油菜是世界上重要的油料作物之一,我国食用植物油自给率仅35%,对外依存度超过60%^[1],而国产油料作物中,菜籽油占总产油量的55%以上^[2]。因此,研究适宜南方三熟区稻-稻-油复种模式的早熟冬油菜品种,对增大长江中下游地区冬油菜种植面积、提高产量具有重要意义。双季稻区冬闲田油菜面积潜力占我国油菜面积总潜力近80%^[3],充分利用双季稻冬闲田可极大改善目前油菜种植面积达到阈值的现状。稻-油轮作可提高土壤总氮固化率,降低土壤氮素残留,优化氮素管理^[4],有利于油菜后期生长^[5],实现作物高产高效。秸秆还田可增加土壤养分,在一定程度上降低化肥的施用量,增加水稻产量^[6]。在优化种植模式的前提下,了解早熟冬油菜品种的生长特性及养分吸收规律,也是提高籽粒产量和品质的重要途径之一。近年来对常规熟期冬油菜的干物质积累特性及各养分吸收规律的研究较多,不同品种的干物质及养分积累各有其特点。冬油菜对氮、磷的吸收高峰在苗期、花期、角果期,对钾的吸收高峰在苗期、蕾薹期-花期^[7],曹金华等^[8]研究表明薹期-花期为干物质与养分积累的最大时期;刘晓伟等^[9]研究表明冬油菜干物质最大积累量在花期,冬油菜对氮、磷、钾的最大吸收量均在苗期;邹娟等^[10]研究表明氮的最大净增量在苗期,干物质、磷、钾最大净增量在花期。这些研究结果对冬油菜在不同时期施用不同比例的肥料提供了一些理论指导。

稻-稻-油三熟制中作物收获、播种时间节点矛盾大,严重限制了三熟区农业生产。为解决茬口问题、充分利用双季稻冬闲田,育种学家们培育了早熟冬油菜品种。与常规熟期冬油菜品种相比,早熟冬油菜品种的生育期明显缩短,其养分吸收规律不同,施肥技术也不应完全照搬以往常规熟期冬油菜品种的研究成果。刘宝林等^[11]研究了早熟冬油菜品种不同生育时期的氮吸收特性,田昌等^[12]研究表明,早熟油菜湘杂油1613在花期的氮净增量最大。已有研究缺乏对早熟冬油菜品种生长特性及多种养分吸收规律的研究。合理的氮肥施用量可明显促进早熟冬油菜品种的干物质积累^[13],从而提高植株养分的积累量;因此了解冬油菜干物质及养分积累高峰期,有利于采取适宜的施肥措施提高早熟冬油菜品种的干物质及养分积累量。为揭示南方三熟区早熟冬油菜品种的养分吸收规律,本试验从早熟冬油菜品种养分吸收累积特征、干物质累积特征及氮、磷、钾吸收累积与干物质累积之间的关系进行研究,为早熟冬油菜品种在南方三熟区的种植施肥、推广应用提供理论依据。

试验于2017-2018年在湖南衡阳（E112.6°,N26.9°）进行,该地区属亚热带季风性气候区,年日照时数约1 350h,年平均温度18℃,年降水量约1 500mm。试验田前作为水稻,土壤为壤土,油菜播种前土壤全氮1.52g/kg、全磷0.74g/kg、全钾17.87g/kg、碱解氮144.51mg/kg、速效磷14.70mg/kg、速效钾178.89mg/kg。

试验品种:2个早熟冬油菜品种（湘油420、湘油642）,2个常规熟期冬油菜品种（湘油1035、湘杂油710×1035）。

于2017年10月10日播种,2018年4月17日收获早熟冬油菜品种,2018年5月1日收获常规熟期冬油菜品种。选用肥力均匀的中等肥力土壤进行小区试验,小区面积20m²（1m×20m）。试验设4个品种处理,3次重复,随机区组排列。采用直播方式,种植密度为30万株/hm²（每小区50行,每行12株,行距40cm,株距8cm）,条播后通过三叶期和五叶期2次间苗确定保苗株数。供试肥料为尿素（含N 46%）、过磷酸钙（含P₂O₅ 12%）、氯化钾（含K₂O 60%）、硼砂（含B 11%）,用量分别为180kg N/hm²、90kg P₂O₅/hm²、105kg K₂O/hm²、1.5kg B/hm²。其中,氮肥按照基肥:苗肥:薹肥=5:3:2施用,磷、钾、硼肥全部作基肥施用。基肥结合翻地施用,苗肥与薹肥条施覆土。其他管理按当地高产田生产习惯进行,特别要注意防病、虫、草害。

