油菜营养特性与施肥技术

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第一章 绪论
　　油菜作为重要的油料作物和能源作物，在“油、菜、花、蜜、饲、肥”方面的广泛用途充分体现了它的经济价值，具体表现如下。①“油”，菜籽油不仅是我国食用植物油的重要来源，而且是制成生物能源的重要原料，其中发展生物柴油最为典型，菜籽油的供应直接关系着全球能源的供给，油菜种植面积广、不与夏粮争地的特点使其成为油料资源的重要原料（王汉中，2005）。②“菜”，油菜菜薹可作蔬菜用，在油菜蕾薹期摘取菜薹可作为应时蔬菜或脱水加工蔬菜供食用（国家发展和改革委员会价格司，2016），因此，油菜是重要的蔬菜作物。③“花”，油菜花花色鲜艳，花期较长，观赏价值高，以油菜花带动旅游业，促进农业产业升级与调整，是发展现代生态农业的有效形式。④“蜜”，油菜是十分重要的蜜源植物，油菜花蜜是营养丰富的天然食品，产量较其他蜂蜜高，且蜜蜂授粉在发达国家已实现了一定的商品化和规模化，在我国油菜产业中油菜花蜜的发展潜能还需进一步开发。⑤“饲”，油菜饲用资源可分为饲料油菜和菜籽饼粕，其中，饲料油菜可为畜牧业提供新鲜草料；菜籽饼粕蛋白质含量高，是一种重要的饲料资源（陈刚等，2006）。⑥“肥”，绿肥油菜为提升耕地质量提供了新的途径，与其他绿肥作物相比，油菜种植成本低、植株生物量大、养分（尤其是磷、钾）含量丰富，在现代农业发展中有广阔的应用前景（傅廷栋等，2012）。
　　一、我国油菜生产状况
　　油菜作为我国大宗油料作物，是食用植物油和蛋白质饲料的重要原材料。我国的油菜生产在世界范围内已占据了重要位置，然而，我国仍是最大的食用植物油进口国，自给率不足40%［《全国大宗油料作物生产发展规划（2016—2020年）》］。实现产量与品质的同步提升，是促进油菜产业发展的关键。油菜在全国范围内均有广泛种植，不同区域油菜品种类型可分为三大类：半冬性油菜、冬性油菜和春性油菜，其对应的适宜种植区域分别为长江流域、黄淮流域和高海拔或高纬度区域。全国油菜以长江沿岸冬油菜种植最为广泛，2016年湖南种植面积最大，达到131万 hm2，湖北（115万 hm2）和四川（103万 hm2）次之，这三省油菜种植面积共占当年全国油菜种植总面积的46%；春油菜种植区以内蒙古面积最大，为30万 hm2，甘肃和青海次之，种植面积均在15万 hm2左右（中华人民共和国国家统计局，2017）。油菜总产量以湖北和四川较高，均达到240万 t以上，尽管湖南种植面积最大，但由于该省油菜多与双季稻进行轮作，生育期相对较短，因此单产水平较低（陈浩等，2016），总产量为211万 t，位居全国第三；春油菜主产省（区）内蒙古、甘肃和青海的产量分别为41万 t、34万 t和30万 t（中华人民共和国国家统计局，2017）。作物总产量的提高同时依赖于种植面积的扩大和单产的提高，油菜单产水平低下、经济效益不高等导致我国南方出现大面积冬闲田，且该区域光、温、水、土资源充足，进一步扩大该区域油菜种植面积可推动油菜产业的发展。
　　春油菜区是一年一熟制，不同纬度区生育期相差较大。我们通过油菜种植典型省份的单产变化（图1-1）发现，过去50多年我国油菜单产呈现逐渐增加的趋势，其中冬油菜单产普遍高于春油菜，2016年对应的单产水平分别为2013kg/hm2和1847kg/hm2；与20世纪70年代相比，油菜单产增幅均在3倍左右。甘肃是春油菜种植区单产水平较高的省份，2016年达到2109kg/hm2，且近年来表现的增产趋势较为明显。在冬油菜主产省份中，江苏单产水平最高，近十年平均单产达到2609kg/hm2，接近欧洲平均水平，可能主要与该区域养分资源投入较高有关（徐华丽，2012）；2016年四川和湖北单产分别为2332kg/hm2和2100kg/hm2，这两个省单产和总产水平均较高，是油菜种植的优势区域；湖南和江西（数据未显示）均是三熟制区域，近年来湖南油菜单产约为1600kg/hm2，低于我国冬油菜平均水平。为进一步推动长江流域冬油菜的发展，需制定具有区域特性的宏观大调控和微观小调整管理策略，从而实现提高油菜产量潜力的目标。
