通过优化氮肥运筹时期提高盐渍化沿海土壤向日葵产量的研究

《Discover Plants》：Improving sunflower yield through optimized nitrogen application scheduling in salt-affected coastal soils

　　

摘要：向日葵（Helianthus annuus L.）是孟加拉国盐碱敏感沿海区域具前景的油料作物，但因缺乏针对该生境的特异性施氮（N）管理策略导致生产力偏低。尽管已有证据表明氮肥分期施用（split N application）可提高养分利用率，但在养分动态高度受限的盐渍化沿海土壤中，向日葵最佳施氮时期与用量仍缺乏系统研究。本研究假设将N供应与关键生育期同步可提升盐胁迫下向日葵产量及生理表现。研究人员于2023与2024年冬季在恒河三角洲（Ganges delta）采用析因随机完全区组设计，设置3种施氮方案——P1：1/2基施（basal broadcast, BB）+1/4于播后25天（days after sowing, DAS）侧深施（side dressing, SD）+1/4于45 DAS侧深施；P2：1/2于15 DAS侧深施+1/4于30 DAS侧深施+1/4于45 DAS侧深施；P3：各1/3分别于15、30、45 DAS侧深施——及3个施氮水平（63、84、105 kg N ha?1），重复3次。结果表明施氮时期与用量均显著影响产量及相关性状。于15、30、45 DAS三等分分期施用获得最高籽粒产量（3.23–3.60 t ha?1）与秸秆产量（6.60–8.75 t ha?1）；105 kg N ha?1处理持续优于低氮量，单盘结实数、千粒重（1000-seed weight）、花盘直径（head diameter）及叶绿素含量均最高。籽粒产量与关键产量性状呈强正相关，凸显均衡供氮重要性。研究证实盐渍条件下传统基施效果欠佳，精确分期施用可提高氮肥利用率（nitrogen use efficiency, NUE）与作物生产力。因此推荐沿海盐渍土向日葵按105 kg N ha?1于15、30、45 DAS三等分侧深施，作为提升产量的位点特异性（site-specific）施氮策略。

论文解读：通过优化氮肥运筹时期提高盐渍化沿海土壤向日葵产量的研究

该研究发表于《Discover Plants》。向日葵（Helianthus annuus L.）是孟加拉国重要的油料作物，但国内食用油严重依赖进口，沿海盐渍区虽有推广潜力，却受土壤盐渍化及非位点特异性氮肥管理制约导致低产。盐渍土中高电导率（electrical conductivity, EC）、低有机质及波动水分状况加剧氮素挥发（volatilization）、反硝化（denitrification）及淋溶损失，且盐胁迫抑制作物根系发育与养分吸收，使常规基施方式效果下降。现有孟加拉国施肥指南（Fertilizer Recommendation Guide, FRG）基于非盐渍环境制定，未考虑盐渍生境氮素动力学与作物需求的错配。因此研究人员假设：与关键生育期同步的分期施氮（split N application）较传统基施更能提升盐渍条件下向日葵氮肥利用率（nitrogen use efficiency, NUE）与产量，且较高施氮量可补偿盐渍环境中增高的氮损失与降低的吸收效率。本研究旨在明确恒河三角洲盐渍土向日葵最佳施氮时期、方法及用量，提出位点特异性推荐。

研究人员于2023—2024年在孟加拉国巴古纳县（Barguna, Ganges delta）盐渍土开展大田试验，初始pH 5.9，EC 2.54 dS m^?1（生长期升至6–8 dS m^?1）。采用析因随机完全区组设计（factorial randomized complete block design, RCBD），三重复。因子一为施氮方案：P1（传统）——1/2基施（basal broadcast, BB）+1/4于25 DAS侧深施（side dressing, SD）+1/4于45 DAS侧深施；P2——1/2于15 DAS侧深施+1/4于30 DAS侧深施+1/4于45 DAS侧深施；P3——各1/3分别于15、30、45 DAS侧深施。因子二为施氮量：N1=63 kg N ha^?1，N2=84 kg N ha^?1，N3=105 kg N ha^?1（国家推荐量及递减20%、40%）。所有处理统一基施磷（P；36 kg P ha^?1过磷酸钙 triple superphosphate）与钾（K；56 kg K ha^?1氯化钾 muriate of potash），品种为Pacific Hysun-33，行株距60×30 cm。观测生长、产量及生理指标（籽粒/秸秆/根生物量、株高、茎粗、花盘直径、单盘粒数、千粒重、分光光度法测叶绿素a/b及总量），两年数据分别做方差分析（ANOVA）及LSD检验（α=0.05），Pearson相关分析与主成分分析（principal component analysis, PCA）用STAR软件完成。

