摘要
冬油菜是我国重要的油料作物和南方主要的冬季轮作作物,发展油菜生产对保障我国粮油安全供给具有重要的战略意义。进入21世纪以来,由于油菜移栽种植转变为直播轻简种植,过去的施肥技术不再适合新的生产模式,油菜产业发展对施肥理论和技术提出了新要求。本文总结了近20年来我国油菜施肥技术领域的研究进展。经过协同攻关,我国农业科技工作者提出了冬油菜“氮磷钾硼镁全营养配合与前促后稳”的养分精准调控策略,建立了冬油菜前期“精准施肥壮苗保群体促丰产”和后期“依靠土壤养分稳供促高效保稳产”的养分调控方法,创新了“精准种类、精准配伍、精准用量、精准时期、精准位置”为核心的“五精准”油菜高效施肥技术,创制了油菜专用全营养配方肥、专用缓释肥和专用控释尿素等系列新肥料产品,优化建立了轻简高效施肥模式并实现规模化应用,支撑了油菜产业的绿色高质高效发展。最后针对我国冬油菜生产面临的新机遇和新挑战,从施肥技术角度提出了展望:加强南方短生育期油菜高效施肥技术、油菜多功能利用的配套施肥技术、应对气候多变的抗灾养分管理技术等研究,进一步加强与现代农业发展相匹配的新型高效专用肥料产品研发与施肥技术创新,重视养分高效油菜品种的选育与应用。
油菜是我国第一大油料作物,常年种植面积超过667万h
我国冬油菜主产区种植制度(一年两熟或三熟)和立地条件与加拿大、澳大利亚、欧洲等世界其他油菜主产国或地区完全不同,导致我国冬油菜物质、养分积累以及土壤养分供应规律不同于其他国家,无法直接引用国外油菜施肥技术。随着现代农业发展,油菜种植方式发生明显改变,生产目标由追求高产向轻简、优质、高产、高效、环保并重转变,这些变化使我们无法照搬传统施肥经验。因此,建立适应我国冬油菜生产的养分精准调控策略进而指导肥料的合理施用极其重要。经过多年研究,我国农业科技工作者创建了冬油菜“氮磷钾硼镁全营养配合与前促后稳”的养分调控策略,提出了冬油菜前期“精准施肥壮苗保群体促丰产”和后期“依靠土壤养分稳供促高效保稳产”的养分调控新思路。
华中农业大学养分综合管理团队(下文简称团队)研究建立了直播冬油菜的土壤养分丰缺新指标体系,明确了在油菜籽产量2.25~3.00 t/h
我国农业科技工作者研究发现冬油菜苗期植株养分高浓度和高物质积累量是高产的物质基础,高产(>3 t/h
团队研究揭示了油菜种植土壤养分供应受气候环境、轮作和秸秆还田等影响呈现明显季节性变化特征,即油菜种植土壤养分具有“前期供应不足、后期供应充分”的时效性规律。油菜薹期之前土壤养分供应能力弱,土壤矿化氮仅占油菜养分吸收的10%左
我国冬油菜生产中施肥的养分靶向不准、氮磷钾养分用量大、中微量元素养分缺失或不足、施肥时期和位置不当、肥料利用率低等问题突出,严重制约了油菜产业绿色高产高质高效发展。在直播油菜养分精准调控原理的指导下,以精准养分种类和用量实现“氮磷钾硼镁全营养配合”,通过养分形态配比、施肥时期和施肥位置的精准匹配挖掘直播油菜根系潜力,实现“前促后稳”的理想调控目标。
团队研究明确了冬油菜施肥的养分种类、施用量、形态比例等关键技术参数。根据土壤养分特征和高产油菜对养分的需求规律,结合近5 000个田间试验和示范数据,确定了我国冬油菜需要通过施肥补充氮、磷、钾、硼和镁5种必需营养成分,部分区域还需要适当补充钙、硫和锌3种养
团队在1 200多次大田试验基础上,基于肥料效应模型确定了我国冬油菜主产区平均产量2.5 t/h
我国农业科技工作者通过试验研究明确了冬油菜适宜施肥时期,创建了油菜苗期营养高光谱诊断预警预报及快速精准追肥技术。在“前促后稳”养分调控原理的基础上,提出了冬油菜“专用肥-基肥-追肥”或“缓控肥一次性施用”的施肥方案。明确了直播冬油菜适宜的氮肥施用时期为基肥和薹肥,运筹比例为4∶1;通过控释氮肥可以实现油菜化学氮肥的一次性施
团队研究揭示了肥料施于地表下10 cm左右能够显著增加油菜根长和生物量,进而提高菜籽产
我国农业科技工作者优化完善了施肥技术和肥料产品与栽培、植保、机械的技术融合,集成建立了以肥密协同、肥水耦合、施肥与控草防病互补等为主要内容,适合不同区域油菜生产的绿色高产高效综合技术模式8套。通过增加播种量进行适度密植,可减少15%~30%肥料投入,实现“以密省肥”和“以密增产”的双重目
尽管市场上肥料供应种类很多,但缺少油菜专用肥料产品,导致农民选肥盲目性大、施肥技术与肥料产品脱节、施肥环节多等技术难落地的问题,研制“实用、好用和愿用”专用肥料产品是直播油菜轻简化生产的迫切需求,也是油菜轻简高效施肥技术落地的重要技术抓手。
我国油菜养分管理科技人员与技术推广人员制定了区域专用肥生产大配方与县域精准配肥方案相结合的油菜高效施肥配方。制定了区域尺度的油菜专用肥大配方5个和县域尺度的冬油菜专用肥配方34个,率先向全国发布,推动了油菜施肥的配方化、精准化和科学
按照油菜氮磷钾硼镁全营养配合的养分调控原理和冬油菜“一基一追”施肥方案,根据区域氮磷钾肥适宜用量配方和养分形态配比原则,立足于肥料生产企业的现有加工设备,采用高塔喷浆或转鼓造粒工艺,我国肥料企业生产出油菜专用全营养配方肥,产品含有氮、磷、钾、硼、镁5种养分(部分区域产品还含有钙、硫、锌),氮肥包括硝铵形态(部分产品含控释尿素),满足不同区域的差异化需求:一袋肥料满足了油菜生长发育所有必需养分供给。
根据区域大配方原则,我国农业科技工作者研发生产了油菜专用缓释肥和专用控释尿素等系列长效肥料新产品。油菜专用缓释肥采用中微量元素与腐殖酸螯合技术、氮肥缓释长效技术、钙镁磷肥与硫酸镁添加技术、肥料转鼓造粒技术,具有肥料中的养分间无拮抗、养分释放长短互补、肥料养分供应与油菜需求同步、一次性施用前期不烧苗后期不脱肥等优点。油菜专用控释尿素采用植物油包膜方式实现了氮素控释期达80~100 d,与油菜氮素需求吻合,应用方式灵
在国家相关政策的支持下,在农业农村部及各油菜主产省(市、区)农业生产主管部门的协调和组织下,冬油菜科学施肥技术及相应的专用肥产品得到大面积推广应用。油菜轻简高效施肥关键技术作为国家油菜产业技术体系绿色高产高效全程机械化关键技术的组成部分、油菜优势产区绿色高效生产的支撑技术、长江流域油菜轮作关键技术和农业农村部油菜生产关键技术与推荐产品,在全国油菜生产中得到大面积推广应用。经过10多年的推广应用,在全国范围内解决了油菜生产中1/4的田块因施肥不足导致减产和1/3的田块因施肥过量导致效益降低的问题。关键技术成果自2008年以来连续被农业农村部列为“油菜科学施肥指导意见”的主要推广技术在全国应用。综合技术模式推广应用以来,我国冬油菜氮磷钾施肥总量由2008年的平均324 kg/h
