本研究由西北农林科技大学农学院的付留（Fu Liu）、莫非（Fei Mo）等学者联合中国农业大学、兰州大学、山西农业大学及新疆旱区农业研究所的多位研究人员共同完成，发表于*Field Crops Research*期刊2026年第347卷。研究以旱地春玉米为对象，系统探讨了氮肥施用深度与减量施氮对土壤水氮耦合、根系与冠层协调生长以及产量和资源利用效率的影响。

一、研究背景与目的

在旱地农业系统中，过量施氮不仅增加生产成本，还加剧环境污染风险；同时，有限的水分供应和频发的干旱进一步限制了氮肥利用效率与作物生产力。传统浅层施肥（如5厘米）易导致氮素挥发损失，根系难以有效吸收深层养分。已有研究表明，适度增加氮肥施用深度可重新分配土壤氮素，促进根系下扎与地上部生长，但此类效益在减量施氮条件下能否持续、以及能否强化土壤水氮耦合与根冠协调从而提高产量，仍不明确。为此，本研究设定了四个施氮深度（5、15、25、35厘米，分别记为D5、D15、D25、D35）和三个施氮量（225、191.25、157.5公斤纯氮/公顷，分别记为N1、N2、N3），于2022年（相对干旱）和2023年（相对湿润）在陕西关中平原开展田间试验，旨在揭示不同降水年型下减氮深施对土壤水分与硝态氮空间分布、根系生长、光合特性、干物质积累及资源利用效率的影响，并提出优化氮肥管理策略。

二、研究方法与工作流程

试验采用双因素随机区组设计，共12个处理，每处理3次重复，另设不施氮对照用于计算氮肥利用效率。试验地前茬整地时机械深松40厘米，磷肥均匀表施后旋耕入土，氮肥通过窄沟工具人工施入不同深度，随后回填。春玉米品种为“郑单958”，播种行距60厘米、株距22.2厘米，种子播于施肥带上方约5厘米处，全生育期不灌溉。测定内容包括：在拔节期（V6）、吐丝期（R1）、灌浆期（R3）和成熟期（R6）采集0—200厘米土层样品，以烘干法测定土壤含水量；在吐丝期采集0—100厘米土层样品，用连续流动分析仪测定硝态氮（NO₃⁻-N）浓度；用LI-6400XT光合仪在V6、R1、R3期测定净光合速率（Pn）和蒸腾速率（Tr），并通过R1至R3期间的变化率评估叶片衰老；吐丝期用土钻采集根系样品，清洗后扫描并烘干，计算根重密度（RWD）；同时测定叶面积指数（LAI）、地上部生物量及各生育阶段生物量积累速率；成熟期测定产量、地上部氮吸收量、氮收获指数（NHI）和氮肥利用效率（NUE）。数据采用三因素方差分析和LSD多重比较，相关分析用Pearson相关系数。

三、主要研究结果

土壤水氮分布方面，2022年干旱导致表层土壤水分极低，拔节期0—20厘米土层含水量仅9.74%，而60—100厘米和100—200厘米土层分别为14.7%和18.8%；2023年各生育阶段0—200厘米土层含水量较2022年同期高14.67%—35.32%。深施氮肥促进了中深层土壤水分的利用：2022年灌浆期D25和D35处理使30—200厘米土层含水量较D5分别降低4.47%和6.52%；2023年D25使0—200厘米土层含水量降低3.19%，D35则增加1.88%。硝态氮分布显示，2022年D35使0—20厘米土层硝态氮含量较D5降低64.5%，而20—60厘米土层增加97.92%；2023年D25使20—60厘米土层硝态氮含量较D5增加90.85%。值得关注的是，D35N2（2022年）和D25N2（2023年）使主根区（20—60厘米）硝态氮含量较D5N1分别提高98.64%和97.84%，表明适度减氮结合深施可优化根系-养分空间匹配。