　　图1-1 1961～2016年部分省份和地区油菜单产（中华人民共和国国家统计局，2017）冬油菜主产省份包括四川、重庆、云南、贵州、湖北、湖南、江西、安徽、江苏和浙江，春油菜主产省份包括内蒙古、甘肃和青海
　　二、我国油菜施肥状况及问题
　　油菜是养分需求量较高的作物，冬油菜生育期长，物质累积量大，充足的氮、磷、钾肥供应是满足植株生长的关键。2007年，华中农业大学作物养分管理团队对湖北省20个县（市、区）的398个农户油菜施肥状况的调查结果显示，所有农户均施用了化肥，有机肥施用的比例仅为19.8%。全省油菜氮（N）、磷（P2O5）和钾（K2O）肥平均施用量分别为171.9kg/hm2、61.7kg/hm2和50.3kg/hm2（N︰ P2O5︰K2O.1︰0.36︰0.29），其中化肥提供的 N、P2O5和 K2O分别占养分总投入量的96.1%、92.1%和80.3%。在油菜生产上，农户普遍重视氮肥的施用，氮（N）肥施用量＞120kg/hm2的农户比例为64.3%；磷、钾肥施用不足，磷（P2O5）、钾（K2O）肥施用量＜45kg/hm2（含不施）的农户比例分别为35.4%和48.9%。全省油菜平均产量为1967kg/hm2，产量＞2250kg/hm2的农户比例为39.8%，产量＜1500kg/hm2的农户比例为38.2%，可见油菜生产上产量分布不均，较大范围油菜产量处于较低水平。在施肥次数上，直播油菜和移栽油菜均以施用2次的比例最高，分别为59.1%和42.1%；全省油菜基施氮肥量为132.9kg/hm2，占全部氮肥用量的78.3%（徐华丽等，2010）。此外，武际等（2009）于2008年的调查结果显示，安徽省油菜种植施肥品种单一，以三元复合肥或油菜专用肥为主，且农户极少施用有机肥或单质磷、钾肥，肥料平均用量分别是氮（N）198.6kg/hm2、磷（P2O5）56.1kg/hm2、钾（K2O）48.6kg/hm2（N︰P2O5︰K2O=1︰0.28︰0.24）。
　　研究表明，基于土壤基础养分供应能力的长江流域冬油菜氮、磷、钾肥推荐用量分别为162～200kg/hm2、61～78kg/hm2和75～92kg/hm2（李慧，2015）。华中农业大学作物养分管理团队于2010～2011年的调研结果显示，长江流域冬油菜种植区县级农户施肥总养分量（N+P2O5+K2O）变幅为124～697kg/hm2，其中37%的种植县氮肥用量超过了推荐施氮范围，超出部分平均用量达到263kg/hm2，另有40%的种植县低于推荐施氮范围，低出部分平均用量为126kg/hm2；分别有49%和65%的种植县磷、钾肥用量低于推荐范围，低出部分平均用量分别为44kg/hm2和45kg/hm2，远低于推荐范围最低水平（61kg/hm2和75kg/hm2），仅有23%和14%的磷、钾肥用量处于平均推荐水平。近年来，油菜养分管理技术不断完善，油菜最佳养分用量也随不同生态区域、不同产量水平、不同轮作制度、不同栽培管理措施得到相应调整。具体表现：直播油菜的推荐施氮量比移栽油菜略低，而磷、钾肥用量相对较高（王寅，2014）；长江中下游两熟区的推荐施氮量明显高于三季轮作区，磷肥推荐用量两者相当，而钾肥推荐用量低于三季轮作区（李慧，2015）；棉花作为油菜的前茬作物，与水稻相比，提供了更多的氮素残留，且两者根系生长差异较大，使得棉-油轮作模式油菜季以更低的氮肥施用量获得了更高的产量（刘波，2016）。油菜最佳养分用量的研究，应建立在一定的生态区域或一定的目标产量水平的基础之上，从而实现油菜养分精准管理的目标。总体而言，我国油菜生产中施肥技术还存在许多问题和不足，主要表现如下：
　　（1）氮、磷、钾养分比例不协调，磷、钾肥施用量不足，尤其是钾肥用量明显不够、钾肥比例偏低；
