丹麦马铃薯水氮协同管理下的农业环境效应：提升资源利用效率与减少硝酸盐淋失的策略研究

为解决马铃薯种植中水资源浪费、氮肥利用率低及硝酸盐淋失污染等问题，研究人员在丹麦沙质土壤上开展灌溉与氮肥协同调控的田间试验，通过比较全量、亏缺和低量灌溉结合全量与变量施氮的处理，发现亏缺灌溉（Idef）在维持产量的同时显著提高灌溉效率（IE）并减少硝酸盐淋失，而变量施氮（Nvar）虽降低生物量但未显著提升氮利用效率（NUE）。该研究为干旱热浪频发条件下的马铃薯绿色生产提供了重要的农艺策略和环境依据。

　　

马铃薯是全球重要的粮食作物，但在欧洲等高产地区，其种植仍面临资源过度消耗和环境污染的双重挑战。尤其是在沙质土壤上，灌溉水易渗漏，氮肥利用率低，导致硝酸盐淋失严重，加剧地下水富营养化风险。同时，气候变化引发的干旱和热浪频率增加，进一步威胁马铃薯的生产稳定性。如何通过优化水氮管理实现资源高效利用与环境减排的平衡，成为当前农业可持续发展的重要课题。

在这项发表于《European Journal of Agronomy》的研究中，来自丹麦奥胡斯大学 agroecology 系的研究团队 Junxiang Peng、Kiril Manevski、Kirsten K?rup、David Parsons 和 Mathias Neumann Andersen，通过2017–2019年的田间试验，系统探究了不同灌溉和氮肥管理对马铃薯生长、资源利用效率及硝酸盐淋失的影响。

研究在丹麦中部粗沙质土壤上进行，设置了三种灌溉处理：全量灌溉（I_full）、亏缺灌溉（I_def，70–80% I_full）和低量灌溉（I_low，仅维持作物存活），并结合两种施氮方式：全量施氮（N_full）和变量分次施氮（N_var）。通过监测土壤水分亏缺（SWD）、植物蒸腾、冠层光拦截（f_Ipar）、生物量、氮吸收（PNU）、淀粉产量（SY）及硝酸盐淋失等指标，综合评估了不同处理的表现。

关键技术与方法方面，研究结合田间观测与模型模拟：利用时域反射计（TDR）监测土壤水分，陶瓷吸力杯采集土壤溶液并测定硝酸盐浓度；基于 Daisy 模型模拟水分渗漏和硝酸盐淋失；通过主动传感器测量冠层反射率计算光拦截；采用株流计监测植物蒸腾；应用线性混合效应模型进行统计分析，评估灌溉、施氮和年份的交互效应。

3.1. 气象条件、土壤水分亏缺与植物蒸腾

2018年遭遇高温热浪，日均温达17.3℃，辐射增强，降水减少，导致严重干旱。I_low处理下土壤水分亏缺显著高于其他处理，植物蒸腾速率降低60%，显著抑制了马铃薯生长。而I_def与I_full处理在水分保持和蒸腾效率上无显著差异，表明亏缺灌溉在节水的同时未明显影响作物生理活动。

3.2. 光拦截与生物量收获

I_low处理的光拦截率（f_Ipar）和生物量（鲜重与干重）均显著低于I_full和I_def，尤其在2018年干旱期间差异突出。变量施氮（N_var）处理的生物量和氮吸收也显著低于全量施氮（N_full），说明分次施氮未能有效维持产量水平。

3.3. 氮与淀粉含量

I_low处理下植株氮浓度（PNC）更高，但淀粉含量（S_C）和淀粉产量（SY）显著降低，表明干旱胁迫限制了同化物向块茎的转运。变量施氮虽降低了氮投入，但并未提高氮利用效率（NUE）。

3.4. 土壤硝酸盐淋失

硝酸盐淋失在年际间和处理间无显著差异，但趋势上I_low和N_var组合的淋失量较低。2019年正常气候下，I_def处理的淋失量较I_full减少9–13%，表明适度亏缺灌溉可降低环境风险。

3.5. 资源利用效率分析

亏缺灌溉（I_def）的灌溉效率（IE）比全量灌溉提高31–32%，辐射利用效率（RUE）与全量处理相当。变量施氮未显著改善氮利用效率（NUE），且其辐射利用效率显著低于全量施氮。

研究结论表明，亏缺灌溉（I_def）是平衡马铃薯生产和环境影响的优化策略，能在节水的同时维持产量和资源效率。变量施氮虽减少了氮投入，但未能显著提升氮利用效率，反映出当前分次施氮技术在马铃薯精准需求量化方面的不足。未来需重点开发基于遥感技术的作物氮素实时监测方法，实现水氮协同的精准管理。该研究为气候变暖背景下马铃薯生产的绿色转型提供了实证支持，对减少农业面源污染、提升资源利用效率具有重要指导意义。