长江流域稻-油轮作区土壤磷库现状及环境风险分析

明确长江流域水稻-油菜轮作种植区土壤磷(P)库现状,评估土壤磷淋失风险,以期为长江流域水稻-油菜轮作体系合理施磷提供参考。2018年4—5月在长江流域水稻-油菜轮作典型种植区域的14个省(市/区)采集油菜收获后的耕层土壤样品247个,测定土壤全磷、有效磷(Olsen-P)和可溶性磷(CaCl2-P)含量,并参考土壤全磷和Olsen-P分级指标,明确我国长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷丰缺现状,建立Olsen-P与CaCl2-P之间的定量关系。还根据Olsen-P分级选取72个样本进行Hedley磷分级测试,分析了水稻-油菜轮作种植区域土壤磷库分布特征。结果表明:长江流域水稻-油菜轮作种植区域耕层土壤全磷、Olsen-P和CaCl2-P平均含量分别为0.62 g·kg^(-1)、23.2 mg·kg^(-1)和0.49 mg·kg^(-1)。土壤全磷在长江上、中、下游间无明显差异,区域整体48.6%处于丰富状态。土壤Olsen-P缺乏和过量的现象并存,占比分别为23.1%和31.1%,土壤Olsen-P缺乏和过量的区域分别集中在长江中游和长江下游区域。长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷库以无机磷为主,平均占比达到82.2%。H2O-Pi、NaHCO3-Pi、NaOH-Pi、HCl-Pi、NaHCO3-Po、NaOH-Po和Residual-P磷库平均含量分别为10.8、46.8、115.6、218.6、22.3、104.9和193.8 mg·kg^(-1)。随着土壤Olsen-P水平的增加,NaHCO3-Pi和NaOH-Pi含量明显增加,稳定态磷库(HCl-Pi和Residual-P)含量相对稳定。长江流域水稻-油菜轮作种植区域耕层土壤Olsen-P和CaCl2-P的关系符合双直线模型,出现突变点时Olsen-P含量为39.9 mg·kg^(-1),对应的CaCl2-P含量为0.6 mg·kg^(-1)。当土壤Olsen-P含量大于39.9 mg·kg^(-1)时,土壤磷素淋失风险增加。整体而言,长江流域水稻-油菜轮作种植区域土壤磷含量呈上升趋势,土壤Olsen-P平均含量达到适宜养分供应水平,且存在13.0%的区域处于磷素高淋失风险状态。土壤磷素主要积累在稳定态磷库中,因此,应重视磷肥的合理施用,适当降低磷肥投入,挖掘土壤中稳定态磷库潜力。旨在减少稻-油轮作体系土壤有效磷积累和环境磷素损失,提高作物磷肥利用率。

磷肥用量对油菜籽产量及品质的影响

油菜是重要的油料作物,对缺磷敏感,我国油菜主产区土壤供磷状况较差,缺磷常导致油菜籽减产。于2019—2021年度2季在长江中游地区进行磷肥用量田间试验,设置0、45、90、135和180 kg P_(2)O_(5)hm^(-2)5个施磷水平,探究磷营养供应状况同时对油菜籽产量和品质的影响。结果表明,施磷显著增加油菜单株角果数、角粒数和千粒重,进而增加了油菜产量。不施磷处理的平均产量仅190 kg hm^(-2),施磷增产8.5~12.5倍,根据产量效应得到的最高产量施磷量为51.8~65.0 kg P_(2)O_(5)hm^(-2)。油菜籽磷含量、含水率、含油率、蛋白质、硫甙、油酸、亚麻酸和硬脂酸对磷肥用量的响应均达到极显著水平,芥酸、亚油酸和棕榈酸的响应较小。随着施磷量的增加,油菜籽含油率呈先增后降的趋势(施磷90 kg P_(2)O_(5)hm^(-2)和135 kg P_(2)O_(5)hm^(-2)最高),蛋白质含量呈缓慢升高趋势,硫甙含量显著降低。在磷肥投入量为90~135 kg P_(2)O_(5)hm^(-2)时获得最大油分产量和蛋白质产量。过量的磷肥施用会降低油菜籽的油酸含量,提高了亚麻酸含量。通径分析表明,籽粒磷含量、含油率和亚麻酸含量对产量有较大的直接正作用,含水率、蛋白质和亚麻酸通过籽粒磷含量对产量有较大的间接正作用,硫甙、油酸、亚油酸和硬脂酸通过籽粒磷含量对产量有较大的间接负作用。综合结果显示,以油菜籽产量和食用油品质为目标的推荐磷肥用量为45~90 kg P_(2)O_(5)hm^(-2),以追求饲用饼粕蛋白质产量为目标,推荐磷肥用量为90~135 kg P_(2)O_(5)hm^(-2)。

