宋 毅 李 靜 谷賀賀 陸志峰 廖世鵬 李小坤 叢日環(huán) 任 濤魯劍巍

華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游耕地保育重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 / 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)微量元素研究中心, 湖北武漢 430070

氮(N)是作物生長必需營養(yǎng)元素之一, 是葉綠素、蛋白質(zhì)等結(jié)構(gòu)的組成元素, 直接參與了作物的光合作用和物質(zhì)積累[1], 影響作物產(chǎn)量形成和品質(zhì)構(gòu)建[2]。大量研究表明, 土壤缺氮后作物光合速率降低、生長延緩, 植株矮小、冠層低效, 影響產(chǎn)量構(gòu)成因子, 嚴(yán)重限制作物產(chǎn)量[3-4]。為提高作物產(chǎn)量、保障國家糧食安全, 在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中廣泛施用氮肥[5]。但為片面追求高產(chǎn), 長期過量的氮肥施用不僅造成資源浪費(fèi)和環(huán)境污染, 而且也降低了作物品質(zhì)。氮肥施用后鮮食型甘薯的糊化特性變差, 降低其食用品質(zhì)[6]。隨著氮肥用量增加, 稻米產(chǎn)量出現(xiàn)先增加后降低趨勢, 加工品質(zhì)提高, 外觀品質(zhì)、蒸煮食味品質(zhì)降低[7]。因此, 優(yōu)化氮肥用量以實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)協(xié)同是亟待解決的重要問題。

隨著我國居民生活水平日益提高, 油脂需求量快速增長[8]。油菜是國產(chǎn)植物油最大油源, 國產(chǎn)菜籽油占國產(chǎn)油料作物植物油產(chǎn)量的55%以上[9]。同時(shí), 隨著“雙低”油菜大面積推廣和普及[10-11], 人們對菜籽油品質(zhì)的要求也越來越高。因此, 保證油菜高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、提升菜籽油品質(zhì)對我國食用油安全具有重要意義。對于油菜籽產(chǎn)量和品質(zhì)的提高, 除育種技術(shù)革新外[12], 養(yǎng)分管理措施也在其中起著重要作用[13]。氮是油菜產(chǎn)量的最重要的限制因子, 前人已在氮肥用量、氮肥運(yùn)籌以及氮肥形態(tài)等方面對油菜生長和產(chǎn)量等方面影響做出大量研究[4,14-16]。施氮顯著提高油菜籽產(chǎn)量, 并隨氮肥用量的增加, 籽粒產(chǎn)量呈線性加平臺(tái)趨勢或過量施氮后呈下降趨勢, 并已制定出不同區(qū)域適宜氮肥用量[17]。施氮能夠顯著增加籽粒蛋白質(zhì)含量, 降低籽粒含油量[18], 但對于脂肪酸組成目前研究較少, 且說法不一[17-19]。以往研究多關(guān)注于氮肥用量對于油菜產(chǎn)量、肥料利用率等方面, 對于氮肥對油菜籽產(chǎn)量和品質(zhì)的協(xié)同調(diào)控研究較少。本研究通過在冬油菜主產(chǎn)區(qū)開展連續(xù)2年氮肥用量的田間試驗(yàn), 旨在探究不同氮肥用量下長江流域冬油菜產(chǎn)量以及品質(zhì)變化, 以期明確基于產(chǎn)量目標(biāo)和品質(zhì)目標(biāo)的最佳氮肥用量, 為長江流域冬油菜綠色優(yōu)質(zhì)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)點(diǎn)概況

