种植方式和施氮量对冬油菜产量与水氮利用效率的影响

谷晓博，李援农，黄 鹏，杜娅丹，方 恒，陈朋朋

（西北农林科技大学水利与建筑工程学院，旱区农业水土工程教育部重点实验室，杨凌 712100）

0 引 言

干旱缺水是限制中国西北干旱半干旱地区农业发展的一个重要因素。在中国西北干旱半干旱地区，大部分降雨小于5 mm，不能直接被作物吸收利用。在半干旱地区，仅有 25%～30%的降雨被作物吸收利用，而 70%～75%降雨以无效蒸发和径流形式损失[1]。据报道，因干旱少雨、降雨分布不均和蒸发量大等原因，西北地区春小麦和玉米的产量均很低，基本维持在1 500～3 000 kg/hm2（小麦）和2 500～3 500 kg/hm2（玉米）[2-3]。因此，研究如何使大量的无效蒸发降雨形成生产力，探索合理的集雨保墒措施，将小于5 mm的无效降雨转化成有效降雨，对解决西北地区水资源缺乏、保障粮油安全具有重要意义。

垄沟集雨种植技术是结合保护性耕作和覆膜技术，通过在田间修筑垄沟、垄面覆膜、沟内种植作物，实现降雨由垄面向沟内汇集的田间集水农业技术。在垄沟集雨种植方式下，覆膜垄面产生的径流与沟内降雨进行叠加，可以将小于5 mm的无效降雨变为有效降雨贮存于土壤中[4-5]。Li等[6]研究指出垄沟集雨种植方式因能有效的利用小于 5 mm的无效降雨，其集雨效率能达到 87%左右。近年来，有关垄沟集雨种植方式对作物影响的报道很多。周昌明[7]研究发现，与传统平作相比，垄沟集雨种植的蓄水效率提高 8.2%～49.9%，平均贮水量提高9.5%～13.2%，玉米根系密度提高 13.9%～16.9%，玉米增产22.7%～41.4%，水分利用效率提高32.5%～56.0%。Qin等[8]研究表明，垄沟集雨种植能提高马铃薯产量36.3%～86.8%，水分利用效率65.8%～83.9%。Chen等[9]研究指出，垄沟集雨种植能分别提高冬小麦产量和水分利用效率35%和25%，降低耗水量8%。目前，国内外学者主要针对玉米[7,10]、马铃薯[8,11]、小麦[9]和苜蓿[12]等进行了大量的垄沟集雨栽培研究，但垄沟集雨种植方式对油菜的适用性研究还很少。

油菜是世界上广泛种植的一种作物，中国作为一个油菜种植大国，从2001年到2014年，每年平均能生产1 260万t油菜籽[13]。近几十年来，中国油菜产量的稳步提升不仅在于品种的改良、栽培技术的进步和国家政策的大力支持[14]，肥料，尤其是无机氮肥的施入也是一个非常重要的原因。油菜是需氮量较多的一种作物，据报道，油菜累积吸收60 kg左右的氮素，才能生产1 t油菜籽[15]。因此，为获得高产，农民常年不合理地施入大量氮肥，导致氮肥利用效率很低，而且还造成环境污染、油菜籽含油率降低等问题[15-16]。过量施氮还能导致油菜植株旺长，茎秆充实度降低，大大增加油菜因倒伏而减产的风险[17]。因此，确定油菜合理的施氮量，对提高油菜氮肥利用效率、实现油菜优质高产以及降低环境污染等有重要意义。

油菜对施氮的响应取决于很多环境因素，包括水分、温度和土壤特性[15]。垄沟集雨种植能够改变土壤水分和温度，进而影响氮素的运输和矿化[18]，这些因子的改变会影响油菜对氮素的响应，进而影响产量。本文通过3a田间试验，研究垄沟集雨种植和传统平作种植对冬油菜地上部干物质量、氮素累积吸收量、产量和水氮利用效率的影响，以及2种种植方式下的适宜施氮量，以期为西北地区冬油菜的种植栽培和施氮策略提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

