摘要
氮素作为植物生长发育必需的三大营养元素之一，其施用水平显著影响作物对氮素的吸收、积累与分配动态，进而调控叶面积指数、干物质积累和叶绿素含量等关键生理指标，最终对作物品质形成和产量构成产生决定性影响。通过 Meta 分析方法，系统评估了气候、土壤及农艺措施对氮肥调控甜菜生产效益的影响，整合 2001—2025 年 48 篇文献数据，揭示施氮对产量、含糖率及糖产量的非线性响应规律。结果表明：氮肥增产效应显著但环境依赖性强：施氮使甜菜块根产量平均提高 22.8%，干旱地区（年降水量 <400 mm）增产效果（27.4%） 显著优于湿润区（16.0%）；壤土及中性土壤（pH= 6.5 ～ 7.5）增产幅度最大（37.0% ～ 38.2%），高灌水量（>600 mm）与高种植密度（>11 万株 /hm2 ）可分别提升产量 58.7% 和 38.9%。含糖率与施氮量呈阈值响应，施氮整体降低含糖率 5.2%，但施氮量 >450 kg/hm2 时会触发含糖率回升；高密度种植（>11 万株 /hm2 ）加剧遮荫效应，含糖率降幅达 9.0%。糖产量受产量与含糖率动态平衡调控；施氮使糖产量平均提升 18.4%，最佳条件为酸性壤土、高灌水量（>600 mm）配合分次追肥（1 ～ 2 次）及中高施氮量（100 ～ 200 kg/hm2 ）。施氮量≤ 200 kg/hm2 时，产量提升可补偿含糖率损失；超过此阈值后，糖产量受含糖率制约显著下降。研究提出区域化氮肥优化策略：干旱区施氮量≤ 200 kg/hm2 ，湿润区减量至 100 ～ 150 kg/hm2 ；生育后期控氮以平衡“高产量-低含糖”风险。研究结果为甜菜高产优质栽培的氮素精准管理提供了理论依据。
Abstract
As one of the three essential nutrients for plant growth and development，the application level of nitrogen significantly affected the dynamics of nitrogen uptake，accumulation and distribution in crops，which in turn regulated key physiological indexes such as leaf area index，dry matter accumulation and chlorophyll content，and ultimately exerted a decisive influence on the formation of crop quality and yield composition. In this study，the effects of climate，soil and agronomic measures on the production efficiency of sugar beet regulated by nitrogen fertilizer were systematically evaluated through Meta-analysis. Integrating data from 48 literatures from 2001—2025 were used to reveal the nonlinear response law of nitrogen application on yield，sugar content and sugar yield. The results showed that the yield increase effect of nitrogen fertilization was significant but environmentally dependent： nitrogen application increased sugar beet tuber yield by 22.8% on average，and the yield increase effect（27.4%）was significantly better in arid areas（annual rainfall <400 mm）than in wet areas（16.0%）. Loamy soils and neutral soils（pH= 6.5-7.5）had the largest yield increases（37.0% -38.2%），and high irrigation（>600 mm）and high planting density（>110000 plants/hm2 ） enhanced yield by 58.7% and 38.9%，respectively. Sugar yield showed a threshold response to nitrogen application，reducing sugar yield by 5.2% with nitrogen application，but nitrogen application >450 kg/hm2 triggered the recovery of sugar yield. High planting density（>110000 plants/hm2 ）exacerbated the shading effect，and reduced sugar yield by 9.0%. Sugar yield was regulated by the dynamic balance between yield and sugar content. Nitrogen application increased sugar yield by 18.4% on average，under optimal conditions of acidic loamy soil，high irrigation（>600 mm）combined with split fertilizer（1-2 times）and medium to high nitrogen application（100-200 kg/hm2 ）. At nitrogen application rates ≤200 kg/hm2 ，yield improvement compensated for the loss of sugar content；beyond this threshold，sugar yield was significantly reduced by sugar content constraints. The study proposed a regionalized nitrogen fertilization strategy：applying ≤ 200 kg/hm2 nitrogen in the dry zone，reducing to 100-150 kg/hm2 in the wet zone，and controlling nitrogen in the later stages of fertility to balance the risk of“high yield-low sugar content”. Therefore，this study provided a theoretical basis for precise nitrogen management in high-yield and high-quality cultivation of sugar beet.
