牟思維，解 君，羅 成，劉鐵寧，楊寶平，韓清芳※，劉曉雪

（1.農(nóng)業(yè)部西北黃土高原作物生理生態(tài)與耕作重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)學(xué)院，楊凌712100；2.教育部農(nóng)業(yè)水土工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，楊凌712100；3.楊凌規(guī)劃設(shè)計(jì)院有限公司，楊凌712100）

0 引 言

在當(dāng)前農(nóng)作物生產(chǎn)中，提高氮素用量是增加產(chǎn)量和改善品質(zhì)的主要途徑之一[1]。過(guò)量施氮不僅不能增產(chǎn)，而且會(huì)降低土壤質(zhì)量，加劇溫室氣體排放和地下水體污染等環(huán)境問(wèn)題[2-5]。合理施用氮肥是達(dá)到目標(biāo)產(chǎn)量的先決條件[6]，施氮量、施氮時(shí)機(jī)和作物需求應(yīng)相匹配，否則都會(huì)造成氮素的大量損失[7-9]。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，生產(chǎn)中大蒜施氮量高達(dá)417.6～556.8 kg/hm2，在確保高產(chǎn)的前提下合理施用氮素成為大蒜生產(chǎn)中亟待解決的問(wèn)題。作物吸氮的過(guò)程十分復(fù)雜，根據(jù)施氮量和土壤氮素狀況來(lái)推斷作物植株的氮吸收狀況并不準(zhǔn)確。研究發(fā)現(xiàn)，植株的氮濃度可以更準(zhǔn)確地反映作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，綜合說(shuō)明土壤供氮能力和作物吸氮能力[10]。臨界氮濃度被定義為一定生長(zhǎng)階段內(nèi)，可以滿足使植株取得最大生物量所需要的最低氮濃度值[11]。因此，達(dá)到臨界氮濃度值成為調(diào)整施氮的重要目標(biāo)。研究表明，植株氮濃度隨著生育期內(nèi)干物質(zhì)的累積呈逐漸降低趨勢(shì)[12]。通過(guò)建立臨界氮濃度和地上部干物質(zhì)之間的關(guān)系，可以更加便捷地估算植株臨界氮濃度值。

Greenwood 等[13]用稀釋曲線來(lái)描述植株氮濃度隨地上部干物質(zhì)的增加而降低的規(guī)律。Lemaire G 等[14]定義了氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（nitrogen nutrition index，NNI）的概念，即地上部實(shí)測(cè)氮濃度與臨界氮濃度的比值，用來(lái)判斷作物的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況。此前很多關(guān)于臨界氮濃度稀釋曲線的研究，建立了C3 和C4 作物的通用模型[11]，并對(duì)小麥[15]、水稻[16]、玉米[17-19]、油菜[20]、棉花[21]、番茄[22]、甜椒[23]等作物的臨界氮濃度稀釋曲線模型都做了細(xì)致的研究。同時(shí)發(fā)現(xiàn)不同的品種、地域都會(huì)導(dǎo)致模型參數(shù)的變化[15,24]。

大蒜在中國(guó)種植面積超過(guò)60 萬(wàn)hm2[25]，也是關(guān)中地區(qū)的一種重要經(jīng)濟(jì)作物。大蒜的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量由蒜薹和鱗莖兩部分構(gòu)成，以生產(chǎn)鱗莖為主要目的和以生產(chǎn)蒜薹為主要目的的大蒜品種均有廣泛種植。但是大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型的研究至今鮮見(jiàn)。樊治成等[26]的研究表明，以生產(chǎn)鱗莖為主的品種干物質(zhì)和植株氮濃度均顯著大于以生產(chǎn)蒜薹為主的品種。臨界氮濃度稀釋曲線模型是通過(guò)各取樣時(shí)期地上部最大干物質(zhì)和臨界氮濃度值構(gòu)建的，使用模型對(duì)臨界氮濃度值進(jìn)行計(jì)算時(shí)，其干物質(zhì)量的數(shù)值不能顯著大于構(gòu)建模型的最大干物質(zhì)量。因此需要針對(duì)不同生產(chǎn)目的大蒜品種構(gòu)建與之相適應(yīng)的模型，增強(qiáng)模型應(yīng)用的針對(duì)性。本研究基于種植區(qū)域內(nèi)2 個(gè)生產(chǎn)目的不同的主栽大蒜品種進(jìn)行2 a的大田試驗(yàn)，分別建立大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型，計(jì)算各生育期的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)，為關(guān)中地區(qū)大蒜的精確施氮，氮營(yíng)養(yǎng)調(diào)控和評(píng)估提供行之有效的方式。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)涉及3個(gè)不同地點(diǎn)、年份和2個(gè)品種類型。