試驗(yàn)于2019年9月至2020年5月和2020年9月至2021年5月在湖北省武穴市梅川鎮(zhèn)(30°06′N, 115°36′E)同一區(qū)域內(nèi)2個(gè)臨近的田塊進(jìn)行, 供試土壤為花崗片麻巖發(fā)育的水稻土, 0～20 cm耕層土壤理化性狀2019/2020年為:pH 5.76, 有機(jī)質(zhì)32.1 g kg-1, 全氮1.75 g kg-1, 有效磷13.4 mg kg-1, 速效鉀54.5 mg kg-1, 有效硼0.48 mg kg-1;2020/2021年為: pH 5.81, 有機(jī)質(zhì)35.0 g kg-1, 全氮1.80 g kg-1, 有效磷11.4 mg kg-1, 速效鉀44.5 mg kg-1, 有效硼0.33 mg kg-1。試驗(yàn)點(diǎn)前茬作物為水稻。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì), 設(shè)置5個(gè)氮肥用量, 分別是0、90、180、270、360 kg N hm-2。每個(gè)試驗(yàn)處理3次重復(fù), 每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)20 m2。

各處理磷、鉀和硼肥用量相同, 分別為90 kg P2O5hm-2、120 kg K2O hm-2、9 kg硼沙 hm-2。供試肥料品種分別為尿素(含N 46%)、過磷酸鈣(含P2O512%)、氯化鉀(含K2O 60%)和硼沙(含B 11%)。氮肥按基肥∶越冬肥∶薹肥=6∶2∶2比例分3次施用, 其他肥料均一次性基施。

2年試驗(yàn)供試油菜品種均為華油雜9號, 試驗(yàn)采用育苗移栽的方式。在每年9月中下旬播種育苗, 選取苗齡約45 d且大小均一的油菜幼苗移栽到試驗(yàn)田, 移栽密度為11.25×104株 hm-2。所有試驗(yàn)小區(qū)布置完成后在整個(gè)試驗(yàn)外圍設(shè)置保護(hù)區(qū), 保護(hù)區(qū)內(nèi)也種植移栽油菜, 在試驗(yàn)過程中, 所有的田間管理, 包括除草劑施用和病蟲害防治等,均采用當(dāng)?shù)氐脑耘喙芾矸椒ā?/p>

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤樣品的采集與分析 土壤基礎(chǔ)樣品在前茬水稻收獲后油菜基肥施用前采集。以整個(gè)試驗(yàn)田塊為采樣單元, 在試驗(yàn)田塊內(nèi)以“S”形均勻取樣15個(gè), 取0～20 cm耕作層土壤, 混勻后于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)風(fēng)干磨細(xì)過20目和100目篩, 供理化分析用。按常規(guī)方法測定[20]土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì), 土壤pH按水土比2.5∶1.0, 用pH計(jì)測定; 采用重鉻酸鉀容量法測定有機(jī)質(zhì)含量; 采用半微量開氏法測定全氮含量; 采用0.5 mol L-1NaHCO3浸提鉬銻抗比色法測定有效磷含量; 采用1 mol L-1NH4OAc浸提火焰光度計(jì)測定速效鉀含量; 采用熱水回流姜黃素比色法測定有效硼含量。

1.3.2 產(chǎn)量構(gòu)成因子調(diào)查 在油菜收獲前對所有試驗(yàn)處理的產(chǎn)量構(gòu)成因子進(jìn)行調(diào)查, 調(diào)查內(nèi)容包括單株角果數(shù)和每角粒數(shù)(角果中油菜籽的個(gè)數(shù), 每株從上中下3個(gè)部位各取10個(gè)角果, 計(jì)算平均值), 收獲后測定千粒重(采用千粒板隨機(jī)測定2000粒風(fēng)干油菜籽的質(zhì)量)。每個(gè)試驗(yàn)處理的3次重復(fù)均進(jìn)行調(diào)查, 每個(gè)小區(qū)選取10株具有代表性的植株進(jìn)行調(diào)查, 各項(xiàng)指標(biāo)取平均值作為調(diào)查結(jié)果。

1.3.3 成熟期測產(chǎn)以及籽粒養(yǎng)分測定 油菜成熟后各小區(qū)隨機(jī)取樣6株, 齊地收割地上部, 放入網(wǎng)袋內(nèi)懸掛風(fēng)干脫粒后測定籽粒重, 在60℃下烘干稱重, 計(jì)算含水率,然后磨細(xì)過20目篩后供養(yǎng)分含量測定分析用。籽粒產(chǎn)量以各小區(qū)實(shí)收風(fēng)干重計(jì)量。籽粒全氮采用濃H2SO4-H2O2聯(lián)合消煮, 后用流動(dòng)注射分析儀(德國SEAL, AA3)測定。

