李文晶，張福順，2

（1.黑龍江大學農(nóng)作物研究院，哈爾濱 150080；2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甜菜品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心，哈爾濱 150080）

0 引言

甜菜是我國北方重要的糖料作物，在東北、華北及西北三大產(chǎn)區(qū)大面積種植[1]。近年來，我國甜菜種植過程中遇到的主要問題是單產(chǎn)偏低、產(chǎn)量和產(chǎn)糖量波動較大[2]。甜菜作為塊根作物具有肥大的直根系，生物產(chǎn)量高，需肥量大，因此施肥是保證甜菜高產(chǎn)高糖的必要條件[3]。

氮是肥料的三要素之一，同時也是影響甜菜產(chǎn)量和含糖率最重要的營養(yǎng)元素之一。多年來人們對甜菜對肥料、氮肥等需求特點及規(guī)律進行了大量的研究并有一定的了解，但對于如何合理施用研究仍欠深入與明確，因此在甜菜生產(chǎn)中普遍存在氮肥施用不合理現(xiàn)象。肥料對甜菜的外觀有顯著的影響，最明顯的是加量施用氮肥能夠使甜菜葉冠顏色鮮艷和甜菜活力增強，因此，種植者通常過量施用氮肥以期獲得高產(chǎn)、高效益[4]。氮肥的施用量與甜菜的產(chǎn)質(zhì)量之間并不成正比，過量施用氮肥不僅會造成含糖率降低、品質(zhì)指標下降，還會增加農(nóng)戶的資源投入和導致土壤理化性質(zhì)惡化、環(huán)境污染等生態(tài)問題[5-6]。因此，本文通過氮素對甜菜的生長發(fā)育、生理生化及產(chǎn)質(zhì)量的正負影響規(guī)律的研究，探究甜菜對氮肥科學的、合理的施用、利用的規(guī)律與特點，以期對科學施肥、適量增效、保護環(huán)境、可持續(xù)發(fā)展提供一定的參考與借鑒。

1 甜菜與氮素營養(yǎng)

氮素作為甜菜生長發(fā)育過程中不可缺少的營養(yǎng)元素，在各項生命活動過程中起著至關(guān)重要的作用[7]。調(diào)控植物生長發(fā)育的物質(zhì)如葉綠素、植物激素（如生長素和細胞分裂素）、維生素（如B1、B2、B6、PP）、次生代謝中間產(chǎn)物等物質(zhì)中都含有氮素[8]。氮素對甜菜生長發(fā)育的影響主要可分為生理生化和產(chǎn)質(zhì)量方面。當甜菜需氮量未達標時，施氮量與甜菜塊根產(chǎn)量、含糖率、干物質(zhì)積累、光合速率等指標呈顯著正相關(guān)，但超過甜菜需氮量繼續(xù)施加氮肥，甜菜產(chǎn)量下降、塊根含氮量增加而含糖率等下降[9]。

1.1 甜菜對氮素吸收利用的規(guī)律

作為甜菜合理施氮的基礎(chǔ)，國內(nèi)外已有很多學者對甜菜氮素的吸收利用規(guī)律做出了研究。甜菜幼苗期到葉叢快速生長期對氮素的吸收強度呈上升趨勢，在8 月上、中旬達到頂峰，之后隨著生育期的推進逐漸降低[10]。從幼苗生長期到葉叢快速生長期，氮的分配以地上部為主，85%～90%的氮被分配到地上部分，塊根中僅占10%～15%，幼苗期甜菜各器官中的含氮量最高；從葉叢生長期到糖分積累期，地上部的氮逐漸被分配到地下部，在此期間，甜菜各器官中氮的含量逐漸下降；糖分積累期后，氮對地下部分的分配趨于50%[11-12]。氮含量在甜菜的生長發(fā)育中呈拋物曲線式[13]，整個生育期，甜菜對氮的吸收呈現(xiàn)出中期快、前期和后期慢的變化規(guī)律[14]；整個生育進程中苗期吸收的氮含量約占兩成，中期約占七成，后期占一成左右[15]。