Keywords
甜菜（Beta vulgaris L.）作为全球第二大糖料作物，其种植规模仅次于甘蔗[1]，是我国北方地区主要的糖料来源，在制糖工业中具有不可替代的战略地位[2]。作为重要的经济作物，甜菜的生产效益直接影响其经济价值及产业可持续发展[3]。氮素作为植物生长发育必需的三大营养元素之一，其施用水平显著影响作物对氮素的吸收、积累与分配动态，进而调控叶面积指数、干物质积累和叶绿素含量等关键生理指标，最终对作物品质形成和产量构成产生决定性影响[4]。薛鸿雁等[5]研究表明，与不施氮处理相比，优化施氮最高可使甜菜块根产量和产糖量分别显著提高 37.3% 和 20.7%。由此可见，氮肥运筹技术是实现甜菜高产优质栽培的核心环节[6]。然而，在农业生产实践中，盲目追求高产而过度依赖氮肥投入的现象日益普遍，这不仅导致作物产量下降和氮肥利用效率降低，更引发土壤板结、面源污染及农田生态系统失衡等一系列生态环境问题[7]。因此，建立基于科学依据的氮肥精准管理策略已成为当前甜菜产业可持续发展的迫切需求。
尽管已有大量研究证实氮肥施用能够显著提高甜菜的生产效益[8-10]，但由于环境条件和农艺措施的差异，其影响程度存在显著的空间异质性。因此，目前关于滴灌条件下甜菜高产高糖的氮素管理方案尚未形成统一结论[11]。例如，蔡柏岩等[9]研究表明，施氮量为 120 kg/hm2 时，甜菜的根冠比达到最优；而郭晓霞等[12]在内蒙古自治区冷凉干旱区的试验表明，甜菜的最佳施氮量为 100 kg/hm2； 与之相反，王娟等[13]在新疆维吾尔自治区塔额盆地的研究发现，滴灌条件下甜菜高产优质的推荐施氮量高达 210 kg/hm2。这表明，甜菜的最适施氮量受环境因素的显著调控。此外，其他环境及管理因素亦对甜菜氮素利用及生产效益产生重要影响。胡晓航[14]研究发现，温度和水分条件的提升可促进施肥土壤的氮素转化效率；王南博等[15]则证实，土壤 pH 对甜菜产量和含糖率具有显著调控作用，二者均随 pH 的变化而呈现动态响应。武俊英等[16] 通过水肥耦合试验发现，在相同施氮量下，灌水量的差异会导致甜菜产量及含糖率发生显著变化；田露等[17]指出，基追肥配比的调整对甜菜生产具有重要影响；而崔瑜等[18]研究表明，种植密度同样是影响甜菜产量的关键因素。综上，气候条件、土壤特性及农艺措施的差异均可显著影响甜菜的生产表现。因此，系统研究不同环境及管理条件下施氮对甜菜生产效益的影响，对于优化氮肥管理策略、实现甜菜高产优质栽培具有重要的理论和实践意义。
Meta 分析是一种基于定量统计的科学研究整合方法[19]，其通过对具有相同研究目标的独立研究数据进行系统整合与统计分析，能够有效解析多因素交互作用下因变量的响应机制，从而得出具有普遍意义的科学结论[20]。为了系统评估施氮措施对甜菜生产效益的影响效应及其环境依赖性，本研究采用 Meta 分析方法，通过建立综合评估模型，定量分析不同环境条件和农艺措施下施氮对甜菜生产效益的影响程度及其变异特征。
1 数据与方法
1.1 数据来源
