《Scientia Horticulturae》：Optimizing nitrogen management based on nitrogen accumulation at key growth stages enhances quality and nitrogen use efficiency of soilless cultivated cut chrysanthemum
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为解决切花菊生产中普遍存在的氮肥过量施用、品质与氮肥利用率低下以及环境风险等问题，本研究通过两年梯度氮试验，系统量化了关键生育期氮需求，建立了基于植株氮积累的精准施肥策略。结果显示，通过动态管理使氮肥农学效率达140–160 g·g-1，氮素表观回收率达60%–70%，为切花菊按需施肥、科学减氮与稳质生产提供了新路径。
菊花，作为世界四大切花之一，其生产的稳定与高品质关乎巨大的经济价值。然而，在这华丽的花朵背后，却隐藏着一个让种植者们头疼不已的难题：氮肥到底该怎么用？为了确保高产量，种植户们往往倾向于“多施、重施”氮肥，这种做法看似保险，实则后患无穷。它不仅无法持续提升花朵的品质，造成了资源的巨大浪费，更是给土壤和水体带来了严重的环境负担。问题的核心在于，我们对于菊花在整个生长周期中，究竟在什么时候、需要多少氮，一直缺乏清晰、量化的认识。传统的施肥方案多基于固定的总量或基追肥比例，未能深入探究菊花自身在不同生长阶段对氮的吸收利用规律。因此，如何打破“凭经验施肥”的困局，转向基于植物内在需求的精准管理，是实现切花菊产业高质量、可持续发展的关键突破口。
为了破解这一难题，南京农业大学的研究团队在《Scientia Horticulturae》期刊上发表了一项重要研究。他们以切花菊品种‘南农小金星’为材料，在两年时间里，于云南开元天华生物产业有限公司的薄膜温室中，精心设计并实施了一套无土栽培梯度氮肥试验。研究巧妙地采用了每日滴灌施肥技术，精确控制不同生长阶段的氮素供应，旨在描绘出菊花氮积累的动态图谱，并以此为基础，构建一套全新的精准施肥策略。
研究中运用了几个关键的技术方法：首先是梯度氮肥试验设计，在两年中分别设置了6个和5个不同总氮施用量的处理，并通过每日滴灌精确分配各生育期用量。其次是多指标综合测定，在慢速生长期、快速生长期、花芽分化期、花蕾膨大期和花色显现期等关键节点，系统测量植株的株高、茎粗、叶面积等形态指标以及各器官的鲜重、干重等生物量指标，并在采收时测定花数、花径、鲜重等切花品质指标。第三是氮积累量测定与分析，通过H2SO4-H2O2消解法和流动分析仪测定植株各器官的氮浓度，计算出植株总氮积累量。第四是主成分分析(PCA)，用于将多个高度相关的生长指标降维整合，提取出反映植株综合生长状况的“形态因子”和“生物量因子”，并计算综合生长得分(D)。第五是二次回归模型拟合，用于量化氮积累量与综合生长得分、切花品质指标之间的关系，以及氮施用量与氮积累量之间的关系，从而精确确定各阶段的最优氮阈值。
3.1. 不同氮处理对关键生育期终点生长指标及采收时切花品质的影响
研究发现，菊花的各项生长指标（如株高、茎粗、生物量）均随氮施用量增加呈先升后降趋势，但不同指标达到峰值所需的氮量（阈值）不同。例如，在冠层闭合期，多数指标在N4处理（总施氮112 mg·株-1）时达到平台期；而叶片数在更低的氮量（14–42 mg·株-1）下即饱和。到了花芽分化期和膨大期，过高氮量（如525 mg·株-1）反而会抑制株高、叶面积等指标的增长。在切花品质方面，花数、花颈长、花鲜重和干重在总施氮236.04 mg·株-1时达到峰值，而花蕾直径在179.2 mg·株-1时即饱和，单束切花鲜重则需要更高的氮量（310.8 mg·株-1）。当施氮量增至390.32 mg·株-1时，花鲜重和干重开始下降，证实了过量施氮对品质的负面影响。
3.2. 关键生育期终点生长指标的主成分分析