根系与冠层生长方面，2022年D35处理显著促进20—60厘米和60—100厘米土层根重密度，分别达0.62和0.09毫克/立方厘米；2023年D25在20—60厘米土层表现最优（0.7毫克/立方厘米）。D35N2（2022年）和D25N2（2023年）使0—100厘米土层根重密度较D5N1分别提高18.19%和8.21%。叶面积指数方面，2022年D35在R3和R6期最高；2023年D25在R1和R3期最高。减氮15%使LAI在2022年和2023年分别降低4.49%和6.53%，但D35N2和D25N2较D5N1分别提高5.71%和5.89%。干物质积累在2022年成熟期以D35最高（233.76克/株），2023年以D25最高（296.31克/株）；D35N2（2022年）和D25N2（2023年）较D5N1分别增加14.68%和5.26%。生物量积累速率在2022年R1—R3和R3—R6阶段以D35最高，2023年各阶段均以D25最高。

光合性能方面，减氮降低Pn和Tr，但深施可补偿。2022年D25和D35使平均Pn和Tr较D5分别提高7.9%和12.17%；D35N2较D5N1的Pn和Tr分别提高2.67%和4.47%。2023年D25在R1和R3期的Pn较D5分别高5.3%和12.22%，Tr分别高10.02%和28.12%；D25N2较D5N1的平均Pn和Tr分别提高2.27%和6.46%。R1至R3期间Pn变化率（反映叶片衰老速度）在2022年随施氮深度增加而降低，2023年则以D25最低，表明深施可延缓叶片衰老。

产量与资源利用效率方面，2022年D35较D5使产量、水分生产力（WP）和氮肥利用效率（NUE）分别提高28.41%、18.21%和68.64%；2023年D25较D5分别提高16.59%、14.9%和44.13%。减氮降低产量和WP，但提高NHI和NUE。D35N2（2022年）较D5N1使产量、WP和NUE分别提高21.04%、14.15%和69.61%；2023年D25N2较D5N1分别提高8.58%、7.69%和44.72%，且未显著降低产量。相关分析显示，生物量、产量、氮吸收、NUE与土壤含水量、根重密度、Pn、Tr和LAI显著正相关，与硝态氮含量呈负相关（因2022年高硝态氮伴随低产），施氮量与产量、干物质和氮吸收呈不显著正相关。

四、结论与意义

研究表明，无论降水年型如何，适度减氮结合深施氮肥总体上可优化土壤氮素分布，促进根系向深层扩展，增强叶片光合能力，延缓衰老，提高产量和资源利用效率。最佳施氮深度因降水条件而异：干旱年份推荐D35N2（35厘米深度结合191.25公斤氮/公顷），湿润年份推荐D25N2（25厘米深度结合191.25公斤氮/公顷）。该策略在减少氮素投入的同时维持或提高产量，降低硝酸盐淋失风险，为旱地玉米可持续集约化生产提供了实用框架。其科学价值在于揭示了深层施氮通过强化土壤水氮空间耦合与根冠协调来补偿减氮负面效应的机制；应用价值在于为半湿润易旱区春玉米氮肥管理提供了可操作的分年型优化方案。

五、研究亮点

本研究的创新性体现在三个方面：一是将施氮深度与施氮量进行双因素组合，系统比较了不同降水年型下的交互效应，而以往研究多单独考察深度或用量；二是通过根重密度、硝态氮空间分布与光合性能的同步测定，建立了“水氮分布—根系生长—冠层功能—产量形成”的完整因果链条；三是提出了基于降水年型的差异化氮肥管理建议，强调干旱年需更深施氮以利用深层水分，湿润年则需适中深度以避免氮素淋失。此外，研究还发现深施氮肥在干旱年对根重密度和产量的提升幅度大于湿润年，说明深施在水分限制条件下具有更强的补偿效应，这一结果为气候变化背景下旱地农业的适应性氮肥管理提供了重要参考。