通过系统的文献综述和从同行评审来源中提取数据，对不同条件下施氮与甜菜产量，含糖率和糖产量之间的关系进行了量化。在知网（CNKI） （https://www.cnki.net/）和 Web of Science（https://www. webofscience.com/）上对 2001 年 1 月至 2025 年 1 月已发表的文章使用以下关键词：“甜菜”“产量”“氮肥”“氮素”以及相关关键词组合进行了全面的文献检索；并进行手工筛选。文献筛选过程遵循 PRISMA 标准。最后，48 篇符合标准的文章被纳入 Meta 分析中。本研究的技术路线见图1。根据标题和摘要筛选出相关研究，并确定了以下纳入和排除标准：（1）为更准确地评估施氮对甜菜田间生长的实际效应，本研究在文献筛选过程中排除了盆栽试验与室内模拟试验等受控环境研究，仅纳入大田试验数据。同时，为了确保研究设计的科学性，所选试验均要求采用随机对照设计，包括观察性研究和试验性研究两种类型；（2）所有的试验必须已施氮作为试验组（TR），不施氮作为对照组（CK）；除此之外，试验组和处理组的试验条件（如磷肥、钾肥的施用量）应该保持相同； （3）必须明确说明重复次数，试验数据至少需提供甜菜产量、含糖率及糖产量的均值（Mean）和标准误差（SE），若文献中未报告标准误差，则采用均值的 10% 作为替代值进行估算[21]。此外，还收集了各研究试验地的精确经纬度坐标，若研究未提供精确经纬度坐标，则使用谷歌地图（http://www.google. com.hk/maps）定位并获取坐标。用于绘制试验点空间分布表（表1），以评估研究数据的区域代表性。
图1技术路线图
表1试验地分布
1.2 数据分类
由于气候条件、土壤性质及农艺措施等因素均会影响施氮量对甜菜生产效益的调控效应，为增强研究结果的可比性，本研究采用亚组分析方法系统评估不同环境条件下施氮量对甜菜产量、含糖率及糖产量的影响。基于文献数据特征设定的亚组分类包括：（1）气候因素：年降水量；（2）土壤性质：土壤 pH、土壤质地；（3）农艺措施：施氮量、追肥次数、氮肥占比、灌水量及种植密度 （表2）。需要说明的是，由于本研究数据主要来源于新疆、内蒙古和黑龙江等甜菜主产区，这些地区的年平均气温极差仅为 8.2℃，由于环境温度变异较小，因此，本研究未将温度因素纳入亚组分析中。
表2亚组分类
续表
1.3 数据分析
本次研究模型选择随机效应模型，随机效应模型的例间方差参数估计（）采用限制性最大似然法（REML）进行[22]。采用生态学中常用的对数响应比（lnR）来计算施氮对甜菜产量、含糖率和糖产量的效应值，计算公式如下：
(1)
式中，XT 是试验组的平均值，XC 是对照组的平均值。当 lnR>0 时，表示施氮对甜菜产量、含糖率和糖产量具有促进作用；当 lnR<0 时，则具有抑制作用。
与 lnR 对应的方差计算公式如下：
(2)
式中，Yt 和 Yc 分别表示试验组均值和对照组均值， St 和Sc 分别对应试验组和对照组的标准差，而 nt 和 nC 分别对应试验组和对照组的样本量。
加权因子（Wi ）、加权反应比（R+）、R+ 的标准误（SE） 和 R+ 的 95% 置信区间（CI） 计算如下：
(3)
(4)
(5)
(6)
式中，i 和 j 分别代表第 i 次和第 j 次处理；m 和 k 分别为比较组的数量和对应组中的比较次数；Wij Rij 和 Wij 分别表示观测值的加权响应比和调整权重因子。当 95% 置信区间不与零重叠时（P <0.05），则认为处理组相较于对照组存在显著增加或减少。
1.4 数据处理
