高麗萍 ，陳 慧 ，劉嘉誠 ，秦永豪 ，廖慶喜 ,2，廖宜濤 ,2※，王天堯

（1. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)工學(xué)院，武漢 430070；2. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部長江中下游農(nóng)業(yè)裝備重點實驗室，武漢 430070；3. 西華大學(xué)能源與動力工程學(xué)院，成都 610039；4. 荊州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，荊州 434000）

0 引 言

油菜是中國重要的植物油來源之一，約45%的國產(chǎn)食用植物油來自油菜，此外還具有飼、肥、菜、蜜及旅游觀花等多種功能用途，在中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟中發(fā)揮著重要作用。長江流域是中國最重要的油菜產(chǎn)區(qū)，常年種植面積與總產(chǎn)量均占全國的90%以上，該產(chǎn)區(qū)以稻-油輪作模式為主[1-2]。目前國內(nèi)油菜機械化綜合水平為61.92%，其中機械播栽水平為38.81%，以機械直播為主[3]。油菜精量聯(lián)合直播可一次性完成所有油菜種植工序、實現(xiàn)種肥同播，是油菜規(guī)?；?、輕簡化種植實現(xiàn)節(jié)本增效的重要途徑，近年來在生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用[4]。多年生產(chǎn)實踐及研究表明，機械化直播模式下，高產(chǎn)、抗倒是確保油菜直播種植效益的兩個重要前提條件；其中倒伏會顯著降低油菜植株的光合能力及碳水化合物、營養(yǎng)物質(zhì)和水分的運輸，導(dǎo)致產(chǎn)量和品質(zhì)的損失，此外還會導(dǎo)致收獲問題，最終增加油菜生產(chǎn)成本[5-6]。

油菜的倒伏分為莖倒和根倒兩種類型，莖倒伏是指莖稈基節(jié)間的彎曲或斷裂，根倒伏是指根系受到外界干擾，使筆直莖稈發(fā)生傾斜[7]；直播油菜主要以莖倒為主，但根系倒伏的風(fēng)險高于莖稈倒伏[8-9]。目前，關(guān)于栽培因素對作物倒伏的研究發(fā)現(xiàn)，倒伏是一個多因素現(xiàn)象，受到各種環(huán)境因素和農(nóng)藝措施的顯著影響，如肥料管理、植物品種和密度、土壤質(zhì)地、地形、植物病害和氣候因素等[10-11]。植株莖稈基節(jié)間下部的形態(tài)和力學(xué)屬性（莖粗、抗彎強度、維管束厚度等）在抗莖稈抗倒伏方面起著至關(guān)重要的作用，而根系倒伏的主要原因是根系-土壤錨固系統(tǒng)的失效。根據(jù)作物對養(yǎng)分的需求調(diào)整肥料施用量和種類、優(yōu)化施肥方式，改善根系分布和植株構(gòu)型，增加根系與土壤間的錨固力，可以有效提高作物抗倒伏能力的同時增加肥料利用率[12-15]。

施肥模式成為增產(chǎn)和減輕倒伏的重要措施之一，許多學(xué)者在油菜需肥特性[16]、根系分布[17]、倒伏性[18]、產(chǎn)量構(gòu)成[19]等方面已有較多深入研究，發(fā)現(xiàn)種肥同層會抑制植株的出苗率和干物質(zhì)積累，隨種肥施用量的增加對植株出苗率及干物質(zhì)積累量的降低更為明顯[20]；而肥料深施、種肥分層，可有效提高作物產(chǎn)量和收獲指數(shù)[21-22]，且能提高成苗率并改善根系分布，促進根部和地上部干物質(zhì)同步增長，促使根系下扎并提高深層土壤中根系密度、活力以及莖稈力學(xué)特性[23]；更精準(zhǔn)的肥料分層深施處理中，分層減量施肥對根系生長的促進效果優(yōu)于分層施肥，且肥料用量減少10%～20%條件下，肥料分兩層或三層施用時根系表面積、體積、根干質(zhì)量及地上部鮮質(zhì)量與分層不減肥處理無顯著差異[24]。

長江中下游地區(qū)受前茬水稻秸稈量大、土壤黏重板結(jié)等因素的制約，施肥裝置易黏附、纏草、堵塞，難以實現(xiàn)深施肥作業(yè)，因而機械播種作業(yè)中肥料通常采用先撒在地表，再由旋耕裝置旋入耕層，形成廂面淺層混施。前期研制的包絡(luò)式深施肥裝置基于主動防堵切削原理，解決了稻茬田肥料難以深層施用的問題[25]。本研究擬在現(xiàn)有機械直播同步深施肥技術(shù)研究上，結(jié)合機械分層施肥作業(yè)，設(shè)置分層施肥處理下不同深淺層施肥比例，擬從油菜植株根系生長特性、根系分布對土壤堅實度影響及莖稈力學(xué)特性等方面探討機械分層施肥比例與油菜抗倒伏性和產(chǎn)量間的聯(lián)系，為長江中游稻油輪作區(qū)機械輕簡化栽培模式下，冬油菜機械化直播農(nóng)機農(nóng)藝融合提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

