冬小麦产量与籽粒品质对不同氮磷施肥用量的响应

《Nitrogen》：Yield and Grain Quality Response of Winter Wheat to Different Nitrogen and Phosphorus Fertilization Doses

　　

气候变化日益挑战冬小麦生产，使得平衡的养分管理对于维持作物生产力和籽粒品质至关重要。在此背景下，施肥仍是决定作物生产力和产量稳定性的关键因素。本研究于2022–2025年在罗马尼亚塞库耶尼农业研究开发站（Agricultural Research and Development Station Secuieni）于1975年建立的长期田间试验内开展，旨在评估氮（N）和磷（P）施肥对冬小麦产量、产量构成要素、籽粒品质及土壤化学性质的累积效应。试验在中等质地的雏形黑钙土（cambic chernozem）上采用两因子裂区设计（split-plot design）进行，设五次重复。研究在豆–麦–玉米轮作体系中种植冬小麦品种Otilia，共评估了5个磷水平（P₀、P₄₀、P₈₀、P₁₂₀和P₁₆₀ kg ha^?1有效成分）和5个氮水平（N₀、N₄₀、N₈₀、N₁₂₀和N₁₆₀ kg ha^?1有效成分）处理。施肥显著提高了籽粒产量并改善了籽粒品质。冬小麦籽粒产量最高值（6897 kg ha^?1）出现在N₈₀P₁₆₀施肥处理中，表明该氮磷组合在试验条件下提供了最有利的响应。较高的氮肥用量显著提高了籽粒品质参数，蛋白质含量从N₀时的9.15%升至N₁₆₀时的14.20%，湿面筋含量从17.29%增至28.97%，而淀粉含量从N₀时的70.95%降至N₁₆₀时的66.91%；然而，较高施肥量的施用并未使籽粒产量进一步增加。这些发现强调了在气候变化条件下，平衡氮磷管理对于提高冬小麦生产力和籽粒品质的重要性。

**论文解读：长期定位试验下冬小麦产量与品质对氮磷施肥的响应**

**一、研究背景与意义**
冬小麦（*Triticum aestivum* L.）是全球广泛种植的谷类作物之一，其产量和品质直接影响全球粮食安全。气候变化日益加剧，使得冬小麦生产面临更大不确定性，而氮（N）和磷（P）作为作物生长最重要的必需养分，其合理施用是维持作物高产稳产和优良品质的关键。然而，不合理的养分管理不仅会导致生产力下降和肥料利用率降低，还会引发生态环境风险。已有短期研究虽证实了氮磷肥的增产提质效应，但针对特定土壤类型（如雏形黑钙土）和长期轮作制度下，系统评估宽幅氮磷梯度组合对产量、品质及土壤化学性质综合影响的研究仍然较少。为此，研究人员依托罗马尼亚塞库耶尼农业研究开发站自1975年建立的长期定位试验，在2022–2025年三个生长季开展了本研究，旨在明确氮磷组合对冬小麦品种Otilia的产量、产量构成、籽粒品质和土壤肥力的累积效应，以期为气候变化背景下该区域冬小麦的可持续施肥策略提供科学依据。该研究发表于《Nitrogen》期刊。

**二、主要技术方法**
研究区域位于罗马尼亚塞库耶尼（ARDS Secuieni–Neam?，26°51′00″ E，46°51′15″ N），属温带大陆性气候。试验采用两因子裂区设计，5次重复，裂区因素A为磷肥（P₂O₅），因素B为氮肥，各设0、40、80、120、160 kg ha^?1有效成分5个水平，试验位于豆–麦–玉米三年轮作体系内。供试品种为河南省农业科学院（NARDI Fundulea）育成的冬小麦品种Otilia。产量数据采用方差分析（ANOVA）、最小显著差数法（LSD）检验；利用Jamovi软件进行Pearson相关分析，利用PAST软件建立二次多项式回归模型；并计算氮肥利用效率（NUE）和磷肥利用效率（PUE）。土壤样品采集于2020年和2024年，土壤pH采用电位法，全氮及有效磷采用分光光度法测定，分析在罗马尼亚国家土壤科学、农业化学与环境保护研究所（ICPA Bucharest）完成。

**三、研究结果与分析**
**3.1 施肥对生长和产量构成的影响**
研究结果表明，氮磷施肥对冬小麦主要生长性状和产量构成因素具有正向影响。株高范围为70–91 cm，穗密度为490–576穗 m^?2，穗长为5.73–7.34 cm，每穗粒数为27–42粒，单穗粒重为1.03–1.25 g。多数性状的最高值出现在中高施肥量处理中，特别是N₈₀–N₁₆₀与P₈₀–P₁₆₀的组合。该部分性状仅作描述性统计，未进行差异显著性检验。