若文献中提供的数据以区间形式呈现（如最小值～最大值），则采用中位数作为代表性数值进行分析。对于仅以图表形式呈现的数据，使用 GetData Graph Digitizer（http://getdata-graphdigitizer.com/）进行数字化提取，以确保数据的精确性。使用 Openmee 软件对 lnR、R+、95%CI 进行计算[23]。使用 Origin 2025 进行数据的统计分析。
1.5 偏倚性分析
使用罗森伯格加权法计算显著效应的失安全系数[24]。如果失安全系数较大（即大于 5n + 10，其中 n = 已纳入 Meta 分析的研究数量），则 Meta 分析结果对可能的发表偏差具有稳健性。本研究这些故障安全数远远大于数据集中的比较结果 （表3）。因此认为，发表偏倚对 Meta 分析结果的影响微乎其微，计算出的效应大小是稳健的。
表3失安全数检验
2 结果与分析
2.1 甜菜生产效益的稳定性参数分布
如图2所示，为了确保数据的质量，数据进行分析前使用高斯分布检验氮肥对甜菜的产量（图2a）、含糖率（图2b）和糖产量（图2c）响应比效应值的正态性。产量、含糖率和糖产量的 lnR 值全都服从正态分布（P<0.01）。其中，产量的对数响应比含量的均值为 0.229，主要分布在 0.2～0.26； 含糖率的对数响应比含量的均值为-0.052，主要分布在-0.07～-0.03；糖产量的对数响应比含量的均值为 0.184，主要分布在 0.15～0.22。
图2甜菜产量、含糖率及糖产量的频率分布
注：a 为产量，b 为含糖率，c 为糖产量。
2.2 不同条件下氮肥对产量的影响
总体而言，施氮能显著提高甜菜产量，平均增幅达 22.8%，但其增产效果会因环境条件不同而存在显著差异（图3）。氮肥增产效应与降水量呈负相关关系：在干旱地区（年降水量 <400 mm） 增产 27.4%，在中雨量地区（400～600 mm）增产 20.8%，在多雨地区（>600 mm）仅增产 16.0%。土壤特性对氮肥效果影响显著，其中壤土增产效果最佳（37.0%），高于黏土（22.5%）和砂壤土（21.3%）；土壤 pH 也起关键作用，中性土壤 （pH=6.5～7.5）响应最明显（38.2%），其后依次为酸性土壤（26.5%）和碱性土壤（11.7%）。农艺措施会进一步调节氮肥效果：灌溉量和种植密度均与增产效果呈正相关，灌溉量从不足（<200 mm）时的 2.3% 提升至充足灌溉（>600 mm）时的 58.7%；高密度种植（>11 万株 /hm2）使氮肥效果提升至 38.9%，显著高于低密度（<9 万株 /hm2）时的 6.8%；在不同施氮水平下，甜菜产量表现出明显的梯度响应：低施氮量（<100 kg/hm2 ）时增产 11.3%，中等施氮量（100～200 kg/hm2）时增产2 1.1%，而高施氮量（>200 kg/hm2）时增产效果进一步提升至 32.4%。追肥措施同样显著影响增产效果，不追肥处理仅增产 9.6%，追肥一次可提高至 28.9%，多次追肥则能达到 37.6% 的增产幅度。此外，氮肥在总施肥量中的占比也呈现规律性变化：当占比低于 30% 时增产 21.2%，占比 30%～50% 区间增产效果略有下降至 19.6%，而占比超过 50% 时则表现出最佳的增产效果，达到 38.1%。
图3不同条件下施氮对甜菜产量的影响
