崔 鑫，崔宏卓，廖世鹏，陆志峰，丛日环，李小坤，任 涛，鲁剑巍

（华中农业大学资源与环境学院 / 华中农业大学微量元素研究中心，湖北武汉 430070）

油菜作为我国第一大油料作物，是我国食用植物油的主要来源[1]，大力发展油菜生产是有效应对中国大豆进口不确定性、维护国家食用油和饲用蛋白供给安全的战略举措[2]。化肥的施用是保证油菜丰产和稳产的重要措施，与不施肥相比，我国冬油菜合理施肥的平均增产率为101.9%[3]。近些年，我国油菜化肥的科学施用取得了明显的进展，提出了冬油菜养分管理策略，确定了冬油菜的区域适宜施肥量，且集成了油菜高产高效施肥的技术模式[3]。同时，也有相关研究表明，在油菜生产中通过化肥与生物炭[4]、秸秆还田[5]配施，可以实现化肥减量的同时提高油菜产量与品质。

相较于化肥的科学施用，油菜生产中有机肥施用的研究略显不足，并且生产中不够重视有机肥的施用。徐华丽[6]对长江流域油菜施肥状况的调查表明，几乎所有的油菜种植农户都会施用化肥，但只有51.8%的农户施用有机肥。诸多作物生产研究已表明，施用有机肥能够协调作物生长环境，促进作物的生长发育及对养分的吸收，提高作物产量与品质[7-10]。对于油菜而言，宋以玲等[11]研究表明，配施有机肥可以促进油菜生长，提高油菜叶片的光合能力。此外，配施有机肥可以增加油菜的有效角果数与千粒重，提高籽粒产量，同时提高油菜籽含油量与蛋白质含量，进而改善油菜品质[12-13]。由此可见，适当施用有机肥将对油菜的产量与品质产生明显的促进作用，但油菜生产中适宜的有机肥用量并不明晰。通常有机肥的氮含量较高，随着有机肥用量的增加，油菜产量与蛋白质含量将会显著提高，但过高的氮素投入会降低油菜籽油分含量，影响油菜品质[14]，因此明确兼顾油菜产量和品质效应的适宜有机肥用量成为油菜生产中施用有机肥首先要回答的关键问题。

本研究通过开展2 年的田间试验，探究了不同有机肥用量对油菜产量及品质的影响，明确在保证油菜籽粒产量的前提下，实现高产油量以及高蛋白质产量目标的适宜有机肥用量，为有机肥合理施用以及油菜绿色高效生产提供技术参考与理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验点概况

田间试验于2018 年10 月至2020 年6 月在湖北省荆门市曾集镇张池村(30°43′05″N，112°18′24″E)2 块临近试验田开展。油菜播种前试验田耕层(0—20 cm)土壤理化性质如下：2018—2019 年，pH 5.4、有机质25.3 g/kg、全氮1.3 g/kg、速效磷15.7 mg/kg、速效钾160.8 mg/kg；2019—2020 年，pH 5.1、有机质21.4 g/kg、全氮1.0 g/kg、速效磷22.8 mg/kg、速效钾147.0 mg/kg。

1.2 试验设计

在施用化肥的基础上(养分用量为N 200 kg/hm2、P2O575 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2和B 9 kg/hm2)，设置5 个有机肥用量处理(干基)，分别为：1)不施有机肥(M0)；2)施1125 kg/hm2有机肥(M1)；3)施2250 kg/hm2有机肥(M2)；4) 施3375 kg/hm2有机肥(M3)；5)施4500 kg/hm2有机肥(M4)。各处理的养分总投入量见表1。试验设3 次重复，随机区组排列，小区面积为30 m2。

表1 各处理有机肥与总养分投入量 (kg/hm2)Table 1 Organic and total nutrient inputs in different treatments

试验供试的有机肥由安徽省司尔特肥业股份有限公司提供，含水率为30%，有机质含量34.6%、N 含量2.22%、P2O5含量3.14%、K2O 含量2.11%，有机肥全部用于基肥。施用的化肥分别为尿素(含N 46%)、过磷酸钙(含P2O512%)、氯化钾(含K2O 60%) 和硼砂(含B 10.8%)，其中氮肥按照60% 基肥∶20%提苗肥∶20%越冬肥施用，磷肥、钾肥和硼肥均作基肥一次性施入。