1.3.4 油菜籽粒品質(zhì)測定 參考智文良等[21]研究, 利用糧油品質(zhì)分析儀(NYDL3000)進(jìn)行測定, 主要品質(zhì)指標(biāo)包括油分、蛋白質(zhì)、油酸、亞油酸、芥酸、硫甙、硬脂酸、亞麻酸和棕櫚酸。

1.4 參數(shù)計(jì)算和數(shù)據(jù)分析

產(chǎn)油量(kg hm-2)=油菜籽產(chǎn)量×籽粒含油率/100[22]

蛋白質(zhì)產(chǎn)量(kg hm-2)=油菜籽產(chǎn)量×籽粒蛋白質(zhì)含量/100[22]

采用Microsoft Excel 2016軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,利用SPSS 18.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析, 采用Origin Pro 8.5軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 氮肥用量對油菜籽粒產(chǎn)量以及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

施氮顯著提高油菜籽粒產(chǎn)量, 雖年份對產(chǎn)量有一定影響, 但在2年中表現(xiàn)出相同趨勢, 均隨氮肥用量的增加而顯著提高(表1)。與不施氮相比, 施氮量在0～270 kg N hm-2范圍內(nèi), 油菜籽粒產(chǎn)量隨氮肥施用量的增加而顯著提高, 平均增產(chǎn)1548 kg hm-2, 平均增產(chǎn)率為32.9%。當(dāng)?shù)视昧砍^270 kg N hm-2時(shí), 油菜籽粒產(chǎn)量不再變化或有降低趨勢。施氮影響了油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子(表2), 氮肥施用后油菜單株角果數(shù)、每角粒數(shù)、千粒重均明顯增加,且對于單株角果數(shù)的影響最大。與不施氮相比, 氮肥施用后, 單株角果數(shù)平均增加177個(gè)。隨氮肥用量的增加, 單株角果數(shù)呈增加趨勢。在施氮量為0～270 kg N hm-2時(shí), 單株角果數(shù)隨氮肥用量增加顯著增加, 但繼續(xù)增施氮肥, 單株角果數(shù)不再增加。

表1 氮肥用量對2019/2020和2020/2021年油菜產(chǎn)量的影響Table 1 Effects of N fertilizer rates on rapeseed yield during 2019/2020 and 2020/2021 season

表2 氮肥用量對2019/2020和2020/2021年油菜產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響Table 2 Effects of N application rates on yield components of rapeseed during 2019/2020 and 2020/2021 season

2.2 氮肥用量對油菜籽粒氮含量的影響

施氮顯著提高油菜籽粒氮含量(圖1), 與不施氮相比,施氮后籽粒氮含量提高了10.8%～50.7%。籽粒氮含量隨著氮肥用量的增加而顯著提高, 在氮肥用量為270 kg N hm-2時(shí)達(dá)到最高, 氮肥用量在0～270 kg N hm-2范圍內(nèi),平均每增施100 kg N hm-2, 籽粒氮含量提高0.5個(gè)百分點(diǎn)。

圖1 氮肥用量對2019/2020和2020/2021年油菜籽粒氮含量的影響Fig. 1 Effects of N application rates on nitrogen content in rapeseed seeds in 2019/2020 and 2020/2021 seasonN0、N90、N180、N270、N360表示氮肥施用量為0、90、180、270、360 kg N hm-2。圖中小寫字母表示相同年份不同氮肥處理間在0.05概率水平差異顯著。**表示P＜ 0.01, ns表示無顯著差異。N: 氮肥用量; Y: 不同年份; N×Y: 氮肥用量和年份的交互效應(yīng)。N0, N90, N180, N270, and N360 indicate that the N application rate are 0, 90, 180, 270, and 360 kg N hm-2, respectively. Lowercase letters in the same year mean no significant differences atP＜ 0.05 among the different N fertilizer treatments by LSR test. **:P＜0.01; ns: no significant difference. N: N fertilizer rate; Y: year; N×Y:the interaction of N fertilizer rate and year.