3 a（2014年9月―2017年5月）田间试验于陕西省杨凌区西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室试验田（108°24′E，34°17′N，海拔 521 m）进行。该区为暖温带季风半湿润气候，多年平均气温、降水量和蒸发量分别为12.9 ℃、550～600 mm（集中在7、8和9月）和1 500 mm。试验田土壤质地为壤土，平均干容重为 1.40 g/cm3，田间持水率和凋萎系数分别为 24%和8.5%（质量分数）。0～20 cm土层的土壤理化性状为：有机质13.20 g/kg，全氮0.93 g/kg，碱解氮76.27 mg/kg，速效磷25.38 mg/kg，速效钾131.97 mg/kg，pH值为8.12。

3 a冬油菜种植期间各月的降水量和气温分布如图1所示。除2015年9月―2016年5月间1月的最高、平均和最低气温略低外，3 a各月的气温分布趋势基本一致。2014年9月―2015年5月、2015年9月―2016年5月和2016年9月―2017年5月的总降水量分别为264.3、183.9和379.5 mm；2014年9月―2015年5月降水分布呈现前期（播种后至11月底）和中期（12月初至2月底）较少、后期（3月初至收获）较多的趋势，其中178.7 mm降水集中在3、4和5月；2015年9月―2016年5月各月降水量均较少；2016年9月―2017年5月降水呈现前期和后期较多、中期较少的分布趋势，其中186.6 mm降水集中在9月和10月，169.3 mm集中在3、4和5月。

1.2 试验设计及过程

试验所用的冬油菜品种为“陕油107号”；所用的氮、磷、钾和硼肥分别为尿素（N≥46%）、过磷酸钙（P2O5≥16%）、农业用硫酸钾（K2O≥51%）和硼砂（B≥11.5%）；所用地膜为聚乙烯普通地膜（白色透明），宽0.8 m，厚0.008 mm。

试验设种植方式和施氮量 2种因素，种植方式分别为：垄沟集雨种植（ridge film mulching and furrow planting pattern，RFMF，图2a）和平作种植（flat planting pattern，FP，图2b），其中FP为当地常规种植方式；每种种植方式下设6个施氮量：0、60、120、180、240和300 kg/hm2（以N计，下同），分别设为N0、N60、N120、N180、N240和N300。试验共12个处理，每个处理重复3次，各小区均为南北走向，面积均为4 m×5 m，完全随机排列。播种前 1天旋地，划分小区，各小区按设计施氮量、90 kg/hm2（以P2O5计）、120 kg/hm2（以K2O计）和15 kg/hm2（以B计）均匀撒施，翻埋后，如图2a所示起垄覆膜（1膜1垄）。分别于2014年9月21日、2015年9月16日和2016年9月10日按行距50 cm、株距约13 cm人工点播冬油菜，待长出3片真叶后按密度12万株/ hm2进行间苗、定苗，其他田间生产管理均与当地保持一致。分别于2015年5月23日、2016年5月20日和2017年5月23日收获冬油菜，回收地膜。3 a各小区均无灌水。

1.3 测定项目与方法

1）冬油菜地上部干物质量：冬油菜成熟后，在每小区选取 5株有代表性的冬油菜，齐地剪断后，将其茎、叶和果分开，装进档案袋后放入烘箱，105 ℃杀青30 min，然后于75 ℃烘干至恒质量后，用电子天平秤其干质量。

图1 试验站2014—2017年冬油菜生育期各月的降水量和温度Fig.1 Monthly rainfall and temperature during winter oilseed rape growth season in each year of 2014-2017 at experimental site

图2 冬油菜的2种种植方式示意图Fig.2 Schematic diagram of two planting patterns for winter oilseed rape

2）冬油菜地上部氮素累积量：将冬油菜各器官的干样粉碎，过0.5 mm筛，用H2SO4-H2O2消煮，消煮液用连续型流动分析仪（AA3，德国 Bran+Luebbe公司）测定各器官全氮含量。

各器官氮素累积量（kg/hm2）=各器官全氮含量×器官干物质量×种植密度；

地上部氮素累积量（kg/hm2）=各器官氮素累积量之和。

3）籽粒产量：提前在各小区中间划定1 m2的测产区，成熟后单独收获，晒干去壳后测定籽粒产量。

4）冬油菜耗水量和水分利用效率：在每年播前和收后测定0～200 cm土壤的含水率，用土钻在中间行的 2株油菜间取土（垄边），每个小区3个测点，沿竖向每隔10 cm取1个土样，放入铝盒，在烘箱中烘干后测定土壤含水率。