油菜機械直播同步分層施肥應(yīng)用播種機為裝配有主動防堵深施肥鏟的油菜精量聯(lián)合分層深施肥播種機[25-26]，其主要由機架、仿形地輪、旋耕部件、排肥系統(tǒng)、排種系統(tǒng)、開畦溝裝置、平土板、雙圓盤開溝器等組成。機具工作時由拖拉機牽引前進，兩側(cè)的前后組合式開溝犁開出畦溝，旋耕部件在拖拉機動力輸出軸驅(qū)動下細碎疏松并拋撒土壤，確保根系養(yǎng)分和水分的吸收面擴大。排肥器由仿形地輪驅(qū)動，前側(cè)肥箱盛放淺層施用的緩釋肥顆粒，通過排肥器排出后經(jīng)導(dǎo)肥管撒至地表，再由旋耕機旋入耕層淺層；后側(cè)肥箱盛放的緩釋肥用于定位條施，其經(jīng)排肥器排出再由深施肥鏟導(dǎo)入肥溝中。其中，試驗機具所用排肥器為有效工作長度為60 mm 的標(biāo)準(zhǔn)外槽輪排肥器[27]，試驗前通過播種機測試平臺標(biāo)定排肥器槽輪不同有效工作長度下的排肥量；田間試驗中通過改變排肥輪工作長度實現(xiàn)深淺層不同施肥量調(diào)節(jié)?；谝延醒芯拷Y(jié)果[19,28]，本研究采用10 cm 定位側(cè)深施肥；平土板鎮(zhèn)壓并平整廂面，形成適宜油菜生長的良好種床條件，機具作業(yè)示意圖如圖1 所示。

圖1 油菜播種機分層混施作業(yè)示意圖Fig.1 Schematic diagram of layered and mixed fertilizer application of rape seeder

油菜機械直播同步分層施肥采用油菜品種為長江流域廣泛種植的“華油雜62”，具有雙低、高產(chǎn)、抗病等特點；播施肥料采用油菜專用緩釋配方肥“宜施壯”，其中肥料總養(yǎng)分≥40.0%，N-P2O5-K2O-中微量元素質(zhì)量比為25-7-8-5（%），中微量元素養(yǎng)分主要包含B、Ca、Mg、Zn、S。

1.2 試驗地概況

試驗于2020—2021 和2021—2022 年在湖北省荊州市沙市區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院油菜機械化生產(chǎn)示范基地（112°15′18″E，30°18′36″N）進行，該試驗點屬于亞熱帶季風(fēng)氣候；生育期內(nèi)的兩年平均氣溫分別為9.07 和11.17 ℃，日平均降水量分別為1.67 和2.08 mm，總降雨量479.7 和528.8 mm；兩年油菜生育期內(nèi)逐日氣溫和降雨量動態(tài)變化如圖2 所示，氣象資料來源于試驗點氣象站。兩年試驗地塊均為全喂入聯(lián)合收獲機收獲后稻茬田地表，土壤質(zhì)地均為沙壤土，肥力均勻，試驗前測定地表秸稈留茬高度平均分別為42.3 和40.1 cm，秸稈殘余量分別為1.39 和1.44 kg/m2，0～30 cm 耕層土壤堅實度分別為1 868 和2 035 kPa，土壤容重分別為1.53 和1.49 g/cm3，土壤含水率分別為19.8%和22.3%，土壤中全氮、全磷、全鉀含量分別為1.185、0.844、4.456 g/kg 和1.365、0.844、4.572 g/kg。

圖2 兩年試驗點冬油菜生育期逐日氣溫和降雨量變化Fig.2 Daily air temperature and precipitation changes during winter rapeseed growth period at the experimental site of two years

