通过15N标记技术研究亏缺灌溉对樱桃番茄-土壤系统中追施尿素命运的影响

《Agricultural Water Management》：Effect of deficit irrigation on the fate of topdressing urea in a cherry tomato-soil system as assessed by 15N-labeling

温室樱桃番茄氮肥分次追施与灌溉率交互作用研究。通过两年未标记大田实验和15N标记微区实验，发现灌溉率显著影响产量（100%ET0较60%ET0增产22.2%）和植株氮积累，而分次追肥日期（M1/M2/M3）对土壤残留氮影响显著。结果指出推迟追肥日期（M3）可减少氮素损失（4.6%-14.1%），但降低植株氮吸收效率（21.2%），而高灌溉率（I100）配合早期追肥（M1）可最大化氮素利用率（64.9%）。

　　在现代温室农业中，尤其是以樱桃番茄为主的高密度种植模式下，氮肥的使用量通常较大，而氮的利用效率却普遍较低，通常低于50%。这种低效的氮利用不仅导致土壤中氮的显著积累，特别是硝酸盐（NO??）形式的氮，还对环境造成潜在的负面影响。因此，如何优化氮肥的施用时间和灌溉策略，以提高氮肥利用效率并减少氮损失，成为当前农业研究的重要议题。本研究通过两年的温室樱桃番茄试验，结合未标记的大田实验和1?N标记的微区实验，深入探讨了不同灌溉方式与氮肥施用时间对氮肥在樱桃番茄-土壤系统中命运的影响。

### 1. 实验设计与方法

实验地点位于中国西北地区的陕西杨凌，选择了一座太阳能温室进行研究。该地区的气候属于半湿润易旱型，年均气温约为13℃，年均降水量为585毫米。实验中，研究人员设置了两种灌溉处理：一种是按照参考作物蒸散发量（ET?）的100%进行灌溉（I100），另一种是按照60%进行灌溉（I60）。所有处理均施加了相同量的尿素氮（360千克/公顷），但施肥时间被分为五个阶段，分别在移栽后第24、35、49、67和78天进行，确保氮肥的逐步供给。同时，每种处理中都选取了三块微区进行1?N标记实验，以追踪不同阶段施用的氮肥在樱桃番茄植株和土壤中的分布情况。

为了减少边缘效应，实验中仅对每块试验田的中间行进行采样。在每次施肥后，研究人员对植株进行破坏性采样，以测定其干物质和氮含量。采样频率约为每两周一次，覆盖整个生长周期。此外，为了评估氮肥的利用效率，研究人员还采集了土壤样本，并利用1?N同位素分析技术，测定土壤和植株中氮的来源及分配情况。

### 2. 实验结果与分析

实验结果表明，氮肥的施用时间和灌溉策略对樱桃番茄的生长和氮利用效率有显著影响。在两年实验中，灌溉量的增加显著提高了樱桃番茄的产量和干物质积累，其中I100处理下的产量比I60处理高22.2%，干物质积累也提高了12.9%。然而，灌溉量的增加并未显著提高植株氮的利用效率，反而导致土壤中氮的残留率降低，这可能与灌溉增加了氮的淋失和气体损失有关。

另一方面，氮肥施用时间的延迟则显著提高了土壤中氮的残留率，但降低了植株对氮的吸收效率。例如，在2019年，I60M3处理（即延迟施肥）的土壤氮残留率达到了65.5%，是所有处理中最高的，而I100M1处理则实现了最高的植株氮吸收效率（64.9%）。这表明，在不同的生长阶段施用氮肥，对氮的利用效率和土壤残留具有不同的影响。特别是在移栽后第35天（M2）和第49天（M3）施用的氮肥，其对植株氮积累的贡献率显著高于早期施肥（M1）。

