《Agronomy》：Effects of Irrigation Regime and Nitrogen Rate on Yield, Apparent Water Use Efficiency, and Net Return of Winter Wheat Under Center-Pivot Fertigation
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专业术语翻译的摘要
为了确定在中心支轴水肥一体化条件下平衡冬小麦产量、资源利用效率和经济效益的灌溉与氮素管理策略，研究人员在陕西省杨凌区开展了一项为期两个生长季的田间试验。试验评估了四种阶段性灌溉制度（30、60、90和120 mm）和四种施氮量（0、150、
专业术语翻译的摘要
为了确定在中心支轴水肥一体化条件下平衡冬小麦产量、资源利用效率和经济效益的灌溉与氮素管理策略，研究人员在陕西省杨凌区开展了一项为期两个生长季的田间试验。试验评估了四种阶段性灌溉制度（30、60、90和120 mm）和四种施氮量（0、150、225和300 kg N ha-1）。结果表明，90 mm灌溉制度配合225 kg N ha-1施氮量的处理在两个生长季的平均籽粒产量、基于0–60 cm土壤水量平衡计算得到的表观水分利用效率（apparent water use efficiency）以及净收益均为最高，分别达到8200.06 kg ha-1、23.28 kg ha-1 mm-1和7593.76 CNY ha-1。最高的氮肥偏生产力（partial factor productivity of applied nitrogen, PFPN）为47.21 kg kg-1，出现在90 mm灌溉与150 kg N ha-1的处理组合。在90 mm灌溉条件下，将施氮量从225 kg N ha-1增加到300 kg N ha-1导致平均籽粒产量和净收益分别降低了603.55 kg ha-1和1998.00 CNY ha-1。总体而言，在所测试的组合中，90 mm阶段性灌溉结合225 kg N ha-1施氮量是一种有前景的策略。响应面分析（response surface analysis）表明，在固定的90 mm灌溉制度下，预测的净收益最优值大约出现在施氮量为209 kg N ha-1时。
论文解读文章
研究背景与目的
冬小麦是中国北方重要的粮食作物，广泛种植于华北平原、关中平原和河套灌区等主产区。然而，这些地区普遍面临降水时空分布不均、农业供水压力增大以及灌溉水资源有限等问题。因此，实现冬小麦稳产高产与提高水分利用效率之间的矛盾日益突出。同时，过量施用氮肥并不能持续增加产量，反而可能降低氮肥利用效率并增加生产成本。在水资源有限和减氮增效的双重约束下，协调灌溉与氮素管理是实现冬小麦高产高效的重要途径。以往研究表明，单独调整灌溉或施氮通常难以同时提升产量和资源利用效率，而适当的水氮协同更有利于发挥其互作效应。随着节水灌溉技术的发展，滴灌、微喷灌和水肥一体化技术越来越多地应用于冬小麦生产。中心支轴式灌溉系统覆盖面积大、自动化程度高且便于实施水肥一体化，已成为规模化粮食生产中常用的喷灌设备。然而，关于完整的阶段性灌溉制度与施氮量如何共同影响籽粒产量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净收益的综合排序，尤其是在考虑灌溉运行成本和肥料成本的情况下，尚缺乏深入研究。为此，研究人员在关中平原开展了连续两个生长季的田间试验，旨在通过综合比较不同水氮组合的表现，识别出兼顾产量、资源利用效率和经济效益的最优管理策略。
研究方法
研究人员在陕西省杨凌示范区良科智慧农业示范基地，于2023–2024和2024–2025两个连续冬小麦生长季开展试验。试验采用裂区设计，以灌溉制度为主区因素、施氮量为副区因素，设置三个重复。灌溉制度设四个水平（总灌水量分别为30、60、90和120 mm，对应W1至W4），各灌溉制度在不同生育阶段的分配量均有明确规定。施氮量设四个水平（0、150、225和300 kg N ha-1，对应N0至N3）。氮肥分基肥（30%）、拔节期追肥（40%）和灌浆期追肥（30%）三次施用。灌溉通过两跨中心支轴喷灌系统实施，通过调整行进速度和运行时间来控制灌水量。研究人员测定了植株生长指标（株高、冠层覆盖度、SPAD值）、土壤体积含水量、地上部干物质积累量、产量及其构成要素、器官氮浓度等。基于0–60 cm土层水量平衡计算了表观蒸散量和表观水分利用效率，并计算了氮肥偏生产力和净收益等经济指标。采用联合裂区方差分析检验处理效应，并建立了籽粒产量和水分利用效率的二次响应面模型，用于预测不同灌溉和施氮条件下的表现及优化目标。
