基于临界氮浓度的南疆无膜滴灌棉花氮营养诊断与综合评价研究

为解决南疆无膜滴灌棉花氮营养诊断难题，研究人员通过设置两种灌溉量（45和54 mm）和三种施氮量（150、225、300 kg ha?1 ），构建了棉花临界氮稀释曲线（CNDC）模型，并评估水氮互作对棉花生长及产量的影响。结果表明，适度增加灌溉和施氮可提高籽棉产量和氮偏生产力（PFPN ），而过量水氮会导致氮流失。研究为干旱区棉花精准水氮管理提供了理论依据，发表于《Agricultural Water Management》。

　　

在全球淡水资源日益紧缺的背景下，干旱半干旱地区的农业生产面临严峻挑战。新疆作为中国最大的优质棉产区，其棉花种植面积占全国的84.98%，产量占比高达90.99%。然而，传统覆膜滴灌技术虽能提高产量，却导致严重的残膜污染，威胁农业可持续发展。此外，气候变化加剧了塔里木河流域极端高温事件，进一步影响棉花生产。如何在不覆膜条件下实现水氮高效利用，成为南疆棉花产业亟待解决的科学问题。

针对这一难题，新疆阿拉尔现代农业院士专家工作站的研究团队开展了一项开创性研究。他们以无膜滴灌棉花为对象，通过两年田间试验，系统探究了不同水氮组合对棉花氮营养状况及产量的影响，并首次构建了适用于该区域的临界氮稀释曲线（CNDC）模型。研究成果发表在农林科学领域权威期刊《Agricultural Water Management》上，为干旱区棉花绿色生产提供了精准管理工具。

研究采用了两大关键技术方法：一是基于Penman-Monteith方程的灌溉调度，设置45 mm（W1）和54 mm（W2）两种灌溉量，结合150（F1）、225（F2）、300 kg ha^?1
（F3）三种施氮水平，形成6种处理；二是通过Smartchem 200全自动化学分析仪测定土壤和植株全氮含量，结合干物质积累动态建立CNDC模型，并计算氮营养指数（NNI）进行营养诊断。

研究结果

1. 土壤氮动态
   土壤全氮含量随深度增加递减，40-80 cm土层较表层减少61.37%。高灌溉量（W2）导致土壤氮含量降低14.69%，而施氮量增加呈现"先升后降"趋势，F2处理较F3仅减少0.65%。

2. 干物质与氮分配
   增施氮肥使生殖器官氮分配比例提升4.0-9.9%，但高灌溉反而降低该比例3.9-9.0%。干物质积累与氮吸收呈显著正相关（P<0.01），W2F3处理生物量最高，较最低值增加48.48%。

3. CNDC模型构建
   建立的棉花临界氮稀释曲线方程为N_c
   =2.79DM_max
   ^?0.21
   （R²
   =0.78），验证显示模型稳定性良好（NRMSE=16.44%）。NNI在铃期出现谷值，W2F2处理的NNI较F1提高12.56%。

4. 产量与效率
   W2F2处理籽棉产量最高（7006 kg ha^?1
   ），而W1F3的灌溉水生产率（WP_I
   ）最优（1.54 kg m^?3
   ）。TOPSIS综合评价显示，W2F2综合得分0.59排名第一。

结论与意义
该研究首次揭示了无膜滴灌条件下棉花氮营养的动态规律，创新性地提出：在水分受限时（4500 m³
ha^?1
灌溉），300 kg ha^?1
施氮量可维持较高WP_I
；而追求高产时（5400 m³
ha^?1
灌溉），225 kg ha^?1
施氮量更为适宜。这一发现打破了传统"高水高肥"的管理模式，为南疆棉花生产实现"以肥调水、以水促肥"提供了量化依据。

值得注意的是，研究团队发现过量灌溉会导致氮素淋失，使NNI<1（氮缺乏状态），而适度水氮调控能优化根区微环境。这一结论对全球干旱区作物水氮协同管理具有普适性参考价值。未来研究需在不同气候区验证CNDC模型的适用性，并探索智能灌溉系统与营养诊断模型的耦合应用，进一步推动精准农业发展。