氮肥用量对佛罗里达砂质土壤青贮玉米产量和硝酸盐动态的影响

《Agronomy》：Nitrogen Rate Effects on Silage Corn Yield and Nitrate Dynamics in Florida Sandy Soils

　　

砂质土壤上的青贮玉米氮（N）管理需要在生物量生产与硝酸盐损失之间取得平衡。本研究于2025年在佛罗里达州奥纳（Ona）评估了7个氮肥用量（0–470.8 kg N ha^?1）下生物量产量、作物氮移除、土壤、叶片和孔隙水氮响应。试验采用随机完全区组设计，设4个重复，共28个小区。生物量和收获期全株氮按小区分别测定；土壤和叶片样品跨4个区组合并，孔隙水样品来自2个区组并按处理合并后进行分析。土壤硝酸盐氮（NO₃^?-N）浓度一般在0–30 cm土层最高。季节性平均孔隙水NO₃^?-N浓度从对照的1.7 mg N L^?1增加到最高氮肥用量下的46.0 mg N L^?1。观察到的最高平均干生物量产量为392.4 kg N ha^?1时的19.5 Mg ha^?1，而较高用量处理的平均值显示出有限的额外响应。表观作物氮回收率在235.4 kg N ha^?1时约为71%，在两个最高用量下为36–38%。利用实测排水量519 mm估算的NO₃^?-N淋溶量为9–222 kg N ha^?1；在说明性的±50%排水情景下，最高用量的淋溶量为111–333 kg N ha^?1。这些描述性结果表明，在该雨季条件下高氮用量会增加硝酸盐暴露，但并未确定经济最优值或可推广的氮肥用量阈值。

氮（N）管理在砂质土壤青贮玉米（silage corn）生产中需要在生物量产量和硝酸盐损失之间取得平衡。粗质地土壤水分保持能力低，降雨和灌溉使氮肥供应时间和数量成为关键决策。现有研究多来自半干旱或温带地区，而佛罗里达中南部的潮湿平林（flatwoods）条件下，青贮玉米生物量响应与土壤剖面及孔隙水硝酸盐浓度的同步关系尚不清楚。本研究于2025年在佛罗里达大学Range Cattle Research and Education Center（RCREC）进行，旨在量化7个氮肥用量（0–470.8 kg N ha^?1）下青贮玉米干生物量产量、地上部氮移除、土壤硝酸盐氮（NO₃^?-N）深度分布、叶片氮浓度、孔隙水NO₃^?-N及硝酸盐淋溶，并构建控制校正的部分氮收支（partial N budget）。

研究人员采用随机完全区组设计，设4个区组（Block 1–4）、共28个小区。氮肥按分次方案施用（基肥及V4至R1各生育期），灌溉由土壤水分传感器指导。收获时每小区独立测定干生物量产量和全株氮浓度，保留4个重复；土壤和叶片样品跨4个区组合并，孔隙水样品来自Block 1和4的两个小区并按处理等体积合并。土壤硝酸盐用氯化钾（KCl）提取-镉还原比色法测定；孔隙水用吸力渗漏计（suction lysimeter）在0.9 m深度采集；排水量由CTD+DG排水计记录，季节性总排水为519 mm。产量响应采用线性平台模型拟合，部分收支按肥料输入、控制校正的作物氮移除和估计淋溶计算。

### 3.1 天气
2025年3–6月温暖湿润，总降雨877 mm，灌溉196 mm（13次事件），平均气温24.0 °C，作物蒸散量356 mm，实测排水量519 mm。多次强降雨事件影响氮素运移。

### 3.2 土壤N动态
土壤NO₃^?-N浓度在0–30 cm层最高，表层季节性平均值从对照的1.92 mg N kg^?1增加到最高氮量下的10.06 mg N kg^?1，但中间处理并非严格单调。深层浓度较低，最高处理在末次采样时有所增加。这些是浓度模式而非氮储量估算。

### 3.3 孔隙水NO₃^?-N
0.9 m深度孔隙水季节平均NO₃^?-N从对照的1.7 mg N L^?1增加到最高氮量下的46.0 mg N L^?1；高氮处理在后期浓度较高。施肥前后变化与氮肥用量的相关性为r=0.71，与区间降雨+灌溉的相关性为r=?0.28，但这些是探索性描述，不能确立因果。

### 3.4 叶片N浓度和生物量产量
上部完全展开叶N浓度随氮量和生育期变化，季节均值从对照的2.6%增加到最高氮量下的3.5%，但阶段模式并非一致单调。最大平均干生物量产量为392.4 kg N ha^?1时的19.536 Mg ha^?1；线性平台模型估计转折点为259.8 kg N ha^?1（95%置信区间204.4–326.0），平台产量19.279 Mg ha^?1。地上部氮移除从对照的29 kg N ha^?1到最高氮量下的210 kg N ha^?1。

### 3.5 部分N收支
表观作物氮回收率在235.4 kg N ha^?1时约71%，在两个最高氮量下为36–38%。基线排水519 mm下估计NO₃^?-N淋溶为9–222 kg N ha^?1；±50%排水情景下最高氮量处理为111–333 kg N ha^?1。控制校正后最高氮量淋溶相当于施氮量的约45%，但未解释氮不能归因于任何特定损失途径。

讨论部分指出，土壤剖面硝酸盐与孔隙水硝酸盐反映不同测量对象，但两者单独都不能确定季节性氮素质量迁移；高氮量下生物量响应递减，但转折点并非经济最优值，也未进行成本收益分析。合并样品消除了小区级重复，孔隙水仅覆盖两个区组，排水为共同序列，因此预算缺乏独立误差项。未测初始土壤矿质氮、铵态氮和颗粒组成，也限制了完整氮收支。结果是单站点、单季节、湿润条件下的描述性发现，不能外推为通用施肥阈值。未来研究应保留小区级样品，量化排水和未测氮途径，并在多点多年重复。

在这项2025年的单点试验中，较高氮肥用量与较高的季节平均孔隙水硝酸盐浓度呈描述性相关，而土壤硝酸盐浓度一般在0–30 cm层最高。观察到的最高平均干生物量产量为392.4 kg N ha^?1时的19.5 Mg ha^?1；较高用量处理的平均值显示额外生物量响应递减。叶片氮浓度和地上部氮移除代表不同的作物响应。土壤、叶片和孔隙水样品的合并将其解释限制为处理复合模式。表观作物氮回收率在测试用量范围的中间附近最大，在最高用量下较低。在共同排水假设下，估计的NO₃^?-N淋溶随氮肥用量增加，但最高用量估计值在±50%排水缩放情景下为111–333 kg N ha^?1。未解释氮不能分配给土壤滞留或任何特定损失途径。这些湿润季节的发现并未确定经济最优值或可推广的肥料阈值。未来研究应分别按小区保留土壤、叶片和孔隙水样品，量化排水和未测氮途径，并跨地点和季节重复该用量比较。分次施氮和基于传感器的灌溉值得在受控比较中评估，因为其独立效益未在本试验中检验。