1.3 試驗設(shè)計

參照宜施壯和分層深施肥的節(jié)肥增效科學(xué)施肥指導(dǎo)意見，本研究按照當(dāng)?shù)赝扑]施肥量（600 kg/hm2），機械同步分層深施肥設(shè)置淺層與深層施肥比例分別為1∶3、1∶1 和3∶1 的3 個施肥水平，分別記為FL、FM 和FH；其中，淺層為機械混施，深層為10 cm 定位側(cè)深條施；以相同施肥量下的10 cm 定位側(cè)深施肥（CK1）和機械混施（CK2）作為對照，共計5 個處理；試驗時，機具前進速度1.65 km/h，對應(yīng)排肥輪轉(zhuǎn)速為18 r/min，F(xiàn)L、FM 和FH 處理時前后側(cè)排肥器排肥輪工作長度分別為15 與25 mm、20 與20 mm 和25 與15 mm；而CK1 處理時前側(cè)肥箱各行排肥舌閉合，后側(cè)肥箱排肥輪長度為40 mm，CK2 處理時后側(cè)肥箱各行排肥舌閉合，前側(cè)肥箱排肥輪長度為40 mm，對應(yīng)各處理深淺層氮、磷和鉀養(yǎng)分含量如表1 所示。兩年試驗均在同一地塊開展，分別于2020 年10 月20 日和2021 年的10 月14 日播種，2021 年5 月8 日和2022 年5 月5 日收獲，全生育期分別為200 和203 d；每個處理3 個重復(fù)，采用完全隨機設(shè)計。一廂作為一個重復(fù)，每廂采樣有效面積（去除播種機啟停階段區(qū)域）為60 m2（30 m×2 m），播種量為4.5 kg/hm2。為保證各試驗處理間一致性，所有試驗小區(qū)在種植當(dāng)天進行一次性機械聯(lián)合作業(yè)完成播種施肥，肥料僅在播種時同步施用，整個生育期不再進行追肥，播種完成后當(dāng)天和第70 天人工噴施土壤封閉處理劑（精異丙甲草胺），后期大田油菜生長發(fā)育過程中不再進行其他人工干預(yù)和田間管理。

表1 不同施肥處理下深淺層氮、磷和鉀養(yǎng)分含量Table 1 Nitrogen, phosphonus and potassium nutrinet content under different fertilizer treatments(kg·hm-2)

1.4 測定項目及分析方法

1.4.1 土壤堅實度

土壤堅實度受根系構(gòu)型與耕作措施影響，為減輕耕作措施的影響，使根系構(gòu)型有效反映對土壤堅實度的影響規(guī)律，各處理間整個生育期田間管理措施均保持一致，且在油菜播種后每隔30 d 測定一次農(nóng)田土壤堅實度，采樣當(dāng)天從各小區(qū)按“S”型取樣法隨機選取3 點，利用托普云農(nóng)TJSD-750-IV 土壤堅實度測定儀測定0～30 cm 耕層土壤堅實度，每隔5 cm 記錄一次數(shù)據(jù)。

1.4.2 倒伏相關(guān)性狀

油菜成熟期，從各小區(qū)選擇10 株代表性植株，首先測定倒伏相關(guān)性狀（莖粗、株高、倒伏角度和抗折力），用游標(biāo)卡尺測定油菜植株基部的粗度，即根莖粗；利用卷尺測定株高，即莖稈基部至莖稈最高點的距離；倒伏角度以冠層最高點至子葉節(jié)連線與垂直方向夾角ɑ表示（圖3a）；抗折力用YYD-1 型莖稈強度測量儀（浙江托普儀器有限公司生產(chǎn)）測定將油菜植株推至與地面呈45°角時莖稈基部10 cm 處所受的力（圖3b），通過式（1）計算倒伏指數(shù)[23]。然后將油菜植株分為地上部和地下部兩部分，其中油菜地上部分為莖稈、葉片和果莢三部分，并數(shù)取記錄每株分枝數(shù)（第一分枝和第二分枝）和角果數(shù)；地下部根系以植株為中心，將帶有土體的根系整株挖起帶回實驗室用自來水沖洗使其完整露出后，檢出植株活根樣，最大程度保持根系完整，再用流水沖洗干凈后切分為0～5，＞5～10，＞10～15，＞15～20，＞20～25，＞25～30 cm 6 個耕層根系樣本，然后利用掃描儀（中晶ScanMaker i800 PLUS）掃描成根系圖像，并用萬深LA-S 系列植物根系分析軟件進行分析，獲得各深度耕層根表面積、根體積數(shù)據(jù)指標(biāo)。

圖3 油菜植株倒伏角度及抗折力測定Fig.3 Determination of rape plant lodging angle and breaking resistance

隨后，將地上部和地下部鮮樣置105 ℃殺青30 min、80 ℃烘干至恒質(zhì)量后，測定各部分干物質(zhì)質(zhì)量并計算根冠比（地下部分和地上部分干物質(zhì)量的比值）。

式中I表示倒伏指數(shù)，cm·g/N；h表示油菜植株株高，cm；m表示油菜植株地上部鮮質(zhì)量，g；Ni表示油菜植株莖稈抗折力，N。

1.4.3 產(chǎn) 量

采用五點取樣法測定油菜產(chǎn)量，每個點面積1 m×1 m。用網(wǎng)袋收集這5 點的油菜冠層進行曬干、脫粒、稱質(zhì)量等工序，得到各小區(qū)籽粒產(chǎn)量；同時采用拓普云農(nóng)數(shù)粒儀（SLY-C plus）數(shù)取1 000 粒種子并用電子天平稱量，每個處理重復(fù)3 次取平均值作為該處理的千粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用Microsoft Excel 2013 對試驗數(shù)據(jù)進行基礎(chǔ)處理，用SPSS Statistics 22.0（SPSS Inc.Chicago,IL,USA）統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和方差分析，以Duncan 新復(fù)極差法檢驗顯著性，并用OriginPro 2022 軟件作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 分層施肥對冬油菜根系形態(tài)及分布的影響

