水稻氮素利用效率与稻田氨挥发关系的系统解析：从关键生育期调控到功能叶形态优化

本研究针对稻田氮肥利用率低和NH3挥发污染的双重挑战，通过整合meta分析和田间试验，首次揭示氮素利用效率(NUE)与NH3挥发的权衡关系，发现分蘖期氮吸收能力是核心调控靶点，功能叶角度通过影响根系伤流液量和叶面积指数(LAI)间接调控NH3挥发，为协同提升水稻产量和环境可持续性提供新策略。

　　

【研究背景】
在全球粮食安全与环境保护的双重压力下，水稻生产面临一个尖锐矛盾：氮肥施用保障产量的同时，约50%的氮素通过NH₃挥发等途径流失。稻田特殊的淹水环境造就了"高pH微区"和弱硝化作用，使得NH₃挥发成为氮素损失的主要通道。更棘手的是，分蘖期高温与植被覆盖不足的"双重暴击"，使施肥后短期内NH₃挥发量激增。尽管提高氮素利用效率(NUE)被寄予厚望，但前人研究对NUE与NH₃挥发的关系存在争议——Chen等(2020)认为二者无直接关联，而Tian等(2023)则发现推迟分蘖肥可同步提升NUE并降低NH₃挥发。这种认知鸿沟背后，是土壤性质、施肥方式和品种特性等因素的复杂交织。

为破解这一难题，江苏省农业科学院等机构的研究团队在《Field Crops Research》发表重要成果。研究团队创新性地采用"大数据+田间验证"双轮驱动策略：先通过整合332组观测数据的meta分析建立全局规律，再以2年田间试验锁定关键生育期，最终揭示功能叶形态的"隐形调控"作用。

【关键技术】

1. 基于PRISMA标准的meta分析，纳入332组NUE与NH₃挥发配对数据，采用Egger检验和Rosenberg’s Nfs评估发表偏倚；
2. 2年田间定位试验，设置不同水稻品种和氮肥类型处理，动态监测各生育期NH₃挥发通量；
3. 分蘖期关键指标测定：根系伤流液量（反映氮吸收活性）、叶面积指数(LAI)（冠层覆盖度）、功能叶角度（形态特征）。

【研究结果】

1. Meta分析揭示NUE与NH₃挥发的"此消彼长"
   • 定量关系：NH₃挥发与NUE呈显著负线性相关(y=?0.0238x+2.6804, P<0.001)，与施氮量呈正相关(y=0.006x+2.6028, P<0.001)
   • 阈值效应：施氮量≤150 kg/ha时各因素无显著影响；≥250 kg/ha时土壤pH和氮肥类型主导NH₃挥发

2. 田间试验锁定分蘖期"黄金窗口"
   • 唯分蘖期存在NH₃挥发与氮吸收的显著负相关(y=?0.68x+0.779, P<0.001)
   • 根系伤流液量(y=?0.71x+0.814)和LAI(y=?0.61x+0.672)是分蘖期NH₃挥发的关键抑制因子

3. 功能叶角度的"枢纽作用"
   • 功能叶角度与氮吸收能力、根系伤流液量、LAI均呈显著正相关
   • 直立叶型通过增强冠层透光率，促进分蘖期氮素同化，减少NH₄⁺残留

【结论与意义】
该研究首次系统论证NUE与NH₃挥发的权衡关系，突破性地发现：分蘖期是调控二者的关键窗口，功能叶角度通过"形态-生理-微环境"三级调控网络影响NH₃挥发。这一发现将传统施肥策略优化提升至"形态构型设计"新维度，为培育"低挥发高NUE"水稻品种提供具体靶标——直立功能叶。实践层面，建议在分蘖期采用缓释氮肥配合直立叶型品种，可望实现"减挥发"与"提效率"的双赢。该成果为水稻绿色生产提供了兼具理论深度和应用价值的科学范式。