Optimizing nitrogen fertilization in mustard through GreenSeeker-based precision agriculture: Impacts on productivity, economics, and environmental sustainability

过量施氮是可持续农业面临的一项重大挑战，会对作物生产力、土壤质量和环境健康产生不利影响，并排放强效温室气体氧化亚氮（N₂O），而该领域近80%的排放与作物生产过程中投入的养分有关。氮肥用量的不断攀升进一步加剧了N₂O排放，削弱土壤可持续性并导致环境退化。因此，本研究提出的假设是：将氮利用效率从当前水平（约30%–40%）提高，可减少对氮肥的需求，从而在不造成产量损失的前提下，实现更具成本效益和环境可持续性的生产体系。基于此目标，于2021—2024年rabi季开展了一项田间研究，包括9个氮管理处理和1个不施肥对照处理，采用完全随机区组设计，3次重复。为解决上述问题，首先标准化了基于NDVI的氮肥施用方法，并开发了氮估算速率表（NERC），用于针对特定目标产量进行实时精准氮管理。结果表明，基于传感器的氮肥施用促进了生长和产量性状，种子产量较推荐施肥量（RDF）提高22.75%，节省氮肥18.7%，净收益（NMR）和效益成本比（BCR）分别提高34.4%和30.2%。该处理使氮农学效率（AE N）和氮偏生产力（PFP N）分别提高14.18%–124.7%和1.78%–51.1%，并实现了更高的氮回收效率（NRE，35%–69.5%）。土壤有机碳（SOC）含量的提升幅度以RDN 100 + 2%尿素叶面喷施（52.6%）最优，其次为RDN 100 + 1.5% KNO₃叶面喷施（39.4%），与RDF（38.1%）在统计上相当。肥料对总碳排放的贡献最大，占45.6%–52.3%。基于NDVI的氮管理较RDF减少温室气体排放约11.23%。平均生物产量（种子+秸秆）与总氮（r² = 98）、总磷（r² = 95）和总钾（r² = 98）吸收量呈正相关。这项创新技术使农民能够避免过量施氮，从而减少资源浪费并降低氧化亚氮排放。该技术可实时提供作物氮需求信息，并指导适宜用量的施用。