不同施肥處理下油菜根系形態(tài)特征如圖4 所示。深施肥處理（CK1、FL、FM 和FH）相較于機械混施CK2 能明顯促進油菜主根下扎和根系生長發(fā)育，分層施肥處理的根系須根數(shù)量明顯高于定位深施CK1 處理，且隨淺層施肥量的增加，油菜根系主根長度、根表面積、根體積、根干質(zhì)量均呈先增后減的趨勢。

圖4 不同施肥處理對油菜根系形態(tài)影響Fig.4 Effects of different fertilization treatments on root structure of rapeseed

兩年重復(fù)試驗表明，不同年份、不同施肥處理下油菜平均主根長、根表面積、根體積和根干質(zhì)量由大到小依次為：FM、FH、FL、CK1、CK2。施肥處理對主根長、根表面積、根體積和根干質(zhì)量影響顯著，試驗?zāi)攴輰Ω砻娣e和根體積影響顯著（P＜0.05），且2021—2022 年試驗成熟期油菜主根長、根表面積、根體積和根干質(zhì)量高于2020—2021 年試驗，平均分別增加0.13%、20.86%、46.45%和6.69%（表2）。

表2 不同施肥處理冬油菜根系生長特性及方差分析Table 2 Factors of root growth characteristics of winter rapeseed under different fertilization treatments

對比發(fā)現(xiàn)，分層深施肥處理（FL、FM 和FH）相較于CK1 和CK2 分別提高油菜主根長度16.19%和28.61%（表2）。此外，各處理根表面積、根體積和根干質(zhì)量間具有顯著差異（P＜0.05），分層深施肥處理中油菜的根表面積、根體積和根干質(zhì)量平均是CK1 處理的1.58、1.47 和1.29 倍，是CK2 處理的3.63、2.79 和1.46 倍（表2）。不同分層施肥處理中，F(xiàn)M 處理的主根長、根表面積、根體積、根干質(zhì)量均高于FL 和FH 處理；相較于FL 處理分別提高9.35%、70.43%、47.79%和32.24%，相較于FH 處理分別提高9.63%、13.39%、15.69%和18.87%。說明分層深施肥可以有效改善油菜根系構(gòu)型，提高油菜植株對土壤養(yǎng)分的吸收能力。

圖5 為0～30 cm 耕層各層根系分布情況，由圖可知兩年大田試驗不同施肥處理對油菜根系在耕層中的分布影響基本一致?，F(xiàn)以2021—2022 年度為例進行分析。由圖5b 可知，成熟期油菜根系主要分布在0～10 cm 耕層，各施肥處理該耕層中根表面積、根體積和根干質(zhì)量平均分別占總根的65.38%、76.33%和79.19%。分層深施肥各處理間，0～5 cm 耕層中FH 處理的根表面積顯著（P＜0.05）大于其他處理，分別高出FL 和FM 處理157.27%和28.81%；根體積和根干質(zhì)量均是FM 處理顯著大于其他處理，相比于FL 和FH 處理分別高出57.51%、34.67%和7.38%、43.28%。

圖5 不同施肥處理下不同耕層深度油菜根系分布Fig.5 Root distribution of rapeseed at different topsoil depths under different fertilization treatments

5～10 cm 耕層中根表面積、根體積和根干質(zhì)量最大均為FH 處理，且與FM 和FL 處理之間存在顯著差異（P＜0.05），與FM 相比各指標(biāo)分別增加35.63%、15.53%和16.71%；與FL 相比各指標(biāo)分別增加了135.78%、41.48%和66.67%。

10～15 cm 耕層中，根表面積和根干質(zhì)量均為FM處理最大，F(xiàn)M 和FH 處理間根表面積無顯著差異，但根干質(zhì)量之間存在顯著差異；FM 相比與FL 和FH 處理，根表面積和根干質(zhì)量分別增加26.27%、108.33%和1.74%、29.53%。根體積在10～15 cm 耕層為FH 處理最大，且顯著大于其他處理，相較于FL 和FM 處理，分別增加23.21%和20.33%。

15～20 cm 耕層中，根表面積、根體積和根干質(zhì)量均為FM 處理最大，且顯著大于其他處理。FM 相較于FL 和FH 處理，根表面積分別增加44.39%和21.56%，根體積增加260.37%和72.30%，根干質(zhì)量分別增加153.33%和105.41%。大于20 cm 耕層中根表面積、根體積和根干質(zhì)量最大仍均為FM 處理，且顯著大于其他處理。由此可見，分層深施肥中合理的深淺層施肥比例能有效促進根系生長。