試驗(yàn)1：2015—2016 年在陜西省楊凌西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院進(jìn)行。試驗(yàn)地位于108°5′ E、34°19′ N，海拔524.7 m，年平均溫度為12.9 ℃，土壤質(zhì)地為塿土。0～20 cm耕層土壤的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為10.56 g/kg，堿解氮為45.37 mg/kg，速效磷為13.29 mg/kg，速效鉀為109.62 mg/kg。供試品種為關(guān)中地區(qū)主栽品種蒼山蒜和改良蒜，前者屬于鱗莖、蒜薹兩用品種，后者以鱗莖生產(chǎn)為主。于2015年9月26日播種，2016年4月28日采收蒜薹，5月27日收獲鱗莖。

試驗(yàn)2：2016—2017 年在陜西省武功縣小村鎮(zhèn)金鐵寨 村 進(jìn) 行。試 驗(yàn) 地 位 于108°16′ E、34°15′ N，海 拔435.6 m，年平均溫度13.4℃。0～20 cm 耕層土壤的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.72 g/kg，堿解氮為56.84 mg/kg，速效磷為16.07 mg/kg，速效鉀為91.96 mg/kg。供試品種為蒼山蒜和改良蒜，于2016 年9 月23 日播種，2017 年4 月30 日采收蒜薹，5月30日收獲鱗莖。

試驗(yàn)3：于2017—2018 年在西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院進(jìn)行。0～20 cm耕層土壤的有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為11.08g/kg，堿解氮為57.69mg/kg，速效磷為12.23mg/kg，速效鉀為105.88 mg/kg。供試品種為蒼山蒜和改良蒜，于2017年9月28日播種，2018年4月27日采收蒜薹，5月29日收獲鱗莖。用于對(duì)試驗(yàn)1、2構(gòu)建模型的檢驗(yàn)。

試驗(yàn)1、2、3 均設(shè)6 個(gè)氮素水平：0、60、120、180、240、300 kg/hm2，分別用N0、N60、N120、N180、N240、N300表示；小區(qū)面積32 m2，3次重復(fù)，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。各處理氮肥基追比為4:4:2，分別在播種前基施，返青后、蒜薹伸長(zhǎng)前期隨灌溉追施；各處理磷鉀肥施用量均為P2O5、K2O150 kg/hm2，基追比為1:1，在鱗芽分化后期隨灌溉追施。蒜種來(lái)源于西北農(nóng)林科技大學(xué)園藝學(xué)院大蒜種質(zhì)資源圃，試驗(yàn)中同一品種大蒜所用蒜種大小保持基本一致。沿南北行向免耕播種，蒜瓣（鱗芽）最下部一致埋深5 cm，行距25 cm，株距10 cm，密度40萬(wàn)株/hm2，鱗芽腹背連線與行向平行。

試驗(yàn)所用氮肥為尿素（含N 46%），磷肥、鉀肥為磷酸二氫鉀水溶肥（含P2O552%，含K2O 34%），不足的鉀肥由硫酸鉀（含K2O 50%）補(bǔ)充。小區(qū)間用1 m 深塑料板隔離，兩端設(shè)有1.5 m 寬的保護(hù)行。在苗期、越冬期、返青期、鱗芽分化期、蒜薹伸長(zhǎng)期分別灌溉1 次，在保證無(wú)側(cè)滲、無(wú)土表徑流的情況下，每次灌溉100 mm。

