《Agricultural Water Management》：Optimizing micro-sprinkler water-nitrogen management improves winter wheat yield and nitrogen-use efficiency in the Huang-Huai-Hai Plain
优化微喷灌水氮管理可提升黄淮海平原冬小麦产量与氮素利用效率。研究人员构建了双路径关联框架，将产量与植株氮素状况相联系、将氮素利用效率（NUE）与分层根系相联系。在潮土上，微喷灌条件下的W2N2处理（拔节期和开花期各补灌75 mm，施氮240 kg ha?1）实现了产量-效率及生态-经济效益的协同增益。年际间降水变化会改变路径模型系数，但核心双路径关联模式保持稳健。W2N2处理下深层土壤硝态氮（NO3?-N）的降低主要源于氮素盈余的减少。研究人员在2018年建立的长期定位试验平台上开展了为期两年（2022—2024）的冬小麦田间试验，设置灌溉方式和施氮量两因素裂区设计。研究目的为：ⅰ）量化作物和土壤对 contrasting 水氮投入的多维响应，包括籽粒产量（GY）、水分利用效率（WUE）、氮素相关效率指标[氮肥偏生产力（PFPN）、氮肥农学效率（AEN）、氮素回收效率（REN）]及深层硝态氮残留，并结合经济评价筛选可行管理方案；ⅱ）阐明基于微喷灌的优化水氮管理如何调控植株氮营养状况[氮营养指数（NNI）]和分层根系构型，解析二者与籽粒产量和NUE的差异化关联，验证双路径关联框架，并表征年际气象对处理效应的调控；ⅲ）采用偏最小二乘路径模型（PLS-PM）量化土壤条件、根系性状和植株氮营养状况对GY和NUE的相对贡献，检验根系性状间的功能权衡，为潮土区冬小麦可持续生产提供框架支撑。研究结果表明，GY主要与植株氮素状况相关联，而NUE主要与分层根系构型相关联；过量施氮通过诱导奢侈性氮消耗和抑制深层根系增殖破坏二者协调；尽管年际气象条件调控这些关系的强度，但双路径框架在性质上保持稳健；微喷灌补灌结合适宜施氮量可协调植株氮营养与根系构型，在产量、资源利用效率、环境性能和经济效益方面实现协同提升。这些生理学认识支持从经验性组合筛选向基于生理的精准水氮管理转变。
研究背景：保障粮食稳产增产是中国粮食安全的基石，黄淮海平原是冬小麦主产区。该区域长期面临水资源短缺与地下水超采的双重压力，冬小麦生产高度依赖补充灌溉。小农户仍广泛采用传统大水漫灌，以少量灌水次数和大量灌水满足作物水分需求，常导致根区水氮时空分布不均，增加硝态氮向深层土壤淋失的风险，并使根系反复经历干湿交替，进一步加剧养分损失。同时，该区域普遍存在过量施氮，造成显著的氮素损失和面源污染。潮土是豫东南地区的主要耕作土壤类型，有机质含量低、保水保肥能力弱，在水氮管理不当条件下进一步放大了深层硝态氮淋失风险。传统高水高氮模式虽可维持较高的地上部生物量，但常抑制根系生理活性、限制深层根系发育，从而限制产量潜力的实现。因此，制定兼顾生产力提升与资源节约的灌溉-氮素综合管理策略对区域农业可持续发展具有紧迫的现实意义。微喷灌（MSI）是一种有前景的节水技术，可从根本上重塑根区水氮分布。微喷灌水肥一体化（MSF）将水和溶解态氮肥均匀输送至根系主要增殖的表层土壤，与传统漫灌相比可避免大灌水引发的深层渗漏，优化根际土壤水分状况，促进根系生长，降低硝态氮淋失风险。然而，该区域多数MSF相关研究仍以水氮投入组合的经验性筛选为主，对于豫东南保肥能力弱的黏质潮土，根系性状和植株氮素状况对MSF梯度响应的生理机制仍知之甚少。即便在MSF条件下，水氮组合不匹配仍可能导致产量受限和淋失风险升高。