油菜与杂草生物量和养分竞争对氮磷钾肥用量的响应

【目的】杂草是限制油菜丰产的重要因素之一,养分的合理管理对杂草防控起到关键作用。本研究在大田条件下,探究氮、磷、钾肥施用量对油菜与杂草生物量及养分竞争的影响,为生态控草和农业可持续发展提供依据。【方法】在湖北省武穴市开展田间试验,采用单因素试验设计,设置氮(0、90、180和270 kg N·hm^(-2),分别用N0、N1、N2和N3表示)、磷(0、45、90和135 kg P_(2)O_(5)·hm^(-2),分别用P0、P1、P2和P3表示)、钾(0、60、120和180 kg K_(2)O·hm^(-2),分别用K0、K1、K2和K3表示)各4个不同用量梯度田间试验。在油菜成熟期,测定油菜籽产量、油菜和杂草的生物量及相应的养分含量,计算养分积累量,分析油菜与杂草的养分竞争关系及其对肥料用量的响应。【结果】施肥显著提高油菜籽产量、地上部总生物量和相应的养分积累量,在氮、磷、钾3种养分中,油菜生长和养分吸收对缺磷最敏感。N0、P0和K0处理的油菜籽产量分别为560、227和1490 kg·hm^(-2),分别只占相应最高产量(N3、P3和K3处理)的18.2%、7.5%和50.1%,油菜地上部总生物量随着养分的投入变化趋势与籽粒产量一致。N0、P0和K0处理的油菜相应养分积累量依次为19.96、0.88和26.21 kg·hm^(-2),分别占相应最高养分积累量的12.24%、3.72%、22.26%。杂草生物量和相应的养分积累量随着3种养分施用量的增加不断下降(磷肥用量试验P2处理最高除外),N0、P0和K0处理的杂草生物量分别为1365、3060和1535 kg·hm^(-2),分别是相应最低杂草生物量(N3、P2和K3处理)的7.59倍、5.19倍和3.61倍;N0、P0和K0处理杂草的相应养分积累量依次为17.60、1.91和9.38 kg·hm^(-2),分别是相应最低杂草养分积累量(N3、P2和K3处理)的3.78倍、1.54倍和1.52倍。与磷和钾相比,杂草与油菜对氮的养分竞争力更强,在各氮肥处理时杂草的氮含量均高于油菜。施肥提高了油菜与杂草的生物量和相应养分积累量的比值,除不施磷处理外,其他所有处理的油菜与杂草的生物量和相应养分积累量的比值均大于1,且这个比值随施肥量的增加而不断提高(磷肥用量试验P2处理最高除外),说明充足的养分供应可以显著提高油菜的生长势及养分吸收能力,发挥了抑制杂草的作用。【结论】冬油菜田间杂草的危害程度受养分供应状况的控制,施肥有效弥补了油菜生长前期除草剂不能完全控制整个生育期杂草的不足,氮、磷、钾肥充足施用能显著降低杂草生物量和相应的养分积累量,油菜与杂草竞争能力对3种养分的响应程度为磷>氮>钾。

氮钾配施对油菜产量及氮素利用的影响

实际生产中氮钾肥投入不平衡严重限制了氮肥肥效及作物的产量潜力。为了探明不同施氮量下钾肥施用对油菜产量及氮素利用的影响,于2016—2017年及2017—2018年在湖北省武穴市开展连续2年的田间试验,采用氮钾两因素完全试验设计,设氮0、90、180、270kgNhm^-2和钾0、60、120、180kgK2Ohm^-2各4个水平。在油菜成熟期取样测定产量、地上部氮钾积累量以及氮肥利用率。结果表明,在钾供应不足时(K0和K60),冬油菜施用氮肥的平均增产率为113.7%,而在钾供应充足的条件下(K120和K180),施用氮肥的平均增产率高达172.9%;与K0处理相比,K120处理冬油菜氮肥回收利用率平均提高了16.6%,继续增施钾肥对不同施氮量下冬油菜氮肥回收利用率的进一步提高无显著影响;达到区域平均产量时,钾供应充足较低钾(K60)投入平均降低33.9%的氮肥用量。综上所述,氮钾配施显著提高了冬油菜产量和氮肥利用率,在冬油菜实际生产中除了重视氮肥施用外,应增加钾肥投入,通过优化氮钾肥配施比例可进一步提高油菜产量,实现冬油菜高产和养分高效。