播前和收后的土壤贮水量（mm）=10×土壤干容重（g/cm3）×土层厚度（cm）×土壤含水率（%）；

冬油菜耗水量（mm）= 灌水量（mm）+ 降水量（mm）-地表径流量（mm）– 深层渗漏量（mm）+ 播前土壤贮水量（mm）– 收后土壤贮水量（mm）；本研究中无灌溉条件，试验期间无强降水发生，地势平坦，且各小区边缘均设有屏障，可视地表径流量为0；降水入渗深度不超过2 m，可视深层渗漏量为0。

冬油菜水分利用效率（kg/(hm2·mm)）=籽粒产量/冬油菜耗水量。

5）冬油菜氮素利用效率：

氮肥农学利用率（nitrogen agronomic efficiency，NAE）、氮肥生理利用率（nitrogen physiological efficiency，NPE）、氮肥吸收利用率（nitrogen recovery efficiency，NRE）和氮肥偏生产力（nitrogen partial factor productivity，NPFP）的计算公式如下：

NAE（kg/kg）=（施氮区籽粒产量–不施氮区籽粒产量）/施氮区的施氮量；

NPE（kg/kg）=（施氮区籽粒产量–不施氮区籽粒产量）/（施氮区氮素累积量–不施氮区氮素累积量）；

NRE（%）=（施氮区氮素累积量–不施氮区氮素累积量）/施氮区的施氮量×100%；

NPFP（kg/kg）= 施氮区籽粒产量/施氮量。

1.4 数据处理与分析

Excel 2010软件处理试验数据；PASW Statistics 18.0软件进行方差分析，多重比较采用最小显著性差异法（least-significant difference，LSD），显著性水平为α=0.05；用AutoCAD 2007绘制图2，其余各图用OriginPro 8.5绘制。

2 结果与分析

2.1 地上部干物质量

种植方式和施氮量对冬油菜地上部干物质量的影响显著（图3）。FP下，在0～180 kg/hm2施氮量范围内，地上部干物质量随施氮量的增加而显著增加，当施氮量超过180 kg/hm2后，地上部干物质量不再随施氮量而显著变化。RFMF下，该范围为0～240 kg/hm2。

在相同施氮量下，RFMF处理冬油菜的地上部干物质量均显著大于FP处理；与FP处理相比，RFMF处理冬油菜的地上部干物质量增幅达14.2%～61.5%（P＜0.05）。在施氮量180 kg/hm2下，3 a RFMF处理冬油菜的平均地上部干物质量比 FP增加 28.9%（P＜0.05）；在施氮量240 kg/hm2下，增幅达 38.5%（P＜0.05）。

图3 不同种植方式和施氮量对冬油菜地上部干物质量的影响Fig.3 Effects of different planting patterns and nitrogen application rates on aboveground dry matter of winter oilseed rape

2.2 氮素累积吸收量

不同种植方式和施氮量下冬油菜的地上部氮素累积吸收量如图 4所示。在相同种植方式下，冬油菜的地上部氮素累积吸收量均先随施氮量增加而增加，在 RFMF方式下超过240 kg/hm2或在FP方式下超过180 kg/hm2后，地上部氮素累积吸收量不再显著变化。RFMF下，冬油菜的地上部氮素累积吸收量的变化范围为 27.2～116.3 kg/hm2，而FP下为18.2～82.6 kg /hm2。

在相同施氮量下，RFMF下冬油菜的氮素累积吸收量显著大于FP。与FP相比，RFMF下冬油菜的地上部氮素累积吸收量增幅达 17.4%～61.3%（P＜0.05）。在施氮量180 kg/hm2下，2014年9月―2015年5月、2015年9月―2016年5月和2016年9月―2017年5月RFMF下冬油菜的地上部氮素累积吸收量分别比FP增加22.9%、25.5%和25.9%（P＜0.05）；在施氮量240 kg/hm2下，3 a增幅分别为40.0%、61.3%和45.8%（P＜0.05）。

