磷肥与播量对麦后复种饲料油菜干物质量及土壤肥力的影响

刘振华，张 霞，夏 清，李文广，代新俊，郭安娜，杨珍平，高志强

（山西农业大学 农学院，山西 太谷 030801）

前人关于饲料油菜还田后的土壤肥力变化研究相对较多[6-11]。另有研究表明，饲料油菜播量过高不利于其生物量累积，播量在11.25～15.00 kg/hm2的范围内，能够获得更高生物量[12-15]。朱倩倩等[16]在新疆试验区灌耕棕漠土（速效磷含量为19.6 mg/kg）上研究发现，施氮水平为187.5 kg/hm2下饲料油菜可以获得高产；
马致慧等[17]在宁夏试验区灌淤土（速效磷含量为40.06 mg/kg）研究发现，施肥肥效表现为氮肥＞磷肥＞钾肥。另有研究表明，与水稻和玉米相比，油菜对于磷元素的需求量更高[18]。在黄土母质区，土壤磷素较缺乏，施磷对作物根苗生长具有原始起动作用，而在作物生长后期，氮素对产量形成作用更大[19]。前人研究中土壤基础速效磷含量均为较高水平[16-17]，而基于本研究所在试验区土壤类型为黄土母质发育而来的石灰性褐土，土壤养分极度缺乏，尤其速效磷含量仅为5.21 mg/kg左右。

本研究拟以N、P配合且P含量相对较高而N含量偏低的磷酸二铵（N∶P=15∶42，总养分≥57%）为肥料类型，探讨不同磷酸二铵用量及不同播量水平互作对饲料油菜干物质、植株N、P积累及土壤肥力的影响，以明确晋中麦区休闲期复种饲料油菜的合理栽培技术，为该区大力发展休闲期复种饲料油菜提供科学依据。

1.1 试验地概况

2016年9月上季小麦播种至2017年9月油菜收获期间逐月降水量如图1所示。

图1 2016年9月上季小麦播种至2017年9月油菜收获期间逐月降水量Fig.1 Monthly precipitation from the planting of the last wheat in September 2016 to the rape harvest in September 2017

试验于2017年6—9月在山西省晋中市太谷县申奉村试验田进行（37°42"N，112°58"E）。试验地海拔767～900 m，属暖温带大陆性气候，年均降水量450 mm（图1），四季分明，平均气温为10℃，年无霜期160～190 d。试验地土壤类型为黄土母质发育而来的石灰性褐土，土质中壤土。0～20 cm土壤养分含量分别为：有机质17.27 g/kg，速效氮49.24 mg/kg，速效磷5.21 mg/kg，速效钾89.54 mg/kg，全氮1.38 g/kg，全磷770 g/kg。

1.2 试验材料

试验用油菜品种为饲油2号，为甘蓝型双低油菜品种，低芥酸、低硫甙，由华中农业大学提供；
试验用肥料为磷酸二铵（N∶P2O5=15∶42，总养分≥57%），由安徽六国化工股份有限公司提供。

1.3 试验设计

试验采用二因素裂区设计。主区为播量（S），设2个水平，分别为7.5（S1）、22.5（S2）kg/hm2；
副区为施肥量（L），设4个水平，分别为0（CK）、37.5（L1）、75.0（L2）、150.0（L3）kg/hm2。试验共8个处理，每个处理重复3次。采用常规施肥条播机进行施肥、播种，行距20 cm。于2017年6月23日播种，播后苗前喷施封闭型除草剂，生育期内不进行灌溉处理。根据前期研究结果，于9月4日（盛花期）取样调查，并翻压还田（此期为后茬小麦播种前20 d）。

1.4 测定指标及方法

于9月4日盛花期，在上述每个处理油菜田中，按照3点法取样，用卷尺测量，将1 m2内整个植株从土壤中挖出，装入纱网袋中，挂上标签，注明处理和收获日期，做好标记后带回实验室，晾干后称质量。再用直径8 cm的螺旋式土钻，于各处理油菜田土壤耕层0～20 cm处采用五点取样法进行取样，所取土样1份装入铝盒用于土壤相对含水量的测定，1份装入自封塑料袋以备土壤养分及土壤酶活性的测定。