解决这一挑战需要深入理解根系发育生理如何响应不同供氮水平，这是从记录MSF农艺表现转向解析其作用模式的必要前提。适量与过量供氮对根系发育和氮素获取的影响存在本质差异。适量供氮促进根细胞分裂和伸长以改善根系形态性状，而过量施氮倾向于抑制根系发育。当表层土壤肥料氮满足植株需求时，整体根系氮吸收能力下降，伴随下层土壤根深和根密度降低。植株营养状况和外部养分有效性从根本上调控根系构型（RSA）。已有冬小麦田间观测表明，适度减氮可刺激深层根系探索，而过量供氮抑制深层根系性状；即使籽粒产量保持较高水平，氮素利用效率（NUE）也可能大幅下降。水氮并非简单的加和因子，而是通过复杂生理过程互作，协同调控根系生长、冠层光合和花后氮素转运，最终决定GY和资源利用效率。RSA常被视为水氮处理的表型结果，但它也是NUE的核心功能决定因素。现有水氮优化研究尚未充分解析RSA作为处理诱导表型和资源获取关联指标的双重属性。根长密度（RLD）及其垂直分布强烈调控土壤水和氮的吸收，田间观测证实了根深与深层土壤氮耗竭之间的关联。根系功能性状还受养分获取与植株碳投入之间内在生理权衡的塑造。根重密度（RWD）与NUE正相关，而比根长（SRL）虽提高植株氮浓度，却与整体NUE呈负相关，表明RSA优化应避免单一性状最大化，而应考虑此类功能权衡。适宜水氮组合可通过刺激根系生长和改变RSA提高氮素回收效率（REN）。植株氮营养状况通过氮营养指数（NNI）量化，与RSA存在复杂互作。适宜补充灌溉可调控开花期NNI以实现产量和NUE同步提升；反之，灌溉使NNI超过1.0会触发奢侈性氮吸收而无进一步产量提升。综上，NNI不仅是植株氮素状况的指标，也是连接水氮投入与产量形成和根系响应的关键中间变量。尽管已有大量研究积累，仍存在显著知识缺口。以往MSF下冬小麦水氮管理研究多集中于经验性识别有前景的投入组合，解决何种水氮组合产量和NUE最高的农艺实践问题，却很少探讨水氮有效性改变下植株的适应性生理策略。灌溉和氮素如何交互调控分层根系构型动态、土壤水氮时空分布和植株氮营养状况，以及这些多指标间的相互关系，仍知之甚少。这种有限的机制理解制约了系统解析灌溉-氮素互作如何与氮肥偏生产力（PFPN）、氮肥农学效率（AEN）等效率指标相关联并同时减缓深层硝态氮淋失的能力。该知识缺口在区域尺度尤为突出：在豫东南黏质潮土区，低有机质含量和弱保肥能力可能塑造最优施氮阈值，而MSF试验的多多年田间证据仍然匮乏。三个核心未解析生物学问题驱动本研究：第一，为何分层根系构型是NUE的关键决定因素而非仅仅是对水氮管理的被动表型响应？第二，根系功能性状及其垂直分布如何反映养分获取与植株碳资源投入之间的生理权衡？第三，适量与过量供氮在根系发育和氮素获取调控上的根本生理差异是什么？此外，NNI虽已被证明在优化灌溉和氮管理中有价值，但MSF条件下NNI与分层根系构型之间的协同调控关系，即NNI和分层根系构型如何共同塑造作物表现，尚未在统一分析框架内被定量解析。这些缺口制约了从经验驱动的组合筛选向基于生理的MSF冬小麦精准水氮管理转变。为填补这些缺口，研究人员从植株适应策略角度提出以下科学假设：在优化MSF结合适量供氮条件下，植株氮营养状况与分层根系构型之间建立平衡的生理状态。植株氮素状况（以NNI表征）主要驱动产量形成，而发育良好的分层根系构型增强土壤氮素获取效率。反之，过量供氮使NNI超过最优阈值，破坏这一生理平衡，抑制深层根系增殖，最终降低NUE。为检验该假设，研究人员在2018年建立的长期试验平台上开展了两年（2022—2024）冬小麦田间试验，处理包括灌溉和施氮量梯度。具体目标为：ⅰ）量化作物和土壤对 contrasting 水氮投入的多维响应，包括GY、水分利用效率（WUE）、氮素相关效率指标（PFPN、AEN、REN）和深层硝态氮残留，并结合经济评价筛选可行管理方案；ⅱ）阐明基于MSF的优化水氮管理如何调控植株氮营养状况（NNI）和分层根系构型，解析二者与籽粒产量和NUE的差异化关联，验证双路径关联框架，并表征年际气象对处理效应的调控；ⅲ）采用偏最小二乘路径模型（PLS-PM）量化土壤条件、根系性状和植株氮营养状况对GY和NUE的相对贡献，检验根系性状间的功能权衡，为潮土区冬小麦可持续生产提供框架支撑。