在葉叢增長期增加氮素的施用能夠提高甜菜的塊根產(chǎn)量[16]。對土壤有機氮礦化的研究表明，生育前期是甜菜氮代謝最旺盛的時期，各器官的含氮量在苗期均為最大值，氮代謝隨著生育進程逐漸減弱[17]。甜菜生育前期氮含量的多少與代謝活動的強弱影響地上部繁茂程度，生育后期主要是糖分積累期，從8月上旬開始保持一定的氮素供給水平，保證葉功能不衰退、有利于糖分積累[18]。滴灌甜菜葉叢快速增長期、塊根膨大期、糖分積累期，追施氮肥比例分別為6∶3∶1（N631）、5∶3∶2（N532）、4∶4∶2（N442），甜菜氮素總積累量和氮素運轉(zhuǎn)量均表現(xiàn)為N631 最佳，甜菜氮農(nóng)學利用率N532 為最高，塊根中非糖物質(zhì)K、Na 和有害氮以N442 為最低；適當降低葉叢快速生長期的氮素施用比例，有利于提高氮肥表觀利用率和氮肥表觀殘留率；氮素追施比例以5∶3∶2處理具有較高的經(jīng)濟和環(huán)境效益，是北疆滴灌甜菜合理氮素運籌模式[19-20]。

綜上所述，在甜菜地上部分對氮的積累主要集中在生育前期和中期，施氮量與積累量呈正相關(guān)，過量施氮會抑制甜菜對氮的積累；地下部分對氮的積累集中在塊根膨大期。就經(jīng)濟效益而言，葉叢增長期對氮的需求量最大、代謝也最旺盛，在葉叢繁茂期適量補充氮肥以達到豐產(chǎn)高糖的目的。

1.2 氮素對甜菜生理生化功能的影響

光合作用能夠固定有機質(zhì)并對其進行進一步的轉(zhuǎn)化。葉綠體是植物葉片含氮量最高的細胞器，約有75%的氮存在于葉綠體中，氮素直接參與光合作用、影響其光合能力[21]。高供氮處理可提高植物葉片氮含量，增強植物的光合能力，光合速率與供氮水平有較顯著的相關(guān)性，缺氮會降低老葉的葉綠素濃度和光合速率[22]。施氮量能夠調(diào)控甜菜葉片的葉綠素含量，從而影響光合作用[9]。研究發(fā)現(xiàn)施氮量與甜菜葉片光合速率的關(guān)系呈前后期低、中期高的單峰曲線變化趨勢；當施氮量小于180 kg/hm2時，光合速率隨著施氮量的增加呈顯著增長趨勢，超過180 kg/hm2時，光合速率下降[23-24]。增加施氮量能提高甜菜葉片SPAD 值，葉片SPAD值和總?cè)~綠素含量之間為極顯著相關(guān)，與植株含氮量之間顯著相關(guān)[25]。在鹽脅迫下施用有機肥可明顯改善甜菜葉片葉綠素含量、光合特性，提高甜菜根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量[26]。綜上所述，合理施氮能提高甜菜葉片葉綠素含量，保證正常的光合作用，有效延長葉片光合速率的高峰期。

甜菜的產(chǎn)量形成和營養(yǎng)優(yōu)劣均受氮素的影響[27]。氮素以硝態(tài)氮（NO3-N）和銨態(tài)氮（NH4-N）兩種形式被甜菜吸收利用，但這兩種氮素形態(tài)在甜菜植株體內(nèi)的吸收、轉(zhuǎn)運和同化途徑等存在著顯著差異[28]。硝酸還原酶（NR）參與植物體內(nèi)最基本的氮素調(diào)控代謝過程，也是氮同化過程中的限速酶[29]。研究結(jié)果顯示，甜菜NR在綠色葉片中的活性最強[30]。施氮水平越高，甜菜植株內(nèi)NR 的活性越強，氮代謝過程越旺盛[31]。NR 的活性在甜菜生長過程中出現(xiàn)兩個峰值：葉叢生長期和糖分積累期，且施氮水平越高，NR 活性的高峰值越高[32-33]。甜菜葉片中NR 的活性在≤200 kg/hm2隨施氮量的增加而增強，塊根中NR 活性在≤120 kg/hm2隨著施氮量增加而增強，≥160 kg/hm2則酶活力下降；施氮量與塊根中可溶性蛋白含量呈極顯著正相關(guān)[34]。因此合理施氮，將NR的活性控制在合理范圍內(nèi)。