土壤相对含水量测定采用烘干直接称重法。

其中，Z∈m×1为m颗卫星观测量组成的矢量，H∈m×4为观测矩阵，X∈4×1，包含了三维位置信息和接收机钟差，ε∈m×1为测量噪声。

将上述土样风干，粉碎，按土壤养分测定的要求过筛，采用重铬酸钾容量法—外加热法[20]测定有机质含量；
将风干的土样按各种养分测定的要求过筛，土壤速效氮含量测定采用碱解扩散法；
速效磷含量测定采用0.5 mol/L NaHCO3浸提-钼锑抗比色法；
速效钾含量测定采用火焰光度法[21]。

将风干土样按各种酶测定的要求过筛，脲酶活性采用靛酚比色法测定，碱性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法测定，蔗糖酶活性采用3，5-二硝基水杨酸比色法测定[20]。

将植株风干后粉碎按植株养分测定要求过筛，植株全氮含量采用半微量开氏定氮法测定，植株全磷含量采用钒钼黄比色法测定。

1.5 数据处理与统计分析

试验采用Microsoft Excel 2010制表作图，并用SAS 9.0软件新复极差法对数据进行方差分析和多重比较，显著性水平P＜0.05。相关性分析采用SPSS 26.0软件进行。

2.1 肥密互作对饲料油菜地上部干物质量、氮磷积累量及肥料氮磷利用效率的影响

F测验表明，施肥量与播量及其互作效应对饲料油菜干物质量与磷积累量均有极显著或显著影响，且单效应大于互作效应，播量的作用大于施肥量的作用（图2）。在同一施肥水平下，小播量S1的干物质量与磷积累量显著高于大播量S2，这主要是由于小播量油菜个体生长健壮，吸收能力更强，而大播量油菜由于群体密度相对过高而个体发育相对较弱所致。在同一播量下，随施肥量增加，饲料油菜干物质量与磷积累量均增加；
无论是小播量S1还是大播量S2，均以L3处理的干物质量值最高，且显著高于CK；
磷积累量在小播量S1下各施肥水平间无显著差异，在大播量S2下则表现为施肥处理显著高于CK。

施肥量与播量及其互作效应对氮积累量的影响则表现为施肥量的作用显著，播量及播量与施肥量的互作效应不显著（图2）。在同一播量下，随施肥量增加，饲料油菜氮积累量呈先升后降的趋势，以L2处理的氮积累量最高，且显著高于CK。

进一步分析肥密互作下饲料油菜对肥料氮、磷利用效率发现（表1），同一播量下，随施肥量增加，肥料氮、磷利用率均呈下降趋势，L1与L3水平间差异显著（P＜0.05）；
同一施肥量下，施肥水平较低（L1）或施肥水平较高（L3）时，播量S1和S2对肥料氮、磷利用率的影响差异均不显著，而施肥水平中等（L2）时，低播量S1的肥料氮、磷利用率明显高于S2的（P＜0.05）。说明低肥宜高播量，中高肥宜低播量，有利于饲料油菜对肥料氮、磷吸收利用。虽然总体来看，L1水平下肥料氮、磷利用率最高，但是结合饲料油菜干物质量及氮、磷素积累量来看（图2），以L2S1处理的植株干物质及养分积累与肥料氮、磷利用率均相对较高。

表1 不同处理饲料油菜肥料氮、磷利用率Tab.1 Nitrogen and phosphorus utilization rate in fertilizer for forage rape under different treatments %

图2 不同处理下饲料油菜地上部干物质量、氮素积累量及磷素积累量比较Fig.2 Comparison of aboveground dry matter，nitrogen accumulation，and phosphorus accumulation of forage rape under different treatments

2.2 肥密互作对饲料油菜耕层土壤养分含量的影响

从图3可以看出，施肥显著降低了麦后复种饲料油菜耕层土壤养分含量，土壤有机质、速效磷、速效钾和速效氮含量均表现出CK高于各施肥处理；
在同一施肥水平下，土壤有机质含量表现出S1低于S2处理，土壤速效磷和速效钾含量表现出S1高于S2处理，土壤速效氮含量则在CK和L1水平下表现出S1高于S2处理，在L2和L3水平下则表现出S2高于S1处理。F测验表明，施肥对土壤有机质、速效磷、速效钾有极显著影响，对土壤速效氮含量影响显著；
播量极显著影响土壤有机质含量，对土壤速效磷、速效钾含量影响显著，对速效氮含量无显著影响；
肥密互作仅对有机质有极显著影响，对土壤速效磷、速效钾、速效氮含量均无显著影响。