注：误差条表示 95%CI，如果 CI 不超过零线，则有显著影响（P <0.05）；括号内外的数字分别代表施氮与不施氮处理的差异百分比和样本量。下同。
2.3 不同条件下氮肥对含糖率的影响
如图4所示，施氮处理总体上会降低甜菜 5.2% 的含糖率效应，但这种影响因环境条件而异。在降水方面，多雨环境反而使含糖率效应提高 1.4%，而少雨和中雨环境分别降低 6.9% 和 6.2%。土壤类型的影响表现为：黏土环境下含糖率效应提高 2%，而壤土和砂壤土分别降低 6.9% 和 4.9%。土壤 pH 的影响最为显著，酸性条件下含糖率效应最大（9.4%），中性条件下效应最小（-16.9%），碱性条件下则表现为 4.4% 的负增长。灌溉条件下分析，低灌水条件下仅降低 1.5%，中灌水条件下降幅达 12.2%，而高灌水条件下反而下降 10.2%。种植密度的影响表现：低密度时含糖率提高 1.5%，而中、高密度时分别降低 8.2% 和 9.0%。施肥管理方面，施氮量增加并未加剧含糖率下降（低、中、高施氮量分别影响-2.9%、-2.1% 和-4.4%），但追肥次数和氮肥占比的影响较为显著：多次追肥使含糖率降低 8.0%，而高氮肥占比（>50%）时降幅达 11.6%。结果表明，施氮对甜菜含糖率的影响具有显著的环境依赖性，其中土壤 pH 和水分管理是影响最大的两个因素。
图4不同条件下施氮对甜菜含糖率的影响
2.4 不同条件下氮肥对糖产量的影响
如图5所示，施氮处理平均可提高甜菜糖产量 18.4%，但其效应受环境条件显著影响。在降水方面，少雨地区增产效果最佳（26.8%），显著高于多雨（18.1%）和中雨（10.5%）地区。土壤类型的影响表现为壤土增产效果最显著（46.3%），其后依次是黏土（21%）和砂壤土（11.4%）。随着土壤 pH 升高，增产效果递减，酸性土壤增产 29.9%，而碱性土壤仅 5.3%。灌溉条件与增产效果呈正相关，从低灌水的负效应（-0.9%）提升至高灌水的显著增产（52.5%）。种植密度和施氮量均呈现正效应，高密度种植（36.4%）和高施氮量 （21%）效果最佳。追肥次数同样影响显著，多次追肥可提升 28.7% 的糖产量，显著高于不追肥处理（4%）。氮肥占比的影响表现为高占比（25.9%） >低占比（23.3%）>中占比（13.7%）。这些结果表明，在壤土、酸性土壤、高灌水量、高种植密度、高施氮量配合多次追肥和高氮肥占比的条件下，施氮对甜菜糖产量的提升效果最为显著。
图5不同条件下施氮对甜菜糖产量的影响
2.5 施肥条件下环境因子的响应
本研究对不同年降水量、土壤 pH、灌水量、种植密度、施氮量、追肥次数、氮肥占比条件下对氮肥的影响进行了逐步线性回归分析。结果 （图6）显示，降水量和土壤 pH 对甜菜产量和糖产量的影响显著（P<0.01），随着年降水量和土壤 pH 的增加，甜菜产量和糖产量的效应值在逐渐减小，但降水量和土壤 pH 对含糖率均无显著影响（P>0.05）。灌水量对产量和糖产量同样呈显著正相关（P<0.01），但对含糖率无显著影响（P=0.12）。而种植密度和施氮量对产量、含糖率、糖产量均有显著影响（P<0.01），随着密度的增加，产量和糖产量也随之增加，而含糖率随着密度的增加而减小。施氮量对甜菜产量、含糖率和糖产量影响呈现非线性关系（P<0.01），甜菜产量和糖产量随施氮量增加而显著上升，在约 150 kg/hm2 达到最大值，在 150～400 kg/hm2 产量效应逐渐下降，而在 400 kg/hm2 以上产量再次回升。