2.2 分層施肥對土壤堅實度的影響

播種后30、60、90、120、150、180 d 時各施肥處理下土壤堅實度隨耕層深度變化如圖6 所示。同一試驗點、不同施肥處理下的田間土壤堅實度從苗期到成熟期有所增加，且隨耕層深度的增加而增加。由于播種作業(yè)時對種床進行了旋耕作業(yè)，兩年試驗播種后30 d 不同施肥處理下0～30 cm 耕層土壤堅實度無顯著差異（P＜0.05）；60～90 d 的平均土壤堅實度最小為FL 處理，最大為CK-2 處理，其余各處理間差異不顯著。120～150 d 分層深施肥各處理的土壤堅實度顯著小于CK1 和CK2 處理，其中FM 處理的土壤堅實度小于FL 和FH 處理。至150～180 d 根系構(gòu)型基本定形，分層深施肥處理的平均土壤堅實度小于CK1 和CK2 處理，且FM 處理的0～30 cm 耕層平均土壤堅實度顯著小于其他處理（P＜0.05）。

圖6 不同施肥處理下0～30 cm 耕層播種后不同時長的土壤堅實度變化Fig.6 Variation of soil firmness of 0-30 cm topsoil under different fertilization treatments atfer different seed days

對比兩年試驗5 個不同施肥處理間0～30 cm 耕層平均土壤堅實度由小到大依次為FM、FL、FH、CK1、CK2。其中，分層施肥處理下試驗田0～30 cm 耕層平均土壤堅實度相較于CK1 和CK2 處理分別降低了4.91%和15.25%。結(jié)合圖4 可知，各深度耕層的土壤堅實度與根系在各耕層的分布密度有關(guān)，各耕層的根表面積、根體積越大，該耕層的土壤堅實度越小。分層深施肥中FL、FM 和FH 處理的土壤堅實度相較于CK1 處理分別降低3.81%、9.85%和1.42%，相較于CK2 處理分別降低14.05%、20.68%和11.41%。

結(jié)合圖4 和圖5 油菜根系的生長形態(tài)和分布可知，0～5 cm 耕層中主要為主根根莖，側(cè)根分布較少，因此該耕層的土壤堅實度標(biāo)準(zhǔn)差較??；側(cè)根主要分布在5～20 cm 耕層，因而該耕層中各施肥處理的土壤堅實度標(biāo)準(zhǔn)差較大。試驗結(jié)果表明，分層深施肥處理在5～10 cm 和10～15 cm 耕層中土壤堅實度從小到大依次為FM、FH、FL，且FM 處理的各層土壤堅實度比FL 和FH 處理分別降低12.59%、5.07%和16.12%、5.77%；15～30 cm 耕層中土壤堅實度從小到大依次為FM、FL、FH，F(xiàn)M 處理的土壤堅實度相較于FL 和FH 處理分別降低11.52%和19.18%。

2.3 分層施肥對冬油菜抗倒伏性的影響

圖7 給出了兩年田間試驗成熟期不同施肥處理的油菜地上部鮮質(zhì)量和根冠比。結(jié)果表明，地上部鮮質(zhì)量受施肥方式影響顯著，其在不同施肥處理間從大到小依次為：FH、FM、FL、CK1、CK2；分層深施肥處理（FL、FM 和FH）顯著提高了油菜地上部鮮質(zhì)量，與定位深施和機械混施相比，增幅分別平均達到33.89%和42.63%。分層深施肥處理中，F(xiàn)M 和FH 處理間2 a 平均地上部鮮質(zhì)量無顯著差異，但均顯著高于FL 處理，且分別是FL處理的1.15 和1.24 倍。而根冠比在不同施肥處理間從大到小依次為：FL、FM、CK1、CK2、FH，分層深施肥處理（FL、FM 和FH）相較于定位深施和機械混施根冠比分別提高0.45%和6.31%；其中，分層施肥處理中隨淺層施肥量的增加根冠比逐漸減小，F(xiàn)L 和FM 之間無顯著差異，但均顯著高于FH 處理（P＜0.05）。

圖7 不同施肥處理的冬油菜地上部鮮質(zhì)量和根冠比Fig.7 Shoot fresh weight of winter rape under different fertilization treatment

兩年試驗中油菜株高在處理間從大到小依次為：FM、FL、FH、CK1、CK2（圖8），分層深施肥處理（FL、FM 和FH）的油菜株高較定位深施肥和機械混施處理顯著增加了7.31%和16.22%，且FM 處理的油菜株高顯著高于FL 和FH 處理，但FL 和FH 處理間未表現(xiàn)出顯著差異（P＜0.05，表3）。

表3 不同施肥處理下冬油菜倒伏性相關(guān)性狀及方差分析Table 3 Effects and variance analysis of different fertilizer treatments on lodging related indices of winter rapeseed

圖8 不同施肥處理下油菜植株株高Fig.8 Plant height of rapeseed under different fertilization treatments