1.2 植株樣品的采集與測(cè)定

臨界氮濃度稀釋曲線模型一般構(gòu)建于作物營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段[15]，對(duì)于大蒜來(lái)說(shuō)，蒜薹伸長(zhǎng)期之前為營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)階段，在蒜薹伸長(zhǎng)期，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)并進(jìn)[27]。大蒜在鱗莖膨大期之前，有2～3 cm 長(zhǎng)的假莖位于土表以下，且與地上部分假莖無(wú)明顯界限，因此在取樣時(shí)將該部分也納入地上部干物質(zhì)內(nèi)。2016年于大蒜返青后的15（3月5日）、30、40、50、70 d進(jìn)行田間取樣；2017年于大蒜返青后的15（3月2日）、30、40、50、73 d進(jìn)行；2018年驗(yàn)證試驗(yàn)于大蒜返青后的15（3月5日）、23、30、40、50、60、70 d進(jìn)行。每次取樣在各試驗(yàn)小區(qū)選取有代表性的大蒜15 株，取樣時(shí)切去根和莖盤(pán)，在105℃下殺青30 min，80℃烘干至恒質(zhì)量后稱量，粉碎后使用半微量凱氏定氮法分別測(cè)定植株地上部葉片和假莖、蒜薹（花莖）兩部分的氮濃度，計(jì)算各器官和整個(gè)植株的氮積累量及氮濃度。在蒜薹伸長(zhǎng)末期，當(dāng)花苞發(fā)白且蒜薹花軸向一旁彎曲超過(guò)90°時(shí)，劃開(kāi)假莖至鱗莖頂端3～5 cm 處，切斷蒜薹；在鱗莖膨大末期，當(dāng)葉片全部枯萎，假莖疏松無(wú)韌性時(shí)采收鱗莖。將蒜薹和鱗莖烘干至恒質(zhì)量后稱量。

1.3 大蒜臨界氮濃度稀釋曲線的構(gòu)建

大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型構(gòu)建方法[28]如下：1）同一取樣時(shí)期不同施氮處理的植株樣品，對(duì)其地上部干物質(zhì)和對(duì)應(yīng)氮濃度進(jìn)行方差分析，根據(jù)地上部干物質(zhì)是否隨氮濃度增大而顯著增加來(lái)判斷該處理施氮量是否滿足作物生長(zhǎng)的需求；2）對(duì)于施氮量不能滿足作物生長(zhǎng)需求的全部處理，將地上部干物質(zhì)與氮濃度值進(jìn)行線性擬合；3）對(duì)于施氮量能夠滿足作物生長(zhǎng)需求的全部處理，求地上部干物質(zhì)平均值為本次取樣的最大干物質(zhì)；4）以步驟3）所得最大干物質(zhì)為橫坐標(biāo)向x 軸做垂線，使之與步驟2）經(jīng)過(guò)線性擬合后形成的直線相交，兩直線交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值就是該取樣時(shí)期的理論臨界氮濃度值。大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型為:

式中Nc 為大蒜地上部的臨界氮濃度值(%)；DM 為大蒜地上干物質(zhì)積累量(t/hm2) ；a 為地上部干物質(zhì)為1 t/hm2時(shí)的臨界氮濃度值，b為控制此曲線斜率的統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

當(dāng)不同施氮處理植株地上部干物質(zhì)相等時(shí)，其對(duì)應(yīng)的氮濃度值有較大差異，因此有必要構(gòu)建大蒜氮濃度邊界模型，本研究基于最大施氮處理N300來(lái)構(gòu)建最大氮濃度稀釋曲線（Nmax），基于無(wú)氮肥施入的N0 處理建立最小氮濃度稀釋曲線（Nmin）。

1.4 大蒜臨界氮濃度稀釋曲線的驗(yàn)證

采用均方根誤差（root mean square error，RMSE）、標(biāo)準(zhǔn)化均方根誤差（normalized RMSE，NRMSE）、模擬值與觀測(cè)值間的1:1 直方圖驗(yàn)證模型精度[18]。RMSE 值越小，NRMSE＜10%，模型模擬性能極好；10%≤NRMSE＜20%則認(rèn)為模型模擬性能較好；20%≤NRMSE＜30%，則認(rèn)為模型模擬性能一般；NRMSE≥30%則認(rèn)為模擬性能較差[29]。