油菜与小麦秸秆浸出液对水稻种子萌发及幼苗生长的影响

为了解油菜-水稻与小麦-水稻两种轮作体系中水稻生长的差异,分析油菜作为良好茬口的原因,以秸秆在土壤中腐解的溶液为材料,研究多熟种植体系对后作水稻的增产趋势。采用多因素随机区组设计,包括秸秆类型、添加液类型和秸秆浓度三种因素,其中秸秆类型为油菜、小麦秸秆,添加液类型为蒸馏水和营养液,秸秆浓度分别为空白对照(0 g/L)、低浓度(1 g/L)、中浓度(5 g/L)和高浓度(20 g/L),对应田间秸秆还田量0 kg/hm^(2)、1500 kg/hm^(2)、7500 kg/hm^(2)和30 000 kg/hm^(2)。结果表明,秸秆类型、添加液类型及浓度对水稻发芽无显著影响,而对水稻幼苗生长具有显著改变。秸秆浓度为1和5 g/L时,蒸馏水作为添加液条件下,油菜秸秆处理的水稻幼苗干重较小麦秸秆处理显著提高10.7%~44.4%;以营养液作为添加液时,油菜秸秆处理的水稻幼苗干重比小麦秸秆处理高2.2%~12.1%。与蒸馏水作为添加液相比,营养液处理的稻苗干重极显著增加,增幅达53.7%~130.0%。不同秸秆浓度培养液间以5 g/L时水稻幼苗干重和株高达到最大。蒸馏水作为添加液时,水稻幼苗养分积累量与干重表现出一致的趋势,其中氮积累量间的差异最为显著;而以营养液作为添加液时,仅在播种后第12 d,5 g/L秸秆浓度培养液处理的水稻幼苗氮、钾积累量表现出显著差异。与蒸馏水作为添加液相比,营养液处理的稻苗氮、磷、钾养分累积量增加了2.0~3.0倍、1.0~2.0倍和1.4~1.7倍。水稻幼苗氮、钾积累量均以秸秆浓度为5 g/L时最高,磷累积量差异不大。与营养液相比,蒸馏水作为添加液时,油菜与小麦秸秆浸出液敏感指数差异更大。油菜和小麦两种秸秆,它们的浸出液均能促进水稻幼苗生长,油菜秸秆浸出液对水稻幼苗生长的促进效果显著强于小麦。

磷肥用量对不同水稻品种产量和磷肥利用率的影响

采用田间试验研究了磷肥用量对不同水稻品种产量、磷肥利用率及经济效益的影响,以期为水稻合理施用磷肥提供理论依据。结果表明:施用磷肥显著提高了不同水稻品种产量,与不施磷(P_0)处理相比,增产360~1 326 kg/hm^2,增产率为5.9%~20.7%;不同品种对磷肥的反应存在差异,黄华占在不同磷肥用量(P_0、P_(37.5)、P_(75)、P_(112.5))下产量均最低,与黄华占相比,产量最高的品种增产率分别为42.1%、48.3%、48.5%和56.2%。6个水稻品种的施磷量与产量间存在显著二次相关和线性加平台关系,理论最高产量为5 858~9 028 kg/hm^2,推荐施磷量为30~99 kg/hm^2;珞优8号的产量和经济效益均高于其他品种,分别为9 023 kg/hm^2和16 095元/hm^2,且在磷肥用量为75 kg/hm^2时磷肥利用率最高,与磷肥利用率最低的内香2128相比提高了20.0%。可见,不同水稻品种对磷肥的响应存在一定的差异;同等条件下,应优先选用具有高产、高磷肥利用率潜力的品种,并根据品种的反应合理施用磷肥。

直播冬油菜磷肥适宜用量研究

为获得缺磷地区油菜的合理磷肥用量,2015年9月~2016年5月在蕲春开展直播冬油菜磷肥用量田间试验,设置了P2O50、2、4、6、8 kg/亩5个磷肥用量水平。试验结果表明:施磷显著增加油菜的产量,在P2O56kg/亩时得到最高籽粒产量136.6 kg/亩,比不施磷处理增产3.6倍。施磷提高密度和改善各产量构成因子,其中密度、分枝数和角果数对产量提高的贡献较大。随着施磷水平的增加,油菜植株磷素积累量有不同程度的提高,籽粒磷素积累量在施磷量达到一定水平后不再增加。研究结果表明,缺磷土壤中直播冬油菜推荐磷肥用量为P2O56 kg/亩。