2.3 氮肥用量對油菜籽粒品質(zhì)指標(biāo)和產(chǎn)油量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響

施氮顯著提高了蛋白質(zhì)和硫甙含量, 降低了油脂含量, 而對籽粒含水量沒有影響(表3)。與不施氮相比, 氮肥施用后籽粒蛋白質(zhì)含量提高6.1%～27.8%, 油脂含量降低3.4%～14.7%。隨氮肥用量的增加, 蛋白質(zhì)含量在施氮量為270 kg N hm-2時(shí)達(dá)最高, 而油脂含量在施氮量為270 kg N hm-2時(shí)達(dá)最低, 每增加100 kg N hm-2, 籽粒蛋白質(zhì)含量增加1.5個(gè)百分點(diǎn), 含油率下降1.6個(gè)百分點(diǎn)。

表3 氮肥用量對2019/2020和2020/2021年油菜籽粒油脂含量、蛋白質(zhì)含量、硫甙、含水量、產(chǎn)油量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量的影響Table 3 Effects of N application rates on oil concentration, protein concentration, glucosinolate, water concentration, oil yield and protein yield of rapeseed seeds in 2019/2020 and 2020/2021 season

產(chǎn)油量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量是油菜經(jīng)濟(jì)效益中2個(gè)重要的因素。施氮后籽粒產(chǎn)油量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量與產(chǎn)量趨勢一致,均隨氮肥施用量的增加而增加。施氮量在0～270 kg hm-2時(shí), 油菜籽粒產(chǎn)油量以及蛋白質(zhì)產(chǎn)量增幅較大, 增幅分別為142.7%～223.7%和161.2%～362.1%。當(dāng)施氮量超過270 kg N hm-2時(shí), 產(chǎn)油量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量不再明顯增加。

2.4 氮肥用量對油菜籽粒脂肪酸組成的影響

油菜籽粒中脂肪酸的組成對油菜籽食味、儲(chǔ)存品質(zhì)有重要影響。不同施氮處理油菜籽粒油酸和芥酸含量存在明顯差異。隨著氮肥用量的增加, 2種脂肪酸含量均呈現(xiàn)增加的趨勢。與不施氮處理相比, 施氮肥后油酸和芥酸含量平均增加21.6%和138.1% (表4)。油菜籽粒亞油酸含量隨氮肥用量增加緩慢降低, 亞麻酸、硬脂酸和棕櫚酸緩慢增加。

表4 氮肥用量對2019/2020和2020/2021年油菜籽粒脂肪酸含量的影響Table 4 Effects of N application rates on fatty acids concentration inrapeseed seeds during 2019/2020 and 2020/2021 season

2.5 籽粒氮含量與產(chǎn)量、品質(zhì)、脂肪酸組成的關(guān)系

施氮顯著提高了油菜籽產(chǎn)量, 增加油菜籽氮含量,改善油菜的營養(yǎng)狀況, 因此籽粒產(chǎn)量和氮含量與油菜籽品質(zhì)以及物質(zhì)組成也有著密切聯(lián)系。從相關(guān)性分析(圖2)中可以看出, 油菜籽產(chǎn)量與各產(chǎn)量構(gòu)成因子之間存在顯著正相關(guān)關(guān)系, 與蛋白質(zhì)含量、硫甙含量、產(chǎn)油量、蛋白質(zhì)產(chǎn)量以及芥酸含量也存在顯著的正相關(guān)關(guān)系, 而與含油率存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 相關(guān)系數(shù)為-0.72。油菜籽粒氮含量與油菜籽含油率呈顯著負(fù)相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為-0.65,與蛋白質(zhì)含量呈顯著正相關(guān), 相關(guān)系數(shù)為0.86, 與含水量沒有相關(guān)性。同時(shí), 籽粒氮含量與脂肪酸組分間均存在顯著正相關(guān)關(guān)系, 但與亞油酸和亞麻酸無顯著相關(guān)關(guān)系。

圖2 油菜籽產(chǎn)量與品質(zhì)性狀間的相關(guān)關(guān)系Fig. 2 Correlation between rapeseed yield and quality traits相關(guān)性分析使用試驗(yàn)所有養(yǎng)分、產(chǎn)量、品質(zhì)和脂肪酸數(shù)據(jù)。*、**和***分別表示在0.05、0.01和0.001概率水平差異顯著。The data used for correlation analysis are nutrient, yield, quality and fatty acid data of all the experiment. *, **, and *** indicate significant difference at the 0.05, 0.01, and 0.001 probability levels, respectively.

