加平台肥效模型计算缓释肥一次性侧位深施最佳用量，晚熟油菜和早熟油菜分别为721.87、604.29 kg·hm-2(图4)，相应的平台产量分别达2 498.27和1 753.42 kg·hm-2。

图4 缓释肥一次性侧位深施的肥效模型

表4 缓释肥施用量对油菜籽粒产量的影响

2.2.2 缓释肥施用量对油菜产量构成的影响 由表5可知，随着施肥量的增加，收获密度、每株角果数、总角果数和每角粒数均表现为先增加后降低的趋势，晚熟油菜和早熟油菜分别在施肥量达到750和600 kg·hm-2时达最大值，而千粒重在不同施氮量处理间差异较小。相关分析和通径分析显示(表6)，2种类型油菜的产量均与其收获密度、每株角果数和每角粒数呈极显著相关关系，而与千粒重无显著相关性。其中，收获密度和每株角果数对最终产量的直接效应较大。可见，保证较大的收获密度并产生较多的每株角果和每角籽粒，是侧位深施适量缓释肥促进红壤旱地直播油菜增产的主要原因。

表5 缓释肥施用量对油菜产量构成的影响(张公)

表6 油菜产量与产量构成的相关系数及通径系数

2.2.3 缓释肥施用量对油菜肥料利用率的影响 由表7可知，缓释肥施用量对红壤旱地直播油菜的肥料利用率有极显著影响(P<0.01)。随着缓释肥施用量的增加，肥料农学利用率和肥料贡献率呈先增加后降低的趋势。在施肥量超过600 kg·hm-2后肥料贡献率不再有显著变化；肥料农学利用率在施肥量超过750 kg·hm-2(晚熟油菜)和600 kg·hm-2(早熟油菜)后显著降低；肥料偏生产力则随缓释肥施用量的增加而逐渐降低，在施肥量超过750 kg·hm-2(晚熟油菜)和600 kg·hm-2(早熟油菜)时变化显著。总体来看，缓释肥用量为600～750 kg·hm-2时可维持较高的肥料利用率。

表7 缓释肥施用量对油菜肥料利用率的影响

2.2.4 缓释肥施用量对油菜经济效益的影响 由表8中油菜的经济效益情况可知，随着缓释肥施用量的增加，其施肥成本增加，最终产值、毛利润、施肥净利润和产投比均呈先增加后降低的趋势。油菜的产值、毛利润和施肥净利润分别在施肥量为750(晚熟油菜)和600 kg·hm-2(早熟油菜)时最高；产投比则均在施肥量为600 kg·hm-2时达到最大值(平均为3.93)，而在施肥量过高(900 kg·hm-2)或过低(300 kg·hm-2)时均小于3.5。

表8 缓释肥施用量对油菜经济效益的影响

3 讨论

3.1 侧位深施缓释肥对油菜产量与肥料利用率的影响

简化施肥是油菜轻简高效生产的一个重要环节，其中缓释肥以一次性施用、肥效周期长、养分利用率高等诸多优点逐渐得到推广应用[3, 17-18]。本研究中，相比土表撒施，缓释肥侧位深施总体显著提高了油菜产量和肥料利用率。这与水田油菜常规肥料基肥深施[13-15]及其他作物体系[6, 9-12]的相关研究结论基本一致。但相比常规肥料基肥深施，本研究肥料集中深施较土表撒施的增产效果略低，仅与水田移栽油菜相近[13]，却远低于水田直播油菜[13-14]。这可能与油菜栽培模式对施肥方式的响应差异和立地条件差异有关[3-4]，缓释肥中含有脲酶抑制剂和硝化抑制剂，能够延缓氮素养分释放，降低氮素氨挥发损失及地表径流损失，保证油菜“前促后稳”的供肥需求，即使是表施也较普通肥料增产增效[3]。本研究还发现，缓释肥侧位深施对提高晚熟油菜产量及肥料利用率的效果更显著，可能与晚熟油菜生育期更长、需肥量更多以及产量潜力更大等因素有关[22]。

不同年份油菜产量及肥料利用率对缓释肥侧位深施的响应也存在一定差异，其中2017—2018年表现更为敏感，这可能主要受土壤肥力及降水量的影响。该年份试验地基础肥力偏低，基础产量相对较低，侧位深施不仅能够减少肥料养分损失，还可以保证土壤养分供应，最终显著提高产量和肥料利用率；2018—2019年试验地基础肥力较高，基础产量则相对较高，虽然表施增加了土壤养分损失，但由于土壤本身养分供应充足，所以侧位深施的优势并没有2017—2018年显著。但在施肥条件下两年油菜产量差异较小，而2017—2018年各处理油菜肥料利用率普遍高于2018—2019年，这可能主要受降水量的影响。2018—2019年油菜生长期间降水量偏多，由此造成的光合生产受限及相对较大的养分淋溶损失可能是增产潜力和肥料利用率降低的主要原因[14, 23-24]。总之，在不同气象及地力条件下，侧位深施缓释肥的施肥方式均能够进一步提高红壤旱地油菜产量与肥料利用率。