早熟品种:苗期,播种后70d;蕾薹期,播种后71~90d;花期,播种后91~140d;角果期,播种后141~180d;收获期,播种后181~185d。常规熟期品种:苗期,播种后90d;蕾薹期,播种后91~120d;花期,播种后121~165d;角果期,播种后166~195d;收获期,播种后196~200d。

1.4.1 取样方法 全生育期间隔取样,出苗1个月后开始每隔10~15d取1次植株地上部（子叶节处切割）样品,抽薹前取12株,蕾薹期开始取7株,洗净烘干后称重。早熟冬油菜品种和常规熟期冬油菜品种全生育期分别取样14次和15次。取样时将整株带根挖出,用去离子水洗净泥土,去掉根部,于105℃杀青30min,于65℃恒温烘干称重。经瓷研钵磨碎后测定氮、磷、钾养分的含量。籽粒养分测定方法与地上部样品一致。收获期每个小区避开取样区域收割10m²,经后熟作用并晒干,10d后脱粒称重,烘干后籽粒含水量为5%时计算实际产量。

1.4.2 植株养分指标 植株样品用H₂SO₄-H₂O₂消煮法消煮后,分别采用凯氏定氮法、钒钼黄比色法和火焰光度法测定全氮、全磷、全钾含量^[14]。

产量收获指数（%）=油菜籽粒质量/（收获期茎叶质量+角果皮质量+籽粒质量）×100;养分收获指数（%）=收获期籽粒养分含量/收获期植株总养分含量×100。

采用Microsoft Excel 2003和DPS 17.10软件对数据进行统计分析、单因素方差分析,LSD法进行显著性检验（P=0.05）,采用Microsoft Excel 2003软件绘图。

如表1所示,比较高产组（湘油420、湘油1035,下同）与低产组（湘油642、湘杂油710×1035,下同）的干物质积累量及籽粒产量可知,早熟冬油菜品种与常规熟期冬油菜品种无显著差异。在收获期,早熟冬油菜品种的氮积累量显著高于常规熟期冬油菜品种,即早熟冬油菜品种对氮的吸收累积能力更强,钾积累量低于常规熟期冬油菜品种;比较高产组与低产组,两种熟期冬油菜品种的磷积累量无显著差异。

由表2可知,早熟冬油菜品种的产量收获指数与常规熟期冬油菜品种无显著差异。比较高产组与低产组,早熟冬油菜品种的钾收获指数显著高于常规熟期冬油菜品种,这有助于提高早熟冬油菜品种的籽粒品质,氮收获指数显著低于常规熟期冬油菜品种;高产组中早熟冬油菜品种的磷收获指数与常规熟期冬油菜品种无显著差异,低产组中的早熟冬油菜品种的磷收获指数显著低于常规熟期冬油菜品种。

分别比较高产组和低产组,两个早熟冬油菜品种的干物质积累量在播种后125~165d高于常规熟期冬油菜品种（图1）。湘油420的干物质净增量表现为角果期>花期,分别占干物质总积累量的52.3%、27.7%;湘油1035的干物质净增量表现为花期>角果期,分别占干物质总积累量的37.1%、27.6%。湘油642的干物质净增量表现为花期>角果期,分别占干物质总积累量的61.5%、18.4%;湘杂油710×1035的干物质净增量表现为花期>角果期,分别占干物质总积累量的38.6%、22.4%（图1）。

两个早熟冬油菜品种在苗期的干物质净增量显著低于常规熟期冬油菜品种,在其他生育时期,早熟冬油菜品种的干物质净增量增大,且与常规熟期冬油菜品种无显著差异。早熟冬油菜品种的干物质增长集中在花期-角果期阶段,而常规熟期冬油菜品种的干物质增长量集中在花期。

两个早熟冬油菜品种的氮积累量在生育后期明显高于常规熟期冬油菜品种（图2）。湘油420的氮净增量表现为花期>苗期,分别占氮总积累量的46.8%、21.3%;湘油1035的氮净增量表现为苗期>蕾薹期,分别占氮总积累量的48.6%、31.2%。湘油642的氮净增量表现为花期>蕾薹期,分别占氮总积累量的47.7%、35.8%,角果期及收获期氮积累量下降,降至117.4kg/hm²,较生育期最高氮积累量129.9kg/hm²下降9.6%;湘杂油710×1035的氮净增量表现为苗期>蕾薹期,分别占氮总积累量的73.9%、33.6%,花期后阶段的氮积累量大幅下降,降至93.5kg/hm²,较生育期最高氮积累量136.1kg/hm²下降31.3%。