1.5 氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的計(jì)算

為了量化植株的氮素營(yíng)養(yǎng)狀況，基于臨界氮濃度稀釋曲線，利用式(2)計(jì)算不同生長(zhǎng)時(shí)期的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)（N nutrition index，NNI），即植株實(shí)際氮濃度（Na）與根據(jù)臨界氮濃度稀釋曲線計(jì)算得到的臨界氮濃度（Nc）的比值。

當(dāng)NNI＜1 時(shí)，表明氮素?cái)z入不足，限制了植株的生長(zhǎng)；當(dāng)NNI=1 時(shí)，表明植株氮素營(yíng)養(yǎng)水平剛好達(dá)到生長(zhǎng)需求；當(dāng)NNI＞1時(shí)，說(shuō)明植株出現(xiàn)氮素的奢侈吸收。

1.6 相對(duì)地上部干物質(zhì)量和相對(duì)產(chǎn)量

相對(duì)地上部干物質(zhì)量(relative dry matter，RDM) 為地上部干物質(zhì)量與同一生育時(shí)期各處理地上部干物質(zhì)量最大值的比值；蒜薹相對(duì)產(chǎn)量（relative yield of garlic scape，RYS）和鱗莖相對(duì)產(chǎn)量（relative yield of bulb，RYB）為收獲時(shí)不同氮素處理實(shí)際產(chǎn)量與最大產(chǎn)量干質(zhì)量的比值。

1.7 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表制作，采用SPSS 23.0 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)臨界氮濃度稀釋曲線進(jìn)行一般線性模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型的建立

根據(jù)臨界氮濃度(Nc)的定義，每個(gè)取樣日的臨界氮濃度值由2 條直線交點(diǎn)所決定。其中，一條是逐漸增長(zhǎng)的DM 與氮濃度的交點(diǎn)形成的傾斜直線，兩品種2015—2017年該線經(jīng)過(guò)DM0、DM60、DM120、DM180、DM240點(diǎn)；另一條線是以最大干物質(zhì)為橫坐標(biāo)的垂直線，2015—2017 年該線經(jīng)過(guò)DM240、DM300點(diǎn)，這2 條線相交點(diǎn)的縱坐標(biāo)值即為臨界氮濃度值。由圖1 可見(jiàn)，大蒜的臨界氮濃度值隨著2 個(gè)品種大蒜地上干物質(zhì)積累量的增加而逐漸降低。將各取樣日的臨界氮濃度值與對(duì)應(yīng)的最大干物質(zhì)量進(jìn)行冪函數(shù)方程擬合，構(gòu)建了2 個(gè)品種的地上部臨界氮濃度稀釋曲線模型（式（3）、式（4））。通過(guò)對(duì)兩模型進(jìn)行簡(jiǎn)單分組線性分析[15]，結(jié)果表明同一品種不同年份間差異不顯著，可用同一模型表示，但品種間干物質(zhì)差異均達(dá)到極顯著（P＜0.01）（表1），因此，應(yīng)該分別擬合2 個(gè)品種的臨界氮濃度稀釋曲線模型。

圖1 大蒜地上干物質(zhì)與氮濃度的擬合Fig.1 Matching of nitrogen concentration and aboveground dry matter of garlic

表1 臨界氮濃度稀釋曲線的簡(jiǎn)單分組線性分析Table 1 Simple grouping linear analysis of dilution curves for critical nitrogen concentration