1.3 氮素水平對甜菜產(chǎn)質(zhì)量的影響

當施氮水平很低時，葉片中干物質(zhì)的質(zhì)量會降低；在N、P、K、B、Zn 肥配比試驗中，缺N 處理使甜菜減產(chǎn)20.5%，含糖率增加0.20個百分點[35]。對于塊根類作物來說，葉片中干物質(zhì)含量并不是越高越好，地上部生長過于旺盛易造成生長中心無法向地下部轉(zhuǎn)移，不利于塊根的膨大與糖分積累。過度施用氮肥，甜菜干物質(zhì)的積累增多并沒有使根產(chǎn)量增加，反而因物質(zhì)分配失調(diào)，導致根產(chǎn)量下降[12]。不同氮素水平下，甜菜塊根增長量與施氮量和干物質(zhì)積累量并不成正比[11]。

孫洪仁等按氮肥當季利用率40%，對我國北方甜菜產(chǎn)區(qū)，預(yù)期根產(chǎn)量30～90 t/hm2，給出了土壤2～6 豐缺級堿解氮的氮肥適宜推薦施用量分別為：34～101、68～203、101～304、135～405及169～506 kg/hm2[36]。

當施氮量在≤120 kg/hm2時，甜菜根產(chǎn)量隨施氮量的增加而升高，當施氮量＞120 kg/hm2時，根產(chǎn)量的增加并不明顯；而在≤105 kg/hm2時，含糖率隨施氮量的增加而升高，＞105 kg/hm2時，含糖率隨施氮量的增加而降低[37]。不同的施氮水平下，隨著施氮量的增加，甜菜根產(chǎn)量也逐步增加，當施氮量為150 kg/hm2時，甜菜產(chǎn)量為70 t/hm2，達到最大值，超過此量，甜菜的增產(chǎn)效果反而減弱；而含糖率與施氮量呈負相關(guān)，結(jié)合產(chǎn)量及產(chǎn)糖量，建議施氮量為150 kg/hm2[32]。

甜菜產(chǎn)量與氮肥效率呈顯著的二次方程關(guān)系，而含糖率對氮肥效率沒有反應(yīng)；歸一化植被指數(shù)（NDVI）與根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量相關(guān)性很高[6]。施氮可減緩甜菜葉片的衰老速率，調(diào)控葉片生長速率，通過氮素運籌可適當控制新葉發(fā)生速率，促進根系發(fā)育，有利于提高滴灌甜菜塊根產(chǎn)量和含糖率[38]。N、P 肥對甜菜汁的錘度、纖維和純度有正向影響，并可增加根的N、P、K和Na含量；N和P傾向于增加根部的水分含量[39]。甜菜塊根含糖率隨有機態(tài)氮素的增加而增加，其根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量以有機態(tài)氮占總施氮量1/3時最高[40]。

2 影響甜菜氮素吸收利用的因素

2.1 不同甜菜基因型對氮素吸收利用的差異與影響

氮是甜菜生長發(fā)育重要營養(yǎng)元素之一，明確不同品種間氮素利用特點，可為品種選育、節(jié)本增效提供理論依據(jù)。作物品種不同，氮素吸收利用有很大差異，糧食作物小麥品種間存在氮素高效、低效型[41]，玉米品種間存在低氮高效、中效和低效型三種類型[42]。研究表明不同基因型甜菜之間氮素合成、氮素吸收利用等存在差異[4，43-46]。甜菜品種SR-411 氮肥利用效率高于品種HI-0466；品種HI-0466 在黑鈣土上的氮肥利用率較高，SR-411在黑土上的氮肥利用率較高[43]。不同基因型甜菜在氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率及有機氮吸收效率方面間存在差異；在高氮或低氮條件下不同氮效率基因型甜菜的氮素干物質(zhì)生產(chǎn)效率差異顯著[44-46]。有機氮高效基因型甜菜較高的土壤有機氮轉(zhuǎn)運量及合理的根冠比促進了其對有機氮素的吸收；而低效基因型甜菜的有機氮素吸收利用能力較弱、氮素轉(zhuǎn)運能力過低等限制了植株對有機氮素的合理利用，不利于有機氮效率的提高[45]。氮高效基因型甜菜對土表NH4-N 吸收量大于氮低效品種，且隨土壤深度的增加變化明顯；當甜菜根系對NO3-N 的吸收速率達到最大時，氮高效基因型甜菜對NO3-N 的吸收速率高于氮低效基因型甜菜；氮高效基因型甜菜NR 活性和谷氨酰胺合成酶（GS）活性高于氮低效基因型甜菜[46]。測定8個甜菜品種、5 種氮素水平處理對甜菜的影響表明，品種影響全3年的含糖率，影響1年的根產(chǎn)量和蔗糖產(chǎn)量，以及2年的地上干物質(zhì)（TDM）產(chǎn)量和蔗糖與TDM 比率。在所有3 年中，所有的產(chǎn)量參數(shù)都受施氮量的影響；品種×氮互作僅對2年的蔗糖與TDM比率有顯著影響，在施氮量90 kg/hm2之內(nèi)，有兩個品種顯著高于其它6 個品種，這些差異可幫助我們確定不同品種適合不同的管理目標[47]。