而施氮量在 0～450 kg/hm2 时含糖率持续下降，450 kg/hm2 时含糖率小幅回升。而追肥次数对甜菜产量、含糖率、糖产量均呈现出先增加后减小的趋势 （P<0.01），产量和糖产量在追肥次数为 3 次时达到最大值，而含糖率在追肥次数为 1～2 次时达到最大值。氮肥占比对产量呈显著正相关（P<0.01），对含糖率呈显著负相关（P<0.01），而对糖产量并无明显影响（P=0.57）。
图6不同环境因子对甜菜产量、含糖率和糖产量效应值的多元线性回归结果
2.6 各种因素对产量，含糖率和糖产量效应的相对重要性
本研究基于随机森林模型定量解析了气候条件、土壤性质及农艺措施对施氮条件下甜菜产量、含糖率及糖产量的影响机制（图7）。结果表明，不同产量构成要素的主导影响因素存在显著差异。在甜菜产量形成方面，灌溉量表现出最强的解释力（31.9%），其后依次为种植密度 （29.1%）、降水量（26.1%）、施氮量（22.0%）、土壤 pH（21.5%）和追肥次数（21.4%），而氮肥占比的影响未达显著水平（13.0%）（图7a）。对于甜菜含糖率而言，氮肥管理指标贡献最为突出，其中氮肥占比（40.3%） 和施氮量（29.6%） 的解释度最高。此外，土壤 pH（33.2%）、种植密度（29.4%）、降水量（28.8%）、灌溉量（27.5%） 及追肥次数（25.6%）均表现出重要的调控作用 （图7b）。就糖产量而言，各影响因素的贡献度排序为灌溉量（22.1%）>降水量（20.8%）>种植密度（19.4%）>施氮量（16.6%）>土壤 pH（15.7%） >追肥次数（13.0%）>氮肥占比（7.5%）。
图7不同因素对产量、含糖率和糖产量效应的相对重要性
注：a 为产量，b 为含糖率，c 为糖产量；*、** 分别表示P<0.05、P <0.01。
3 讨论
3.1 不同环境因素下氮肥对甜菜产量的影响
如图6所示，气候条件对甜菜产量具有显著影响。对比干旱地区和湿润地区可以发现，施氮肥在干旱地区的增产效果明显优于湿润地区。已有研究证实，过量降水可能削弱施肥对作物生长的促进作用[25]。这是因为降水会将施入土壤的氮肥冲刷至作物根系吸收范围之外的深层土壤，导致氮素流失，进而降低土壤肥力和作物产量[26]。这一机制可能是造成干旱地区施氮效果优于湿润地区的关键原因。
在壤土环境下，氮肥对甜菜产量的效应显著高于黏土和砂壤土。壤土具有理想的保水-排水平衡，其孔隙结构既能保持灌溉水分（避免干旱胁迫），又能及时排除多余水分（防止涝害）。研究表明，这种水分环境可使氮肥利用率提高 25%～40%[27]。而土壤 pH 升高会显著降低氮肥的施用效果，这主要与氮素的转化和损失有关。当土壤 pH 升高时，铵态氮更容易转化为氨气而挥发损失。研究表明，pH 每增加 1，氨挥发损失量就会增加 15%～25%[28]。同时，随着 pH 从 5.5 上升到 7.5，硝化作用速率会提高约 40%[29]，这会加速铵态氮向硝态氮的转化，增加氮素淋失的风险。这些因素共同作用，可能是导致高 pH 土壤中氮肥效应降低的重要原因。