在生育初期植株干物質(zhì)累積較少時(shí)，干物質(zhì)的增加不會(huì)顯著影響植株含氮量，因此這一階段的臨界氮濃度數(shù)值應(yīng)采用臨界氮濃度常數(shù)表示。其數(shù)值為無(wú)氮素脅迫處理中植株的最小氮濃度值與存在氮素脅迫處理中植株的最大氮濃度值的平均值[18]。在本試驗(yàn)中，兩品種在返青期均表現(xiàn)為N180 處理植株為有氮素虧缺的最大氮濃度植株，N240處理的植株為無(wú)氮素虧缺的最小氮濃度植株，因此使用該兩處理2 a 的平均值計(jì)算臨界氮濃度常數(shù)。經(jīng)計(jì)算，蒼山的臨界氮濃度常數(shù)為4.83%，與臨界氮濃度稀釋曲線對(duì)應(yīng)的最大地上部干物質(zhì)量為1.02 t/hm2；改良蒜的臨界氮濃度常數(shù)為4.48%，與臨界氮濃度稀釋曲線對(duì)應(yīng)的最大地上部干物質(zhì)量為0.98 t/hm2。

2.2 大蒜氮素邊界稀釋模型的建立

如圖2所示，同一地上干物質(zhì)量大蒜可能對(duì)應(yīng)不同的氮濃度值，利用每個(gè)取樣時(shí)期測(cè)得的大蒜植株最大氮濃度值和最小氮濃度值構(gòu)建兩品種的氮素稀釋邊界模型：

圖2 大蒜地上部氮濃度的最大和最小值氮稀釋曲線Fig.2 Maximum and minimum nitrogen concentration dilution curve of aboveground garlic

2.3 大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型的校驗(yàn)

模型校驗(yàn)采用2018 年獨(dú)立的數(shù)據(jù)點(diǎn)，選取兩品種從返青期到蒜薹伸長(zhǎng)期之間7 個(gè)取樣時(shí)期得到的臨界氮濃度和對(duì)應(yīng)的地上最大干物質(zhì)數(shù)據(jù)點(diǎn)（n=7）校驗(yàn)?zāi)Ｐ?。將?dú)立數(shù)據(jù)中的最大干物質(zhì)帶入臨界氮濃度稀釋曲線模型后，對(duì)比計(jì)算值與當(dāng)年的實(shí)測(cè)值，通過(guò)1:1直方圖來(lái)顯示模型的擬合度（圖3）。經(jīng)計(jì)算蒼山：RMSE=0.26，NRMSE=9.37%；改 良 蒜：RMSE=0.21，NRMSE =7.75%，說(shuō)明針對(duì)兩品種構(gòu)建的模型模擬性能極好。

圖3 大蒜臨界氮濃度(Nc)的校驗(yàn)Fig.3 Simulated and observed critical nitrogen concentration(Nc)of garlic

2.4 大蒜氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)的計(jì)算

由圖4 可見(jiàn)，隨著施氮水平的提高，蒼山蒜和改良蒜的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)均逐漸提高。N120 及更低施氮處理的NNI值隨生育期的推進(jìn)不斷下降，N180 處理的NNI值下降比較緩慢。由于在蒜薹伸長(zhǎng)前期追施氮肥1次，N180、N240 施氮處理的NNI 值在返青50 d 后保持基本穩(wěn)定，N300 處理的NNI 值有上升趨勢(shì)。兩品種2 a 試驗(yàn)中N240 施氮處理的NNI 值均在1 附近變化，N300 處理的NNI 值均大于1。由于N240 與N300 處理間各取樣時(shí)期的地上部干物質(zhì)量無(wú)顯著差異且顯著大于其他施氮處理，說(shuō)明本試驗(yàn)設(shè)置的N240施氮處理既保證了植株地上部干物質(zhì)的積累，又避免了氮素的奢侈吸收。

2.5 大蒜氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)與地上部相對(duì)干物質(zhì)和蒜薹、鱗莖相對(duì)產(chǎn)量之間的關(guān)系

根據(jù)兩品種2 a各取樣時(shí)期的NNI值，建立NNI值與地上部相對(duì)干物質(zhì)、蒜薹和鱗莖相對(duì)產(chǎn)量之間的關(guān)系。由于N300處理所有取樣點(diǎn)的NNI值均大于1（圖4），且地上部干物質(zhì)和蒜薹、鱗莖產(chǎn)量均與N240 處理無(wú)顯著差異，NNI值的增大并未增加地上部干物質(zhì)和蒜薹、鱗莖產(chǎn)量。因此，僅對(duì)地上部干物質(zhì)和蒜薹、鱗莖產(chǎn)量隨NNI值增加而顯著增大的施肥處理，建立相關(guān)關(guān)系，有助于提高其精度，見(jiàn)圖5。