主要关键技术方法：研究人员在豫东南商水县益刚家庭农场（114°42′E，33°31′N）开展两年冬小麦田间试验（2022—2023和2023—2024季），试验基于2018年小麦季启动的长期定位试验。采用两因素裂区设计，灌溉方式为主区、施氮量为副区。设两个灌溉水平：W0（雨养，不灌溉）和W2（拔节期和开花期各补灌75 mm，微喷灌）。基于当地常规施氮量360 kg ha
?1设五个氮水平：N0（0）、N1（180）、N2（240）、N3（300）、N4（360 kg N ha
?1）。供试品种为强筋冬小麦新麦26。土壤样品于播种前、拔节、开花、灌浆和成熟期采集0—200 cm剖面（20 cm间隔），采用烘干法测定土壤含水量（SWC），双波长紫外分光光度法测定硝态氮（NO
3?-N）。植株样品按器官分离，105 °C杀青30 min后80 °C烘干至恒重测定干物质积累（DMA），凯氏定氮法测定各器官全氮浓度。NNI按实测氮浓度（Na）与临界氮浓度（Nc）比值计算，Nc采用冬小麦经典经验临界氮稀释曲线模型（a=5.35，b=0.442）。成熟期用根钻（内径10 cm）按20 cm间隔采集0—100 cm土层根系样品，WinRHIZO Pro 2009b根系分析系统测定总根长，计算根长密度（RLD）、根重密度（RWD）、比根长（SRL）和根冠比（R/S）。成熟期测定穗数、穗粒数和千粒重，按13%标准含水量折算籽粒产量。按Ladha等（2005）框架计算PFPN、AEN和REN。采用土壤水量平衡方程计算蒸散量（ET）和WUE。经济指标采用区域平均市场参数模拟，计算总生产成本（TPC）、毛收入（GI）、经济利润（EP）和产投比（RIC）。数据采用SPSS 26.0按两因素裂区设计进行方差分析，LSD法多重比较（p<0.05），Pearson相关分析评价双变量关系，R语言plspm包实现PLS-PM路径建模，bootstrap重采样1000次检验路径系数显著性。
研究结果：
3.1 气象条件：2022—2023季总降水量392.4 mm，2023—2024季221.5 mm。2022—2023季收获期（5月28日—6月4日）发生极端降雨事件（8天120.6 mm），占季节总降水量的30.7%。花前降水2022—2023季比2023—2024季低78.9 mm；而开花至灌浆和灌浆至成熟期降水2022—2023季分别高121.80 mm和128.00 mm。积温在各生育阶段也存在差异。两季降水和水热条件的显著差异为探究气象如何调控水氮效应提供了对比气候背景。
3.2 土壤含水量时空动态：灌溉和氮素管理互作显著影响0—200 cm剖面SWC时空变化。两季所有处理SWC从播种至灌浆呈持续下降趋势，垂直方向呈单峰分布，峰值在80—100 cm土层。W2显著提高开花、灌浆和成熟期SWC，尤其表层土壤。相同灌溉方式下，增施氮肥总体降低开花和灌浆期SWC。W2N2相对于高氮投入处理（W2N4）在生育中后期深层土壤（40—200 cm）表现出更优的保水能力。
3.3 土壤硝态氮时空动态：灌溉和施氮量互作显著影响0—200 cm剖面NO
3?-N时空分布。两季NO