油菜根莖粗、倒伏角度和抗折力受試驗?zāi)攴莺褪┓侍幚碛绊戯@著（P＜0.05，表3）。兩年田間試驗，分層深施肥處理顯著增加了根莖粗、倒伏角度和抗折力，相較于定位深施平均分別增加了22.87%、44.80%和85.24%，與機械混施處理相比平均分別增加了36.10%、111.00%和249.14%。分層深施肥處理中隨淺層施肥量的增加，根莖粗、倒伏角度和抗折力均隨之增加，F(xiàn)H 處理的根莖粗、倒伏角度和抗折力分別是FL 處理的1.20、1.57 和1.81 倍，分別是FM 處理的1.11、1.25 和1.31 倍。

施肥處理均對油菜植株的抗倒伏性能產(chǎn)生顯著影響（P＜0.05，表3），兩年試驗分層深施肥處理（FL、FM 和FH）的倒伏指數(shù)相較于定位深施和機械混施處理平均降低了18.81%和124.61%，說明分層施肥可以增強油菜抗倒伏性。分層深施肥處理中隨淺層施肥量的增加，植株倒伏指數(shù)逐漸降低，其中FH 處理的倒伏指數(shù)相較于FL 和FM 處理分別降低48.49%和26.90%；而植株倒伏角度逐漸增大，F(xiàn)H 處理的植株田間倒伏情況比FL 和FM 處理嚴(yán)重，不利于油菜后期生長和最終產(chǎn)量。

2.4 分層施肥對冬油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成要素的影響

油菜產(chǎn)量和抗倒伏性均以干物質(zhì)積累為基礎(chǔ)，干物質(zhì)是光合作用的產(chǎn)物，而油菜冠層是光物質(zhì)的重要器官。不適宜的施肥方式雖增加了冠層重量和結(jié)構(gòu)，但也增加了倒伏的風(fēng)險，因而產(chǎn)量和抗倒伏是兩個相互制約的因子，為提高油菜機械生產(chǎn)效率，需同時提高產(chǎn)量和抗倒伏性。由圖9 分析可知，兩年試驗分層深施肥處理（FL、FM 和FH）的油菜產(chǎn)量、單株分枝數(shù)、角果數(shù)和千粒質(zhì)量均顯著（P＜0.05）大于定位深施（CK1）和機械混施處理（CK2）；且隨淺層施肥量的增加，油菜產(chǎn)量、單株分枝數(shù)和角果數(shù)均呈先增后減的趨勢，而千粒質(zhì)量則隨之逐漸增大。

圖9 不同施肥方式下冬油菜產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素Fig.9 Yield and yield components of winter rape under different fertilization treatments

兩年試驗中，除2021—2022 年的單株角果數(shù)外，F(xiàn)M 處理產(chǎn)量、單株分枝數(shù)和角果數(shù)顯著大于FL 和FH處理；而千粒質(zhì)量為FH 處理顯著大于FL 和FM 處理。FL 和FH 處理的產(chǎn)量和千粒質(zhì)量之間存在顯著差異，而單株分枝數(shù)和角果數(shù)之間無顯著差異（P＜0.05）。

分層深施肥處理兩年的平均產(chǎn)量相較于定位深施和機械混施處理，分別提高17.14%和27.11%；且FM 處理與FL、FH、CK1 和CK2 處理相比分別提高了9.85%、16.35%、26.88%和37.75%。分層深施肥處理2a 的千粒質(zhì)量相較于定位深施和機械混施處理，分別提高11.32%和13.65%，且FH 處理與FL 和FM 處理相比分別提高了12.51%和8.01%?？梢姡謱由钍┓逝c定位深施和機械混施相比，能顯著提高冬油菜產(chǎn)量，其中FM 與FH處理相比，雖然倒伏指數(shù)增加了26.90%，但倒伏角度降低了25.14%且產(chǎn)量提高了16.35%。

綜合考慮冬油菜根系分布狀況、耕層土壤堅實度、植株抗倒伏性能及油菜籽產(chǎn)量，確定10 cm 深度分層施肥處理中FM 處理（1:1）為冬油菜大田機械直播較優(yōu)分層施肥比例。

3 討 論

3.1 施肥處理對根系構(gòu)型的調(diào)控效應(yīng)

作物根系的生長發(fā)育不僅決定植株獲得水分和養(yǎng)分的能力，還影響冠層構(gòu)建、產(chǎn)量構(gòu)成因素的分配和最終產(chǎn)量的形成[22-23，29]。根系具有趨肥性，肥料在土壤中的不同施用位置和施用量不但影響肥料養(yǎng)分在土壤中的運移和轉(zhuǎn)化，也影響?zhàn)B分在作物體內(nèi)的運移和積累，進而影響作物產(chǎn)量和肥料利用效率[14，19]。本研究發(fā)現(xiàn)，肥料分層深施肥較定位深施和機械混施增加了油菜主根長、根表面、根體積及根干質(zhì)量（表2），其中分層深施肥處理下油菜的主根長、根表面積、根體積和根干質(zhì)量平均是定位深施處理的1.16、1.58、1.47 和1.29 倍，是機械混施處理的1.28、3.63、2.79 和1.46 倍，這與已有研究結(jié)論一致[30-31]。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因一方面是分層施肥滿足作物需肥規(guī)律，減小了化肥的損失，保證了油菜“前促后穩(wěn)”的供肥需求，特別是越冬期前壯苗和后期生長土壤養(yǎng)分供應(yīng)，為根系向深層擴展提供了良好條件；另一方面是根區(qū)不同耕層較高的養(yǎng)分含量利于根系的增殖，增加了油菜須根數(shù)量，提高根系表面積和體積，利于油菜根系對土壤中養(yǎng)分的吸收，進而提高肥料利用率。