2.2 栽培環(huán)境因子對甜菜氮素吸收利用的影響

2.2.1 光溫對甜菜氮素吸收利用的影響

土壤中影響氮素遷移的主要因素是土壤的溫度及濕度[48]。在甜菜未施肥的土壤中，溫度和水分的改變對NO3-N 和NH4-N 含量的影響并不顯著；而在施肥土壤中，改變溫度和水分含量，NO3-N 和NH4-N 的含量隨土層深度的增加而減少；溫度保持不變時，土壤硝化作用和礦化作用的最適濕度為20%；溫度和水分的提高能夠明顯增強施肥土壤中的氮素轉(zhuǎn)化[49]。光照一般通過影響氮素的氣態(tài)損失量而影響作物對氮肥的吸收，當光照水平較低時，作物呼吸作用消耗降低，有利于NH4-N 的同化；當光照水平較高時，NO3-N 的同化以較低的碳消耗為主，有利于NO3-N的利用[50]。

2.2.2 水肥互作對甜菜氮素吸收利用的影響

在農(nóng)業(yè)投入中水資源和氮資源的優(yōu)化利用是農(nóng)業(yè)系統(tǒng)中最重要的因素，水分是土壤中氮運轉(zhuǎn)及作物氮吸收過程中的關(guān)鍵因子，肥料管理與水分管理應(yīng)緊密結(jié)合[51]。滴灌施肥可促進作物根系及地上部的生長，提高多數(shù)作物的產(chǎn)量與品質(zhì)；同時可改善土壤無機氮環(huán)境，提高氮素利用率，減少氮素的淋溶損失[52]。水氮互作對甜菜根產(chǎn)量、產(chǎn)糖量及根冠比等有良好的促進作用[53]。膜下滴灌甜菜對氮的吸收量和NR、GS 活性與施氮量和灌水量呈正相關(guān)；而氮素吸收、生理、農(nóng)學利用率等與施氮量和灌水量呈負相關(guān)；最適宜的灌水量和施氮量分別為每公頃1 350～1 427 m3和150～179 kg，此條件下水氮利用率最高[54]。與露地溝灌甜菜相比，膜下滴灌甜菜出苗率、塊根產(chǎn)量、產(chǎn)糖量、灌溉水利用率均顯著提高，而含糖率降低。對不同施氮量和灌水量對甜菜、玉米和芝麻3 種作物耗水效率和生產(chǎn)率的影響研究表明，水和氮之間的相互作用對3 種農(nóng)作物水的使用效率和生產(chǎn)率都有顯著影響；通過增加氮的消耗，水的使用生產(chǎn)率降低，高氮水平對降低干旱脅迫效應(yīng)無影響[51]。施用氮肥能夠顯著提高甜菜灌溉水的利用率，在水分供應(yīng)充足的條件下，影響更加顯著，該研究就甜菜產(chǎn)糖量和快根產(chǎn)量提出最佳灌溉量和施氮量分別為每公頃4 500 m3和150 kg，過量灌溉和施用氮肥都將導致甜菜產(chǎn)糖量下降[56]。多項試驗表明，區(qū)域配肥技術(shù)與灌溉技術(shù)相結(jié)合的水肥一體化精準精細灌水施肥技術(shù)是甜菜生產(chǎn)高效用肥的必然發(fā)展趨勢[57]。