研究结果
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灌溉-氮素处理对冬小麦生长指标的影响
灌溉制度与施氮量共同影响冬小麦的株高、冠层覆盖度和SPAD值。较高灌溉量（如W4）配合中高施氮量（如N2、N3）的处理在中后期表现出更大的株高和更高的冠层覆盖度。SPAD值随灌溉量增加而升高，但对施氮量的响应在中高氮水平下呈现递减趋势，N2与N3之间的差异很小。
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灌溉-氮素处理对干物质积累、器官氮浓度及产量形成的影响
年际、灌溉制度和施氮量均显著影响产量及其构成要素。灌溉与施氮的交互作用对有效穗数、穗粒数和籽粒产量影响显著。在所有处理中，W3N2（90 mm灌溉+225 kg N ha-1）在两个生长季均获得最高的数值平均籽粒产量（8200.06 kg ha-1）。在W3灌溉制度下，将施氮量从225增至300 kg N ha-1（W3N3）并未进一步提高产量，反而有所下降。W3N2的高产与其较高的有效穗数、穗粒数和收获指数有关。
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灌溉-氮素处理对土壤水分状况、水分利用特性及水氮利用效率的影响
不同灌溉制度下0–60 cm土层体积含水量差异明显，W4维持了最高的土壤含水量。基于0–60 cm水量平衡的表观蒸散量主要集中在拔节至灌浆期。W3N2获得了最高的数值平均表观水分利用效率（23.28 kg ha-1 mm-1）。氮肥偏生产力随施氮量增加而持续下降，W3N1（90 mm灌溉+150 kg N ha-1）的氮肥偏生产力最高（47.21 kg kg-1），但其产量和净收益低于W3N2。
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中心支轴喷灌水肥一体化条件下灌溉-氮素管理策略的选择
经济分析表明，W3N2的净收益（7593.76 CNY ha-1）和产投比（1.59）在所有处理中最高。在多种价格敏感性分析情景下，W3N2仍保持最高的净收益。响应面模型分析显示，籽粒产量、水分利用效率、氮肥偏生产力和净收益的预测单目标最大值出现在不同的灌溉和施氮坐标上，表明这些目标之间存在权衡。在固定W3灌溉制度下，净收益曲线顶点对应的施氮量约为208.55 kg N ha-1，介于测试的150和225 kg N ha-1之间，其模型预测净收益与W3N2的实测值相比仍有差距。
讨论与结论
讨论部分指出，W3N2在产量、水分利用效率和净收益方面表现最佳，但施氮梯度间隔较大（75 kg N ha-1），无法确定适度减氮能否维持相近表现。响应面模型虽提供了进一步优化施氮量的参考（约209 kg N ha-1），但由于模型在W3N2点的预测值与实测值偏差较大，且预测的净收益差异很小，不能直接采纳该模型推荐值作为田间施氮量。研究建议在后续试验中，应在固定W3灌溉制度下，重点测试200–225 kg N ha-1范围内的多个施氮水平，并结合多年数据和多目标综合评价。
研究结论如下：
（1）灌溉制度与施氮量共同影响冬小麦产量及其构成。田间测试处理中，W3N2在两个生长季的平均籽粒产量最高（8200.06 kg ha-1），较W1N0增产81.06%。在W3灌溉制度下，将施氮量增至300 kg N ha-1未能进一步提高平均产量。
（2）基于0–60 cm水量平衡的表观水分利用效率与氮肥偏生产力对水氮管理的响应不同。W3N2的表观水分利用效率数值最高（23.28 kg ha-1 mm-1），而W3N1的氮肥偏生产力最高（47.21 kg kg-1）。这表明产量、水分利用效率和单位施氮产出难以在同一水氮组合下同时最大化。
（3）在共同的假定价格下，W3N2在两个生长季的平均净收益最高（7593.76 CNY ha-1）。基于杨凌站点两个生长季的条件，对于中心支轴水肥一体化下的良科6号冬小麦，W3N2在平均产量、表观水分利用效率和净收益方面是测试组合中的最优选择，为在更广泛的生产和经济条件下进行评估提供了基础。在固定W3灌溉制度下，预测的净收益最大值出现在约208.55 kg N ha-1的施氮量处，为后续施氮处理的设置提供了参考。
