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期刊：Agricultural Water Management 1区TOP/IF=6.7![]() 施氮提高了籽粒产量、籽粒蛋白质含量（GPC）和水分生产力（WP）；![]() 高氮肥、包膜氮肥、花后施肥和多次施氮肥均能提高小麦产量、GPC和WP；![]() 中等土壤质地和湿润气候条件下施氮的增产效果更明显；![]() 年平均气温低于14℃时，施氮量对小麦产量的影响较大。 |
氮素(N)添加是提高小麦产量的常用方法，其有效性受到环境条件和作物管理措施等特定地点因素的强烈影响。然而，目前的认识未能充分解释这些因素之间复杂多变的相互作用。本研究通过整合分析以量化这些因素对小麦产量、籽粒蛋白质含量和水分生产力的综合贡献，并为优化氮素管理提供建议。本研究主要目的是:(1)评价饲粮中添加氮肥对籽粒产量、水分和蛋白质含量的影响;(2)提出最优氮肥管理方案。本研究结果可为大田小麦施用氮肥提供指导，并为特定条件下的氮素管理政策设计提供参考。利用Web of Science (WOS, http://www.webofnowledge.com)和中国知网 (CNKI, http://www.cnki.net)，系统地全面检索了2023年6月之前发表的研究氮肥施用对小麦产量、GPC和WP影响的同行评审论文。使用的搜索词有 “wheat”, “nitrogen” or “N”, “grain yield” or “yield”, “water use efficiency” or “WUE”, and “grain protein content” or “protein”。我们确定了相关的田间试验研究，比较了添加氮和不添加氮(N0)的处理，以进行整合分析。其中WOS有1411条记录，CNKI有965条记录，用于初步检索。为了进一步筛选文献，我们采用了以下标准:(1)含有N添加信息的文章，(2)报告了计算产量、WP和GPC信息的文章，(3)以英文或中文发表的文章，(4)报告了田间试验结果的文章，(5)报告了来自sole system的结果，(6)提供了产量、WP和GPC的主要数据的文章，(7)报告了控制信息的文章。整个数据收集和文献回顾过程包括识别、筛选和选择。出版物的筛选遵循PRISMA方法(Liberati et al.， 2009)。经过筛选，有36篇文章符合标准。本研究共收录了来自9个国家的315个分析单元和2095个记录(图1)，涉及出版物见附录S1。![]()
本研究从每个出版物中提取了籽粒产量、GPC和WP的均值，以及每个处理的标准偏差(SD)和重复数，这些数据可以从数据表、图表、文本中提取，也可以通过出版物中的主要数据进行计算。仅以数字呈现的数据是使用图形数字化软件版本2.26 (http://getdata-graph-digitizer.com/download.php)提取的。如果部分文献只报告了变量的标准误(SE)而不报告标准差(SD)，则采用公式计算标准差(Luo et al.， 2006)。此外，还提取了地理位置(即国家、地区经纬度)、小麦类型、氮肥施用因素(即氮肥施用量、氮肥类型、氮肥施用次数和氮肥施用时期)、气候条件(即气候区、年降水量、年温度)、土壤条件(即土壤质地、土壤有机质、土壤pH)和作物管理(即灌溉、耕作)等其他信息。数据被归类为类别，以最大限度地提高组内同质性。每个研究的气候区被划分为干旱、半干旱、半湿润和湿润(Peel et al.， 2007)。年气温分为≤14°C和≥14°C两类。年降水量分为≤500 mm和≥500 mm两类。根据Daryanto et al. (2016)， 0-20 cm深度的土壤质地分为三个基本类别(粗、中、细)。土壤pH分为3类(酸性＜6.5、6.5≤中性≤7.5、碱性＞7.5)。灌溉分为两类:雨养和灌溉。氮肥施用量分为≤100 kg/ha、100 ~ 200 kg/ha和≥200 kg/ha 3个等级。尿素分为普通尿素和包膜尿素两大类。氮肥施用次数分为单次和多次两大类。N肥施用时期分为花前和花后。meta分析的详细分类汇总如表S1所示。![]()
图2 整合分析中使用的所有研究的位置分布。三角形的大小描述了每个地点研究中所包含的数量。
