不同水分条件下基于临界氮浓度稀释曲线的芝麻施氮量优化研究

为解决南方红壤区季节性干旱和土壤肥力低导致的芝麻产量与品质受限问题，研究人员开展不同水分条件下芝麻临界氮浓度（Nc）稀释曲线研究，得出干湿年统一 Nc方程，确定适宜施氮量，为芝麻氮素管理提供理论依据。

　　

研究背景与意义

芝麻（Sesamum indicum L.）作为重要的油料作物，其种子富含油脂和蛋白质。然而，在中国南方红壤地区，季节性干旱和土壤肥力低下严重制约了芝麻的产量和品质。一方面，干旱胁迫会导致芝麻产量大幅下降，如干旱年较湿润年减产达 53.3%；另一方面，不合理的氮素管理不仅会造成环境污染，还会降低氮素利用效率。因此，如何在不同水分条件下优化氮素管理，成为保障芝麻生产可持续性的关键问题。

为解决这一难题，江西省农业科学院作物研究所的研究人员开展了相关研究。他们旨在通过构建不同水分条件下芝麻的临界氮浓度（N_c）稀释曲线，明确氮素营养状况与产量的关系，为精准施肥提供科学依据。该研究成果发表在《Agricultural Water Management》，为干旱易发生地区的芝麻生产提供了重要的理论支持和实践指导。

主要研究方法

研究采用两因素随机区组设计，在江西东乡、进贤、高安等地进行田间试验，涉及两个芝麻品种（金黄麻和赣芝 14）和五种施氮水平（0、45、90、135、180 kg?ha?1）。通过测定不同生育期的干物质（DM）、氮浓度、土壤水分含量、叶片水势等指标，构建 N_c稀释曲线，并计算氮营养指数（NNI）和累积氮 deficit（N_and）。利用方差分析（ANOVA）、回归分析等统计方法验证模型的有效性，并确定最佳施氮量。

研究结果

3.1 氮素与水分对产量和生物量的影响

干旱年（2022 年）芝麻产量显著低于湿润年（2023 年），且品种间存在差异（金黄麻产量高于赣芝 14）。施氮量对产量的影响呈二次曲线关系，干旱年最佳施氮量为 90 kg?ha?1（N2），湿润年为 135 kg?ha?1（N3）。生物量积累趋势与产量一致，干旱年生物量在 N2 后趋于稳定，湿润年则在 N3 后稳定。

3.2 氮浓度动态变化

氮浓度受水分和施氮量影响显著。干旱年早期氮浓度较低，后期较高；湿润年氮浓度随施氮量增加而升高，但生育后期呈下降趋势。品种间早期氮浓度存在差异，金黄麻在 30d 和 42d 时氮浓度高于赣芝 14，后期差异减小。

3.3 临界氮浓度稀释曲线的构建

不同品种在相同水分条件下的 N_c稀释曲线无显著差异，可合并为统一曲线。干旱年方程为 N_c=3.05 DM^-0.24，湿润年为 N_c=2.60 DM^-0.29，决定系数（R2）均高于 0.97，表明模型具有良好的拟合度。

3.4 模型验证与氮素营养指标

独立试验验证表明，N_c曲线能有效区分氮限制与非限制条件。NNI 和 N_and与产量呈显著正相关，NNI 接近 1 时产量最高，N_and在最佳施氮量时接近零，表明两者可作为氮素营养诊断的可靠指标。

3.5 氮素利用效率与相关性分析

氮素农学效率（AE）、回收效率（RE）和生理效率（PE）与 NNI 呈负相关，表明高氮水平虽提高产量，但降低氮素利用效率。湿润年 NNI 与产量相关性更强（R>0.90），说明水分充足时氮素对产量的影响更显著。

结论与讨论

本研究首次构建了不同水分条件下芝麻的 N_c稀释曲线，发现干旱胁迫会提高临界氮浓度，降低氮浓度随生物量增加的下降速率。统一的 N_c模型为芝麻氮素管理提供了普适性工具，通过 NNI 和 N_and可精准诊断氮素状况，确定最佳施氮量（干旱年 90 kg?ha?1，湿润年 135 kg?ha?1）。该研究不仅揭示了水分与氮素互作的机制，还为红壤区芝麻生产的可持续性提供了科学依据，有助于减少氮肥浪费和环境污染，提升作物生产力。未来研究可进一步扩展至不同生态区和品种，完善模型的适用性，为气候变化下的精准农业提供更全面的支持。