3?-N含量在各灌溉水平、生育阶段和土层均表现为N4>N3>N2>N1>N0。W2改变了NO
3?-N垂直分布，开花和灌浆期0—40 cm和40—100 cm土层NO
3?-N较W0降低11.75%—12.34%，而100—200 cm土层增加6.05%—11.84%。与W2N3和W2N4相比，W2N2收获期深层土壤NO
3?-N显著较低，100—200 cm土层降幅分别为31.23%—63.78%（平均47.51%）和44.25%—72.39%（平均58.32%）。
3.4 根系形态特征：两季根系主要集中于0—40 cm土层，RWD和RLD分别占剖面总量的83.84%和69.91%，二者随土层加深逐渐下降。0—40 cm表层土壤中，W2显著促进根系增殖，RWD和RLD较W0分别增加22.51%和11.84%，总根干重增加17.80%，根冠比下降15.48%。随施氮量增加，RLD和RWD先增后降，峰值在N1或N2。灌溉×氮素互作显著影响根系分布数量和比例（p<0.05）。整个0—100 cm剖面，W2N2处理总根干重最高，较W0N0高79.40%，较W2N4高53.19%。40—100 cm亚表层，W2较W0降低RWD和RLD，而施氮增加了40—80 cm土层根系分配比例，N3或N4下最大。SRL随深度呈单峰模式，峰值在40—60或60—80 cm土层。W2N2在40—60、60—80和80—100 cm土层RLD较W0N0分别增加73.61%、27.10%和88.85%，较W2N4高27.72%—46.67%。
3.5 干物质和氮素积累、转运及氮营养指数：
3.5.1 干物质和氮素积累动态：灌溉和施氮均显著影响开花至成熟期干物质积累和植株氮素积累（p<0.05）。W2较W0开花、灌浆和成熟期干物质积累平均增加24.09%、25.47%和28.10%，植株氮素积累平均增加35.18%、29.46%和27.48%。随施氮量增加，开花至成熟期干物质和植株氮素积累先增后降，峰值在N2。W×N互作显著影响两季开花至成熟期植株氮素积累（p<0.05）和2023—2024季干物质积累（p<0.05）。W2N2处理两季均维持优越的干物质积累和植株氮素吸收。
3.5.2 干物质和氮素转运特征：灌溉显著增加两季花后干物质同化（W2较W0平均增加40.61%），但对花前干物质转运和花后干物质对籽粒贡献率的调控仅在2023—2024季显著。施氮显著增加两季花前和花后干物质向籽粒分配量及花后干物质贡献率，较N0平均增加115.77%、308.68%和441.48%，N2处理维持最高水平。W×N互作仅在2023—2024季显著影响花后干物质分配及其贡献率，W2N2表现最高。灌溉显著增加两季花前氮素转运（W2较W0平均增加35.46%），但对花后氮素同化无显著影响。施氮显著增加花前氮素转运和花后氮素同化，平均增幅分别为456.37%和190.87%，但降低花后氮素贡献率平均29.83%。W2N2处理花前氮素转运和花后氮素同化在所有处理中最高，较W0N0平均增加649.78%和330.33%。
3.5.3 NNI动态：灌溉、施氮及其互作均显著影响开花至成熟期NNI（p<0.05）。W2较W0开花、灌浆和成熟期NNI平均增加18.75%、13.51%和11.19%。施氮较N0显著提高NNI，且NNI一般随施氮量增加而升高，但NNI峰值对应的施氮量存在年际差异：2022—2023季为N3，2023—2024季为N2。所有氮处理下，雨养条件（W0）花后NNI均低于0.95，表明持续氮素缺乏，而补充灌溉在适量施氮下使作物氮素状况急剧上升至最优范围（0.95
3.6 籽粒产量、产量构成、氮素利用效率和水分利用效率：
