优化氮管理以提升内蒙古西部半干旱区甜菜产量并减少面源污染：基于13C/15N示踪与代谢组学的启示

《Journal of Environmental Management》：Improving nitrogen management and mitigating pollution in semi-arid areas of Western Inner Mongolia, China: Insights from sugar beet cultivation

本文推荐：本研究以内蒙古西部半干旱区甜菜为案例，集成13C/15N同位素示踪、代谢组学和酶学分析，揭示优化施氮量（180 kg ha?1）通过增强硝酸还原酶（NR）活性、协调碳氮分配，实现最高糖产量（14.55 Mg ha?1）和氮肥回收率（40.73%），同时减少土壤氮残留。该策略为半干旱区作物精准氮管理提供了生理代谢层面的新见解。

　　

Highlight

半干旱地区农业面源污染的缓解迫切要求从单纯追求产量的施肥策略转向优化生产力与环境可持续性之间平衡的方案。我们以中国内蒙古西部半干旱区的甜菜为案例，结合¹³C/¹⁵N同位素示踪、代谢组学和常规生理生化分析的综合分析表明，优化施氮量（180 kg ha^?1，N180）通过同步提高早期硝酸还原酶（NR）活性、增强¹⁵N向直根部的分配以及后期¹³C同化，实现了甜菜产量和氮肥利用效率的最佳协同。这一协同作用使得根和糖积累期的¹⁵N回收率达到最高（40.73%），并获得14.55 Mg ha^?1的最大糖产量，分别比N60和N300处理高出20.9%和12.7%。相反，过量施氮（N300）导致茎秆δ¹⁵N在根和糖积累期下降最小，¹⁵N积累量更高且部分氮平衡比N180高53.0%，表明氮的再转运严重受损，更多的残留氮易于向环境流失。在氮限制条件下（N60），叶片通过糖酵解-磷酸戊糖途径-三羧酸循环维持能量供应，而直根部则通过核苷酸补救途径采取低能量状态，这可能是作物对氮限制的一种适应机制。

Conclusion

在中国内蒙古西部半干旱区，优化甜菜的氮供应对于协调碳氮分配、提高¹⁵N回收效率至关重要，从而提升当地甜菜生产的可持续性。本研究证实，180 kg ha^?1的施氮量（N180）在生长早期提高了硝酸还原酶活性，并促进了¹⁵N向直根部的分配，从而增强了库的建立以适应半干旱环境。