长期施用奶牛粪肥对甜菜产量、品质及养分吸收的影响机制研究

这篇研究通过8年田间试验，系统评估了固体奶牛粪肥（18-52 Mg ha?1）不同施用频率（年施/隔年施）对甜菜生产体系的影响。结果表明：粪肥显著提升土壤养分（NO3-N、Olsen-P）和电导率（EC），最高年施量使EC突破甜菜生长阈值（2 dS m?1）；虽然块根产量比化肥处理高6%-11%，但蔗糖浓度降低且硝酸盐和电导率升高。值得注意的是，估算可回收糖（ERS）保持稳定，表明粪肥应用潜力与盐分管理需平衡。

　　

研究背景与设计

美国爱达荷州南部集约化奶牛养殖与大规模作物生产并存，每年产生大量粪肥资源。为探究粪肥对甜菜生产的适用性，研究团队开展了为期8年的田间试验，设置两种粪肥施用频率（年施和隔年施）和三种干重施用量（18、36、52 Mg ha^?1），并以纯化肥和不施肥处理作为对照。试验土壤为Portneuf粉壤土，初始pH 8.0，EC 1.02 dS m^?1，有机质含量仅1.2%。

土壤响应特征

粪肥施用显著提升土壤肥力参数：

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  年施52 Mg ha^?1处理使土壤有机质（SOM）增至27.3 g kg^?1，NO₃-N达55.89 mg kg^?1，Olsen-P高达124.98 mg kg^?1

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  电导率（EC）随施用量线性增加，年施52 Mg ha^?1处理EC达2.71 dS m^?1，超过甜菜生长限制阈值

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  可溶性盐基离子（K⁺、Na⁺）显著积累，钠吸附比（SAR）从化肥处理的0.83升至年施高量组的2.40

作物生理与品质变化

甜菜表现出显著的养分响应：

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  组织浓度：块根中N、P、K、Na分别比化肥处理高51%、32%、65%和191%，但Ca和Mn浓度降低8%-16%

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  分配模式：粪肥处理使甜菜地上部生物量增加50%，但蔗糖收获指数（HIs）从0.45降至0.38，表明光合产物更多流向营养生长

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  品质参数：最高年施量使块根蔗糖浓度降低1.5个百分点（16.8%→15.3%），NO₃含量激增152%（292→736 mg kg^?1），电导率升高49%

经济与环境平衡

尽管存在品质挑战，关键指标显示：

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  可回收糖产量（ERS）稳定在9.7-11.0 Mg ha^?1，与化肥处理无显著差异

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  基于当地计价模型，粪肥处理预估收益为2700-3317美元 ha^?1，但年施高量组因杂质增加使收益下降15%

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  残留茎叶返还土壤的N达60-100 kg ha^?1，可能影响后茬作物氮管理

创新性结论

该研究首次揭示长期粪肥施用对甜菜生产系统的双重效应：

1. 1.

   资源价值：粪肥可替代化肥满足甜菜全生育期养分需求，尤其对K的补充能缓解区域土壤钾耗竭

2. 2.

   风险预警：盐分积累可能通过干扰离子平衡（Ca²⁺/K⁺竞争）和延迟成熟影响品质

3. 3.

   管理启示：建议将粪肥施用量控制在36 Mg ha^?1以下，并配合EC监测以避免盐害阈值

这项研究为畜牧业与糖料作物协同发展提供了重要数据支撑，其揭示的养分-品质-盐分互作机制对全球集约化农区具有普遍参考价值。