　　（2）有机肥施用比例偏低、用量较少，秸秆还田率低；
　　（3）硼等微量元素施用比例偏低，地区间差异较大；
　　（4）施肥次数偏少，氮肥基施的比例偏高；
　　（5）施肥技术落后，以经验施肥为主，缺乏科学可靠及实用的量化施肥依据。
　　本书的主要意义在于以我们团队十几年来在油菜施肥方面的研究结果为基础，系统、全面剖析油菜的养分需求规律，结合不同区域特征总结现阶段油菜生产过程中养分管理策略及配套的技术，为新时期油菜生产提供理论支撑。
　　第二章 高产冬油菜氮素需求特征
　　为了最大限度地发挥冬油菜氮肥施用效果，生产中必须明确冬油菜氮素需求特征。邹娟（2010）利用 QUEFTS模型评估了不同目标产量下冬油菜氮素养分需求量与养分效率，结果表明，当目标产量为1000～4000kg/hm2时，地上部氮素累积量和百千克籽粒需氮量分别为48.3～228.8kg/hm2和4.8～5.7kg/hm2，并且随着目标产量的增加，氮素累积量和百千克籽粒需氮量逐渐增加。冬油菜的氮素累积量同时受到养分管理措施（如氮肥施用量）与耕作栽培方式（如播种量）等的影响。缺氮时，新叶生长慢，叶片少，叶色淡，下部叶片先从叶缘开始黄化并逐渐扩展到叶脉，黄叶多；植株生长瘦弱，主茎矮、纤细，株型松散；角果数和角粒数减少，千粒重增加，产量下降。
　　第一节 干物质累积特性
　　一、冬油菜干物质累积特性
　　冬油菜生长发育可以分为苗期、蕾薹期、花期和角果成熟期，其中，苗期主要是营养生长阶段，干物质累积缓慢并且累积量较少，仅占全生育期干重的10%～30%，但是此时吸收的氮素可以达到30%～80%。蕾薹期营养生长和生殖生长并存发展，但以营养生长为主，也是全生育期干物质累积速率最快的时期，干物质量占全生育期干重的15%～25%，此阶段氮素吸收量为10%～45%。花期至角果成熟期约占全生育期的1/4，以生殖生长为主，干物质累积量最多，占全生育期干重的50%～70%，此阶段氮素吸收量较少，仅为10%～20%。虽然冬油菜各生育阶段干物质和氮素累积量所占比例因品种、栽培模式、生育期及气候等因素而有所差异，但整体而言，冬油菜生长前期是氮素累积的重要时期，保障冬油菜前期氮素供应有利于提高冬油菜对秋冬季逆境的抗性，尤其在直播冬油菜上表现得更为明显，充足的氮素供应可以降低苗期植株死亡率。生长后期氮素营养主要依赖于养分从营养器官向生殖器官的再分配，其中，再分配量取决于氮素的再转移效率和氮浓度，而后者与生长前期吸氮量密切相关，因此，冬油菜产量的形成不仅依赖于生长前期氮素累积，还有赖于后期氮素的转移和再分配。
　　不同生育阶段冬油菜植株氮素分配中心是不同的，叶片是营养生长阶段的氮素分配中心，在苗期和蕾薹期，吸收的氮素大部分分配到叶片中（邹娟等，2011a； Wang et al.，2014）。花期吸收的氮素主要分布在叶片和茎中，其中叶片分配比例相对较高，初花期氮素累积量对后期冬油菜产量的形成具有重要影响。角果和籽粒是生殖生长阶段的氮素分配中心，角果发育期吸收的氮素直接分配到角果和籽粒中。以‘华双5号’为例，冬油菜干物质总累积量呈“ S”形曲线变化，在215天（角果期）达最大值，为16607kg/hm2（图2-1）。苗期、薹花期（蕾薹期+花期）、角果成熟期（角果期+成熟期）干物质的累积比例分别为27%、58%、15%。根、茎、绿叶的干物质累积量分别在185天（花期）、200天（角果期）、130天（苗期）达最大值，分别为2286kg/hm2、5450kg/hm2、2306kg/hm2，其后均有不同程度降低，降幅表现为绿叶＞茎＞根。生殖器官的干物质自现蕾后不断增加，230天时达最大，占干物质总累积量的48.6%，其中籽粒产量为4273kg/hm2。‘华双5号’苗期的落叶较少，170天（花期）后迅速增加，220天时达最大值2162kg/hm2，占干物质总累积量的13.3%。
　　图2-1‘华双5号’干物质累积量动态