新型氮智能肥料配方对马铃薯产量与品质的调控机制研究

《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》：Effects of Novel Nitrogen Smart Fertilizer Formulations on Potato Production and Quality

本研究针对氮肥施用引发的环境问题，创新性地将亚甲蓝（BM）与没食子酸（GA）作为硝化抑制剂和脲酶抑制剂，开发出多层包膜尿素肥料（BM、GA、BMGA、GABM）。通过两年田间试验发现，BM处理在100%推荐氮量下使马铃薯产量提升77%，且75%用量即可达到传统尿素全量效果，同时降低块茎总凯氏氮含量7%。该研究为减少农业氮污染、实现减肥增效提供了可持续解决方案。

　　

随着全球人口增长和粮食需求上升，氮肥在农业生产中扮演着关键角色，但传统尿素肥料在施用后易通过硝化作用转化为硝态氮（NO₃^-），引发水体富营养化等环境问题。马铃薯作为全球第四大粮食作物，对氮肥需求高，但其根系浅、生长周期短的特点加剧了氮素流失风险。为解决这一矛盾，研究人员将目光投向“智能肥料”——通过包膜技术或添加抑制剂调控氮素释放，实现作物需求与养分供给的同步。然而，现有智能肥料多依赖合成聚合物或无机抑制剂，存在环境残留毒性隐患。因此，开发基于生物可降解材料的新型抑制剂成为可持续农业的重要方向。

本研究由意大利帕多瓦大学团队主导，发表于《Journal of Soil Science and Plant Nutrition》。研究人员利用亚甲蓝（BM）和没食子酸（GA）分别作为硝化抑制剂和脲酶抑制剂，通过多层包膜技术制备了四种新型尿素肥料（BM、GA、BMGA、GABM），并以商业抑制剂NBPT尿素为对照，探究其对马铃薯产量、品质及环境的影响。

关键技术方法

研究在意大利帕多瓦实验农场开展两年田间试验，采用随机区组设计，比较12种施肥处理（包括未施肥对照和常规尿素对照）。通过监测作物物候期（基于BBCH标准与生长度日GDD模型）、植株高度、块茎产量与氮含量，并结合土壤分层采样（0–20 cm、20–40 cm）及渗漏水硝态氮浓度分析，综合评价肥料效果。数据通过广义线性混合模型（GLMM）和非线性生长模型进行统计分析。

研究结果

1. 作物物候与植株生长

基于GDD的物候模型显示，不同施肥处理未显著改变马铃薯的生育进程，但植株高度受肥料类型影响显著。BM处理在100%推荐氮量下植株最高（56.3 cm），显著优于常规尿素（42.1 cm），表明BM能促进营养生长。

2. 块茎产量与品质

BM-100处理的总产量和商品薯产量最高（40.3 t·ha^-1和34.3 t·ha^-1），较未施肥对照增产77%。值得注意的是，所有智能肥料在75%氮量下的产量与常规尿素全量处理无显著差异，且块茎总凯氏氮（TKN）含量降低7%。此外，BM-100处理的小薯比例（15.4%）显著低于常规尿素（28.3%），说明其能优化块茎商品性。块茎干物质含量受年份影响显著，但各处理间无差异。

3. 环境效应

渗漏水硝态氮浓度在BMGA-100和NBPT-100处理中最高（198.7 mg·L^-1和169.2 mg·L^-1），而单抑制剂处理（BM、GA）与常规尿素无显著差异。土壤氮动态分析表明，尿素处理在收获期表层土壤硝态氮降幅最大，可能因作物早期耗竭所致；而智能肥料处理土壤氮变化平稳，反映其缓释特性。

4. 土壤氮形态与块茎氮积累

土壤中总凯氏氮（TKN）稳定性最高，硝态氮为主要动态氮库。块茎TKN含量随施氮量增加而上升（100%量处理为1.13%），但肥料类型未显著影响该指标。

结论与意义

本研究首次将BM作为硝化抑制剂应用于马铃薯智能肥料，证实其能显著提升产量并优化块茎规格。智能肥料在减氮25%条件下仍保持高产，凸显其减肥增效潜力。然而，复合抑制剂（BMGA、GABM）未表现出协同优势，可能与抑制剂间拮抗作用有关。环境方面，硝态氮淋失的高变异性和特定处理（如BMGA）的负面效应提示需进一步优化抑制剂配比。该研究为开发低环境风险的氮肥提供了新思路，但未来需结合微生物组学深入探究抑制剂与土壤生态的互作机制。