得益于国家的科技政策和产业政策支持及全国相关同行的通力协作,经过20年的联合攻关,我国油菜精准高效施肥理论和技术均得到了长足的进步,为油菜丰产高效绿色发展提供了技术和物质支撑。随着国家油料作物种植政策的加强和农业相关技术的进步,我国冬油菜生产将面临新的机遇和挑战,也会对油菜施肥技术提出新的要求。我们从技术需求的角度提出如下建议。
提高国产食用植物油自给率是我国当前农业生产的重大政策,其中有效利用冬闲田扩种油菜是其中的关键。我国能够利用的冬闲田多数分布在三熟制区域,当前冬季种植油菜会挤占双季稻的生产时间,只能发展短生育期油菜,而生育期短往往伴随着产量不高造成农户收益下降进而导致种植积极性不高,因此,提高短生育期油菜的单产水平是开发利用冬闲田的前提条件。目前我国已经有一批170~190 d成熟的短生育期油菜品种,田间产量潜力可达2.3~2.5 t/h
随着分子育种技术(基因工程育种技术)的快速发展和日益成熟,尤其是我国近期在分子育种领域技术端与产业端相结合的政策开始推进,包括分子标记辅助选择、转基因、基因编辑等分子生物学技术 将会在育种中广泛应用。目前已经发现多种植物养分高效吸收与运转和利用的基
我国农业现代化进程加快,规模化种植发展迅速,农业机械化普及率不断提高,智慧农业研究与应用成为热
油菜除主要作为油用外,作为油菜薹(菜用)、青饲料(饲用)、观花旅游(花用)、蜂蜜蜜源(蜜用)、绿肥及培肥地力(肥用)等功能得到拓展开发,并形成了一定的规模,随着人民对美好生活的追求,油菜的多功能用途将会得到更广泛的重
近年来冬油菜种植季节里气候逆境频繁发生,例如播种及苗期的干旱或涝渍、冬季的冻害、春季的倒春寒和冷害、花期的渍害、关键生育期的阴雨寡照、成熟期的高温,这些自然灾害严重影响油菜生长发育而导致减产,而施肥往往是各种灾害发生后重要的救灾措施。不同的气候灾害对油菜生长发育的影响机制不同,不同灾害发生后的营养救灾措施应随之变化,但目前应对各种气候灾害的施肥补偿措施基本相同,如一般都是建议施用尿素。同时现代气象预报技术的发展为提前预测气候变化提供了条件,根据可能会发生的灾害有针对性地提前采取相应的措施可以更有效地抵御灾害带来的危害,将灾害带来的损失降到最低,在灾害发生后能使受害作物快速恢复正常生长。目前已经开展了一些应对气象灾害的养分管理措施研究,例如,如果预测会出现冷害和冻害可以提前加强钾素营养即比一般年份加大钾肥用量;如果预测会出现干旱则需要增加磷肥和硼肥用量;预测到生育期阴雨寡照天气较多时则需要加大氮肥的用量;预测到成熟期会遇到高温则可以通过提前喷施钾肥和镁肥促进籽粒饱满。尽管目前开展了一些研究,但是总体上,气候逆境与养分互作机制研究不深入、相应的灾前预防和灾后补救施肥技术不系统,突发性逆境条件下油菜应变施肥技术与产品的研究与应用仍需要加强。
后记:致谢:华中农业大学养分综合管理团队是在王运华先生的亲切关怀和直接指导下建立的,团队20年的发展和在油菜施肥技术研究上取得的成果与先生的支持和帮助分不开,特撰此文感恩和缅怀恩师王运华先生。
参考文献 References
殷艳,尹亮,张学昆,等.我国油菜产业高质量发展现状和对策[J].中国农业科技导报,2021,23(8):1-7.YIN Y,YIN L,ZHANG X K,et al.Status and countermeasure of the high-quality development of rapeseed industry in China[J].Journal of agricultural science and technology,2021,23(8):1-7 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
张福锁.科学认识化肥的作用[J].中国农技推广,2017,33(1):16-19.ZHANG F S.Scientific understanding of the role of chemical fertilizer[J].China agricultural technology extension,2017,33(1):16-19 (in Chinese). [百度学术]
WANG Y,LIU T,LI X K,et al.Nutrient deficiency limits population development,yield formation,and nutrient uptake of direct sown winter oilseed rape[J].Journal of integrative agriculture,2015,14(4):670-680. [百度学术]
徐洋,杨帆,张卫峰,等.2014—2016年我国种植业化肥施用状况及问题[J].植物营养与肥料学报,2019,25(1):11-21.XU Y,YANG F,ZHANG W F,et al.Status and problems of chemical fertilizer application in crop plantations of China from 2014 to 2016[J].Journal of plant nutrition and fertilizers,2019,25(1):11-21 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