供试油菜品种为‘华油杂62R’，播种方式为直播，播种量为4.5 kg/hm2，播种期分别为2018 年10 月12 日和2019 年10 月10 日，收获时间分别为2019 年5 月13 日和2020 年5 月20 日。田间管理措施均采用当地农技推广部门的推荐方式。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤基础样品采集与测定 在前茬水稻收获后油菜基肥施用前，以整个试验田为基础采样单元，在试验田块内以“S”形均匀分布15 个采样点，取0—20 cm 耕层土壤。在实验室风干磨细过筛后，参照《土壤农化分析》测定土壤基本理化性质[15]。

1.3.2 产量及产量构成因子 在收获前两天，对各小区的产量构成因子进行调查。调查指标有植株收获密度(由1.0 m×1.0 m 样方内植株数量换算)、单株角果数(植株上全部角果数，选取有代表性的10 株油菜进行调查)、每角粒数(角果中的籽粒数，用随机选取的30 个角果内籽粒数的平均值来衡量)、千粒重(随机测定1000 粒油菜籽的重量，将籽粒样品风干后用千粒板调查)。每个小区选取10 m2区域作为测产区域，将测产区域的油菜植株全部收获，籽粒风干至恒重计算实际产量。

1.3.3 油菜植株样品采集与养分含量及品质的测定 在成熟期，采用样方(0.6 m×0.3 m)采样法在各小区随机取样，齐地收割地上部，放入网袋内悬挂风干脱粒，分别统计地上部茎秆、角壳与籽粒重。将各部分样品置于105℃下杀青30 min 后，置于65℃烘箱内烘干至恒重后进行粉碎磨细，过筛装袋后供氮、磷、钾养分含量的测定分析。籽粒样品采用浓硫酸-过氧化氢消化，氮、磷含量采用连续流动分析仪(AA3，Bran + Luebbe，Hamburg，Germany)测定，钾含量采用火焰光度计(M-410；Cole-Parmer，Chicago，IL，USA)测定。通过养分含量与籽粒、非籽粒部分的干物质量计算地上部的养分积累量。同时，应用近红外粮油品质分析仪(NYDL 300)测定油菜成熟期籽粒的含油率和蛋白质含量[16]，并通过籽粒产量分别计算籽粒产油量与蛋白质产量。

1.4 数据处理

籽粒养分积累量(kg/hm2)=籽粒养分含量(%)×籽粒干物质量

非籽粒养分积累量=角壳养分含量×角壳干物质量＋茎秆养分含量(%)×茎秆干物质量(kg/hm2)

参考李海叶等[17]的方法，利用线性加平台肥效模型对冬油菜籽粒产量、产油量及蛋白质产量和有机肥用量进行拟合，模型由直线、平台两部分组成，直线与平台的交点为适宜的有机肥用量(也称最佳有机肥用量)，其对应的 C 值为最佳产量。

线性加平台模型：

式中：Y—产量(kg/hm2)，x—有机肥用量(kg/hm2)，a—截距，b—斜率，joint—有机肥最佳用量(kg/hm2)，C—最高产量(kg/hm2)。

产油量=籽粒产量×籽粒含油率(%)

蛋白质产量=籽粒产量×籽粒蛋白质含量(%)

油菜籽产值=油菜籽产量×油菜籽价格

油菜籽净收益=产值-肥料成本

油菜籽粒价格为4.3 元/kg，化肥(氮、磷、钾和硼肥)成本为1878 元/hm2，有机肥成本为0.8 元/kg。

有机肥施用效益=施有机肥产值-不施有机肥产值

产投比=有机肥施用效益/有机肥投入

试验数据均采用Microsoft Excel 2010 软件进行数据计算整理；用SPSS 26.0 进行数据统计分析，用Duncan 法检验处理间的差异显著性，P＜0.05 为差异显著；采用Origin 2022 软件进行方程的拟合与图表绘制，其中相关性热图利用Origin 2022 插件CorrelationPlot 绘制。

2 结果与分析

2.1 有机肥用量对冬油菜产量及其构成因子的影响

两年试验结果均表明配施有机肥能显著提高油菜籽粒产量(图1)。与M0 处理相比，配施有机肥处理两年的产量分别提高了68.4%～109.0%和18.1%～48.3%。随着有机肥用量的增加，油菜籽粒产量总体均呈先升高再下降的趋势，在2018—2019 和2019—2020 年分别在M3 和M2 处理产量达到最高，之后继续增加有机肥用量油菜产量略有降低。