3.6.1 籽粒产量和产量构成：灌溉和施氮均显著影响冬小麦GY及其构成（p<0.05）。W2较W0穗数（SN）、穗粒数（GN）和GY平均增加21.91%、13.41%和26.59%，但对千粒重（TKW）无显著影响。随施氮量增加，SN、GN和GY先增后降，峰值在N2；TKW呈持续下降趋势。N2较N0 SN和GN平均增加77.82%和64.30%，TKW降低7.47%，GY增加205.49%。N2下GY与N3或N4无显著差异。W×N互作显著调控两季SN，但对TKW和GY的调控仅在2023—2024季显著。所有处理中W2N2两季GY最高（2022—2023季9283.10 kg ha
?1，2023—2024季9380.57 kg ha
?1）。W2N2较W0N0通过提高SN（135.28%）和GN（89.92%）使GY平均增加314.81%。W2N2较W2N4 SN和GN无显著差异，但TKW显著增加3.75%，GY平均增加8.90%。
3.6.2 氮素利用效率：方差分析表明灌溉和施氮独立显著影响两季PFPN、AEN和REN（p<0.05）。两季所有氮水平平均，W2较W0三项效率指标分别增加25.55%、18.24%和22.83%。三项指标均随施氮量增加逐渐下降，N4最低。与N4相比，N1、N2和N3两季平均PFPN分别增加99.75%、61.22%和25.08%，AEN分别增加100.06%、67.90%和28.31%，REN分别增加80.64%、54.18%和21.91%。灌溉×氮素互作在2022—2023季对三项指标均不显著，而在2023—2024季显著调控所有氮效率指标（p<0.05）。W2灌溉下，W2N2三项指标显著高于W2下任何其他氮处理（p<0.05）。与常规高投入处理（W2N4）相比，W2N2两季平均PFPN、AEN和REN分别增加63.37%、72.05%和57.05%。
3.6.3 水分利用效率：由于2022—2023季收获期极端降雨事件扰动0—200 cm剖面成熟后土壤含水量，该季WUE估计存在不确定性，WUE结果解读主要基于2023—2024季数据集。方差分析表明灌溉、施氮量及其互作显著影响WUE（p<0.05）。W2较W0显著提高WUE 11.76%。雨养W0条件下，氮处理较N0提高WUE 112.35%—121.47%，N2下增幅最大。灌溉W2条件下，氮处理较N0提高WUE 111.64%—140.96%，最大响应同样在N2。N2氮水平下，W2较W0 WUE高16.80%。
3.6.4 不同水氮管理策略下的经济表现：两季各水氮处理间总生产成本、毛收入、经济利润（EP）和产投比（RIC）差异显著。相同灌溉方式下，总生产成本随施氮量增加而上升；灌溉W2成本略高于雨养W0。零氮处理（W0N0）EP为负，且W0N0两季RIC均为负值，表明缺氮条件下严重经济损失。雨养条件（W0）下，EP随施氮量先增后降，峰值在W0N2；进一步增氮（W0N3、W0N4）导致EP和RIC同时下降。补充灌溉（W2）下，W2N2两季经济表现最佳，两季平均EP为2331.84 $ ha
?1，平均RIC为1.84。高氮处理（W2N3、W2N4）增加生产成本而无相应毛收入增益，最终降低经济回报。W2N2在所有处理中产生最大经济效益。
3.7 土壤水氮条件、根系性状、植株氮素状况、籽粒产量和氮素利用效率之间的关系：
3.7.1 Pearson相关分析：两季一致的相关模式显示，GY与表层土壤根系性状（RWD0—40、RLD0—40）、NNI和花前氮素转运（NApre-T）显著正相关。0—100 cm剖面根密度参数（RWD、RLD）彼此正相关，这些根系性状与表层土壤含水量（SWC0—40）显著正相关，而与各土层土壤NO