由图3可知，各土壤养分含量均表现出不施肥要高于施肥处理，其中，有机质和速效氮含量以L2降低幅度最大，达35.7%～74.3%，速效磷含量以L2降低幅度最小，下降6.7%，速效钾含量则以L2和L3水平降幅最小，分别是49.6%和49.4%，二者差异不显著。主要是因为不施肥处理饲料油菜生长受限吸收土壤养分少，随施肥用量的增加，饲料油菜干物质积累与养分积累均表现出增加趋势（图2），在生长中消耗大量养分，导致施肥处理土壤养分含量反而低于不施肥处理。其中，速效氮含量与饲料油菜氮积累量表现出相反的趋势（图2），说明是由于植物的吸收而带来的养分消耗增加，表1肥料氮利用率增加也说明了这一点；
有机质含量表现出S2高于S1处理可能是因为播量增加，油菜生长期间下部叶片脱落早（干物质量表现为小播量高于大播量），温度高、腐解速度快，使得表层土壤有机质含量高。

图3 肥密互作下饲料油菜耕层土壤有机质、速效磷、速效钾及速效氮含量比较Fig.3 Comparison of soil organic matter，available phosphorus，available potassium，and available nitrogen in the topsoil of forage rape under the interaction of fertilizer and density

2.3 肥密互作对饲料油菜耕层土壤酶活性的影响

肥密互作下饲料油菜耕层土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶及脲酶活性比较如图4所示。

图4 肥密互作下饲料油菜耕层土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶及脲酶活性比较Fig.4 Comparison of invertase，alkaline phosphatase，and urease activities in the topsoil of forage rape under the interaction of fertilizer and density

由图4可知，在同一播量下，饲料油菜耕层土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶活性均随施肥量增加呈先升高后降低，在L2水平下达到最高，且在同一施肥水平下均表现出S1处理土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶活性显著高于S2处理。F测验表明，施肥量与播量对土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶、脲酶活性均有极显著影响，肥密互作对土壤蔗糖酶、碱性磷酸酶活性影响显著，对土壤脲酶活性无显著影响。

3种酶活性比较结果表明，L2施肥水平下土壤酶活性最高，且在S1处理下更高，较CK提高14.5%～102.1%。说明适度施肥可以促进植株生长，进而促进根系吸收养分能力增强，进一步促进养分转化，养分转化源于酶活性提高；
而施肥用量进一步提高，则因无机氮、磷养分增加，抑制了酶活性。低播量下，单株生长健壮，根系吸收活力强，促进养分转化能力增强；
而单位面积内播量增加，则单株生长变弱，根系吸收活力及促进养分转化能力均变弱。

2.4 肥密互作对饲料油菜耕层土壤含水量的影响

饲料油菜耕层土壤含水量随施肥水平的增加呈先降低后增加，在S2水平下L1处理达到最低值，且显著低于其他处理；
在L1水平下，S1处理土壤含水量高于S2处理，而在L2和L3施肥水平下则表现相反（图5）。这是因为低肥水平下小播量油菜个体发育较好，叶片大，相比大播量油菜对土壤的覆盖面积更大。从而降低了土壤水分的蒸散，且低肥水平下油菜生长受限，也影响其土壤水分的利用；
在中高肥水平下群体数量的优势弥补个体发育的优势，而且由饲料油菜氮积累量和耕层土壤速效氮含量的变化也可看出，在CK和L1施肥水平下，S2处理相比S1处理对于土壤氮元素的消耗要更强一些。F测验表明，施肥量、播量及肥密互作对其均有极显著影响。

图5 肥密互作下饲料油菜耕层土壤含水量比较Fig.5 Comparison of soil moisture in the topsoil of forage rape under the interaction of fertilizer and density

2.5 肥密互作下饲料油菜土壤指标间的相关性分析

从表2可以看出，干物质量与磷素积累量呈极显著正相关（P＜0.01），氮素积累量与有机质和速效钾含量呈极显著负相关（P＜0.01），与速效氮含量呈显著负相关（P＜0.05），磷素积累量与碱性磷酸酶活性呈显著正相关（P＜0.05），有机质与速效氮呈显著正相关（P＜0.05），而与蔗糖酶活性呈显著负相关（P＜0.05）；
碱性磷酸酶活性与脲酶活性呈极显著正相关（P＜0.01），与蔗糖酶活性呈显著正相关（P＜0.05），脲酶活性与蔗糖酶活性呈极显著正相关（P＜0.01）；
土壤含水量与碱解氮含量呈显著正相关（P＜0.05）。