灌水量增加会提高氮肥对甜菜产量的促进效果，这一现象与降水的影响形成鲜明对比。造成这种差异的关键原因可能在于灌溉的可控性。与自然降水相比，灌溉能够更精准地控制水量，有效避免过量水分带来的不利影响。研究表明，科学调控灌水量可以带来多重效益：首先，适量的灌溉能使氮肥在根系分布区均匀扩散，显著扩大作物对养分的吸收范围[30]；其次，增加灌水量可以促进氮肥溶解，增强其在土壤中的移动性，从而大幅提升根系对氮素的吸收效率。数据显示，在水分条件适宜时，氮肥利用率可提升 20%～30%[31]。这些优势很好地解释了灌溉与降水对甜菜产量的影响会呈现截然不同的效果的原因。
种植密度与氮肥对甜菜产量的效应呈正相关。有研究表明，密度每增加 1 万株 /hm2，氮吸收量增加 20 kg/hm2，从而提高了氮肥对产量的效应，但需要注意的是，高密度需额外增施 20% 氮肥以维持单株营养，否则单株根重下降 13%～18%[32]。因此，实际进行种植时，需要权衡种植密度和施氮量的平衡。
施氮量、追肥次数和氮肥配比对甜菜产量均有显著影响。研究数据显示，当施氮量达到 150 kg/ hm2 时，甜菜产量效应达到峰值，这一结果与多数已有研究结论一致[12，33]。然而，当施氮量超过 400 kg/hm2 时，产量效应出现异常回升现象。通过进一步分析，发现这种现象仅出现在壤土栽培条件下。因此推测，壤土的特殊性质可能是产生这种现象的原因：首先，壤土具有理想的大、小孔隙比例，既能保证通气性又能维持持水性，为超高氮环境下的水气平衡提供了有利条件[34]；其次，壤土对氮素转化产物具有较强的缓冲能力，可以有效避免铵盐和硝酸盐的急性毒害[35]。这些特性可能是导致超高氮条件下产量仍能维持较高水平的重要原因。分次追肥相比一次性基肥可提高甜菜产量 8%～15%，这主要得益于氮肥利用效率的提升和氮素流失的减少[36]。已有研究指出，追肥次数以 2～4 次为宜，超过这个范围可能因伤根或养分失调而影响品质[37]。本研究结果与这一结论相符，3 次追肥处理的甜菜产量达到最高值。而保持较高的氮肥占比也能提高甜菜产量，氮肥占比在 50%～60% 时，甜菜产量的效应能保持到较高水平。
3.2 不同环境因素下氮肥对甜菜含糖率的影响
多项研究[38-39]表明，施氮会降低甜菜的含糖率，这与本研究结果一致。但本研究数据显示，在施氮条件下，相比产量和糖产量，环境因素对含糖率的影响更为稳定（图6）。具体而言，降水量、土壤 pH 和灌水量对含糖率均无显著影响（P>0.05）。
与产量增长趋势不同，在施氮环境中，随着种植密度上升，甜菜含糖率呈现下降趋势。研究认为，此现象可能由以下机制导致：首先，高密度种植加剧植株间遮荫效应，显著削弱叶片光合效率[40]；其次，密度提升导致叶面积指数增加，冠层光合有效辐射透射率降低，同时净光合速率下降，直接减少光合产物积累量[41]；最后，光合产物向块根转运的效能同步降低，最终抑制蔗糖合成。上述生理过程的连锁反应，可能是含糖率与产量变化趋势背离的关键成因。
综合已有研究，施氮量与甜菜含糖率呈显著负相关[42-43]，这一结论与本研究的结果相同。因其机理主要与氮素分配失衡有关：过量氮肥促使光合产物向地上部冠层（叶片）优先分配，减少向地下部块根的同化物转运比例，最终抑制糖分积累[18]。本研究发现，当施氮量超过 450 kg/hm2 时，甜菜含糖率呈现异常回升趋势。推测这一现象与植物在氮素胁迫下的应激调控机制有关：在过量施氮条件下，甜菜可能通过启动“代谢补偿-库强调控-渗透调节”三位一体的自救响应，暂时逆转碳分配模式。