3?-N总体负相关。三项氮效率指标（PFPN、AEN、REN）彼此强正相关，且与剖面土壤NO
3?-N持续负相关。SRL0—40两季均与整体根密度性状显著负相关。NNI与氮效率指标的相关性在两季呈相反方向趋势但未达统计显著：2022—2023季为负趋势，2023—2024季为正趋势。GY与深层土壤根系性状（RWD40—100、RLD40—100）的显著正相关仅存在于较湿润的2022—2023季。2022—2023季GY和氮效率指标与深层土壤含水量（SWC100—200）负相关；反之，2023—2024季GY和效率指标与深层土壤含水量显著正相关。GY与三项氮效率指标的显著正相关仅出现在2023—2024季。NNI和NApre-T与整个0—200 cm剖面土壤含水量的广泛显著正相关仅在2023—2024季检测到。
3.7.2 水氮耦合调控的路径模型分析：PLS-PM两季模型均达到可接受拟合优度，GoF分别为0.79和0.90。施氮量与土壤NO
3?-N在两季均呈最强正关联（路径系数0.89和0.99，p<0.05）。水分管理与SWC的关联强度年际差异显著：2023—2024季（路径系数0.97，p<0.05）强于2022—2023季（路径系数0.46，p<0.05）。水分管理与土壤NO
3?-N的关联存在年际变异：2022—2023季显著负相关（路径系数?0.38，p<0.05），2023—2024季无显著关联。土壤水氮条件与根系构型的关系中，SWC两季均与根系潜变量正相关（路径系数0.65和0.37，p<0.05），而高土壤硝态氮与根系构型负相关（路径系数?0.56和?0.85，p<0.05）。植株氮素状况方面，2023—2024季SWC、土壤NO
3?-N和根系构型均呈显著正相关（0.70、0.51和0.28，p<0.05）；2022—2023季仅SWC呈显著正相关（0.40，p<0.05）。GY和NUE呈现不同的关联模式：植株氮素状况两季均与GY呈最强正相关（路径系数0.75和0.69），根系构型关联较弱（路径系数0.32和0.35）；根系构型与NUE呈最强正相关（路径系数0.81和0.85），而植株氮素状况与NUE负相关（路径系数?0.53和?0.17）。总效应分解进一步表明，植株氮素状况对GY的总关联效应最大，根系构型对NUE的总关联效应最大。
讨论部分总结：研究实现了GY和NUE协同提升这一可持续农业核心挑战的定量解析。PLS-PM直接量化了双路径框架：植株氮素状况两季均与GY呈最强正关联（路径系数0.75和0.69），显著高于根系构型（0.32和0.35）；而根系构型与NUE呈最强正关联（0.81和0.85），植株氮素状况与NUE呈显著负关联（?0.53和?0.17）。总效应分解证实植株氮素状况对GY总效应最大、根系构型对NUE总效应最大。这些路径建模输出突出表明，分层根系构型不仅是水氮处理修饰的下游表型结果，更是NUE的重要功能相关指标。植株氮素状况对NUE的显著负向约束两季一致检测到，表明高投入条件下广泛观察到的"奢侈性氮消耗"不仅降低氮收获指数，还主动抑制根系发育（植株氮素状况至根系构型路径系数?0.53，p<0.01），揭示了适量与过量供氮在根系发育和氮素获取上的明确生理分歧。这一功能权衡进一步受年际降水变异调控。SRL的行为进一步凸显了根系功能的年际依赖性，相关分析显示SRL0—40两季均与根密度性状显著负相关，说明根系功能性状反映了养分获取与植株碳投入之间的内在生理权衡。研究结果倡导动态、环境响应型策略：湿润年份高SRL增强氮素获取，干旱年份RWD和RLD的结构性投入确保深层土壤穿透，挑战了单一性状优化范式。