油菜是我国重要的油料作物,长江流域是我国最大的冬油菜种植区,其种植面积和总产占全国90%左右,该区域油菜生产对保障我国食用油安全具有重要意义。冬油菜氮肥需求量大,实际生产中氮肥过量或不足现象同时存在、运筹不合理、种类结构单一、施用方式粗放等现象均很普遍。氮肥不合理施用造成了油菜产量潜力得不到充分发挥,氮肥利用率降低等一系列影响油菜高产高效的问题。为此本研究选取长江流域冬油菜主产区开展冬油菜氮肥多年多点田间试验,通过研究和比较不同生产场景下氮肥用量、运筹、种类、施用方式以及根层土壤氮素调控等技术措施,从冬油菜产量和产量构成因素、干物质累积和氮素吸收以及氮肥利用效率角度剖析合理氮肥施用对冬油菜产量形成和氮素吸收利用的机制,以期为建立冬油菜氮素管理策略提供科学依据。主要研究结果如下:(1)根据栽培模式、轮作方式、种植密度、生态条件等进行合理氮肥用量的精准调控。栽培模式导致冬油菜对氮肥的响应不同。移栽冬油菜产量水平明显高于直播冬油菜,平均增产15.3%,较高单位面积角果数是移栽油菜获得高产的重要保障,移栽冬油菜单位面积角果数比直播冬油菜多178.9个/m2。施氮显著提高了移栽和直播冬油菜干物质和氮素累积量,尤其是蕾薹期后增幅明显,相比不施氮处理,直播冬油菜平均增产率和氮素累积量增幅分别为255.9%和279.1%,明显高于移栽冬油菜。直播冬油菜氮肥农学利用率也高于移栽冬油菜,说明直播冬油菜对氮肥响应更为敏感。目标产量为1000~2000 kg/hm2时,移栽和直播冬油菜氮肥推荐用量分别为151.5 kg/hm2和149.0 kg/hm2;目标产量为2000~3000 kg/hm2时,移栽和直播冬油菜氮肥推荐用量分别为208.3 kg/hm2和214.7 kg/hm2。相同产量水平下,移栽冬油菜比直播冬油菜节约氮肥35.7 kg/hm2。不同轮作模式下土壤供氮能力的差异影响冬油菜施氮效果和适宜施氮水平。棉花-油菜轮作油菜产量显著高于水稻-油菜轮作,平均增产27.9%。不施氮处理下水稻-油菜轮作油菜产量显著低于棉花-油菜轮作,说明棉花-油菜轮作土壤供氮能力明显高于水稻-油菜轮作。水稻-油菜轮作平均增产率和农学效率分别为84.0%和6.0 kg/kg,显著高于棉花-油菜轮作,说明水稻-油菜轮作冬油菜产量对氮肥依赖性更大。氮肥施用在轮作体系中发挥着重要作用,适当增加氮肥可以弥补水稻-油菜轮作的供氮不足,缩小两种轮作模式的产量差。水稻-油菜冬油菜适宜氮肥用量为210.8 kg/hm2,而相同产量水平下,棉花-油菜轮作可以节约氮肥56.3 kg/hm2。栽培密度与氮肥显著影响了冬油菜产量及产量构成因素。优化栽培密度是获得高产的前提,高密度可以影响个体干物质积累并减少了单株角果数,施氮能够提高单株角果数从而增加产量。低密度条件下,冬油菜产量随着氮肥用量的增加而增加;高密度条件下,过量氮肥投入对产量并无显著影响。目标产量为3000kg/hm2时,区域移栽冬油菜常规栽培密度为9.0×104株/hm2,如果密度可以增加到10.0~12.0×104株/hm2,最佳施氮量可降低10.3%~23.7%;相反,当密度降低到7.0~8.0×104株/hm2时,适当增加氮肥供应13.9%~34.8%可以获得目标产量。苗期渍水对油菜产量形成的抑制作用以及氮肥对受渍冬油菜生长的缓解效应。苗期渍水明显抑制了冬油菜生长,叶片数、叶面积和SPAD值均有不同程度下降,渍水减少了油菜干物质累积和氮素吸收利用,对油菜生长造成了不可恢复的影响。苗期渍水处理显著降低了油菜产量,减产达23.6%,成苗密度和单株角果数下降是引起产量降低的重要原因,分别下降了7.6%和20.4%。氮肥施用促进了油菜生长发育,改善了群体质量,缓解了苗期渍水造成的产量损失,并且缓解效应与氮肥投入量存在直接关系,合理增施氮肥对苗期渍水油菜生长恢复具有很好的补偿效应。在保证产量不下降的情况下,排水处理要比渍水处理节约氮肥59.2 kg/hm2。(2)根据栽培模式和土壤供氮能力进行合理的氮肥运筹。与氮肥全部基施相比,移栽冬油菜氮肥60%基施、40%作越冬肥追施;直播冬油菜氮肥60%基施、20%作苗肥、20%作越冬肥追施效果最好,增加了油菜产量,提高了氮肥利用率。其中,产量增幅分别为14.7%和21.7%,氮素累积量增幅分别为19.8%和27.8%。各试验点氮肥运筹效果表现出的差异主要取决于土壤供氮能力。(3)控释尿素施用为氮肥一次性施用和减少氮肥施用提供了可行性,而控释尿素与普通尿素配施进一步降低了油菜生产成本。与普通尿素相比,移栽和直播冬油菜控释尿素平均增产率分别为7.4%和11.5%,控释尿素在低氮(90 kg/hm2)水平上的增产效果好于中高氮水平,说明控释尿素减量施用具有可行性。低氮水平条件下控释尿素增产原因主要是依赖于花后干物质和氮素累积量的显著增加,随着氮肥用量增加,控释尿素相比普通尿素增产率是逐渐降低的,其中,控释尿素施氮180 kg/hm2既能够获得较高产量又可进一步降低氮肥用量。控释尿素和普通尿素配施不仅可以减少生产成本,还可以通过适宜配施比例协调土壤、肥料氮素供应和冬油菜氮素需求,进而增加产量,提高氮肥利用率。基于产量和控释尿素与普通尿素配施比例存在的线性加平台关系,等氮量条件下,移栽冬油菜控释尿素与普通尿素最佳配施比例为42%控释尿素和58%普通尿素;直播冬油菜为60%控释尿素和40%普通尿素。(4)根据栽培模式和土壤供氮能力确定合理氮肥施用方式。施氮方式对油菜产量、氮素吸收和利用率产生了显著影响,施肥效果总体表现为氮肥集中施用>翻施>表施的趋势。与表施处理相比,移栽和直播冬油菜氮肥集中施用产量平均增幅分别为18.2%和23.8%。集中施用处理可以明显提高两种栽培模式冬油菜干物质累积,尤其是促进了花后地下部干物质和地上部干物质同步累积,从而提高油菜产量。结合冬油菜栽培模式,实际生产中移栽和直播冬油菜应该分别采取穴施或条施的氮肥集中施用技术。(5)基于土壤Nmin测试根层氮素管理可以有效匹配土壤氮素供应和冬油菜氮素吸收。基于两季研究结果,利用对数函数描述土壤氮素供应和冬油菜相对氮素吸收量之间的关系,可以得出移栽到越冬期、越冬期到蕾薹期、蕾薹期到花期、花期到成熟期的最佳氮素供应目标值分别为105~128,95~105、94~102和71~73kg N/hm2,根层氮素管理在温暖冬季或者正常气候条件下相比经验氮肥管理效果会更好。