3 討論

3.1 氮肥用量對油菜籽粒產(chǎn)量的影響

油菜是需氮量較大的作物, 依靠土壤提供的氮素遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足自身生長, 因此氮肥施用能顯著提高油菜的產(chǎn)量。目前, 油菜籽產(chǎn)量對氮肥用量的響應(yīng)研究已較為深入。隨氮肥施用量的增加, 籽粒產(chǎn)量增加, 當(dāng)施氮量在180～270 kg N hm-2范圍內(nèi), 籽粒產(chǎn)量達(dá)到最高, 繼續(xù)增施氮肥, 籽粒產(chǎn)量不變或出現(xiàn)下降趨勢[3,17]。本研究結(jié)果表明, 施氮量為270 kg N hm-2油菜籽粒產(chǎn)量最高。油菜籽粒產(chǎn)量取決于單株角果數(shù)、每角粒數(shù)和千粒重的大小[23], 有研究表明, 氮肥施用后單株角果數(shù)的增加是油菜籽粒產(chǎn)量提高的主要原因[15,20]。隨著氮肥用量的增加, 單葉面積增大, 冠層總截獲率增加, 促進(jìn)了高效冠層的生長, 提高了油菜植株光合效率和干物質(zhì)積累效率[24]。過量施氮后,葉片晚熟, 葉片過大且葉傾角變大, 使得油菜葉片間相互重疊, 降低通風(fēng)透光性能, 從而結(jié)角層變薄, 角果數(shù)減少, 最終影響籽粒產(chǎn)量形成[25]。油菜籽油脂產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量是籽粒產(chǎn)量的直接表現(xiàn)形式。本研究結(jié)果中, 隨施氮量的增加, 籽粒油脂含量顯著下降、蛋白質(zhì)含量顯著增加,而油脂產(chǎn)量和蛋白質(zhì)產(chǎn)量顯著增加, 且與籽粒產(chǎn)量趨勢一致。因此, 油菜籽粒產(chǎn)量的變化直接影響了油脂和蛋白質(zhì)產(chǎn)量。

3.2 氮肥用量對油菜籽粒品質(zhì)的影響

油菜籽粒的含油率、硫甙、芥酸含量以及脂肪酸的組成是其重要的商品品質(zhì)指標(biāo)[26]。油菜籽榨油剩余的餅粕作為一種重要的動(dòng)物飼料來源, 其蛋白質(zhì)含量常是表征優(yōu)劣的重要指標(biāo)[27]。通常認(rèn)為, 同一油菜品種其油分含量和蛋白質(zhì)含量是一個(gè)定值, 油菜籽粒蛋白質(zhì)含量與油脂含量呈現(xiàn)此消彼長的關(guān)系[28]。本文的結(jié)果表明, 施氮顯著提高油菜籽蛋白質(zhì)含量、顯著降低含油量, 而蛋白質(zhì)產(chǎn)量和油脂產(chǎn)量均隨施氮量增加而增加, 因此施氮造成的油菜籽含油量的降低, 能夠通過提高產(chǎn)量而彌補(bǔ), 使油脂產(chǎn)量提高。趙繼獻(xiàn)等[29]、吳永成等[30]研究表明, 施氮增加油菜籽產(chǎn)量, 隨著氮肥用量增加, 菜籽產(chǎn)量和產(chǎn)油量均出現(xiàn)先升高后降低趨勢, 與本研究結(jié)果基本一致。

