普通尿素与聚氨酯包膜尿素比例经单次基施优化可提升分蘖芥菜生长、氮素利用率及经济效益

《Frontiers in Soil Science》：Optimizing the ratio of conventional urea to polyurethane-coated urea via single basal application improves growth, nitrogen use efficiency and economic return of tillering mustard

　　

芥菜为高氮敏感叶菜，其生长与产量易受氮（N）供应不适影响。传统芥菜生产依赖频繁尿素追施，导致氮供应与作物吸收异步、氮素利用率（NUE）低、养分淋失及劳力投入高，制约简化高效栽培。控释掺混肥（CRBF）结合速效普通尿素与缓释包膜尿素，使土壤氮释放与作物氮需求匹配，其中普通尿素满足苗期氮需，包膜尿素维持全生育期供氮，单次基施CRBF有望替代传统分期施肥。然而普通尿素与包膜尿素最优比例及单次CRBF对作物表现与土壤微生态的综合效应尚不明晰。研究人员开展田间试验，设6处理：无氮（CK）、普通尿素（U）及包膜尿素占比30%（CRU1）、50%（CRU2）、70%（CRU3）、100%（CRU4）的CRBF。评估作物生理、土壤性状、微生物群落、NUE、产量与经济效益，采用单因素方差分析、主坐标分析（PCoA）、Mantel检验与偏最小二乘路径模型（PLS-PM）。结果显示CRU3综合表现最优。较分期施尿素（U），CRU3显著提升叶片气孔导度与蒸腾速率，叶片NADH-谷氨酸合酶（NADH-GOGAT）与谷氨酸脱氢酶（GDH）活性最高分别提升39.59%与15.06%，促进营养生长。土壤方面，CRU3使铵态氮（NH4+-N）、过氧化氢酶（CAT）与脲酶（UE）活性分别提高61.25%、20.16%与55.56%，有益氨氧化古菌泉古菌门（Crenarchaeota）相对丰度增96.85%，致病真菌油壶菌门（Olpidiomycota）降17.56%。得益于作物生理、土壤供氮及微生态改善，CRU3使芥菜产量、NUE与经济效益分别增6.66%、13.96%与8.11%。综上，普通尿素∶包膜尿素30∶70的单次CRBF基施是芥菜高效可持续氮管理策略，协同提升产量、养分效率与土壤微生态健康，为简化绿色高效芥菜生产提供技术依据。

研究背景与问题提出

芥菜（Brassica juncea）尤指分蘖芥菜，作为高氮敏感叶菜及加工原料，传统生产依赖普通尿素分期追施，导致氮供应与作物吸收时空错位、氮素利用率（NUE）仅30%–40%、养分淋失与劳力成本高。控释肥（如聚氨酯包膜尿素）可缓释供氮，但全量包膜无法满足苗期速效氮需求，而控释掺混肥（CRBF）通过普通尿素与包膜尿素配比有望兼顾苗期与全期供氮。已有CRBF研究多聚焦玉米、水稻等谷物，叶菜尤其是分蘖芥菜在短周期、叶片收获、对氮时空匹配敏感方面的CRBF单次基施效应与土壤微生态机制尚缺系统证据。研究人员据此假设单次CRBF基施可通过改善土壤理化与微生物环境促进分蘖芥菜生长与氮素利用，于2024年10月至2025年5月在重庆万州（三峡科学院试验站，棕色土，pH 7.60）布置随机区组田间试验，以‘渝芥7号’为材料，设CK、U（100%普通尿素分期施）、CRU1（70%普通+30%包膜）、CRU2（50%+50%）、CRU3（30%+70%）、CRU4（100%包膜）共6处理，3重复，8 m²小区，总氮156.17 kg ha^-1，磷钾作基肥，CRBF处理氮素单次基施。该文发表于《Frontiers in Soil Science》。

主要技术方法概括

研究人员采用随机区组设计的田间小区试验（重庆万州单季），以分蘖芥菜为对象，设6个氮素管理处理并固定磷钾基施；定期测定农艺性状、SPAD、Li-6400XT光合参数、叶片氮代谢酶（GS、NADH-GOGAT、GDH、NR）；收获期测产并依连续流动分析仪测植株全氮计算氮回收效率（NRE）；取0–20 cm土壤测理生化（NH₄⁺-N、NO₃^--N、有机质、酶活包括CAT、UE、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶等）；土壤微生物采用16S rRNA（V3-V4）与ITS扩增子Illumina NovaSeq测序获ASV进行α/β多样性与门类丰度分析；统计上联合单因素方差（Duncan检验）、PCoA、Mantel检验、PLS-PM（GOF 0.4759）解析肥-土-微-作物路径。样本队列为试验站6处理×3重复共计18个收获期土壤与对应植株。