分層深施肥可以改善根系構(gòu)型，為作物地上部器官的生長發(fā)育提供更多的水分和養(yǎng)分，利于干物質(zhì)量積累和養(yǎng)分吸收利用。LIU 等[12]研究表明，相較于表層施肥，分層施肥處理顯著提高冬小麥產(chǎn)量6.3%～20.6%，磷肥使用效提高10.8%～14.7%，且能有效減少表層土壤根系分布14.7%～21.1%，增加深層土壤根系14.7%～21.1%；李奔等[13]研究表明，在相同灌水和施肥量條件下，分層施肥相較于常規(guī)施肥處理水分利用率高出3.0%～11.2%，最終提高產(chǎn)量19.8%；孔潔等[24]研究表明，分層施肥相較于地表撒施顯著增加了花生總根長、根表面積和根體積，且20 ～ 40 cm 耕層根系生長的促進效果顯著優(yōu)于0 ～ 20 cm 耕層。以上研究與本文研究結(jié)果相一致：分層深施肥相較于定位深施和機械混施地上部鮮質(zhì)量平均分別增加33.89%和42.63%（圖7），且在根須量最大的耕層中，土壤堅實度最小。以2021—2022 年度田間試驗進行分析，發(fā)現(xiàn)分層深施肥處理的根表面積、根體積和根干質(zhì)量顯著高于定位深施和機械混施處理，其中10～15 cm 耕層中，各指標(biāo)分別是定位深施處理的1.16、1.77 和1.93 倍，是機械混施處理的1.64、2.78 和2.35 倍；15 cm 以上耕層中，各指標(biāo)分別是定位深施處理的1.85、2.91 和2.42 倍，是機械混施處理的19.22、6.88 和2.37 倍。通過測定0～30 cm 耕層平均土壤堅實度，分層深施肥相較于定位深施和機械混施處理分別降低了4.91%和15.25%；且在對應(yīng)耕層具有較大的根表面積、根體積和根干質(zhì)量時，該耕層的土壤堅實度相應(yīng)較?。▓D6）。說明根系對土壤堅實度的影響與土壤養(yǎng)分狀況密切相關(guān)，合理的施肥處理能有效改善根系構(gòu)型，并提高土壤理化性狀，為作物根系的生長提供良好的種床條件。

3.2 施肥處理對油菜抗倒伏性的調(diào)控效應(yīng)

倒伏不僅引起群體成熟后無法機械收獲，增加生產(chǎn)成本，而且致使群體內(nèi)部陰閉、通風(fēng)透光條件變差，使得有效光合面積減少、籽粒灌漿受阻，造成作物減產(chǎn)[32]。在農(nóng)業(yè)耕作措施的影響與地上部生長發(fā)育的變化中，根系系統(tǒng)起到了橋梁紐帶作用[33]。根系錨固對莖稈特性的影響是造成倒伏的主要原因，因為根系-土壤的松動會導(dǎo)致植株整株傾斜，所以莖稈抗折力和倒伏角度通常被作為抗倒伏的指標(biāo)[34]。此外，根系錨固力與根莖粗、主根長和根體積等指標(biāo)間存在線性關(guān)系，根系錨固力隨根莖粗、主根長度和根體積的增加而增加[35]；因而發(fā)達的根系不僅有助于油菜吸收水分和養(yǎng)分，且能提高油菜抗倒伏能力，降低油菜因倒伏而造成的減產(chǎn)[22]。不同施肥處理下，油菜主根越長、根干質(zhì)量越重、根莖越粗（表2，表3），根系的錨固力越強，使得對作物地上部的支持力越大，根系抗倒伏能力增強、倒伏指數(shù)降低。此外，作物莖稈抗倒性與莖稈形態(tài)指標(biāo)、莖稈力學(xué)特性、栽培措施等諸多因素有關(guān)，其中施肥方式是影響直播油菜莖稈抗倒性的關(guān)鍵要素[36]。不同營養(yǎng)元素在土壤中的移動和轉(zhuǎn)化不同，氮素的移動性較強且淺施易揮發(fā)，磷在土壤中的移動性較小且易被固定[20]。分層施肥能夠減少因養(yǎng)分的淋失、揮發(fā)和固定等造成的損失，改變傳統(tǒng)施肥方式造成的土壤“肥瘦不勻”的現(xiàn)象，為根系的生長和地上部養(yǎng)分的積累提供良好條件[37]。