在施用NPK 不同配比的甜菜田，隨土壤含水量的增加，氮以氨的形式揮發(fā)量呈拋物線式增長，當土壤含水量為20%左右時氨揮發(fā)量最大；氨揮發(fā)損失量隨土壤pH 值的增加逐漸增大；不同類型土壤的氨揮發(fā)量不同，同時氮肥的氨揮發(fā)損失隨施肥深度的增加而減少[43]。

鹽堿脅迫使甜菜葉片的NR 和GS 活性下降，為鹽堿脅迫下改善甜菜對氮素有效吸收利用提供基礎(chǔ)[58]。在輕度（2.5 g/kg）與中度（5.0 g/kg）鹽脅迫下甜菜最佳施氮量均為1.2 g/kg，在重度鹽脅迫下的最佳施氮量為0.6 g/kg；在3種鹽度下，在施氮量2.4 g/kg范圍內(nèi)，隨著施氮量的增加，甜菜葉片滲透調(diào)節(jié)能力呈增強趨勢[59]。

2.2.3 營養(yǎng)要素協(xié)同互作對甜菜氮素吸收利用的影響

針對N、P、K肥的不同配比施用對甜菜的影響研究顯示，優(yōu)化調(diào)控NPK施用量有利于提高甜菜根產(chǎn)量及產(chǎn)糖量；最佳根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的NPK 配比分別為1∶1.4∶1 和1∶1.7：1[60]。隨著NPK 肥施量的增加，甜菜根產(chǎn)量、含糖率和產(chǎn)糖量均呈先升后降的趨勢，N對甜菜根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量的正效應(yīng)最高，對含糖率的正效應(yīng)最低，NPK 肥配比以N 260、P2O5130、K2O 130 kg/hm2為最佳[61]。據(jù)回歸方程推測甜菜大田適宜的N 肥施用量為68.89～88.61 kg/hm2，P 肥施用量為47.94～92.06 kg/hm2，K 肥施用量為54.34～100.66 kg/hm2[62]。對甜菜不同生長時期的塊根與葉叢N、P、K、Na、Mn、Zn、Fe 礦質(zhì)元素主成分分析表明：影響甜菜葉叢生長發(fā)育的主因子為P、Na、Mn、N；影響直播甜菜塊根生長發(fā)育的主因子為P、K；P 素均是葉叢和塊根的第一主因子[63]，因此在甜菜施肥中重視氮的同時還要重視P等礦質(zhì)養(yǎng)分的施用。

不同施肥處理顯著影響玉米田NH3和N2O 排放量及氮素利用率，單施尿素（U）處理NH3揮發(fā)量和N2O 排放氮素損失最高，施用有機肥（O）或尿素與有機肥1∶1配施（UO）處理可顯著降低NH3揮發(fā)損失量；氮素利用效率以UO 處理最高[64]。大量研究表明，施用有機肥能有效提高土壤中相關(guān)酶的活性，從而改變氮的硝化損失與N2O 的排放量，微生物分解有機物時釋放有機酸使土壤pH 降低，因此可減少NH3的揮發(fā)損失，土壤有機質(zhì)是制約反硝化活性的主要因素[65]。與化肥相比，緩控釋肥養(yǎng)分釋放相對緩慢且持久，均能降低氮素的淋溶流失量和NH3的揮發(fā)損失，降低土壤中NO3-N和NH4-N的濃度，從而減少氮素的損失[65]。

2.2.4 生物因素對甜菜氮素吸收利用的影響

農(nóng)業(yè)微生態(tài)制劑能夠改善植物根際土壤的微生態(tài)環(huán)境，促進植株對養(yǎng)分的吸收和根系的生長[66-67]。微生物菌劑也是甜菜土壤中影響氮素吸收利用的因素。施用微生態(tài)制劑能夠明顯增加甜菜根產(chǎn)量和產(chǎn)糖量，不同試驗地點根產(chǎn)量增幅5.39%～13.20%，產(chǎn)糖量增幅6.41%～13.04%[66]。在苗床和大田甜菜葉片噴施微生物菌劑均能提高甜菜塊根產(chǎn)量與含糖，該結(jié)果進一步證實了微生物菌劑在甜菜中具有積極的效用[67]。根據(jù)土壤養(yǎng)分的有效性和化學計量，微生物和植物可以爭奪同樣的資源。通過監(jiān)測碳（C）、氮（N）、磷（P）的動態(tài)變化，測定土壤微生物生長反應(yīng)可知，6 月份的C、N 限制是甜菜根產(chǎn)量的最佳預(yù)測指標，隨著C、N 限制的增加，甜菜產(chǎn)量呈下降趨勢；5月份無機氮施肥緩解了6月份微生物對氮的限制；11月收獲后微生物養(yǎng)分限制達最大。結(jié)果表明，植物和微生物為了獲得相同的營養(yǎng)物而競爭，而植物在獲取它們方面更有競爭力；在收獲之前微生物養(yǎng)分限制的測定，可成功地預(yù)測甜菜產(chǎn)量，因此可用作診斷指標[68]。