具体而言，植株通过提升对氨基酸态氮等有机氮源的利用效率，维持叶片光合作用效能及蔗糖合成酶活性，从而促进碳代谢产物积累[14]。该过程的生化基础可能涉及活性氧（ROS） 动态平衡机制—过量氮素诱导的 ROS 积累会激活超氧化物歧化酶、过氧化氢酶等抗氧化系统，为维持氧化还原稳态，植物可能通过增强蔗糖合成途径同时获取能量载体（ATP）和还原当量（NADPH）[44]。研究表明，将追肥次数控制在 1～2 次并降低氮肥比例，可有效缓解氮素过量对甜菜含糖率的负面影响。这一现象可能与碳氮代谢协同调控和养分供需动态匹配有关：分次追肥能更贴合甜菜块根膨大期的氮素需求规律，避免单次高量施肥引发的氮素过量吸收；而生育后期（叶丛快速生长期后），甜菜对氮素的需求显著下降，此时过量施氮易打破碳代谢优先的生理状态[45]。此外，过量氮肥会延长甜菜营养生长阶段，延迟块根成熟进程，导致糖分积累期缩短，同时未被及时转化的糖分可能通过呼吸作用消耗[46]。因此，1～2 次的追肥次数并适当降低氮肥比例可以有效提高含糖率。
3.3 不同环境因素下氮肥对甜菜糖产量的影响
研究发现，氮肥对甜菜糖产量的影响与块根产量的变化趋势高度一致（图6）。相较于含糖率，糖产量更易受产量调控。这与 Milford[47]的结论相吻合：糖产量由块根产量与含糖量共同决定，当含糖量下降时，产量上升可补偿其损失，从而使糖产量保持稳定。但需注意的是，这种补偿效应可能随施氮条件变化而改变。例如，当施氮量超过 200 kg/hm2时，块根产量趋于饱和，此时糖产量受含糖率下降的制约显著降低；而氮肥占比的调整则进一步打破二者的关联性，使糖产量在产量与含糖率的动态平衡中趋于平缓，无明显升降趋势。因此，实际甜菜生产中需以块根产量为核心调控目标以实现糖产量最大化，但施氮条件下的含糖率变化不可忽视。当施氮量 ≤ 200 kg/hm2 时，块根产量的提升可有效补偿含糖率下降的损失，此时糖产量对产量变化更敏感；而当施氮量突破阈值或氮肥占比过高时，含糖率对糖产量的制约效应显著增强，需通过优化施肥策略（如分次追肥、控制氮肥占比）协同调控二者平衡[48-49]。这表明，高产目标下仍需兼顾施氮对糖代谢的潜在抑制风险，避免“高产量-低含糖”的效益陷阱。
4 结论
本研究通过 Meta 分析整合多环境数据，系统量化了气候条件、土壤特性及农艺措施对甜菜产量、含糖率与糖产量的调控效应，并揭示施氮量与甜菜生产指标间的非线性响应规律。结果表明：施氮显著提高甜菜块根产量（22.8%）和糖产量 （18.4%），但会一定程度地降低含糖率（5.2%）。综合考虑多因素影响并给出实际生产意见：（1）氮肥精准调控：推荐施氮基准量为 150 kg/hm2，但需依据环境动态调整——干旱区（年降水量 <400 mm）阈值可提升至 200 kg/hm2，而湿润区（年降水量 >600 mm）需控制在 100～150 kg/hm2 以减少氮素淋溶损失，并避免单次高量施肥；（2）分次施肥适配：采用分次追肥（2～3 次）以提高氮肥利用效率；（3）土壤-水肥协同：中性至弱酸性壤土种植甜菜效果最佳，碱性土壤需配合酸化改良措施，灌水可以有效的提高氮肥对甜菜的生产效应，但需要精准调控，建议结合滴灌技术精准控制灌水量，避免自然降水导致的氮素流失；（4）密度-营养平衡：高密度种植可以有效实现增产，但需同步增加氮肥投入（约 20%）以维持单株营养平衡。