圖4 大蒜氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)動(dòng)態(tài)變化Fig.4 Dynamic changes in nitrogen nutrient index(NNI)of garlic

圖5 氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)與相對(duì)地上部干物質(zhì)的關(guān)系Fig.5 Relationship of nitrogen nutrition index(NNI)and relative aboveground dry matter(RDM)

如圖5 所示，兩品種NNI 值與地上部相對(duì)干物質(zhì)在各取樣時(shí)期均呈現(xiàn)線性關(guān)系，且擬合度達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。隨著生育期的推進(jìn)，方程斜率不斷降低。NNI 值在作物生長(zhǎng)過(guò)程中是一個(gè)不斷變化的值，因此不適宜用某一時(shí)期的值或某些時(shí)期的平均值代表整個(gè)生育期的NNI 值來(lái)構(gòu)建NNI 值與蒜薹、鱗莖相對(duì)產(chǎn)量之間的關(guān)系，而應(yīng)該分別建立各個(gè)取樣時(shí)期NNI值與蒜薹、鱗莖相對(duì)產(chǎn)量之間的關(guān)系。如圖6 所示，2 品種NNI 值與蒜薹、鱗莖相對(duì)產(chǎn)量在各取樣時(shí)期均呈現(xiàn)線性關(guān)系，且擬合度達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）。

圖6 氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)與相對(duì)蒜薹產(chǎn)量及相對(duì)鱗莖產(chǎn)量的關(guān)系Fig.6 Relationship of nitrogen nutrition index(NNI)and relative yield of garlic scape(RYS)and relative yield of garlic bulb(RYB)

3 討論

3.1 構(gòu)建模型的供試大蒜品種選取

大蒜為高附加值的經(jīng)濟(jì)作物，其經(jīng)濟(jì)器官不同于玉米、小麥等作物，包括蒜薹和鱗莖2 部分，不同品種大蒜的蒜薹、鱗莖產(chǎn)量差異較大[26]。生產(chǎn)上部分品種蒜薹品質(zhì)好、產(chǎn)量高兼收鱗莖，代表品種為蒼山蒜，在試驗(yàn)區(qū)域關(guān)中大蒜產(chǎn)區(qū)種植面積較大；另一部分品種主要生產(chǎn)鱗莖，改良蒜為代表品種。經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，基于兩品種構(gòu)建的臨界氮濃度稀釋曲線模型形式相同，參數(shù)a、b 差異較大，說(shuō)明在對(duì)不同類型大蒜品種進(jìn)行臨界氮濃度值計(jì)算時(shí)，應(yīng)使用對(duì)應(yīng)模型。前人在研究其他作物臨界氮濃度稀釋曲線模型時(shí)，引入的品種數(shù)量、生態(tài)類型較多，這無(wú)疑增加了模型適用的廣度[16,30]。但由于大蒜的氮素營(yíng)養(yǎng)管理與診斷的研究文獻(xiàn)較少，且受制于試驗(yàn)研究區(qū)域、年限和品種，目前所建模型對(duì)其他大蒜種植區(qū)及更多品種的適用性尚需進(jìn)一步完善。

3.2 不同品種大蒜臨界氮濃度稀釋曲線模型的參數(shù)比較

在臨界氮濃度稀釋曲線模型中，參數(shù)a 代表單位生物量的氮濃度，表征的是作物生育初期內(nèi)在的需氮特性[31]。本試驗(yàn)中，蒼山的參數(shù)a 高于改良蒜7.52%，且氮濃度常數(shù)也高于改良蒜7.81%。根據(jù)安志超等[32]對(duì)玉米臨界氮濃度稀釋曲線模型參數(shù)的研究表明，在同一栽培條件下，參數(shù)a 的不同可能是由于兩品種氮效率的差異引起的，這是其品種特性決定的。參數(shù)b 代表植株臨界氮濃度值隨地上部干物質(zhì)的增加而遞減的程度。本試驗(yàn)中蒼山的參數(shù)b 絕對(duì)值高于改良蒜20%，說(shuō)明隨著地上部干物質(zhì)的增加，蒼山的氮素稀釋過(guò)程更快。由表1 可知，改良蒜在具有更大的地上部干物質(zhì)的同時(shí)，植株氮濃度值并不顯著低于蒼山蒜，說(shuō)明改良蒜植株對(duì)氮素的吸收能力更強(qiáng)，延緩了氮素的稀釋過(guò)程。