本研究發(fā)現(xiàn)，分層深施肥條件下油菜株高、根莖粗、莖稈抗折力、地上部鮮質(zhì)量等（表3、圖7）均有所提高，且倒伏指數(shù)低，表明分層深施肥可以提高油菜抗倒伏性。產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因是分層深施肥處理下油菜根莖粗和莖稈抗折力顯著增加，而倒伏指數(shù)與根莖粗、抗折力呈顯著負相關(guān)，根莖越粗、抗折力越大，彎曲力矩越小，倒伏指數(shù)就越低（表3）。兩年田間試驗，分層深施肥處理下的根莖粗、抗折力，相較于定位深施和機械混施處理平均分別增加了22.87%、85.24%和36.10%、249.14%。但3 個不同分層深施肥處理中，雖然FH 處理的油菜株高略低、根莖略粗、抗折力略大，使其倒伏指數(shù)低于FL和FM 處理，但其產(chǎn)量分別比FL 和FM 處理低9.85%和16.35%。原因在于，分層深施肥中淺層施肥過多會抑制根系的生長發(fā)育，不利于根系下延，當(dāng)受環(huán)境氣候（強降雨、大風(fēng)等）影響，油菜植株根系錨固力不足以支撐地上部重量，造成群體倒伏嚴(yán)重、油菜莖稈倒伏角度過大（表3），致使植株群體間通風(fēng)和透光性變差，嚴(yán)重時菌核病發(fā)病率升高，最終導(dǎo)致油菜產(chǎn)量降低。

此外，試驗數(shù)據(jù)顯示試驗?zāi)攴輰τ筒烁岛涂沟狗韵嚓P(guān)指標(biāo)具有一定影響（表2、表3），分析其主要原因在于根系（根表面積、根體積、根干質(zhì)量等）和莖稈抗倒伏性（倒伏角度、根莖粗、抗折力）相關(guān)指標(biāo)除受可控的栽培措施影響外，還受環(huán)境氣候條件（日照、氣溫、降雨、風(fēng)速等）等諸多不可控因素影響[18,23,31]，因此根系和抗倒伏性測試數(shù)據(jù)的年份表現(xiàn)不同，但兩年大田試驗中各處理下的油菜根系構(gòu)型和莖稈倒伏性相關(guān)指標(biāo)的變化規(guī)律基本一致，說明機械直播條件下合理的深淺層施肥比例能夠有效改善油菜根系生長并提高抗倒伏性。由此可見，表層施肥與深層施肥相結(jié)合、淺層和深層施肥比例適宜，不僅使上層根系生長良好，而且促使下層根量增加，擴大吸收范圍，增加下層根系的數(shù)量和活力；“以肥促根，以根調(diào)水”，提高下層土壤中水分的利用率，最大限度地實現(xiàn)增產(chǎn)的目的，才是最理想的高效豐產(chǎn)策略。此外，本文僅分析了10 cm 施肥深度條件下油菜成熟期根系分布性狀和倒伏指數(shù)，機械直播不同分層深施肥條件下冬油菜根系生長性狀和群體倒伏動態(tài)變化，有待進一步研究探討。

4 結(jié) 論

1）較定位深施和機械混施，肥料分層深施顯著促進油菜根系生長發(fā)育及扎根深度下移，使得耕層土壤堅實度分別降低4.91%和15.25%；并且提高油菜根干質(zhì)量、地上部干物質(zhì)積累及莖稈抗折力，使根冠比分別增加0.45%和6.31%，倒伏指數(shù)分別降低18.81%和124.61%，最終分別提高油菜產(chǎn)量17.14%和27.11%；分層深施肥技術(shù)增強了油菜抗倒性并具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)。

2）分層施肥處理中，F(xiàn)M 處理的主根長、根表面積、根體積、根干質(zhì)量和產(chǎn)量均高于FL 和FH 處理；相較于FL 處理分別提高9.35%、70.43%、47.79%、32.24%和9.85%，相較于FH 處理分別提高9.63%、13.39%、15.69%、18.87%和16.35%。綜合考慮冬油菜根系分布狀況、耕層土壤堅實度、植株抗倒伏性能及油菜籽產(chǎn)量，10 cm 深度分層施肥處理中FM 處理（1∶1）為冬油菜大田機械直播較優(yōu)分層施肥比例。

本文試驗條件下，機械直播分層深施肥在顯著增加油菜產(chǎn)量同時能有效改善根系構(gòu)型并適當(dāng)提高油菜的抗倒伏性能，是實現(xiàn)油菜高產(chǎn)高效的輕簡化機械種植方式；但不同施肥深度條件下分層施肥比例對機械直播冬油菜根系分布狀況、抗倒伏的生理機制及冠層結(jié)構(gòu)和產(chǎn)量差異有待進一步探究。