两个早熟冬油菜品种在苗期的氮净增量显著低于常规熟期冬油菜品种,早熟冬油菜品种湘油642在薹花期、湘油420在花期的氮净增量显著高于常规熟期冬油菜品种,氮素积累多集中在苗期-花期阶段。早熟冬油菜品种的氮素积累集中在花期,而常规熟期冬油菜品种的氮素积累集中在苗期。

两个早熟冬油菜品种的磷积累量从花期开始高于常规熟期冬油菜品种（图3）。湘油420的磷净增量表现为角果期>花期,分别占磷总积累量的47.5%、32.0%;湘油1035的磷净增量表现为花期>苗期,分别占磷总积累量的44.1%、22.2%。湘油642的磷净增量表现为花期>角果期,分别占磷总积累量的45.3%、24.0%;湘杂油710×1035的磷净增量表现为花期>苗期,分别占磷总积累量的49.3%、26.4%。

两个早熟冬油菜品种在苗期的磷净增量显著低于常规熟期冬油菜品种,在角果期的磷净增量显著高于常规熟期冬油菜品种,可见早熟冬油菜品种在生育后期对磷素的累积强度大于常规熟期冬油菜品种。早熟冬油菜品种的磷素积累集中在花期-角果期,而常规熟期冬油菜品种的磷素积累集中在花期。

如图4所示,湘油420的钾净增量表现为花期>角果期,分别占钾总积累量的39.9%、24.9%;湘油1035的钾净增量表现为花期>苗期,分别占钾总积累量的32.8%、30.5%。湘油642的钾净增量表现为花期>蕾薹期,分别占钾总积累量的52.3%、25.6%;湘杂油710×1035的钾净增量表现为花期>苗期,分别占钾总积累量的36.2%、33.5%。

两个早熟冬油菜品种在苗期的钾净增量显著低于常规熟期冬油菜品种,角果期的钾净增量显著高于常规熟期冬油菜品种,随着生育期的推进,早熟冬油菜品种对钾素养分的积累量增大,生育后期对钾素的累积强度大于常规熟期冬油菜品种。早熟冬油菜品种的钾素积累集中在花期,常规熟期冬油菜品种的钾素积累集中在花期、苗期。

研究^[15]表明,在一定范围内,油菜的产量随着干物质积累量的增加而提高,也可以说干物质是油菜产量形成的基础,干物质的积累对产量的增加至关重要。同时干物质的积累规律在一定程度上也反映了植株对养分吸收的规律。

一般而言,各生育期干物质积累量表现为花期>苗期>蕾薹期>角果期^[8,16]。而在本试验中,早熟冬油菜品种在花期-角果期的干物质积累比例最大（80%）,与高建芹等^[17]研究得出的规律一致。常规熟期冬油菜品种在花期的干物质积累比例最大（38%）,角果期次之,为22%~27%。比较本试验与刘晓伟^[16]研究结果,不同熟期冬油菜的干物质积累峰值出现的生育期略有不同,产生这种差异的原因可能是不同熟期冬油菜在各个生育期对养分吸收运转的能力不同,在不同的生长阶段对养分的需求不一样,而油菜植株对养分的需求差异直接影响油菜的生长发育和干物质积累量。相较常规熟期冬油菜品种的干物质积累高峰,本试验中早熟冬油菜品种的干物质积累高峰期后移,且湘油420的干物质积累高峰期比另外3个品种后移更加明显,该现象可能与早熟冬油菜品种主要在生育后期生长的特性有关。

以往研究表明,早熟冬油菜品种因为其营养生长期显著缩短,早期生长旺盛,而后期易出现早衰现象,导致产量降低^[18],而且显著低于常规熟期冬油菜品种^[19,20]。本试验中,早熟冬油菜品种与常规熟期冬油菜品种的干物质积累量无显著差异,产量也无显著差异,可见湘油420是产量比较高的早熟品种,适宜在稻-稻-油三熟区推广种植。

油菜是需肥量较大的作物,特别是氮磷钾养分的吸收能够直接影响油菜干物质的积累,从而影响籽粒产量,籽粒产量很大程度上取决于氮素的管理^[21]。对常规熟期冬油菜研究^[8,16,22-23]结果表明,氮吸收关键时期是苗期。本试验中,常规熟期冬油菜品种在苗期对氮的吸收比例最大,为50%~70%,与鲁剑巍等^[22]研究结果一致。而早熟冬油菜品种在花期的氮吸收比例最大,为47%左右,其次是苗期,为20%~25%。早熟冬油菜品种苗期的氮积累量低于常规熟期冬油菜品种,而在花期显著高于常规熟期冬油菜品种。由此可知,早熟冬油菜品种对氮的吸收高峰期后移。