图1 有机肥用量对油菜产量的影响Fig.1 Effects of different manure dosage on rapeseed yield

不同有机肥用量下，单株角果数与每角粒数均呈现先增加后降低的变化趋势(表2)。有机肥施用显著提高了油菜单株角果数与每角粒数，2 年间配施有机肥处理下的单株角果数和每角粒数较M0 分别增加了34.5%～50.3%、8.0%～37.2% 和15.2%～36.9%、10.0%～22.9%，且在均在M2 或M3 处理下为最大值。有机肥的施用对油菜收获密度无显著影响，范围分别在29.1～30.8 与28.11～31.67 株/m2。2018—2019 年与2019—2020 年籽粒的千粒重总体不存在明显差异，2 年的不同处理间均以M3 处理下的千粒重最大。

表2 有机肥用量对油菜产量构成因子的影响Table 2 Effects of different manure dosage on rapeseed yield components

2.2 有机肥用量对冬油菜籽粒养分含量及地上部养分积累量的影响

由图2 可以看出，施用有机肥显著影响了籽粒养分含量。对于籽粒氮含量，两年变化略有不同，2018—2019 年，随着有机肥用量的增加，籽粒氮含量呈降低的趋势，2019—2020 年，与M0 相比，M2、M3、M4 处理显著增加了籽粒氮含量；2 年籽粒磷含量均在M2 处理达到最高，较M0 分别提高了1.5%和12.3%，继续增施有机肥后略有降低。籽粒钾含量于2018—2019 年随有机肥施用量增加呈下降趋势，M4 处理籽粒钾含量较M0 降低了12.4%；在2019—2020 年不同有机肥处理籽粒钾含量无明显差异。

图2 有机肥用量对油菜籽粒养分含量的影响Fig.2 Effects of manure dosage on nutrient contents of rapeseed

有机肥施用显著提高了地上部养分积累量(图3)，2018—2019 和2019—2020 年地上部的氮、磷积累量均在M3 和M2 处理达到最大，与M0 处理相比，分别提高了43.7%～66.6% 和59.9%～90.4%，其中籽粒氮、磷积累量较不施有机肥处理分别增加了2.1%～72.1%与12.5%～91.7%；两年不同处理的地上部钾积累量均在M3 处理下达到最大值，与M0 处理相比两年分别提高了51.0%与34.2%，其中籽粒钾积累量占地上部积累量比例最少，较不施有机肥处理，施用有机肥处理提高了22.9%～71.8%，两年分别在M3 与M2 处理下达到最大值，非籽粒部分的钾积累量占比更高，有机肥施用同样可以显著提高其钾积累量。同时，籽粒氮磷钾积累量占地上部总氮磷钾积累量的比例分别在65%～74%、77%～84%与9%～13%，与不施有机肥相比，施用有机肥有提高籽粒养分分配比例的趋势，氮、磷、钾提高幅度分别为2%～7%、1%～6%、1%～2%。

图3 有机肥用量对油菜地上部氮、磷、钾养分积累量的影响Fig.3 Effects of manure dosage on aboveground accumulation of N, P and K in rapeseed

2.3 有机肥用量对冬油菜蛋白质含量、含油率及其产量的影响

有机肥用量显著影响了油菜籽粒的品质(表3)。配施有机肥会显著降低籽粒含油率，与M0 处理相比，两年间M1、M2、M3 和M4 处理籽粒的含油率分别降低了2.6%～9.5%和2.8%～10.9%。相反，施用有机肥明显提高了油菜籽的蛋白质含量，两年间的蛋白质含量均以M2 处理最高，较M0 处理分别增加了18.2%与27.1%，继续增加有机肥，油菜籽蛋白质含量略有降低。

表3 有机肥用量对油菜籽粒品质的影响Table 3 Effects of different manure dosage on rapeseed quality

与油菜籽含油率的变化不同，配施有机肥显著提高了产油量，2018—2019 和2019—2020 年产油量分别提高41.0%～89.0%和10.3%～34.2%，其中在M3 和M4 处理下的产油量最高。同样，配施有机肥也显著提高了蛋白质产量，与M0 处理相比，2018—2019 和2019—2020 年施用有机肥处理的蛋白质产量分别增加了63.8%～125.4%和12.8%～87.2%，其中以M3 和M2 处理增幅最高，继续增施有机肥后蛋白质产量呈下降趋势。