表2 11个指标间的相关性分析Tab.2 Correlation analysis among 11 indexes

晋中麦区休闲期复种饲料油菜，不仅解决了晋中地区“两季不足，一季有余”的困境，在充分利用小麦休闲期充沛的光、热、水资源的同时，也改良了土壤地力，为后季作物高产打下基础。田效琴等[23]研究发现，油菜干物质量随施氮量增加而增加，随种植密度的增大而减小，并且密度对干物质累积量的影响更大；
韩梅[24]也得出“油菜干物质量随密度的增大而逐渐降低”的结论。本试验中，施肥显著增加饲料油菜干物质积累及氮、磷积累，增大播量反而降低了其干物质量及磷积累量，这是由于虽然播量减小，但油菜个体发育弥补了这一劣势[25]；
饲料油菜对肥料氮、磷利用率均随施肥量的增加而降低，且减少播量更有利于肥料氮、磷利用率的增加，这与前人研究结果不尽相同[23-27]。本研究结果表明，适量施肥可以提升饲料油菜氮素积累量，较高的施肥量反而抑制了植株氮元素积累，与严红梅等[28]的研究结果相近。

前人研究播量对麦后复种饲料油菜的影响发现，麦后复种饲料油菜可以增加耕层土壤有机质，且播量因素仅对有机质含量产生显著影响，对其他土壤养分含量并无显著影响[12]。但在本研究中，播量对速效磷和速效钾含量也产生了显著影响，其差异可能是本试验中设置的肥密互作处理所造成的。有研究指出，油菜耕层土壤养分含量随施氮量的增加而提高[29]，与本研究中除速效磷以外各养分表现相同，造成差异的原因可能是油菜喜磷[18]，在低磷胁迫下，油菜根系会活化吸收土壤中难溶性的磷[30]，且有研究表明[31]，高含水量有利于易溶性磷向难溶性磷转化，从而降低了土壤速效磷含量；
在本研究中，耕层各土壤养分均表现出不施肥高于施肥处理，这主要是由于施肥处理饲料油菜长势较好，而产出增加必然伴随养分消耗的增加[32]，长势好的处理大量吸收土壤养分，从而导致其土壤养分含量低于不施肥处理。

土壤酶活性是土壤养分循环及土壤微生物活动的重要评价指标，受土壤、种植制度、作物、种植方式及施肥方式等诸多因素的影响[33]。岳永华等[34]研究发现，适当提高施肥量和播量可以提高土壤酶活性，而在本研究中3种土壤酶在低播量下活性更强，造成差异的原因可能是低播量下饲料油菜个体生长更健壮，根系活力强，进而增强土壤酶活性。薛乃雯[35]研究结果表明，绿肥油菜土壤含水量随播量的增加而逐渐降低，与本研究中在中高肥水平下所表现出土壤含水量随播量的增加而增加的现象存在差异，这是由于本试验中设置施肥水平，而随着施肥量的增加，土壤持水能力也逐渐增加[36]，且较低施肥水平下油菜生长发育受到限制，养分吸收能力降低，进而降低其水分利用效率[37]，同时由于其生长发育受限，导致覆盖面积减小，未起到绿色覆盖从而蓄水保水的作用[38]。

本研究结果表明，在晋中麦区休闲期复种饲料油菜时，播量与施肥量均对油菜生长及种植油菜后的土壤肥力产生显著影响，适当减少施肥量和播量，不仅对复种饲料油菜的生长及土壤肥力提升起积极作用，还可以提高肥料氮、磷利用率。基于饲料油菜的地上部积累、肥料氮、磷利用率与土壤肥力各项指标的综合考虑，在晋中麦区休闲期复种饲料油菜推荐施75 kg/hm2磷酸二铵，并以7.5 kg/hm2的播量进行种植，可以获得较高的生物量，同时能有效提升土壤肥力及肥料氮、磷利用率。本研究仅对饲料油菜当季合理种植进行研究，对后季小麦的影响还有待进一步深入挖掘。