在生長季節(jié)的開始，雜草對氮的反應(yīng)比耐草甘膦甜菜更早；雜草對氮的同化量比甜菜大3～4 倍。較高的氮水平增加了氮的充分性指標值和甜菜冠層郁閉度；雜草30 cm 高時，氮充分性指標值較低，甜菜冠層郁閉度較小。將雜草控制在2 cm 高，甜菜產(chǎn)量最高，雜草達8 或15 cm 高時，甜菜產(chǎn)量降低15%，而30 cm 高的雜草使甜菜產(chǎn)量減少21%；當雜草8 cm 高時，可回收蔗糖也降低了8%～16%。這些結(jié)果表明，雜草與甜菜具有很強的競爭能力，并能較早地吸收大量的氮，尤其是在快速生長階段[69]。

3 過量或不合理施氮對環(huán)境的不利影響

化肥具有成分單純、養(yǎng)分含量高、肥效快的特點，但常施用會造成土壤板結(jié)、土壤理化特性下降[70]。氮肥不合理施用或過量施用并不能完全被植物吸收利用，導致氮肥利用率低下，過量氮素通過徑流、淋溶、氨揮發(fā)、硝化-反硝化作用等將以NH3、N2O 的形式揮發(fā)損失到環(huán)境中；施氮量越多，土壤中氮的殘留量和氨的揮發(fā)量也越多，分別以指數(shù)形式和線性形式增加，從而對水體、大氣造成污染，導致土壤退化、水質(zhì)惡化和全球變暖等一系列環(huán)境問題，影響人類的健康，己成為阻礙我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素[65，70]。

2015 年“中央1號文件”指出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要向著農(nóng)藥化肥減量增效和節(jié)約灌水、高效利用、資源節(jié)約、環(huán)境友好的可持續(xù)農(nóng)業(yè)方向發(fā)展。“到2020年化肥使用量零增長行動方案”指出，力爭到2020年，主要農(nóng)作物化肥使用量實現(xiàn)零增長[71]，減量增效施肥早已受到國家層面的重視。

4 提高甜菜氮素合理利用的途徑及策略

我國三大糧食作物肥料利用率僅為33%，遠低于發(fā)達國家40%～60%的水平；在新疆和甘肅地區(qū)的甜菜氮肥利用率僅為38.3%[71]。提高甜菜氮素利用率，合理施用氮肥，主要圍繞如下途徑來實施：一是常規(guī)育種方法與現(xiàn)代育種手段結(jié)合挖掘氮高效利用基因型甜菜。作物基因型是影響作物氮素利用率的關(guān)鍵，不同作物品種間對氮素吸收、同化、利用、分配存在明顯的差異[72]。二是提高氮肥管理，提高氮肥利用率。除此之外，還可考慮借助電子信息技術(shù)建立農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模型、優(yōu)化肥料施用配比，達到合理施肥、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的目的。