唐晶,刘成,喻璨聪,等.我国油菜生产中化肥投入的经济分析与评价[J].中国油料作物学报,2023,45(4):654-663.TANG J,LIU C,YU C C,et al.Economic analysis and evaluation of chemical fertilizer input in rape production in China[J].Chinese journal of oil crop sciences,2023,45(4):654-663 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
陆志峰,任涛,鲁剑巍.我国冬油菜种植区土壤有效镁状况与油菜施镁效果[J].华中农业大学学报,2021,40(2):17-23.LU Z F,REN T,LU J W.Soil available magnesium status and effects of magnesium application on rapeseed yield in main producing area of China[J].Journal of Huazhong Agricultural University,2021,40(2):17-23 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
张智,任意,鲁剑巍,等.长江中游农田土壤微量养分空间分布特征[J].土壤学报,2016,53(6):1489-1496.ZHANG Z,REN Y,LU J W,et al.Spatial distribution of micronutrients in farmland soils in the mid-reaches of the Yangtze River[J].Acta pedologica sinica,2016,53(6):1489-1496 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
任涛,郭丽璇,张丽梅,等.我国冬油菜典型种植区域土壤养分现状分析[J].中国农业科学,2020,53(8):1606-1616.REN T,GUO L X,ZHANG L M,et al.Soil nutrient status of oilseed rape cultivated soil in typical winter oilseed rape production regions in China[J].Scientia agricultura sinica,2020,53(8):1606-1616 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
王寅,鲁剑巍,李小坤,等.长江流域直播冬油菜氮磷钾硼肥施用效果[J].作物学报,2013,39(8):1491-1500.WANG Y,LU J W,LI X K,et al.Effects of nitrogen,phosphorus,potassium,and boron fertilizers on winter oilseed rape (Brassica napus L.) direct-sown in the Yangtze River Basin[J].Acta agronomica sinica,2013,39(8):1491-1500 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
耿国涛,陆志峰,张洋洋,等.硼肥用量对双低油菜籽产量和品质的影响[J].植物营养与肥料学报,2023,29(5):924-934.GENG G T,LU Z F,ZHANG Y Y,et al.Effects of boron application rate on double-low rapeseed yield and quality[J].Journal of plant nutrition and fertilizers,2023,29(5):924-934 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
刘晓伟,鲁剑巍,李小坤,等.直播冬油菜干物质积累及氮磷钾养分的吸收利用[J].中国农业科学,2011,44(23):4823-4832.LIU X W,LU J W,LI X K,et al.Dry matter accumulation and N,P,K absorbtion and utilization in direct seeding winter oilseed(Brassica napus L.)[J].Scientia agricultura sinica,2011,44(23):4823-4832 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
LIU T,REN T,WHITE P J,et al.Storage nitrogen co-ordinates leaf expansion and photosynthetic capacity in winter oilseed rape[J].Journal of experimental botany,2018,69(12):2995-3007. [百度学术]
HU W S,LU Z F,GU H H,et al.Potassium availability influences the mesophyll structure to coordinate the conductance of CO2 and H2O during leaf expansion[J].Plant,cell & environment,2022,45(10):2987-3000. [百度学术]
鲁剑巍,任涛,丛日环,等.我国油菜施肥状况及施肥技术研究展望[J].中国油料作物学报,2018,40(5):712-720.LU J W,REN T,CONG R H,et al.Prospects of research on fertilization status and technology of rapeseed in China[J].Chinese journal of oil crop sciences,2018,40(5):712-720 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
