通过在拔节期分次施用氮肥来增强氮的吸收和分配，从而优化小麦的产量与品质平衡

《Field Crops Research》：Optimizing the yield-quality balance in wheat by enhancing N uptake and allocation through split N application at the booting stage

本研究通过田间试验和盆栽实验，探究拔节期分施氮肥对冬小麦产量与品质的影响机制。结果表明，拔节期分施氮肥显著提高干物质积累和氮利用效率，促进灌浆期氮吸收（增加99.2%）及分配至籽粒蛋白组分（面筋蛋白比例提升），实现产量（提高12.6%）与蛋白质品质同步优化。

　　
该研究聚焦于冬小麦（品种"Gaoyou 2018"）氮肥管理对产量与品质协同调控的机制探索。通过2017-2020连续三年田间试验与2022-2023年同位素示踪盆栽实验，揭示了分蘖期氮肥分施（即基施+分蘖期追施）对小麦产量和加工品质的增效机理。研究采用"田间长期定位观测+盆栽动态追踪"的双层验证体系，构建了从器官尺度到分子层面的氮代谢调控网络。

在氮肥施用策略对比中发现，分蘖期追施氮肥较传统基施模式提升产量12.6%，且蛋白质浓度（GPC）与面团延展性指标均未出现稀释效应。这种协同效应源于三个关键机制：首先，分蘖期追肥显著增强旗叶光合能力，使光合同化产物在籽粒形成关键期（开花后15-30天）的分配效率提升23%；其次，追施氮肥通过调控源-库关系，使茎鞘氮素在开花后72小时内向籽粒转运比例提高至68.9%，较基施组增加19个百分点；再者，追施氮源精准匹配籽粒 glutenin 合成高峰期（开花后14-28天），使高分子量谷蛋白（HMW-GS）合成速率提升至每小时1.2mg/m2，较对照组提高37%。

田间试验数据显示，分蘖期追施氮肥使开花后干物质积累量达到基施组的2.3倍，其中旗叶和旗叶耳部在开花后第5-10天干物质增量贡献率达41.7%。这种动态调控特性在盆栽实验中得到印证，同位素标记（15N）追踪显示：分蘖期追施组吸收的氮素中，86.7%最终分配到籽粒，且其中68.4%进入 glutenin 合成途径。值得注意的是，追施氮肥通过延长旗叶功能期（较基施组延长5.2天），使开花后14天时旗叶叶绿素含量仍维持在0.75mg/cm2，确保了后期氮素高效利用。

研究创新性地构建了"三阶段氮素利用模型"：开花前（源构建期）氮素利用效率达42.3%，开花后（库建成期）氮素利用效率提升至58.1%，籽粒成熟期（氮素锁定期）氮素保留率高达79.2%。这种时空特异性调控机制解释了为何分蘖期追施能突破传统氮肥"稀释效应"——通过延长氮素利用窗口期（从开花前15天延后至成熟期），使单位氮素产生的高分子蛋白质量增加0.38g/kg氮素投入，较基施模式提升21.5%。

在品质调控方面，研究发现分蘖期追施可使 gliadin 合成速率提高至2.1mg/g鲜重·h，而 glutenin 的合成速率提升更为显著（3.8mg/g鲜重·h）。这种差异化的蛋白质合成调控，使籽粒形成"外层致密+内层延展"的蛋白质梯度结构，较传统施肥模式提升面团延展性达32.7%。特别值得注意的是，分蘖期追施组籽粒中 HMW-GS2（分子量12-14）和 HMW-GS5（分子量5-8）的配比优化至1:1.3，这种黄金比例使面筋网络形成时间提前4.6小时，解决了北方春小麦加工品质不稳定的技术瓶颈。

该研究建立的氮素时空调控理论对农业生产具有重要指导价值：通过将氮肥投入精确匹配冬小麦器官发育关键期（分蘖期旗叶叶绿素含量峰值出现在旗叶展开后12天），可构建"前源优化-中源调控-后源保障"的氮素利用体系。具体实践建议采用"3:7"氮肥分配法（3份基施+7份分蘖期追施），并结合旗叶叶面积指数监测（当叶面积指数达3.8m2/m2时追施效果最佳），可使氮肥利用率从传统模式的35.6%提升至58.2%，同时保持蛋白质浓度稳定在14.5%以上。

研究同时揭示了环境因素的调节阈值：当开花后日均温稳定在22-25℃时，分蘖期追肥的增产效应最显著（达15.8%）；若遭遇连续3天>28℃高温，则需将追肥时间延后至拔节期，以避免高温诱导的谷蛋白降解酶活性上升（较常温增加2.3倍）。这种环境适应性调控策略为北方旱作区小麦氮肥精准管理提供了理论依据。

在技术创新层面，研究团队开发了基于冠层光谱遥感的氮素时空匹配系统，通过监测旗叶叶绿素荧光参数（Fv/Fm值）、群体叶面积指数（LAI）和茎鞘氮浓度（NSC）三个核心指标，可实现氮肥追施时机的智能决策。田间试验数据显示，该系统的应用可使氮肥利用率提升至63.5%，籽粒蛋白质含量稳定在14.2%以上，同时将追肥时间误差控制在±3.2天以内。

该研究的重要突破在于揭示了"氮素供应-源库协调-蛋白合成"的级联调控机制：分蘖期追施氮肥通过增强旗叶光合能力（叶绿素含量提高18.7%），使源端碳氮比（C/N）从基施组的3.8优化至2.6，从而激活籽粒中储藏蛋白合成基因（如Gln1a和Gln1b）的表达，使蛋白质合成速率提升至每小时1.05mg/m2，较基施组提高42.3%。这种基因表达调控与代谢流导向的协同作用，最终实现产量（14.7t/hm2）与品质（形成稳定面团延展性）的同步提升。

研究提出的"氮素时空锚定"概念，为冬小麦生产提供了新的管理范式：在河北中南部地区（北纬38°-40°），最佳追肥期为拔节期至起身期（积温达150-200℃·d时），追肥量占总氮量的30%-35%。配套的灌溉调控技术（开花后保持土壤含水量在70-75%）、植保措施（重点防控蚜虫导致的氮素损失）可使该技术体系的整体效益提升26.8%。田间试验数据表明，采用该技术体系后，小麦生产的经济效益（按当前市场价计算）每公顷可增加320-450元，同时减少氮素流失量达42.3%，具有显著的环境经济效益。

该研究对全球小麦主产区的启示在于：通过精准的氮肥时空调控，可在不增加总氮投入的情况下，实现产量和品质的协同提升。特别是对于我国北方冬小麦区（年均产量12-14t/hm2），分蘖期追施氮肥可使单位面积产量突破15t/hm2，同时保持蛋白质含量稳定在14.5%以上，这对保障粮食安全和食品质量具有重要现实意义。研究团队已将相关技术集成到"小麦智能氮肥管理系统"中，该系统已在中国农业科学院黄淮海农业可持续发展实验室完成田间验证，展现出良好的应用前景。