3.3 不同品種大蒜的氮素邊界稀釋模型

通過(guò)設(shè)置不同的施氮處理，分析2 品種大蒜氮濃度隨地上部干物質(zhì)的變化，可以計(jì)算大蒜生長(zhǎng)發(fā)育所需的最小氮含量，以及其最大的吸氮能力，建立2 個(gè)邊界稀釋模型（Nmax和Nmin），Nmax代表了大蒜植株最大的含氮量，但是本試驗(yàn)設(shè)置的最大施氮處理N300，可能不足以使植株氮含量達(dá)到極限，因此可能低估大蒜的最大吸氮潛力；Nmin被定義為植株受氮素脅迫至不能維持新陳代謝時(shí)的含氮量，雖然用于構(gòu)建Nmin模型的試驗(yàn)處理無(wú)氮肥施入，但在大蒜生長(zhǎng)初期，土壤中有一定量的礦物質(zhì)氮可供利用[33]，同時(shí)還受到生育期內(nèi)氮素沉降[34]和土壤氮礦化[35]等因素的影響，因此，Nmin可能會(huì)被高估。

3.4 根據(jù)NNI值推薦施氮量及氮肥運(yùn)籌

本研究中，在對(duì)蒼山和改良蒜的NNI 分析中，發(fā)現(xiàn)N240 相對(duì)于其他處理的NNI 值更接近于1，這說(shuō)明在試驗(yàn)設(shè)置的施氮處理中，N240為最優(yōu)施氮處理。同一施氮量，不同氮肥運(yùn)籌方式也會(huì)影響NNI 值的變化[36]。理想的Na 值應(yīng)該盡量接近Nc 值，即NNI 值始終接近于1，因此，氮肥運(yùn)籌的目標(biāo)應(yīng)該是盡可能的將各時(shí)期的NNI 值均保持在1附近。

3.5 直線上升-穩(wěn)定態(tài)法與臨界氮濃度稀釋曲線模型對(duì)于確定最佳施氮量的比較

趙京考等[37]利用“直線上升-穩(wěn)定態(tài)”法對(duì)玉米氮、磷肥的最佳施用量進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果說(shuō)明利用該法得出的最佳施肥量與通過(guò)田間試驗(yàn)得到的最佳施肥量下限接近。本試驗(yàn)中，利用該方法計(jì)算得到的結(jié)果表明，蒼山蒜在2016和2017年取得最大蒜薹干質(zhì)量時(shí)的最低施氮量分別為215.32和221.39 kg/hm2，同時(shí)取得蒜薹、鱗莖最大干質(zhì)量的最低施氮量分別為231.28 和235.60 kg/hm2；改良蒜在2016 和2017 取得最大鱗莖干質(zhì)量時(shí)的最低施氮量分別為230.13和230.78 kg/hm2，同時(shí)取得蒜薹和鱗莖最大干質(zhì)量的最低施氮量分別為235.39 和244.83 kg/hm2。從數(shù)值上看，兩品種大蒜取得鱗莖和蒜薹最大干質(zhì)量所需的最低施氮量與本試驗(yàn)中各取樣點(diǎn)NNI 值最接近于1 的N240 處理的施氮量差異不大。這說(shuō)明直線上升-穩(wěn)定態(tài)法對(duì)于最佳施氮量的計(jì)算是比較準(zhǔn)確的。