ZHU D D,ZHANG J L,WANG Z,et al.Soil available potassium affected by rice straw incorporation and potassium fertilizer application under a rice-oilseed rape rotation system[J].Soil use and management,2019,35(3):503-510. [百度学术]
REN T,BU R Y,LIAO S P,et al.Differences in soil nitrogen transformation and the related seed yield of winter oilseed rape (Brassica napus L.) under paddy-upland and continuous upland rotations[J].Soil and tillage research,2019,192:206-214. [百度学术]
BU R Y,REN T,LEI M J,et al.Tillage and straw-returning practices effect on soil dissolved organic matter,aggregate fraction and bacteria community under rice-rice-rapeseed rotation system[J/OL].Agriculture,ecosystems & environment,2020,287:106681[2023-10-12].https://doi.org/10.1016/j.agee.2019.106681. [百度学术]
张磊,张维乐,鲁剑巍,等.秸秆还田条件下不同供钾能力土壤水稻、油菜、小麦钾肥减量研究[J].中国农业科学,2017,50(19):3745-3756.ZHANG L,ZHANG W L,LU J W,et al.Study of optimum potassium reducing rate of rice,wheat and oilseed rape under different soil K supply levels with straw incorporation[J].Scientia agricultura sinica,2017,50(19):3745-3756 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
任涛,鲁剑巍.中国冬油菜氮素养分管理策略[J].中国农业科学,2016,49(18):3506-3521.REN T,LU J W.Integrated nitrogen management strategy for winter oilseed rape(Brassica napus L.) in China[J].Scientia agricultura sinica,2016,49(18):3506-3521 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
REN T,ZOU J A,LU J W,et al.On-farm trials of optimal fertilizer recommendations for the maintenance of high seed yields in winter oilseed rape (Brassica napus L.) production[J].Soil science and plant nutrition,2015,61(3):528-540. [百度学术]
WANG Y,LI J F,GAO X Z,et al.Winter oilseed rape productivity and nutritional quality responses to zinc fertilization[J].Agronomy journal,2014,106(4):1349-1357. [百度学术]
ZHANG Z,LU J W,CONG R H,et al.Evaluating agroclimatic constraints and yield gaps for winter oilseed rape (Brassica napus L.):a case study[J/OL].Scientific reports,2017,7:7852[2023-10-12].https://doi.org/10.1038/s41598-017-08164-x. [百度学术]
LI H,LU J W,REN T,et al.Nutrient efficiency of winter oilseed rape in an intensive cropping system:a regional analysis[J].Pedosphere,2017,27(2):364-370. [百度学术]
REN T,ZOU J,WANG Y,et al.Estimating nutrient requirements for winter oilseed rape based on QUEFTS analysis[J].The journal of agricultural science,2016,154(3):425-437. [百度学术]