**3.2 年份和氮磷肥对产量及互作效应的影响**
方差分析表明，年份（Y）、磷（P）、氮（N）及其互作（Y×P、Y×N、P×N、Y×P×N）对籽粒产量均有极显著影响（p < 0.001）。三年平均产量分别为2023年5145 kg ha^?1、2024年5175 kg ha^?1、2025年7771 kg ha^?1。Y×P互作显示，磷的增产效应在不同年份间差异明显，2023年增产幅度有限，2024年响应强烈，2025年则在P₈₀和P₁₂₀达到高产。Y×N互作表明，氮肥最优施用量随年份变化，2023年和2024年产量峰值分别在N₁₂₀和N₁₆₀附近，而2025年N₈₀即获得最高产量（8294 kg ha^?1）。P×N互作分析显示，三年平均产量最高的处理为P₁₆₀N₈₀（6897 kg ha^?1），显著高于其他组合。二次多项式回归模型均达到极显著水平（p < 0.001），模型决定系数在2024年最高（R² = 0.799），2023年为0.687，2025年为0.606；基于模型预测的氮磷最适施用量也因年份而异，2023年约为N 119 kg ha^?1 + P 160 kg ha^?1，2025年约为N 88 kg ha^?1 + P 96 kg ha^?1。此外，Pearson相关分析表明，籽粒产量与株高（r = 0.722, p < 0.001）、穗密度（r = 0.479, p < 0.05）和穗长（r = 0.530, p < 0.01）呈显著正相关。

**3.3 氮磷利用效率**
氮肥利用效率（NUE）随施氮量增加而持续下降，N₄₀处理的NUE为123.78–196.62 kg grain kg^?1 N，N₁₆₀处理降至33.34–48.33 kg grain kg^?1 N，其中2025年各处理NUE最高。磷肥利用效率（PUE）也表现出随施磷量增加而下降的趋势，但各年份间响应幅度不同。

**3.4 对千粒重和容重的影响**
千粒重（TKW）变幅为30.15–37.55 g，较高氮磷水平下TKW较高；容重（TW）变幅为76.97–80.07 kg hL^?1，处理间差异相对较小。施氮量过高（超过120 kg N ha^?1）时TKW和TW有所下降，这与过旺的营养生长消耗了过多同化物有关（讨论部分提及）。

**3.5 对籽粒品质的影响**
氮肥显著影响籽粒品质。蛋白质含量从N₀的9.15%逐级增至N₁₆₀的14.20%，湿面筋含量从17.29%增至28.97%，而淀粉含量从70.95%降至66.91%，各氮水平间差异显著（Duncan多重极差检验）。磷肥对品质参数也有显著影响，但并非随施磷量递增，蛋白质和湿面筋含量在P₄₀处理最高。相关分析显示，蛋白质、湿面筋、Zeleny沉降值和籽粒硬度间均呈极强正相关（r = 0.924–1.000, p < 0.001），而淀粉含量与这些蛋白相关参数呈极强负相关，表明淀粉积累增加会降低籽粒的加工品质。

**3.6 对土壤性质的影响**
土壤分析结果显示，增施氮肥显著降低土壤pH，未施氮处理pH为5.49–5.75，最高施氮量（N₁₆₀）处理pH降至5.33–5.51，表明土壤存在酸化趋势。土壤全氮含量随施氮量增加而上升，范围从对照的0.123%升至最高0.174%（P₁₂₀N₁₆₀处理）。有效磷含量主要受磷肥调控，从对照P₀N₀的41 mg kg^?1显著增加至P₁₆₀处理下的200 mg kg^?1以上。

**四、讨论与结论**
讨论部分指出，气候因素（特别是温度和降水）是决定冬小麦产量的主导因子，直接影响作物生长和养分吸收。氮磷配合施用较单一养分更能实现增产和稳产，但产量响应取决于土壤基础肥力和当年气象条件。研究还观察到NUE随施氮量增加而显著下降，且高量氮肥导致土壤pH降低，这提示过量施氮不仅降低肥料效率，还可能增加环境风险。关于品质，氮肥是提高蛋白质和湿面筋含量的核心驱动因子，额外氮素在超过产量最适范围后更多转入籽粒蛋白质积累，而非继续增加产量。
研究结论可翻译为：在试验条件下，Otilia品种的籽粒产量随施肥量增加而上升，直至达到最适施用量范围；所有施肥处理产量均显著高于未施肥对照（P₀N₀），表明矿质营养对提高该品种生产力具有关键作用。研究结果还表明，提高施肥强度，特别是增加施氮量，能显著改善Otilia品种的主要品质指标，蛋白质和湿面筋含量随施氮量增加而递增，淀粉含量则呈下降趋势；同时，较高的施氮量也提升了Zeleny沉降值和籽粒硬度，尤其在氮磷配施条件下，这些指标较对照大幅提高。由于本研究仅评估了单一品种Otilia，缺乏基因型比较是研究的一项局限，因此研究结果仅适用于该试验点的土壤、轮作、品种和环境条件，未来仍需开展多点、多品种研究，以验证不同土壤和气候条件下是否存在类似响应。