2.3 籽粒产量

RFMF下，在0～240 kg/hm2施氮量范围内，冬油菜产量随施氮量的增加而显著增加，随后显著降低（2016年9月―2017年5月除外）（图5）；3 a的N240处理的平均产量分别比N0、N60、N120、N180和N300处理显著增加141.3%、91.1%、41.2%、8.4%和8.8%（P＜0.05）。FP下，3 a的N180处理冬油菜的产量均最高，显著高于N0、N60和N120处理，但与N240和N300处理差异不显著（P＞0.05）。3 a的N180处理的平均产量分别比N0、N60和N120显著增加124.3%、80.4%和29.5%（P＜0.05）。RFMF下N240处理的平均产量为3 002 kg/hm2，FP下N180处理的平均产量为2 291 kg/hm2。2种方式下的最高产量相比，RFMF方式增幅31.0%（P＜0.05）。

在相同施氮量下，3 a的RFMF产量比FP显著提高15.5%～43.5%。当施氮量在 0～60 kg/hm2范围内，RFMF和FP方式下冬油菜的产量分别维持在1 062～1 579 kg/hm2和 889～1 458 kg/hm2，增幅仅为 15.5%～37.7%（平均22.9%）；当施氮量增至240 kg/hm2时，RFMF和FP方式下的产量分别维持在 2 606～3 202 kg/hm2和 2 007～2 498 kg/hm2，增幅可达28.2%～43.5%（平均33.7%）。

图4 不同种植方式和施氮量对冬油菜地上部氮素累积量的影响Fig.4 Effects of different planting patterns and nitrogen application rates on nitrogen accumulation amount in aboveground of winter oilseed rape

图5 不同种植方式和施氮量对冬油菜籽粒产量的影响Fig.5 Effects of different planting patterns and nitrogen application rates on yield of winter oilseed rape

2.4 耗水量和水分利用效率

不同种植方式和施氮量下冬油菜的耗水量如表 1所示。在同一种植方式下，耗水量随施氮量的增加而显著增加，与不施氮（N0）相比，RFMF和FP下施氮处理的耗水量分别增加7.0%～33.7%和5.3%～24.9%（P＜0.05）。RFMF下，除 2016―2017年外，N240处理的耗水量与N180处理无显著差异。在相同施氮量下，RFMF处理的耗水量均显著大于FP，降幅为3.4%～9.9%（P＜0.05）。

种植方式和施氮量对冬油菜水分利用效率的影响显著（表 1）。在相同施氮量下，RFMF显著提高冬油菜的水分利用效率，RFMF处理冬油菜的水分利用效率与FP相比提高25.5%～69.6%。当施氮量在0～60 kg/hm2范围内，RFMF和FP方式下冬油菜的水分利用效率分别维持在 3.1～5.6 kg/(hm2·mm)和 2.2～4.2 kg/(hm2·mm)，增幅为33.3%～42.3%（平均37.6%）；当施氮量增至240 kg/hm2时，RFMF和FP方式下的水分利用效率分别维持在7.8～9.5 kg/(hm2·mm)和 4.6 ～ 6.7 kg/(hm2·mm)， 增幅 可达37.9%～69.6%（平均48.0%）。在相同种植方式下，水分利用效率随施氮量的增加先增加后降低，其中RFMF在N240处理最大，而FP在N180处理最大。在RFMF下，N240处理的水分利用效率显著大于其他施氮处理（2016―2017年N240和N180无显著差异）；在FP下，N180处理显著大于N0、N60、N120和N300处理，但与N240处理无显著差异。

表1 不同处理下冬油菜的耗水量（ET）和水分利用效率（WUE）Table 1 Evapotranspiration (ET) and water use efficiency (WUE)of winter oilseed rape under different treatments

RFMF和 FP下冬油菜耗水量与其产量和水分利用效率的关系如图6所示。RFMF下冬油菜耗水量与其产量和水分利用效率的线性关系的斜率分别为 18.540和0.026，而FP下分别为14.011和0.017。这说明在耗水量相同的情况下，RFMF下冬油菜的产量和水分利用效率均高于FP。

图6 不同种植方式下耗水量与冬油菜籽粒产量和水分利用效率的关系Fig.6 Relationship between evapotranspiration and seed yield, water use efficiency of winter oilseed rape under ridge film mulching and furrow planting pattern(RFMF) and flat planting pattern (FP)