2.4 有机肥用量与油菜产量及品质相关性分析

对不同有机肥用量下油菜籽产量、产量构成及养分含量与品质指标进行相关性分析(图4)，有机肥用量与籽粒产量、蛋白质含量呈显著正相关，相关系数分别达到0.73 和0.43，其中产量与单株角果数和每角粒数呈显著正相关，而与收获密度和千粒重无显著相关性，说明有机肥用量通过增加单株角果数和每角粒数进而提高产量。籽粒的氮磷含量与蛋白质含量呈正相关关系，而含油率与蛋白质呈显著负相关，相关系数为-0.37。另一方面有机肥用量与籽粒含油率呈显著负相关，与籽粒蛋白质含量呈显著正相关，说明有机肥用量显著影响了油菜籽粒的品质。

图4 油菜籽粒产量和品质关键指标的相关分析Fig.4 Correlation analysis of key indices of yield and quality in oilseed rapeseed

2.5 高产优质目标下的有机肥适宜用量

采用线性加平台模型对不同有机肥用量下油菜籽粒产量、产油量和蛋白质产量与相应有机肥用量进行拟合(图5)。就籽粒总产量而言，当有机肥用量超过1803 kg/hm2时，籽粒产量不再增加，此时产量为3314 kg/hm2；对于产油量与蛋白质产量而言，有机肥用量临界值分别对应1758 与2819 kg/hm2，此时产油量与蛋白质产量分别对应为1379 与880 kg/hm2。因此当以高产和高产油量为目标时，适宜有机肥用量为1758～1803 kg/hm2，而以高蛋白质产量为目标时，则需进一步提高有机肥用量。

图5 目标产油量及蛋白质产量对应的有机肥适用量Fig.5 The optimal manure dosage for the target oil and protein yield

由表4 可以看出，施用有机肥可以提高油菜籽的总产值，最高达到14277 元/hm2。油菜籽的净收益随有机肥用量的增加呈现先升高后降低的趋势，在M2 处理下达到最大值为10599 元/ hm2。与不施有机肥处理相比，施用有机肥使油菜籽净收益增加了1858 ～3716 元/ hm2，在M2 处理下增加最多。根据目前我国农业生产实际情况，施用肥料的产投比＞2.0 时认为经济效益显著[18]，表4 中M1 与M2 处理下的经济效益均显著，但是在所有有机肥处理中，以M2 处理下油菜籽所获得的经济效益最高。

表4 不同有机肥用量产生的经济效益 (yuan/hm2)Table 4 Economic benefit brought by manure dosages

3 讨论

3.1 有机肥用量对油菜籽粒产量与养分积累量的影响

施用有机肥显著提高了作物产量，这与水稻[19]、小麦[20-22]、大豆[23]等的研究结果相似。原因在于有机肥提高了水稻和小麦的光合能力，增加了籽粒养分吸收量，最终提高作物产量[24-25]。在油菜上，氮肥配施有机肥提高菜籽产量，与单株角果数和每角粒数显著相关[13]，本研究中与不施用有机肥相比，施用有机肥可以显著提高单株角果数和每角粒数，而收获密度与千粒重并无显著差异，说明油菜籽主要通过单株角果数和每角粒数增加产量。当有机肥用量超过适宜用量时，油菜籽粒产量增加不显著，这与田昌等[26]研究结果有相似之处，这可能由于养分投入已经超过油菜需要吸收的养分，且过量的氮养分会导致作物的贪青晚熟，影响最终收获的产量[27]。

有机肥的施用可以提高地上部的养分积累量，尤其促进干物质和氮磷钾养分的积累并向籽粒的转运[28-31]。本研究中有机肥施用提高籽粒氮磷钾积累量占地上部积累量的比例，这说明有机肥施用会促进籽粒养分的积累。杨宁等[32]在研究小麦养分积累与转运规律时发现，花前累积在营养器官中的氮、磷养分是成熟期籽粒氮、磷的重要来源，花后的氮、磷养分累积才是造成成熟期籽粒氮、磷吸收差异的重要原因。徐明岗等[33]的研究表明，化肥配施有机肥促进水稻中后期干物质的积累与养分吸收，在本试验条件下，施用有机肥显著提高地上部养分积累量的同时，也增加了籽粒养分积累的分配比例，这可能是由于化肥在油菜生育前期发挥主要作用，而适量有机肥中的缓效养分则在油菜生育中后期促进地上部养分积累并向籽粒的转运，这也是籽粒氮、磷、钾积累量在M2 或M3 处理下显著高于其他处理的重要原因。与籽粒养分积累量相比，非籽粒部分中氮磷积累量要小于籽粒，而钾积累量却远大于籽粒中的钾，这主要是由于油菜籽粒作为植株的主要代谢库对于氮磷的需要远大于对钾的需求。