3.1 Grain and straw yield（籽粒与秸秆产量）

P3处理籽粒产量最高（2023年3.23 t ha^?1，2024年3.60 t ha^?1），显著高于P1（2.63、3.23 t ha^?1）；秸秆产量亦以P3最高（8.75、6.60 t ha^?1）。施氮量方面N3（105 kg N ha^?1）籽粒（3.22、3.95 t ha^?1）与秸秆产量（8.52、7.24 t ha^?1）均最高，N1最低。施氮时期与用量互作不显著，但P3×N3组合数值最高。

3.2 Plant height（株高）

2023年P2、P3株高（1.88 m）显著高于P1（1.77 m），2024年差异不显著；施氮量对株高影响不显著，随施氮量增加略增高。

3.3 Root yield（根生物量）

P3根生物量最高（2023年1.24 t ha^?1，2024年1.23 t ha^?1），N3根生物量最高（1.29、1.45 t ha^?1），随施氮量增加根量递增；P3×N3组合表现最优。

3.4 Stem girth（茎粗）

各施氮方案间茎粗两年均较稳定；2024年N3茎最粗（7.9 cm），施氮时期与用量无显著互作。

3.5 Yield contributing parameters（产量构成因素）

花盘直径P3最大（15.8 cm、17.1 cm），随施氮量增加显著增大（N3达17.4 cm）。单盘粒数P3最高（1048、1046粒/盘），显著高于P1；N3单盘粒数最多（998、1167粒/盘）。千粒重随施氮量提高而增，N3最高（69.2 g、65.6 g），各方案间差异未达显著。

3.6 Chlorophyll content（叶绿素含量）

2024年P3叶绿素b含量显著升高（0.481 mg g^?1鲜重 FW），N3总叶绿素最高（2023年2.59 mg g^?1FW，2024年2.18 mg g^?1FW）；P3×N3组合总叶绿素最高（2.77、2.20 mg g^?1FW）。

3.7 Correlation analysis（相关性分析）

籽粒产量与秸秆产量（r=0.768）、根生物量（r=0.749）、单盘粒数（r=0.713***）及总叶绿素呈强正相关，表明均衡供氮促进同化物向生殖器官分配。

3.8 Principal component analysis（主成分分析）

前两主成分2023年解释64%、2024年解释82%变异。PC1以籽粒产量、秸秆产量、根生物量、单盘粒数、千粒重负载荷为主；PC2关联株高与总叶绿素。P3×N3处理沿高产方向聚类明显，2024年区分度更强。

讨论与结论（ translated conclusion ）

讨论指出P3等分三期侧深施使氮素供应与营养生长、开花及灌浆期需求同步，克服盐渍土养分有效性波动与基施氮易挥发/反硝化损失缺陷；105 kg N ha^?1可补偿盐胁迫下降低的根系吸收率与氮损失。无显著时期×用量互作说明分期施用效应独立于总施氮量，时机比总量更关键。叶绿素提升反映适时足量供氮缓解盐致色素降解、维持光合能力。PCA与相关分析共同验证分期高氮处理协同改善源—库关系。

结论：施氮时期与用量均显著影响盐渍土向日葵生长与产量。15、30、45 DAS三等分侧深施（P3）较传统基施增产明显；105 kg N ha^?1（N3）在各产量性状上最优；籽粒产量与花盘直径、单盘粒数及千粒重强相关。综合推荐沿海盐渍土向日葵按105 kg N ha^?1于播后15、30、45天三等分侧深施，可作为恒河三角洲及类似海岸环境位点特异性施肥依据，推广后可助力提升国产油料产能、减少进口依赖并改善沿海农户生计。未来可在多样生境中测试高于105 kg N ha^?1的施氮量。