优化水氮管理协同提升产量、水氮利用效率、经济回报和环境可持续性：W2N2通过精准调控产量形成路径和氮效率路径实现多目标协同。产量形成路径方面，补充灌溉起决定性作用，W0下即使高施氮量也无法使花后NNI升至0.95以上，表明持续水分亏缺制约籽粒库建立和氮素再转运；W2N2下W2灌溉维持NNI在0.95—1.05最优范围。氮效率路径方面，N2促进分层根系构型，40—100 cm土层RLD和RWD显著增大，有利于土壤氮素获取并改善NUE。本研究确定的最优施氮量（240 kg N ha
?1）高于先前报道的若干数据驱动最优基准及华北平原长期试验得出的180 kg N ha
?1参考值，这可能源于区域土壤条件差异，潮土保肥能力和基础生产力部分解释了较高氮需求，符合位点特异性氮管理不能跨区域或作物系统直接转移的原则。环境方面，W2N2较W2N4使100—200 cm土层残留NO
3?-N平均降低58.32%，但需谨慎解读：W2N2降低氮投入120 kg N ha
?1（氮负荷减少33.3%），深层硝态氮残留下降主要与氮素盈余减少相关；在缺乏完整土壤-作物氮平衡核算的情况下，减氮投入、增强根系吸收和灌溉介导硝态氮再分布各自的贡献无法完全区分，因此深层NO
3?-N降低应解读为氮素盈余减少和根系-氮素协同改善的综合结果，而非根系介导硝态氮拦截的直接证据。水分生产力方面，W2较W0平均提高WUE 11.76%，N2在两种灌溉方式下WUE最高，这种水氮生产力协同可用NNI-根系构型框架解释：最优NNI范围维持花后光合能力，分层根系构型增强深层土壤水分获取，共同实现水氮利用生产力协同提升。经济表现方面，W2N2两季表现最佳，两季平均模拟EP为2331.84 $ ha
?1，平均产投比1.84；高氮处理增加生产成本而无相应毛收入增益，降低经济回报；需注意经济产出为基于区域平均市场价格的模拟值而非农场实际记账记录。局限性：（1）田间试验仅涵盖两个降水格局对比的生长季，虽为环境调控提供了有价值认识，但所提出的"根系构型-植株氮素状况"功能权衡机制的稳健性需在更广气候条件下验证，需多年多点试验确定该功能权衡的关键阈值及其在不同水分有效性条件下的普适性；（2）使用单一冬小麦品种限制了研究结果的外推，未来应纳入多个氮高效品种检验双路径框架和最优W2N2策略的普适性；（3）本研究未建立完整土壤-作物氮平衡，未测定氮矿化、生物固氮、气态氮损失（NH
3挥发、反硝化）及0—200 cm剖面土壤全氮和有机氮的年际变化，无法全面评估推荐W2N2策略下土壤氮肥力的长期可持续性；未来研究应整合连续土壤氮监测、
15N标记技术量化不同水氮制度下肥料氮在土壤-作物系统中的去向，以及过程模型严格评估优化水氮管理的长期可持续性；此外2022—2023季成熟后极端降雨事件（8天120.6 mm）仅影响成熟后土壤含水量，引入该季ET估计和WUE计算的不确定性，WUE结论更多依据2023—2024季数据集，PLS-PM模型基于各季收获前数据构建，不受该事件影响。
研究结论翻译：本研究表明，在黄淮海平原东南部黏壤潮土上，冬小麦籽粒产量和氮素利用效率与两条不同的关联生理路径相关。籽粒产量主要与植株氮素状况相关联，而氮素利用效率主要与分层根系构型相关联。过量施氮通过诱导奢侈性氮消耗和抑制深层根系增殖破坏这种协调。尽管年际气象条件调控这些关系的强度，但该双路径框架在性质上保持稳健。在拔节期和开花期进行基于微喷灌的补充灌溉并结合适宜施氮量，可使植株氮营养与根系构型相协调，在产量、资源利用效率、环境性能和经济效益方面实现协同提升。这些生理学认识支持从经验性组合筛选向基于生理的精准水氮管理转变，适用于潮土上种植的冬小麦。