硫甙和芥酸是油菜籽中最主要的有害成分, 硫甙能夠在機(jī)體內(nèi)源酶的作用下形成有害物質(zhì)[31], 而芥酸難以被人體消化, 易引起心肌脂肪積累[32]。本研究中, 油菜籽的硫甙和芥酸含量均隨施氮量增加有不同程度的增加。鄒娟等[18]研究表明, 施氮增加了芥酸含量而降低了硫甙含量。另有研究則表明[33], 施氮增加了籽粒芥酸和硫甙含量。王成[34]的研究也表明, 雙低油菜品種陜油28隨氮肥用量的增加硫甙含量增加。除品種和栽培措施影響油菜籽硫甙含量外, 氮肥可能通過調(diào)節(jié)硫甙合成前體的氨基酸代謝來影響[35]。根據(jù)GB/T11762-2006[36]油菜籽國家標(biāo)準(zhǔn)的雙低油菜指標(biāo) (芥酸含量小于3%、硫甙含量小于35 μmol g-1), 施氮量低于270 kg N hm-2處理油菜籽均滿足雙低油菜的標(biāo)準(zhǔn), 過高的氮肥投入則會(huì)導(dǎo)致油菜籽硫甙和芥酸含量超標(biāo), 降低油菜籽品質(zhì)。

脂肪酸是油脂的主要成分, 分為飽和脂肪酸 (如棕櫚酸、硬脂酸)、單不飽和脂肪酸 (如油酸、芥酸)以及多不飽和脂肪酸 (亞油酸、亞麻酸)。油酸和亞油酸對于人體有很好的保健作用, 亞麻酸雖是人體必需脂肪酸, 但含量過高會(huì)影響菜籽油儲(chǔ)藏和食用品質(zhì)。飽和脂肪酸攝入過量會(huì)使人體膽固醇提高, 增加患癌癥風(fēng)險(xiǎn)[37]。本文研究表明, 隨著氮肥用量的增加, 油菜籽粒油酸含量、亞麻酸含量以及飽和脂肪酸 (硬脂酸和棕櫚酸)均呈上升的趨勢,亞油酸呈下降趨勢。Ghafoor等[38]研究也發(fā)現(xiàn), 隨著氮肥用量增加籽粒亞油酸含量顯著降低、亞麻酸顯著增加, 油酸和飽和脂肪酸均有上升趨勢。Zapletalova等[39]則指出,隨施氮量增加, 飽和脂肪酸和亞油酸含量增加, 而其他脂肪酸沒有變化?？紤]到試驗(yàn)中氮肥梯度設(shè)置過窄, 推測氮肥用量對于脂肪酸影響效應(yīng)沒有完全體現(xiàn)。趙繼獻(xiàn)等[29]研究則表明, 氮肥用量和亞油酸呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系, 與油酸和亞麻酸呈顯著正相關(guān)關(guān)系。綜上, 雖施氮對籽粒脂肪酸影響說法不一致, 但總體來說施氮降低了籽粒品質(zhì),其中包括增加了亞麻酸、飽和脂肪酸含量, 降低了亞油酸含量。

不飽和脂肪酸是由飽和脂肪酸不斷脫飽和作用形成。脂肪酸對于植物體而言是一種重要的能量存儲(chǔ)形式, 同時(shí)也是植物激素調(diào)節(jié)的前提物質(zhì), 在植物防御作用中起著重要作用[40]。脂肪酸合成的增加直接誘導(dǎo)植物防御反應(yīng)[41]。研究表明, 植物過量施氮更易引發(fā)病蟲害[42], 因此高施氮肥情況下可能誘導(dǎo)植物體內(nèi)脂肪酸合成的增加,以提高植物對于真菌和細(xì)菌的基礎(chǔ)抗性。此外, 氮肥施用引起的脂肪酸組成的變化, 在不同氮肥用量處理間變異較大, 原因可能是基于光學(xué)近紅外掃描的脂肪酸測定方法, 由于建模差異, 對于不同脂肪酸的敏感性存在偏差[43],利用更完善的近紅外數(shù)據(jù)庫以及結(jié)合氣相色譜技術(shù)準(zhǔn)確的分析油菜籽脂肪酸的組成及其對氮肥施用的響應(yīng)是油菜提質(zhì)增效研究中需要繼續(xù)關(guān)注的關(guān)鍵科學(xué)問題。