4.1 選擇使用氮高效基因型甜菜

通過田間試驗篩選耐低氮類型、氮高效利用基因型甜菜以提高甜菜的氮素利用率是目前最為有效的方法之一。分子育種技術(shù)在改良作物抗逆性、提高作物產(chǎn)量及改善作物品質(zhì)方面取得了一定進展[73]。通過在不同氮素水平下對作物的氮素利用性狀進行鑒定，然后創(chuàng)制分子標記輔助育種?？刹捎?種途徑揭示氮素利用效率相關(guān)基因：一是數(shù)量性狀位點（QTL）定位，確定氮素吸收利用相關(guān)的性狀；二是運用轉(zhuǎn)錄組學手段，可快速鑒定氮素應(yīng)答基因并定位，經(jīng)遺傳轉(zhuǎn)化功能驗證，確定是否為調(diào)控氮素利用效率相關(guān)性狀的基因；三是利用基因工程技術(shù)，將氮高效相關(guān)基因轉(zhuǎn)入目標作物[72]。在水稻上利用氮素營養(yǎng)缺陷型突變體，克隆了與氮代謝相關(guān)的OsARG基因，轉(zhuǎn)基因植株表現(xiàn)了較高的產(chǎn)量和氮素利用效率[74]。巴西甘蔗育種重視在低氮條件下選育氮高效利用基因型甘蔗，所選育的RB系列甘蔗品種需氮肥較少[75]。黑龍江大學已篩選得到的有機氮高效基因型甜菜品系KWS8138、HI0466，與低效基因型甜菜相比，其有機氮利用效率差異顯著[45]。今后應(yīng)加強甜菜分子生物學技術(shù)的應(yīng)用，以快捷確定氮素高效利用基因。

4.2 優(yōu)化氮肥管理體系

優(yōu)化氮肥管理實際就是合理施肥，包括：施肥量、施肥時期、施肥位置和肥料品種，合起來統(tǒng)稱為“4r”養(yǎng)分管理[70]，四者間是相互聯(lián)系和影響的。如根據(jù)目標產(chǎn)質(zhì)量決定施肥量，但又與施肥方法、時期和肥料配比有關(guān)。如果后3個因素配合不協(xié)調(diào)，導致氮素未充分被作物吸收利用而損失，難以獲得目標產(chǎn)質(zhì)量。一般根據(jù)過去3年的產(chǎn)質(zhì)量或當?shù)胤N植的較高產(chǎn)質(zhì)量來推算目標產(chǎn)質(zhì)量[76]。目標產(chǎn)質(zhì)量確定后就要確定施氮量[36]，傳統(tǒng)方法是土壤和植株檢測或者進行田間試驗來確定施氮量。因此應(yīng)根據(jù)測土確定施肥種類和用量。生物肥料是通過微生物的活動，使農(nóng)作物能夠得到特定的肥料效應(yīng)。為改變單一化肥帶來的不利影響，結(jié)合生物肥料施用會得到良好的效果。在甜菜肥料選擇上，遵循多年的施肥經(jīng)驗及作物田間生長規(guī)律，掌握施肥的要點，科學合理運用，結(jié)合先進的科技手段，對現(xiàn)有的施肥技術(shù)做進一步優(yōu)化，達到合理施肥的目的。

利用高光譜遙感等技術(shù)對甜菜進行氮素等的營養(yǎng)診斷，對甜菜產(chǎn)質(zhì)量進行當季預(yù)測和氮管理決策[6，77]；同時為了更好地施用氮肥、監(jiān)測氮素動態(tài)，可借助APSIM 和DSSAT-CERES-Beet等模型[78-79]，通過輸入品種、土壤肥力、降水、肥料等信息，模擬甜菜產(chǎn)量、品質(zhì)等與氮素的相關(guān)關(guān)系，以達到合理施肥的目的。

5 總結(jié)與展望

盡管甜菜氮素的研究取得了一些實質(zhì)性的進展，但是甜菜氮素吸收利用是一個復(fù)雜的生理生化過程，同時受甜菜基因型和環(huán)境因素影響很大。因此，在繼續(xù)深入研究甜菜對氮素的吸收利用規(guī)律的同時，要達到合理施氮用氮，應(yīng)圍繞以下幾個方面開展工作：⑴利用現(xiàn)代分子育種手段（分子標記技術(shù)、轉(zhuǎn)錄組學、生物工程技術(shù)等）選育出氮素高效利用的基因型甜菜；⑵因時、因地制宜，結(jié)合甜菜種植土壤類型、地力、前茬等測土合理施用氮肥，需要時期供肥；⑶有機聯(lián)合、發(fā)揮協(xié)同作用，水肥一體化精準精細灌水施肥技術(shù)是甜菜生產(chǎn)高效用肥的必然發(fā)展趨勢；同時與新型有機肥-無機復(fù)混肥、緩控釋肥、生物菌肥相結(jié)合，改善土壤環(huán)境提高氮肥的利用率；⑷運用甜菜營養(yǎng)診斷與氮素動態(tài)監(jiān)控監(jiān)測技術(shù)，建立適合甜菜合理施用氮肥的模型。