张亚伟,刘秋霞,朱丹丹,等.油菜专用控释尿素用量对冬油菜产量和氮素吸收的影响[J].中国农业科学,2018,51(1):139-148.ZHANG Y W,LIU Q X,ZHU D D,et al.Effects of different special controlled release urea dosages on yield and nitrogen uptake of oilseed rape[J].Scientia agricultura sinica,2018,51(1):139-148 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
LIU S S,YANG X,GUAN Q F,et al.An ensemble modeling framework for distinguishing nitrogen,phosphorous and potassium deficiencies in winter oilseed rape (Brassica napus L.) using hyperspectral data[J/OL].Remote sensing,2020,12(24):4060[2023-10-12].https://doi.org/10.3390/rs12244060. [百度学术]
LIU S S,BAI X H,ZHU G G,et al.Remote estimation of leaf nitrogen concentration in winter oilseed rape across growth stages and seasons by correcting for the canopy structural effect[J/OL].Remote sensing of environment,2023,284:113348[2023-10-12].https://doi.org/10.1016/j.rse.2022.113348. [百度学术]
SU W,LIU B,LIU X W,et al.Effect of depth of fertilizer banded-placement on growth,nutrient uptake and yield of oilseed rape (Brassica napus L.)[J].European journal of agronomy,2015,62:38-45. [百度学术]
CONG R H,ZHONG Z J,ZHANG Z,et al.A synthesis-analysis of winter oilseed rape yield response to planting density under intensive cropping system in Yangtze River Basin[J].Agronomy journal,2023,115(2):503-511. [百度学术]
REN T,LIU B,LU J W,et al.Optimal plant density and N fertilization to achieve higher seed yield and lower N surplus for winter oilseed rape (Brassica napus L.)[J].Field crops research,2017,204:199-207. [百度学术]
WANG L,ZHU D D,LI X K,et al.Six years of different fertilization regimes shift weed community and competition with winter oilseed rape[J/OL].Field crops research,2023,296:108925[2023-10-12].https://doi.org/10.1016/j.fcr.2023.108925. [百度学术]
LIU Q X,REN T,ZHANG Y W,et al.Evaluating the application of controlled release urea for oilseed rape on Brassica napus in a regional scale:the optimal usage,yield and nitrogen use efficiency responses[J/OL].Industrial crops and products,2019,140:111560[2023-10-12].https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111560. [百度学术]
徐国华.提高农作物养分利用效率的基础和应用研究[J].植物生理学报,2016,52(12):1761-1763.XU G H.Basic and applied research on improving crop nutrient utilization efficiency[J].Plant physiology journal,2016,52(12):1761-1763 (in Chinese). [百度学术]
赵春江.农业知识智能服务技术综述[J].智慧农业(中英文),2023,5(2):126-148.ZHAO C J.Agricultural knowledge intelligent service technology:a review[J].Smart agriculture,2023,5(2):126-148 (in Chinese with English abstract). [百度学术]
王汉中.以新需求为导向的油菜产业发展战略[J].中国油料作物学报,2018,40(5):613-617.WANG H Z.New-demand oriented oilseed rape industry developing strategy[J].Chinese journal of oil crop sciences,2018,40(5):613-617 (in Chinese with English abstract). [百度学术]