对八个生长指标进行主成分分析，提取出两个主成分：主成分1（PC1）在叶片鲜重、茎鲜重、叶片干重和茎干重上载荷高，被定义为“生物量因子”；主成分2（PC2）在株高、茎粗、叶片数和叶面积上载荷高，被定义为“形态因子”。两个主成分累计解释了93.29%的变异。通过计算各氮处理的因子得分和综合得分(D)，发现综合得分随施氮量增加呈先增后减趋势。分析表明，在生长早期（如冠层闭合期），氮肥对形态发育影响更显著；而在中后期（如花蕾膨大期和采收期），则主要影响生物量的积累。
3.3. 氮积累量与生长/品质指标的关系
研究建立了各关键生育期终点植株氮积累量与综合生长得分(D)之间的二次回归模型。模型拟合优度高（调整后R2 > 0.9）。根据模型顶点确定了获得最佳综合生长的最优氮积累量：在冠层闭合、短日处理、花芽显现、花蕾破绽和采收期分别为26 ± 5、84 ± 10、158 ± 18、225 ± 19和240 ± 10 mg·株-1。由此推算出慢速生长、快速生长、花芽分化、花蕾膨大和花色显现各阶段的最优氮需求增量分别为26、58、74、67和30 mg·株-1。同时，切花品质指标与氮积累量也呈二次曲线关系，所有品质指标同时达到最优的氮积累量范围为209–250 mg·株-1，与综合生长得分峰值范围（230–250 mg·株-1）高度吻合，因此将采收期最优氮积累量最终确定为240 ± 10 mg·株-1。
3.4. 氮施用量与氮积累量的回归建模及氮素利用效率评估
植株在各阶段的氮积累量随施氮量增加显著上升，且关系同样符合二次回归模型。模型显示，要达到最大可能的氮积累量（即奢侈吸收点），所需的施氮量远高于实现最佳生长和品质所需的施氮量。例如，在采收期，植株氮积累量最大可达297.3 mg·株-1，但最佳生长和品质仅在240 mg·株-1时达到，存在明显的奢侈吸收。将最优氮积累量代入模型，得出各关键生育期终点实现最佳生长所需的最优施氮量范围，进而计算出各生长阶段的具体最优日施氮量：慢速生长期为88.97 mg·株-1，快速生长期为154.91 mg·株-1，花芽分化期为34.78 mg·株-1，花蕾膨大期为47.22 mg·株-1，花色显现期为12.01 mg·株-1。在氮素利用效率方面，研究采用了氮素表观回收率(ANR)和氮肥农学效率(NAE)进行评估。结果表明，在优化的施氮方案下，采收期的ANR高达60%–70%，NAE达到140–160 g·g-1，显著高于传统大田作物的平均水平。这主要归功于集成滴灌施肥技术和高频低量的精准施用策略。当施氮量超过最优阈值时，ANR会显著下降。
结论与讨论
本研究成功地将主成分分析与二次回归建模相结合，系统量化了切花菊关键生育期的氮积累动态，从而将氮肥管理策略从传统的“固定用量模式”转变为以植株“最优氮状态”为核心的动态精准管理模式。研究明确了以实现最佳综合生长和切花品质为目标的植株氮积累量阈值序列，并据此推导出各生育阶段具体的优化施氮量。这一策略的核心在于，以植株内在的氮积累量作为施肥调控的靶标，而非单纯依赖外部的施用量，这有效避免了因经验施肥导致的不足或过量，特别是奢侈吸收造成的浪费。
该研究的意义重大。首先，在实践层面，它为切花菊无土栽培生产提供了一套可直接操作的精准施肥方案，能在显著减少总氮投入（最优总施氮量308.30–367.48 mg·株-1，低于传统推荐的600 mg·株-1）的同时，稳定提升切花品质，并实现高达60%–70%的氮素回收效率。这为产业的“减肥增效”和绿色可持续发展提供了坚实的技术支撑。其次，在理论层面，研究揭示了切花菊在不同生育阶段氮需求与分配的策略转变：生长前期氮肥主要促进形态构建，中后期则转向生物量积累。研究也证实了在滴灌施肥体系下，高频低量的供氮方式是获得超高氮肥利用率的关键。此外，研究指出了未来探索的方向，包括将模型拓展至不同品种，以及研究氮肥与水、其他养分、环境因子的互作效应，并展望了结合物联网与人工智能技术实现智能化精准管理的可能性。
总而言之，这项研究为切花菊的氮肥管理树立了一个新的范式，即从“供给驱动”转向“需求驱动”。它不仅是园艺精准施肥领域的一项重要进展，也为其他高值经济作物的养分资源高效管理提供了可借鉴的思路与方法。