氮肥施用下小麦综合性能
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图3 不同地区产量(a)、籽粒蛋白质含量(b)和水分生产力(c)的lnR概述
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图4 产量(a)、籽粒蛋白质含量(GPC) (b)和水分生产力(WP) (c)的lnR频率分布，拟合曲线为估计的高斯分布。字母n代表样本量，误差条代表95%置信区间(CIs)。
氮肥施用对氮素管理试验的影响
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图5 氮素管理对产量(a)、籽粒蛋白质含量(b)和水分生产力(c)的影响。括号内的数字表示进行的比较次数。误差条代表95%的置信区间。每个试验区分配了不同的氮管理处理，包括施氮量(如0 ~ 100 kg/ hm2)、施氮形式(如普通氮或包膜氮)、施氮次数(如多次或单次)、施氮时间(如花前或花后)和施氮类型(如尿素或硝酸铵)等操纵因素。GPC为收获谷粒中的蛋白质含量，WP为水分利用效率，AN为硝酸铵。
氮肥施用与土壤条件的交互效应
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图6 氮肥施用与土壤质地和土壤pH的交互作用对产量(a)、籽粒蛋白质含量(b)和水分生产力(c)的影响。括号内为比较次数。误差条代表95%的置信区间。施氮因素包括施氮量(0 ~ 100 kg/ hm2和100 ~ 200 kg/ hm2)、施氮形式(普通氮肥)和施氮时机(花前)。土壤条件包括土壤质地(细、中、粗)和土壤pH值(酸性、中性、碱性)。GPC为收获谷粒中的蛋白质含量，WP为水分利用效率。
氮肥施用与气候条件的交互作用
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图7 氮肥施用与气候区、年降水量和年温度的交互作用对产量(a)、籽粒蛋白质含量(GPC) (b)和水分生产力(WP) (c)的影响。图a-c显示了总体气候条件下的影响。图c-d展示了交互效果。括号内的数字表示进行比较的次数。误差条代表95%的置信区间。施氮因素包括施氮量(0 ~ 100 kg/ hm2和100 ~ 200 kg/ hm2)、施氮形式(普通氮肥)和施氮时机(花前)。气候区分为干旱区、半干旱区、半湿润区和湿润区。年气温分为两类:低于或高于14℃。年降水量分为500 mm以下和500 mm以上。GPC为收获籽粒中的蛋白质含量，WP为水分利用效率。
氮肥施用与作物管理的交互效应
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图8 氮肥施用和作物管理对产量(a)、籽粒蛋白质含量(b)和水分生产力(c)的交互效应。括号内的数字表示进行的比较次数。误差条代表95%的置信区间。氮素施用因素包括深蓝色和浅蓝色标记的氮素添加量(0 ~ 100 kg/ hm2和100 ~ 200 kg/ hm2)、绿色标记的氮素施用形式(普通氮肥)和红色标记的氮素施用时期(花前)。GPC为收获籽粒中的蛋白质含量，WP为水分利用效率。
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图9 土壤、气候和作物管理因素对小麦增氮的影响。不同颜色代表产量增加百分比。
本研究通过综合meta分析，全面评价了氮肥施用对小麦产量、GPC和WP的影响。本研究定量分析了氮肥施用量与其他影响因素之间的协变关系，提出了优化的氮素管理方法。研究结果表明，施氮显著提高了小麦籽粒产量(14.85%)、GPC(6.62%)和WP(10.79%)，且施氮量较高时，包膜氮肥、花后施肥和多次施氮均可提高小麦产量、GPC和WP。综合考虑，100 ~ 200 kg/ha的氮是产量、GPC和WP的最佳氮肥施用量。中等土壤质地和湿润气候条件下，施氮显著提高了产量。此外，在中等土壤质地和湿润气候条件下，除常规施氮外，灌溉和花前施氮也可实现小麦高产。研究结果可为小麦大田氮肥施用管理提供依据，并为氮素管理政策的制定提供参考。(欢迎大家投稿、转发和建议，也希望与您共同讨论相关知识，共同进步！)