2.5 氮素利用效率

不同种植方式和施氮量对冬油菜氮肥利用效率有显著影响（表2）。在相同种植方式下，NAE、NPE和NRE均随施氮量的增加先增加后降低，NPFP随施氮量的增加而降低。在RFMF下，N180处理的NAE、NPE和NRE基本均为最大，除2016―2017年NAE显著高于N240处理外，其他均与N240处理无显著差异；N240与N180处理的 NPFP也不存在显著差异。在 FP下，N180处理的NAE、NPE和NRE基本均为最大，且N180处理3 a的NAE均显著大于N240处理，NPE和NRE与N240处理均无显著差异（除2016―2017年NRE显著大于N240处理外）；N180处理的 NPFP与 N120处理无显著差异，2015―2016和 2016―2017年显著大于 N240处理（P＜0.05）。

在本研究中，因为RFMF和FP下氮肥农学利用率、生理利用率和吸收利用率的计算基数不同，故本研究采用氮肥偏生产力比较RFMF和FP处理的氮肥利用效率的差异。在相同施氮量下，RFMF处理冬油菜的氮肥偏生产力均大于FP，3 a的RFMF下N300处理的氮肥偏生产力均显著大于FP，平均可增加30.8%；2015—2016和2016—2017年RFMF下N240处理的氮肥偏生产力均显著大于FP，平均可增加39.0%。

RFMF和 FP下施氮量与冬油菜的氮肥农学利用效率、生理利用率和吸收利用率均呈二次抛物线关系，与氮肥偏生产力呈线性关系（图7）。由图7也可以看出，在相同施氮量下，RFMF下冬油菜的氮肥农学利用效率、吸收利用率和氮肥偏生产力均明显大于FP。而对于氮肥生理利用效率，当施氮量小于244.8 kg/hm2时，RFMF大于FP；当施氮量大于244.8 kg/hm2时，FP大于RFMF。

2.6 经济效益分析

表3为2014—2015年、2015—2016年和2016—2017年不同处理下冬油菜的经济效益分析。在相同种植方式下，冬油菜的净效益均随着施氮量的增加呈先增后减趋势。在RFMF方式下，N240处理的净效益最大，3 a每公顷的平均净效益（9 538 元/hm2）分别比 N0、N60、N120、N180和N300处理高8 428元、6 885元、4 202元、1 070元和1 308元。在FP方式下，N180处理的净效益最大，3 a每公顷的平均净效益（7 498元/hm2）分别比 N0、N60、N120、N240和N300处理高 6 078元、4 925元、2 520元、322元和1 070元。2种方式的最高净效益相比，RFMF平均可提高27.2%。

在相同施氮量下，2种种植方式下冬油菜的净效益可以60 kg/hm2分为2个阶段。在N0和N60施氮处理下，RFMF方式下冬油菜的净效益小于FP方式（2015—2016年N60施氮处理除外）；在N120、N180、N240和N300施氮处理下，RFMF方式下冬油菜的净效益大于FP方式。RFMF和FP方式下冬油菜的净效益之差在N0、N60、N120、N180、N240和N300施氮处理分别为–560～–115元/hm2、–490～735 元/hm2、165～485 元/hm2、480～1 435 元/hm2、1 570～3 420元/hm2和 1 165～3 055元/hm2。可见，在N240施氮处理下RFMF和FP方式下冬油菜的净效益之差最大。

表2 不同处理下冬油菜的氮肥农学利用率(NAE)、氮肥生理利用率(NPE)、氮肥吸收利用率(NRE)和氮肥偏生产力(NPFP)Table 2 Nitrogen agronomic efficiency (NAE), N physiological efficiency (NPE), N recovery efficiency (NRE),and N partial factor productivity (NPFP) of winter oilseed rape under different treatments

综合比较各处理的净效益，3 a的RFMF方式下N240处理均为最大，排名第1；RFMF方式下 N180和N300处理的净效益也很高，排名2或3位；而3 a的RFMF方式下 N0处理的净效益均为最低，排名第 12。可见，在RFMF方式下，高施氮量才能获得高效益，而低施氮量不适宜采用RFMF方式。

图7 不同种植方式下施氮量与冬油菜氮肥农学利用效率(NAE)、生理利用效率(NPE)、吸收利用效率(NRE)和偏生产力(NPFP)的关系Fig.7 Relationship between nitrogen application rate and nitrogen agronomic efficiency (NAE), physiological efficiency (NPE),recovery efficiency (NRE), and partial factor productivity (NPFP)of winter oilseed rape under different planting patterns

表3 2014—2015、2015—2016和2016—2017年不同处理下冬油菜的经济效益Table 3 Economic return of winter oilseed rape under different treatments in 2014-2015, 2015-2016 and 2016-2017