此外，研究还发现，氮肥的施用时间对氮在植株不同器官中的分配具有重要影响。果实是氮吸收的主要部位，其氮含量占比最高，而根系和茎叶的氮含量则相对较低。在I100M1处理下，果实中的氮吸收比例达到了64.9%，而在I60M3处理下，土壤中的氮残留比例最高，达到了65.5%。这表明，合理的灌溉和施肥策略可以显著影响氮在植株和土壤中的分配，从而优化氮的利用效率。

### 3. 氮肥利用效率与环境影响

研究还发现，氮肥的利用效率与灌溉量和施肥时间密切相关。在相同的施肥时间下，较高的灌溉量有助于提高氮的利用效率，但同时也增加了氮的损失。例如，在I100处理下，氮肥的利用效率比I60处理高8.2%至8.9%。然而，这种效率的提升是以增加氮损失为代价的，尤其是在高灌溉量的情况下，氮的淋失和气体损失显著增加。

相比之下，延迟施肥时间虽然降低了氮的利用效率，但显著减少了土壤中的氮损失。这可能是由于延迟施肥使得氮的供应与作物的氮需求更加匹配，从而减少氮的无效流失。例如，在M3处理下，土壤中的氮残留率显著提高，而植株对氮的吸收则相对减少。这种现象可能与作物在生长后期对氮的需求减少有关，此时过量的氮肥更容易滞留在土壤中。

### 4. 讨论与意义

研究结果表明，在温室樱桃番茄生产中，优化氮肥施用时间和灌溉策略对于提高氮肥利用效率和减少氮损失具有重要意义。尽管高灌溉量可以提高产量和干物质积累，但其对氮肥的利用效率影响有限，甚至可能增加氮的损失。因此，在追求高产的同时，必须平衡氮肥的施用和灌溉的管理，以减少对环境的负面影响。

另一方面，延迟施肥时间虽然降低了氮的利用效率，但可以显著提高土壤中氮的残留率，这在一定程度上有助于维持土壤氮的供应，为后续作物提供养分。然而，这种策略可能并不适用于所有作物，特别是在生长初期对氮需求较高的作物中，过早的氮肥施用更为关键。

此外，实验还发现，氮肥的施用方式对氮的利用效率和损失具有重要影响。滴灌施肥相比传统的撒施方式，更有利于减少氮的残留和损失。这可能是因为滴灌施肥能够更精确地控制氮肥的供应，使其更符合作物的生长需求，从而提高氮的利用效率。

### 5. 局限性与未来研究方向

尽管本研究提供了关于温室樱桃番茄氮肥施用和灌溉策略的详细数据，但其结果仍存在一定的局限性。首先，氮气损失的估算主要依赖于间接方法，可能引入误差。因此，未来研究应结合现场气体通量监测技术，以更准确地量化氮的损失情况。其次，实验条件受限于温室环境和土壤类型，因此其结果可能难以直接推广到露天农田或其他土壤类型。未来研究应考虑在不同的农业和环境条件下进行验证，以提高研究的普适性。

最后，本研究仅使用了一个番茄品种（‘Pink Rose M-2’），这可能限制了研究结果在其他番茄品种中的适用性。因此，未来研究应涵盖更多品种，以评估不同基因型对氮肥施用和灌溉策略的响应差异，从而为温室番茄生产提供更加全面的管理建议。

### 6. 结论

综上所述，本研究通过两年的温室樱桃番茄实验，揭示了灌溉量和氮肥施用时间对氮肥在植株和土壤中命运的影响。研究发现，较高的灌溉量虽然能够提高产量和干物质积累，但对氮肥的利用效率影响有限，甚至可能增加氮的损失。而延迟氮肥施用时间则有助于提高土壤中氮的残留率，但会降低植株对氮的吸收效率。因此，为了在提高氮肥利用效率的同时减少氮损失，建议在樱桃番茄生长的中后期减少氮肥的施用量，并根据其氮需求调整施肥时间。这不仅有助于提高氮肥的利用效率，还能减少对环境的负面影响，实现农业生产的可持续发展。