对常规熟期冬油菜品种研究^[8,24]结果表明,磷吸收关键时期是花期,磷在苗期的积累量较小,在花期后持续增加,花期是磷吸收量最大的时期。本试验中,常规熟期冬油菜品种在花期对磷的吸收比例最大,为45%~50%;早熟冬油菜品种在花期-角果期对磷的吸收比例最大,为70%~80%。造成这种差异的原因可能是早熟冬油菜品种苗期短,植株个体小,氮、磷吸收量低,从而使吸收高峰期后移。但是,由于油菜的磷吸收高峰期往往出现在氮吸收高峰期之后,早熟冬油菜品种的磷吸收高峰推迟到花期-角果期。相较于常规熟期冬油菜品种,早熟冬油菜品种对磷的吸收高峰期后移。可见,早熟冬油菜品种生育后期要注意施用氮磷追肥或缓控释肥。

本试验中,早熟冬油菜品种与常规熟期冬油菜品种对钾的最大累积时期为花期,早熟冬油菜品种在花期的吸收比例为40%~50%,而常规熟期冬油菜品种在花期的吸收比例为35%左右,但在苗期,常规熟期冬油菜品种的钾积累量亦高,为钾总积累量的30%~34%。因此,相较于常规熟期冬油菜品种的钾积累量集中在花期、苗期,早熟冬油菜品种对钾的吸收高峰期后移,可见,早熟冬油菜品种需要适量追施钾肥。钾的吸收多集中在花期之前,在花期达到钾净增量的最大值,收获期时钾主要分布在茎秆中,籽粒钾积累量低,这与孙家刚等^[25]研究结论一致。早熟冬油菜品种在收获期的钾积累量低于常规熟期冬油菜品种,而钾收获指数显著高于常规熟期冬油菜品种。由此可知,早熟冬油菜品种对钾的吸收转运能力强,能提高籽粒中钾的积累,而籽粒中钾积累量的提高,其品质也能相应提高。

养分积累量是养分含量与植株干物质积累量的乘积,因此,植株干物质积累量与养分积累量密切相关,尽管随着植株干物质积累量的增加,养分含量因稀释效应呈下降趋势,但还是表现为植株个体越大养分总积累量越高。干物质积累是籽粒产量形成的物质基础,已有研究^[8,26-27]表明,籽粒产量与油菜花期至成熟期的干物质积累量成正比,可知生物量、产量、养分积累量之间存在密切关系。同时,养分缺乏也会制约群体及个体干物质的生产和养分吸收,进而影响籽粒产量的形成^[28]。本试验中,两种熟期冬油菜品种的养分吸收高峰期与干物质积累高峰期出现的时期一致,且产量与收获期干物质积累量成正比,也为植株干物质积累量与养分积累量密切相关的结论提供了佐证。以上结果说明,配合油菜养分需求特性施肥是提高种群干物质积累量、养分积累量,从而达到增产增效目的的重要途径。

通过比较两种熟期冬油菜品种对养分的需求规律,可知花期和角果期是早熟冬油菜品种养分积累的关键时期,而常规熟期冬油菜品种在花期和苗期有较大的养分积累量。缓控释肥养分释放前期速率慢,后期速率快,释放周期长,而早熟品种在生育前期需肥量小,在生育后期需肥量大,缓控释肥的养分释放特征契合早熟冬油菜品种对养分的需求特性。有研究^[29]表明,在长江中下游地区稻-油轮作体系中一次性基施缓控释肥可显著提高油菜产量,缓控释肥的施用还可减缓冬季因降雨造成的养分流失,提高养分利用率。可见,在早熟冬油菜品种的种植中施用缓控释肥,可充分发挥其品种特性的优点及在南方三熟区种植的优势。

相较于常规熟期冬油菜品种,早熟冬油菜品种对干物质、氮磷钾的吸收积累集中在花期-角果期,存在吸收高峰期后移现象。早熟冬油菜品种生育期短的特性能较好地解决南方三熟制的茬口矛盾。且与常规熟期冬油菜品种开花时间相比,早熟冬油菜品种的花期更早,两种熟期冬油菜的花期衔接,延长了油菜花可观赏期。早熟冬油菜品种符合南方三熟区冬油菜种植需求,值得推广。