3 讨 论

3.1 地上部干物质量和氮素累积吸收量

大量研究表明，由于垄沟集雨种植方式下良好的水热条件，作物的根系得到改善，使土壤中的水分和养分更易被作物吸收和利用，进而转化为生物量[4,7,19-20]。本研究中，垄沟集雨种植的冬油菜，其地上部干物质量和氮素累积吸收量分别提高了 14.2%～61.5%和 17.4%～61.3%。这与李华等[21]的研究结果一致。

本研究中，在 2种种植方式下，适量施氮均能显著提高冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量，而过量施氮冬油菜的地上部干物质量和氮素累积吸收量均不再显著增加，甚至有下降趋势。这与左青松等[22]在冬油菜、Xue等[23]在蓖麻、Bu等[24]在玉米和Kamiji等[25]在马铃薯作物上的研究结果一致。

3.2 籽粒产量、耗水量和水氮利用效率

垄沟集雨种植能显著提高作物根区的土壤含水率，增加作物根区土壤水分的有效性[12,26]，进而提高作物产量、水分利用效率和氮肥偏生产力。本研究中，垄沟集雨种植能显著提高冬油菜产量15.5%～43.5%，水分利用效率25.5%～69.6%，降低冬油菜的耗水量3.4%～9.9%，该结果与周昌明[7]的研究结果一致，与 Qin等[8]和 Zhao等[11]的研究结果不一致。这可能是由作物耗水特征和生育期内降雨分布等不同造成的。Qin等[8]研究表明，垄沟集雨种植方式能够显著降低马铃薯生育初期和晚期的耗水量，而马铃薯生长旺期的耗水量却显著增加。垄沟集雨种植方式下冬油菜不同生育时期的耗水特征有待进一步研究。

氮肥对于提高作物产量和水分利用效率也非常重要。在有些情况下，即使在垄沟集雨种植条件下，作物的产量和水分利用效率也很低，这是由于作物的施氮量很低造成的[13,27]。本研究中，在垄沟集雨种植方式下，当施氮量在0～60 kg/hm2范围内，冬油菜的产量和水分利用效率维持在 1 062～1 579 kg/hm2和 3.1～5.6 kg/(hm2·mm)，而当施氮量增加至240 kg/hm2时，冬油菜的产量和水分利用效率增加至 2 606～3 202 kg/hm2和 7.8～9.5 kg/(hm2·mm)。本研究中，增加施氮量能显著增加冬油菜的耗水量，这与多数学者的研究结果一致[13,16]。这可能是因为施氮量增加后，作物的叶面积和地上部生物量显著增加，需要消耗更多的土壤水分[13,28]。

Yang等[29]在小麦和玉米的研究中发现，氮肥农学利用率、生理利用率、吸收利用率和偏生产力均随着施氮量的增加而直线降低。而Xue等[23]在蓖麻的研究中发现，随着施氮量的增加，蓖麻的氮肥吸收利用率先增加后降低，氮肥偏生产力则直线降低。本研究对冬油菜的研究结果与Xue等[23]的研究结果相似，而与Yang等[29]的研究结果不一致。究其原因，可能与作物种类及其产量大小有关。

2014—2015年和2016—2017年冬油菜的产量、水分利用效率和氮肥偏生产力均明显大于2015—2016年，通过分析3 a的降水量，笔者发现2014—2015年和2016—2017年3、4和5月的降水量远远大于2015—2016年，而3、4和5月正值中国西北地区冬油菜的花期和角果期，这也说明在西北干旱半干旱地区，应将有限的灌溉水在冬油菜的花期和角果期施入。

3.3 经济效益分析

周昌明[7]和张杰[10]在对夏玉米的研究中发现，与传统平作种植相比，垄沟集雨种植能得到较高的经济效益。汪磊等[30]在对胡麻的研究中也得到相似的结果。在本研究中，当施氮量较低时（0或60 kg/hm2），RFMF方式冬油菜的经济效益低于 FP，而当施氮量升高后（120～300 kg/hm2），RFMF方式冬油菜的经济效益远高于FP。究其原因，主要还是因为在低施氮量下，RFMF方式冬油菜的增产效果不明显，而且还有较高的薄膜和人工（机械）费用支出。因此，在低施氮量情况下，不适宜采用RFMF方式种植冬油菜。

