优化生菜氮素管理：基于产量-氮素利用率-环境损失的动态平衡研究

（编辑推荐）本研究通过构建生菜临界氮曲线（CNC）%Nc=3.39·DMP?0.22，提出整合氮营养指数（NNIi）与总有效氮（TAN）的协同调控模型，揭示110 kg N ha?1为地中海气候区生菜最优氮供给阈值，在保证最大相对干物质产量（DMP）97%的同时，将氮损失控制在22 kg N ha?1，为集约化蔬菜生产的可持续氮管理提供量化依据。

　　

1 引言

集约化蔬菜生产系统因过量施肥导致氮素流失问题突出。西班牙作为全球重要生菜产区，其开放田种植系统面临浅根系特性与高灌溉量的双重氮流失风险。本研究通过四年春季生菜大田试验（2010-2022），首次构建地中海气候下巴塔维亚型生菜"Caipira"的临界氮曲线（CNC），并建立基于氮营养指数（NNI）的动态评估框架，量化产量、氮素利用与环境损失的权衡关系。

2 材料与方法

试验在西班牙格拉纳达IFAPA农业研究中心进行，土壤为典型旱成冲积土（Typic Xerofluvent）。设置梯度氮处理（9-171 kg N ha^?1），通过滴灌施肥系统精准调控。关键指标包括：

• CNC构建：采用Greenwood法筛选最大干物质产量（DMP）对应的最低全株氮含量（%N_c）
• 氮素动态：总有效氮（TAN）= 土壤初始矿质氮 + 肥料氮 + 矿化氮（本试验忽略）
• 损失计算：氮平衡方程（N losses = N initial + N applied ? (N residual + N uptake)）

3 核心发现

3.1 生菜特异性CNC曲线

确立方程%N_c=3.39·DMP^?0.22（DMP≥0.5 t ha^?1），参数a（3.39）和b（0.22）的95%置信区间分别为[2.91,3.88]和[0.22,0.23]。该曲线斜率低于Tei等报道的黄油生菜模型（b=0.29），但近似Conversa的脆叶生菜数据（b=0.21），反映品种与气候互作效应。

3.2 氮营养诊断阈值

整合氮营养指数（NNIi）与相对干产量呈线性-平台关系（R²=0.81），临界NNIi=1.09对应最大产量。值得注意的是，2010-2011年人工追施尿素的处理出现NNIi>1.3的氮过量现象，而2021-2022年滴灌均衡供氮组NNIi稳定在1.0-1.1，凸显施肥方式对氮素利用效率（NUE）的调控作用。

3.3 氮素供给最优解

线性-平台模型显示：

• 最小TAN阈值：110±6.6 kg N ha^?1（对应97%最大DMP）
• 氮利用效率：NUE=20.7 kg kg^?1（最优TAN下）
• 氮吸收拐点：作物氮吸收>67 kg N ha^?1时，氮利用效率（NUtE）进入平台期（31.5 kg kg^?1），标志奢侈吸收

3.4 环境成本量化

氮损失与TAN呈分段线性关系（R²=0.62）：

• 当TAN>68 kg N ha^?1，每增加1单位TAN，氮损失增加0.5 kg N ha^?1
• 最优TAN下的环境损失：22 kg N ha^?1（其中淋失占主导）

4 实践启示

对比西班牙现行良好农业规范（GAP）的5 kg N/吨产量标准，本研究推荐的130 kg N ha^?1方案可减少135%的氮损失（74→22 kg N ha^?1）。建议整合土壤氮监测与滴灌精准调控，在硝酸盐脆弱区（NVZ）实现"产量-环境"双赢。未来需开发基于CNC-NNI模型的决策支持系统，动态优化不同生长季的氮素管理。