3.2 侧位深施适量缓释肥提高油菜产量与肥料利用率的原因

缓释肥侧位深施促进油菜高产的形成和肥料利用率的提高，可能主要得益于肥料集中深施显著改善了中后期根系生长，延缓了根系的衰老进程，促进了花后根部与地上部的协同增长以及养分吸收[13]。肥料施入土壤后，尤其是在集中深施时会在根区形成一种肥料微域环境，从而刺激根系增殖、构建理想根型，促进养分吸收和地上部生长[14-15]。施肥位置可显著影响根系生长、生理活性及空间分布，进而影响养分吸收和产量形成[9]。直播油菜干物质积累主要集中在薹期至角果期[25]，通过肥料集中深施可减少养分损失，保证油菜“前促后稳”的供肥需求，尤其是保障油菜生长后期土壤养分供应，促进根系增殖和深层扩展并提高深层根系活力[3-4]。禾本科作物的相关研究[8-10]也表明，肥料合理深施有利于提高拔节后，尤其是花后干物质累积和养分吸收，改善生育后期的营养状况与生理活性，提高灌浆结实期群体的光合生产力和对光合产物的同化力，从而促进高产的形成。

与移栽油菜不同，直播油菜个体纤弱，群体密度不稳定并易受环境影响，但科学的养分管理可以影响个体发育从而调控群体密度与生长过程[3-4]。其养分调控原则为：促进出苗以提高群体起点，强化个体生长以降低植株死亡，最终保证个体质量与群体数量的平衡而实现高产量和高肥效[3]。与前人关于移栽或直播油菜研究不同的是，本试验并未进行间苗和定苗处理，因此体现的是群体质量。但肥料侧位深施处理在维持较大群体密度的同时，也促进了个体的壮大(较多的单株角果数、每角粒数及正常的千粒重)，最终获得充足的角果数而增产增效。

3.3 缓释肥侧位深施有进一步降低化肥投入的潜力

在多熟制轻简化生产条件下，作物茬口较紧，加之季节性干旱，红壤旱地直播油菜播种期存在较大的不确定性。尤其是迟播时选种的早熟油菜，个体生长量较小、冬前群体优势弱，需以高密度群体夺高产[26]。缓释肥侧位深施适宜用量试验发现，随着施肥量(0～750 kg·hm-2)的增加，油菜收获密度、每株角果数和每角粒数总体呈协同增加的趋势，适宜施肥量处理(600～750 kg·hm-2)最终有效株数可维持在40～55万株·hm-2。晚熟和早熟油菜分别在施肥量超过750 kg·hm-2和600 kg·hm-2时，各产量构成因子则呈降低趋势。侧位深施适量缓释肥可促进油菜养分吸收，提高生物量及养分积累量，在获得较高植株密度的同时，提高了单株角果数、每角粒数，并保持了正常的千粒重，最终扩大了群体库容量而实现高产。这与李小坤等[16]和胡文诗等[21]研究结论相似，而适宜施肥量不尽一致，主要与种植制度、环境条件、肥料类型及施肥方式等因素有关。本研究是基于缓释肥侧位深施的施肥方式和作物秸秆全量还田的红壤旱地多熟制轮作模式，周年养分盈余量和节肥增效的空间较大[2]。而且，一次性基施等量控释氮肥比分次施普通尿素增产，节肥同时提高氮肥利用率[27]。长期施用控释氮肥，还有进一步减施化学氮肥的潜力[28-29]。而缓释肥在减少肥料养分投入并一次性基施的情况下，仍能实现油菜增产增效[3]。与前人研究结果一致[16, 21]，本试验中过量施肥既增加了成本和养分损失，又明显降低了肥料利用率和经济效益。两年缓释肥侧位深施效果对比试验也已表明，在等量缓释肥一次性施用的条件下，采用侧位深施的施肥方式能够显著提高油菜产量与肥料利用率。再综合3年4组试验结果来看，晚熟油菜和早熟油菜侧位深施600 kg·hm-2缓释肥就基本能够达到表面撒施675 kg·hm-2缓释肥的产量水平。长期实行秸秆还田具有培肥地力和降低化肥投入的效应[30-31]，结合缓释肥侧位深施则还有进一步降低化肥投入的潜力。

红壤旱地直播油菜最佳施肥量(N-P2O5-K2O-25-7-8)为晚熟油菜720 kg·hm-2、早熟油菜605 kg·hm-2，产量潜力分别达2 500和1 750 kg·hm-2，且相应的肥料利用率高、经济效益佳。研究得出的适宜施肥量与南方冬油菜多熟制区氮、磷、钾肥推荐用量基本一致[3]，平台产量则明显高于本区域油菜的平均单产[1]，而且产投比维持在3.5以上。机械化种肥同步播施技术融合了有序直播和缓释肥一次性侧位深施等关键技术，并能同步实现增产提质增效。因此，因地制宜地推广应用油菜缓释肥侧位深施的农机农艺配套技术，红壤旱地直播油菜产量潜力、肥料利用率和经济效益将会更加可观。

4 结论

相比传统土表撒施，缓释肥一次性侧位深施显著促进了红壤旱地直播油菜高产的形成、以及养分(N、P、K)吸收和肥料利用率的提高，尤其是对晚熟油菜。一次性侧位深施适量(600～750 kg·hm-2)缓释肥可保证较大的收获密度并产生较多的每株角果和每角籽粒，从而协同提高籽粒产量和经济效益。晚熟和早熟油菜的目标产量为2 500和1 750 kg·hm-2时，缓释肥侧位深施的适宜用量分别为720和605 kg·hm-2。综上，一次性侧位深施适量缓释肥可显著提高红壤旱地直播油菜生产力，建议结合机械化种植因地制宜地推广应用。

EffectsofOne-TimeSideDeepApplicationofSlow-ReleasedFertilizeronYieldFormationandNutrientUtilizationof