3.3 基于不同目標(biāo)的氮肥適宜用量

合理脂肪酸組成的油脂對人體健康極其重要, 我國營養(yǎng)學(xué)會(huì)推薦油脂攝入比例為飽和脂肪酸: 單不飽和脂肪酸: 多不飽和脂肪酸 = 1∶4～6∶1[44]。飽和脂肪酸能夠從肉食中足量攝取, 因此食用油應(yīng)以補(bǔ)充不飽和脂肪酸為主, 并且盡可能降低飽和脂肪酸含量[45]。2020年我國食用油消費(fèi)量達(dá)4071萬噸, 其中菜籽油消費(fèi)量為814.2萬噸[46]。根據(jù)國內(nèi)油菜產(chǎn)量和平均含油率推算, 我國菜籽油供給缺口為210.1萬噸, 油菜種植面臨提升產(chǎn)量與品質(zhì)雙重考驗(yàn)。氮肥施用提高了油菜籽產(chǎn)量, 但降低了菜籽油品質(zhì)。在兼顧產(chǎn)量的同時(shí)追求高品質(zhì)菜籽油, 施氮量約為180 kg N hm-2(圖3), 此時(shí)油菜籽產(chǎn)量可達(dá)最高產(chǎn)量的75%左右, 基本滿足產(chǎn)量要求, 同時(shí)飽和脂肪酸含量較低,菜籽油品質(zhì)提高。當(dāng)以追求油菜籽產(chǎn)量同時(shí)考慮餅粕做飼料用途為目標(biāo)時(shí), 氮肥施用量應(yīng)約為270 kg N hm-2(圖3),此時(shí), 油菜籽粒產(chǎn)量較高, 約為最高產(chǎn)量的95%, 蛋白質(zhì)含量較高, 油菜籽餅粕產(chǎn)量和品質(zhì)提高。通過施肥以達(dá)到不同生產(chǎn)目標(biāo)在其他的作物上也有類似應(yīng)用。唐建昭等[47]根據(jù)馬鈴薯最高產(chǎn)量、最高水分利用效率以及最高經(jīng)濟(jì)效益3個(gè)生產(chǎn)目標(biāo), 確定了3種不同氮肥用量。張慶等[48]也通過研究氮肥用量與稻米產(chǎn)量和品質(zhì)關(guān)系, 發(fā)現(xiàn)施氮量在240 kg N hm-2和300 kg N hm-2時(shí)均能達(dá)到較高產(chǎn)量和較優(yōu)的加工、外觀和食味品質(zhì), 在兼顧品質(zhì)、產(chǎn)量和生態(tài)效應(yīng)時(shí)最終將施氮量確定為240 kg N hm-2。因此在未來的油菜生產(chǎn)研究中, 以生產(chǎn)高品質(zhì)的菜籽油應(yīng)該控制氮肥用量, 而以動(dòng)物飼料為目標(biāo)的油菜生產(chǎn)則需要適當(dāng)增加氮肥投入, 建立以生產(chǎn)目標(biāo)為導(dǎo)向的合理施肥非常重要。

圖3 氮肥用量與籽粒產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量、硫甙含量、油含量、和飽和脂肪酸比例的關(guān)系Fig. 3 Relationship between N application rates and rapeseed yield, protein content, glucosinolate content, oil content and saturated fatty acid ratio使用2年數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合, 其氮肥用量與產(chǎn)量使用二次函數(shù)進(jìn)行擬合, 蛋白質(zhì)產(chǎn)量、含油量、硫甙和飽和脂肪酸比例使用線性擬合, 分別取擬合最高產(chǎn)量的75%和95%為生產(chǎn)目標(biāo)以確定氮肥施肥量。Two years data are used for fitting. The N application rates and yield are fitted by quadratic function. The protein content, oil content, glucosinolate content and saturated fatty acid rate are fitted by linear fitting. 75% and 95% of the highest yield are taken as production targets to determine the nitrogen fertilizer rate.