研究结果

3.1 不同施肥对芥菜农艺性状的影响

随包膜尿素比例增加，株高、叶长、叶宽、分蘖数呈单峰响应，CRU3峰值最优；较U处理CRU3收获期株高、叶长、叶宽、分蘖数分别显著增7.76%、8.08%、11.97%、9.09%；CRU4（全包膜）因早期供氮不足各指标下降。表明30%普通+70%包膜最适营养生长。

3.2 对叶片氮代谢酶活性的影响

叶片GS随包膜比先降后升；NADH-GOGAT与GDH随包膜比30%→100%呈先升后降，CRU3最高，较CRU1/CRU2/CRU4的NADH-GOGAT升4.88%/39.59%/21.75%，GDH升3.93%/15.06%/9.89%。说明CRU3增强铵同化能力。

3.3 对土壤理化与酶活的影响

CRU3的NH₄⁺-N较U增61.25%；CAT较U增20.16%；UE较U增55.56%；CRU1的NO₃^--N最高。BG、NAG在U与CRU1较高，ACP、SC在CRU1较高。CRU3提升脲酶与过氧化氢酶反映氮转化与微生物代谢活跃。

3.4 对土壤微生物的影响

3.4.1 α多样性：CRU3细菌Observed features与Chao1较U增10.96%与11.79%，真菌Chao1与Observed features较U增22.79%与19.06%；CRU1真菌多样性显著低于CK。CRU3微生境丰富度最优。

3.4.2 β多样性：PCoA显示细菌变异解释71.35%（PERMANOVA p=0.0060），真菌94.52%（p=0.0100）；CK、U、CRU3细菌群重叠大。

3.4.3 群落组成：施氮升Proteobacteria抑Acidobacteriota；CRU3中Crenarchaeota较U增96.85%；真菌中CRU3的Ascomycota较U增14.93%，Olpidiomycota较U降17.56%。

3.4.4 环境驱动：Mantel检验示细菌结构受NR、pH、SC驱动，真菌受NO₃^--N、BG、NAG、ACP驱动。

3.5 对NUE与经济收益的影响

CRU3产量78717 kg ha^-1，较U增6.66%；NRE 67.91%，较U（53.95%）升13.96%；生产成本7542 ￥ ha^-1虽高于部分CRBF但产出最高，净效益82195 ￥ ha^-1较U增8.11%，效益成本比（BCR）10.90为最高。CRU4各项最低。

3.6 结构方程模型（PLS-PM）

CRBF直接正向影响土壤养分（PC=0.381），促生长（PC=1.624）进而升氮吸收（PC=0.792）最终提产（PC=0.531），GOF 0.4759；土壤养分起中介作用。

讨论部分总结

研究人员指出芥菜连续吸氮特性不同于谷物峰期吸氮，故最优掺混比（30:70）异于玉米40:60；CRU3通过苗期普通尿素供速效氮、70%包膜尿素缓释续供，使各期SPAD与光合（Pn、Gs升、Ci降）优于分期尿素；叶片NADH-GOGAT/GDH提升佐证铵同化增强。土壤NH₄⁺-N残留高伴UE/CAT升，非但未增氨挥发风险（因仅30%普通尿素且涂层缓释避局部高NH₃），反而提NRE。微生物上CRU3避尿素剧释毒害，Crenarchaeota增或与其低铵亲和氧化及持续供铵有关（非直接等同氨氧化功能增强，需amoA验证），Olpidiomycota降利根健。单次基施省工且综合优于分期施尿素。作者也明言单点单季限制，需多点多年复证。

结论部分翻译

普通尿素与聚氨酯包膜尿素比例为30∶70的控释掺混肥（CRBF）单次基施，成功使氮供应与分蘖芥菜氮需求同步，并在农艺性状与生理表现上取得最大提升。该施肥方案显著提高叶片光合效率与氮代谢酶活性，伴以土壤铵态氮（NH₄⁺-N）含量升高及过氧化氢酶（CAT）、脲酶（UE）活性增强；同时优化土壤微生物群落结构，泉古菌门（Crenarchaeota）等有益类群丰度增加，油壶菌门（Olpidiomycota）等潜在有害类群减少（其功能意义需深究）。上述变化协同改善养分有效性与植株生理状态，进而提升芥菜产量、氮回收效率（NRE）与净经济效益。因此，30%普通尿素+70%包膜尿素之CRBF单次基施构成芥菜生产高效氮管理模型，对叶菜可持续养分管理具潜在价值。然本研究限于单点单季，涂层尿素长期归趋、微生物功能稳定性及不同土壤气候品种下一致性待验，大规模推广前需多点多季试验。