《Industrial Crops and Products》：Interaction of climate and nitrogen fertilizer use on wheat yield and optimization strategies in China
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气候变化对小麦产量的影响超过氮肥施用；随着生长度日（GDD）和降水的增加，增施氮肥可提高小麦产量；随着极端度日（EDD）的增加，增施氮肥反而降低产量；根据气候条件调整氮肥施用可提高氮利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）。
气候变化对小麦产量的影响超过氮肥施用；随着生长度日（GDD）和降水的增加，增施氮肥可提高小麦产量；随着极端度日（EDD）的增加，增施氮肥反而降低产量；根据气候条件调整氮肥施用可提高氮利用效率（nitrogen use efficiency，NUE）。
小麦是全球最重要的口粮作物，其生产对保障粮食安全至关重要。然而，气候变化正对全球小麦生产构成显著威胁：全球小麦产量变异的近一半可由气候波动解释，中国小麦产量变异中约五分之一也归因于气候变化，升温每增加1°C可能造成4%—6%的产量损失。与此同时，小麦生产中氮肥过量施用现象普遍，约76%的人为施入农田的氮通过硝化、反硝化、挥发和淋溶损失到环境中，加剧水体污染、温室气体排放和生物多样性下降。尽管合理施用氮肥是提高产量和应对气候风险的重要手段，但以往研究多分别评价气候或氮肥的独立效应，较少关注二者在长期时间尺度上的交互作用。氮肥的增产效果很可能随温度、降水等气候条件变化而改变，且不同麦区可能存在显著差异。因此，亟需在气候—氮肥交互框架下评估小麦产量的响应机制。
研究人员利用1954—2020年中国三个麦区——冬小麦区（WR）、春小麦区（SR）和冬春小麦区（W-SR）——20个省份的面板数据，构建了包含气候变量、氮肥用量及其平方项和交互项的固定效应模型。研究目的有二：一是分析长期气候波动背景下小麦产量对氮肥施用的响应；二是评估不同气候条件对氮利用效率的影响。该研究有助于理解氮肥效率的气候依赖性，并为未来气候变化下的小麦适应性氮肥管理提供策略。
研究方法方面，数据来源于中国气象局、中国经济社会大数据研究平台以及多源氮肥数据库，涵盖352个气象站的逐日最低/最高气温和降水数据，以及各省小麦产量和氮肥施用量。研究计算了小麦生长季的生长度日（GDD，介于基温与最适温度之间的热量积累）、极端度日（EDD，超过最适温度的热量积累）和累积降水（Prcp）。采用省和年份固定效应回归，逐步引入气候变量、氮肥用量、氮肥平方项及GDD×N、EDD×N、Prcp×N交互项，依据AIC/BIC选取最优模型。利用偏导数计算产量对各变量的敏感性，并按上、下四分位数划分高/低氮肥与干/湿/冷/暖气候情景，以收获面积加权得出区域敏感性，进而计算最优氮肥施用量。
研究结果如下：
3.1 氮肥施用与气候变化趋势
在66年研究期内，三个麦区的小麦产量和氮肥施用量均呈增加趋势。W-SR的平均氮肥用量最高（70.62 kg N ha
?1），WR次之（63.53 kg N ha
?1），SR最低（23.46 kg N ha
?1）；对应平均产量分别为2919.5、2433.2和2073 kg/ha。GDD和EDD均在大部分地区显著上升，GDD增幅为5.1—58.6 °C·d decade
?1，EDD在西部上升明显。降水整体由西向东增加，W-SR降水上升但年均值低（164.77 mm），WR降水下降但年均值高（913.11 mm），SR无显著趋势。总体而言，生长季气候呈变暖变湿趋势。
3.2 模型评估与最优模型选择
仅含气候因子的模型解释约24%的产量变异；加入氮肥用量后解释力升至约66%；进一步加入氮肥平方项和气候×氮肥交互项后，解释力达到约77%。最优模型（模型5）的AIC和BIC均为最低。该模型显示，小麦产量对氮肥施用表现为显著倒U型二次关系；EDD与氮肥的交互项显著负向，表明随极端高温积累增加，增施氮肥反而加剧减产；GDD与氮肥交互项显著正向，表明充足氮肥有助于利用热量资源。在氮肥为零的低氮水平下，GDD的条件效应为?0.000331（p<0.01），说明低氮时增温对产量不利。
3.3 气候变化和氮肥施用量对产量变化的影响
GDD长期趋势对产量影响存在区域差异：WR南部增产2.74%—7.75%，北部减产2.6%—3.8%；SR减产1.11%—1.15%；W-SR增产1.16%—1.17%。EDD增加导致所有省份减产，减产幅度总体呈SR>WR>W-SR。降水增加对产量有利，在W-SR每增加100 mm降水可增产0.18%。综合气候趋势，WR和SR产量分别下降4.96%和6.94%，而W-SR上升3.57%。将氮肥趋势一并考虑后，WR和SR产量仍分别下降5.26%和6.94%，W-SR上升1.31%，表明气候趋势的贡献大于氮肥趋势。
3.4 产量对气候条件的敏感性及与氮肥的交互
敏感性分析显示，+100 GDD条件下，SR全部省份减产（0.57%—0.77%），W-SR全部省份增产（约0.66%—0.7%），WR呈北负南正（正敏感1.04%—1.52%，负敏感?1.09%至?3.10%）。+10 EDD导致所有省份减产，损失约0.72%（W-SR）至2.98%（SR）。+50 mm降水在WR和W-SR增产0.18%—0.59%，在SR减产约0.12%。高氮肥能增强GDD和降水的正敏感性，并将W-SR和WR中GDD的负敏感转变为正敏感，但同时显著加剧EDD的负敏感。在平均气候条件下，W-SR、WR和SR的最优氮肥施用量分别为155.60、131.87和67.20 kg N ha
?1；气候情景分析表明，湿润、温暖且低EDD条件下最优施氮量最高（W-SR达210.26，WR达194.37 kg N ha
?1），干热条件下SR可低至14.62 kg N ha
?1。
讨论部分指出，小麦产量对EDD的负敏感性与极端高温加剧蒸腾和呼吸消耗有关，而氮肥充足时植株冠层和蒸腾需求增大，可能进一步放大高温危害。GDD的影响则受氮素供应制约，低氮时增温反而减产，高氮时可转为增产。基于倒U型关系确定的最优氮肥施用量，不同于单纯的经济最优氮肥施用量（EONR）或农艺最优氮肥施用量（AONR），它同时考虑了气候调节作用，能够兼顾产量和氮利用效率。研究还分析了不确定性：历史氮肥数据由多个统计来源重建，最优施氮量应视为区域模型基准而非田块推荐值；模型未纳入土壤性质、灌溉、品种、播种期调整等变量，未来研究应扩展这些因素。
研究结论可翻译为：本研究揭示了气候变异性相对氮肥趋势在中国主要麦区小麦产量影响中的主导作用；区域差异凸显了采取适应性、地点特异的氮素管理策略以缓解热胁迫并优化降水效益的必要性；研究结果强调将气候因素纳入农艺实践对提升小麦生产韧性和效率的重要性。未来工作应进一步探索土壤健康和技术创新等因素，以在气候变化下支持可持续农业系统。