3.2 有机肥用量对油菜籽粒品质的影响

有机肥富含有机质以及作物所需要的多种营养元素，可以提高土壤肥力和土壤微生物活性，改善土壤环境，促进作物养分吸收，进而提高作物品质[34-38]。在本研究中，施用有机肥后，籽粒氮磷钾含量并没有统一表现出一致的增加趋势，甚至在2018—2019 年试验中籽粒氮磷钾养分含量较不施用有机肥有所降低，但总体而言油菜整株的氮磷积累量是随有机肥用量增加而增加，这可能是由于籽粒产量增加后的稀释效应引起的，是作物为优化转运效率自身的一种平衡管理养分的方式[39]。本试验中有机肥的施用降低了油菜籽的含油率，但提高了油菜籽的蛋白含量，二者呈显著的负相关关系，这是由于籽粒中油分与蛋白质在合成代谢中利用共同的碳源，二者之间存在一定竞争关系，呈现此消彼长的趋势[40-41]。另一方面有机肥带入丰富的氮磷养分，进而提高了籽粒的氮磷积累量，蛋白质含量与蛋白质产量也呈现增加趋势，Bozkurt 等[42]研究中发现种子含油率与氮含量呈负相关关系，系数达到-0.6151，在本研究中施用有机肥后籽粒氮含量总体呈增加的趋势，含油率也对应降低。另外也有研究发现，磷的过量输入会降低籽粒蛋白质含量，过量施氮也会降低籽粒品质[43-44]，本试验中有机肥氮养分含量为2.2%，磷养分含量为3.14%，因此当有机肥超过一定用量时，氮磷养分的过量输入可能是导致蛋白质含量与产量略有下降的重要原因。

3.3 基于不同生产目标的有机肥适宜用量

据数据统计，近年来我国油菜收获面积占全球收获面积的比例呈下降趋势，2019—2020 年度的油菜籽产量为1349 万t，但国民消费量为1599 万t，为满足国民需求，大量油菜籽需要依赖进口，其进口量占消费总量的23%[45-47]。随着国民对食用油消费需求的增加，提高我国油菜籽与菜籽油产量是降低进口依赖的直接有效途径。本研究中施用有机肥可以提高18.1%～109.1%油菜籽产量以及10.3%～89.0% 菜籽油产量，两年油菜产油量分别在M2 与M3 处理达到最高，由于含油率与有机肥呈显著负相关关系，继续增施有机肥，油菜籽含油率的降低程度超过了籽粒产量增加的幅度，造成产油量有下降的趋势，因此利用线性加平台模型计算出有机肥用量为1758 kg/hm2时，可以实现油菜籽产量与产油量的同步增加。

油菜籽榨油后剩余的饼粕蛋白质含量丰富，氨基酸组成均衡，不仅在饲料行业应用广泛，也已被欧盟及 FDA 批准作为新食品原料，作为人类食用的优质植物蛋白资源[48-50]。据统计我国对菜籽粕的进口依赖逐渐加强，菜籽粕消费量达到1151.4 万t[51]。本研究中，施用有机肥也可以提高油菜籽蛋白产量，最高达到1006 kg/hm2，因此当以高油菜籽蛋白产量为主要生产目标时，可以适当提高有机肥用量，从而提高油菜籽饼粕的蛋白质含量，满足饲料生产高品质的要求。

与此同时，对于种植油菜的农户而言，经济效益是油菜生产考量的重要内容。在本研究条件下，当有机肥用量达到2250 kg/hm2时可以获得最高利润。由于本研究中只是计算了理论产油量和蛋白质产量，因此未对油菜籽深加工的经济效益进行估算，但可以肯定的是有机肥施用提高了油菜籽产量、产油量和蛋白质产量，且陈晓莉[52]调查研究中表明油菜籽、菜籽油与菜籽粕三者价格有一定的正相关关系，因此有机肥的施用也必将显著提高油菜籽深加工的产值。根据不同生产目的，确定适宜的有机肥用量，科学地提高油菜产量、产油量以及蛋白质产量的同时获得较高的收益，对我国其他有着不同生产需求的作物的施肥技术有着一定的借鉴意义。

4 结论

本试验条件下，有机肥施用主要通过提高油菜单株角果数和每角粒数来提高籽粒产量，且随着有机肥用量的增加可以提高蛋白质含量，但是降低了含油率。相对较低有机肥的施用量即可以提高油菜产量与产油量，但较高有机肥的施用可以获得高品质的菜籽粕作为饲料，针对种植油菜的农户而言，有机肥用量为2250 kg/hm2时即可以得到最佳经济效益。