张德军[31]研究表明春玉米的经济效益随施氮量的增加呈先增后减趋势，在施氮150 kg/hm2的经济效益最好；施氮过多（200 kg/hm2），不仅春玉米的产量降低，而且肥料成本增加，使得经济效益不好；施氮过少（0、50和100 kg/hm2），成本虽不高，但产量很低，其经济效益也很差。本研究中，2种种植方式下冬油菜的经济效益均呈现出随施氮量的增加先增加后降低的趋势，但 2种方式下最大经济效益的施氮量有所不同，RFMF方式在N240施氮处理最大，而FP方式在N180施氮处理最大。最主要的原因是RFMF方式在N240施氮处理下依然有增加冬油菜产量的能力，而FP方式在N240施氮处理下的冬油菜产量却开始降低。

3.4 适宜施氮量的确定

大量研究表明，适量施氮能显著促进作物生长、提高作物产量；而过量施氮却阻碍作物产量的形成[32-34]。而且，过量施氮还会引起一系列环境问题，比如：土壤中的硝态氮淋洗污染地下水[35]，温室气体N2O的大量排放[36]，果实（籽粒）品质下降[37-38]等。因此，确定不同作物在不同环境下的适宜施氮量至关重要。本文针对垄沟集雨种植和传统平作种植方式下冬油菜适宜的施氮量进行了研究。在传统平作种植方式下，施氮量180 kg/hm2能显著提高冬油菜的地上部干物质量、氮素累积吸收量、籽粒产量和水分利用效率，且氮肥利用效率降低不多，而当施氮量超过180 kg/hm2时，冬油菜的地上部干物质量、氮素累积吸收量和籽粒产量不再显著变化，而水分和氮肥利用效率显著降低。因此，在传统平作种植方式下，冬油菜的适宜施氮量为180 kg/hm2，这与李志玉等[33]和邹娟等[34]的研究结果相似。

在垄沟集雨种植方式下，当施氮量超过 240 kg/hm2时，冬油菜的地上部干物质量、氮素累积吸收量和籽粒产量不再显著变化，而水分和氮肥利用效率显著降低。因此，在垄沟集雨种植方式下，冬油菜的适宜施氮量为240 kg/hm2。垄沟集雨种植方式下冬油菜的适宜施氮量比传统平作种植高60 kg/hm2，这可能是因为在垄沟集雨种植方式下，冬油菜根区的土壤含水率较高，能促进油菜根系对氮素的吸收。

本文主要针对不同种植方式和施氮量下冬油菜的产量和水氮利用效率进行了研究，而不同种植方式和施氮量下土壤硝态氮分布和温室气体的排放还有待研究。

4 结 论

1）与垄沟集雨（ridge film mulching and furrow planting，RFMF）相比，传统平作（flat planting，FP）种植方式下冬油菜的地上部干物质量（aboveground dry matter，ADM）显著增加 14.2%～61.5%、氮素累积量显著增加17.4%～61.3%、籽粒产量显著增加15.5%～43.5%和水分利用效率（water use efficiency，WUE）显著提高25.5%～69.6%，同时冬油菜的耗水量（evapotranspiration，ET）显著降低3.4%～9.9%。

2）RFMF方式下，冬油菜的ADM、氮素累积吸收量、籽粒产量和WUE在0～240 kg/hm2施氮量范围内，随施氮量的增加均呈显著增加趋势，超过该范围后，ADM和氮素累积吸收量不发生显著变化，ET显著增加，籽粒产量和WUE显著降低；FP方式下，该施氮量范围为0～180 kg/hm2。2种种植方式下，冬油菜的氮肥农学利用率（NAE）、生理利用率（NPE）和吸收利用率（NRE）均随施氮量的增加呈先升后降趋势，基本均在N180处理达到最大值；冬油菜的NPFP随施氮量的增加而降低。

3）RFMF方式下，N240处理冬油菜的籽粒产量和净效益最高，3 a平均为3 002 kg/hm2和9 538元/hm2；FP方式下，N180处理冬油菜的籽粒产量和净效益最高，3 a平均为2 291 kg/hm2和7 498元/hm2；2种种植方式的最高产量和净效益相比，RFMF可分别提高31.0%和27.2%。因此，在中国西北地区采用垄沟集雨种植能显著提高冬油菜的生产力，且适宜施氮量为240 kg/hm2。

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