位于黄河中游的河套灌区是中国设计灌溉面积最大的灌区，也是内蒙古重要的粮食生产基地之一^[1]。近年来，小麦生产过程中普遍存在施肥过量、施肥结构单一的现象，造成该地区肥料利用率不足 30%，同时导致环境污染加剧^[2-4]，严重制约河套灌区小麦高产、高效、优质协同提高。

研究表明，生物有机肥肥效持久，能全面、持续、稳定地供给作物生长所需要的各种养分，在增加土壤有机质含量、改善土壤环境和生物活性、提升作物产量和品质等方面具有显著促进作用^[5-7]，但单施有机肥会使作物所需速效养分含量降低，不能及时供应小麦生长发育所需的养分^[8-9]。因此，实际生产中采用有机、无机肥配施，以更小的环境代价来改善土壤理化性状，促进小麦提质增效^[10-16]。孔涛等^[6]研究表明，施用生物有机肥显著提高土壤有机质、总氮磷钾和速效氮磷钾含量 20% 以上，同时还能够显著提高土壤微生物数量和土壤酶活性，且随着施肥量的增加而增大。毛平平等^[7]对山西临汾盆地冬小麦的研究表明，以生物有机肥 4500 kg·hm^-2 配施氮肥 225 kg·hm^-2 处理较单施化肥处理增产 11.27%。磷和氮在小麦生长发育中具有重要作用，施用氮肥和磷肥对小麦产量、品质形成和肥料利用具有显著调节作用^[17]。张萌等^[17] 在比较 3 个氮磷比梯度（1∶0.5、1∶0.75、1∶1）的研究中发现，1∶0.75 的氮磷比最有利于小麦植株氮素吸收及花前贮存氮素向籽粒的转运，并最终获得最高籽粒产量、氮肥利用率。Desai 等^[18]研究表明，施肥量影响小麦植株氮素的积累和转运，而花前贮存氮素在花后向籽粒的转运量和花后氮素积累量显著影响了蛋白质的含量。王兵等^[19]对黄土高原旱作冬小麦的研究表明，施磷量在 0～45 kg·hm^-2 范围内增加可以显著提高作物氮素利用效率，继续增加磷肥用量则不能显著提高甚至降低作物吸氮量。吴强等^[20]研究表明，节水灌溉条件下，施磷量为 66.2～72.5 kg·hm^-2、施氮量为 181.7～193.3 kg·hm^-2 时，产量和蛋白质产量分别提高 12.4% 和 15.7%，与农户常规施肥量比较，施磷量和施氮量分别减少 44.3%～49.1% 和 19.5%～24.3%。

综观前人研究结果发现，氮磷肥的施用比例对小麦植株氮素和磷素的积累、籽粒产量和品质均有显著影响。但这些研究多集中于氮磷单施或配施对小麦产量、品质、肥料利用的影响，而在基施生物有机肥条件下春小麦氮磷互作效应的研究尚不多见。另外，受土壤基础肥力、施肥时期、肥料种类、气候条件等众多因素影响，前人研究得到的小麦最佳施肥量存在较大差异，对河套灌区小麦施肥的参考价值有限。为此，本研究以河套灌区春小麦为研究对象，在基施生物有机肥的条件下，系统研究施磷量和施氮量对春小麦产量构成、品质形成和肥料利用的影响，明确春小麦实现高产量、高肥效、高品质的适宜施肥量，为建立河套灌区春小麦减肥、增产、增效技术体系提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

本试验于 2019 年在内蒙古巴彦淖尔市杭锦后旗双庙镇尖子地村进行，试验地土壤类型为壤土， 0～20 cm 基础肥力：有机质 21.37 g·kg^-1，碱解氮 60.37 mg·kg^-1，有效磷 23.42 mg·kg^-1，速效钾 183.47 mg·kg^-1，pH 值 7.58。