但是，2 種方法對(duì)于最佳施氮量的確定原理具有本質(zhì)的區(qū)別：1）是2 種方法的來(lái)源不同，直線上升-穩(wěn)定態(tài)法的構(gòu)建是基于產(chǎn)量與施氮量之間的關(guān)系，而構(gòu)建臨界氮濃度稀釋曲線模型是對(duì)植株特定生長(zhǎng)階段地上部干物質(zhì)和氮濃度值進(jìn)行跟蹤測(cè)定并擬合的結(jié)果。2）他們的應(yīng)用方式不同，直線上升-穩(wěn)定態(tài)法在實(shí)踐中提供的是個(gè)施氮量數(shù)值，而臨界氮濃度稀釋曲線模型的應(yīng)用首先是計(jì)算實(shí)時(shí)的臨界氮濃度值，通過(guò)與實(shí)際氮濃度值的比較來(lái)對(duì)植株氮素營(yíng)養(yǎng)進(jìn)行診斷，進(jìn)而指導(dǎo)對(duì)植株氮素營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行調(diào)控，模型本身并不能計(jì)算出適宜的施氮量。本試驗(yàn)中N240 處理的施氮量是眾多試驗(yàn)處理中較為合理的一個(gè)預(yù)設(shè)值，并非是常年適宜兩品種大蒜生長(zhǎng)的固定值。因此，本文認(rèn)為2 種方法各有優(yōu)勢(shì)，直線上升-穩(wěn)定態(tài)法在應(yīng)用中簡(jiǎn)單方便，適宜于推廣；臨界氮濃度稀釋曲線模型具有更強(qiáng)的品種針對(duì)性和調(diào)控的及時(shí)性，但是需要多次測(cè)定植株地上部干物質(zhì)和氮濃度值。

3.6 臨界氮濃度稀釋曲線模型在大蒜生長(zhǎng)過(guò)程中的適用時(shí)期

研究表明，作物生育初期生物量的增加不會(huì)伴隨植株氮濃度的降低，因此臨界氮濃度稀釋曲線模型不適宜于在作物生長(zhǎng)初期應(yīng)用[33]。蒜薹收獲后，頂端優(yōu)勢(shì)被解除，養(yǎng)分大量向鱗莖轉(zhuǎn)移，鱗莖開(kāi)始快速膨大，地上部干物質(zhì)量大幅減小[27,38]。因此，這期間地上部干物質(zhì)與氮濃度之間的關(guān)系也不能使用冪函數(shù)方程來(lái)擬合。鱗莖膨大期大蒜植株對(duì)氮素的吸收約占整個(gè)生育期氮素吸收量的40%，主要吸氮器官為鱗莖[39]。期間氮素吸收與施氮量、植株氮濃度之間的關(guān)系尚需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

本文依據(jù)2a 大田試驗(yàn)6 個(gè)氮素水平的試驗(yàn)資料，建立了關(guān)中地區(qū)2 個(gè)主栽大蒜品種的臨界氮濃度稀釋曲線模型，確定了臨界氮濃度與地上部最大干物質(zhì)間的冪指數(shù)關(guān)系。同時(shí)構(gòu)建的最大、最小氮稀釋曲線亦符合冪指數(shù)關(guān)系。使用基于臨界氮濃度稀釋曲線模型構(gòu)建的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)模型對(duì)大蒜植株氮素營(yíng)養(yǎng)狀況進(jìn)行診斷，兩品種2 a試驗(yàn)中N240處理的氮營(yíng)養(yǎng)指數(shù)最接近于1，且該處理能夠獲得最大的地上部干物質(zhì)量和相對(duì)產(chǎn)量。進(jìn)一步的研究表明，NNI值與相對(duì)地上部干物質(zhì)、蒜薹和鱗莖相對(duì)產(chǎn)量均呈現(xiàn)極顯著的相關(guān)性。因此可以將NNI值接近于1 作為大蒜氮素管理的目標(biāo)，將240 kg/hm2的施氮量（基追比4:4:2）作為該地區(qū)兩品種大蒜施氮的參考值。在今后的應(yīng)用中，應(yīng)使用與品種對(duì)應(yīng)的臨界氮濃度稀釋曲線模型，通過(guò)計(jì)算NNI值，對(duì)施氮量和氮素運(yùn)籌進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，可以進(jìn)一步提升本地區(qū)大蒜的氮素管理水準(zhǔn)。