1.2 试验设计

以永良 4 号为供试材料，在基施生物有机肥 225 kg·hm^-2 的基础上，以农户习惯施肥量（P₂O₅ 241.9 kg·hm^-2、N 370.5 kg·hm^-2）为依据逐级减施化肥，设置不同施磷量和施氮量两因素：磷肥（P₂O₅）作种肥，施用量设 4 个水平，分别为 241.9、193.2、144.9、96.6 kg·hm^-2；氮肥（N）作追肥于拔节期随灌水施入，施用量设 4 个水平，分别为 370.5、315.3、260.1、204.9 kg·hm^-2，另设 1 个不施肥处理，用于计算肥料利用效率的相关指标，共 17 个处理。小区面积为 30 m² （5 m×6 m），采用随机区组排列，设 3 次重复。有机肥使用五原县沃丰生物科技有限责任公司生产的生物有机肥（有效活菌≥0.2 亿·g^-1，有机质≥45%），磷肥使用重过磷酸钙（P₂O₅ 46%），氮肥使用尿素（N 46%）。播种期为 2019 年 3 月 12 日，全部采用播种机播种，播种量为 385 kg·hm^-2，行距 15 cm，收获时间为 2019 年7月18 日，试验地前茬作物为小麦，其它管理措施同常规栽培小麦。

1.3 测定项目及方法

1.3.1 测产及考种

小麦蜡熟末期，在每个小区取 2 m² 样点，单独收获，统计总穗数，同时选取 20 株考察穗粒数。晾晒后机械脱粒并称总重及粒重，采用烘干法测定籽粒含水率，按含水率 13% 校正籽粒重量，换算实际产量。

1.3.2 植株养分含量测定

小麦收获前，每个小区取 1 m² 样方植株烘干至恒重并粉碎均匀，共 51 份样品。采用浓 H₂SO₄-H₂O₂ 消解，分别用凯氏定氮法、钼锑抗比色法测定植株样品的氮素和磷素含量，根据下式计算养分利用相关指标：

植株养分吸收量＝施肥区小麦植株干重 × 植株养分含量

养分表观利用率（%）＝（施肥区植株养分吸收量-不施肥区植株养分吸收量）/ 施肥区养分施入量 ×100

养分偏生产力＝施肥区籽粒产量／施肥区养分施入量

养分农学效率＝（施肥区籽粒产量-不施肥区籽粒产量）／施肥区养分施入量

1.3.3 籽粒品质指标测定

小麦收获晾晒后储藏 2 个月，每个处理取 200 g 籽粒，使用 DA7250 型近红外（NIR）谷物分析仪（瑞典 Perten 公司）测定以下品质指标：籽粒蛋白质含量（Pro）、湿面筋含量（WGC）、吸水率（WA）、面团稳定时间（DST）、面团形成时间 （DDT）、沉降值（SV）、容重（TW）、拉伸面积 （EA）、出粉率（FE）、面团延展性（DM）、最大抗延阻力（MR）。

蛋白质产量 = 籽粒产量 × 籽粒蛋白质含量

1.4 数据分析

全部试验数据采用 Excel2019 汇总、统计，使用 SPSS 26.0 邓肯法（Duncan）进行差异显著性检验（P<0.05），采用 MATLAB 2019 b 进行二元二次拟合回归分析及绘图，并调用“—（fminsearch）”函数，分别求得各回归方程的极大值。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对小麦产量及其构成因素的影响

由表1 可知，施磷量对产量、穗粒数影响极显著，对千粒重影响显著，对穗数影响不显著。同等施氮水平下，随着施磷量的减少，产量及其构成因素呈先升高后降低的趋势，各施氮水平最大值出现在 P3 处理。与 P1 处理相比，P2、P3、P4 处理分别增产 10.2%、12.1%、-2.4%。施氮量对产量、穗数、穗粒数影响极显著，对千粒重影响显著。同等施磷水平下，产量、穗数、穗粒数、千粒重均随着施氮量的减少呈先升高后降低的趋势，各施磷水平最大值均出现在 N3 处理。与 N1 处理相比，N2、 N3、N4 处理分别增产 10.4%、21.1%、4.5%。处理间比较，P3N3 处理的产量、千粒重显著提高，穗数与 P2N3、P3N2 处理差异不显著，但显著高于其他处理，穗粒数与 P2N3、P3N4 处理差异不显著，但显著高于其他处理。与 P1N1 处理相比，P3N3 处理的产量、穗数、穗粒数、千粒重分别增加了 34.1%、 29.7%、15.6%、17.8%。表明河套灌区农户习惯施肥严重过量，适当减施氮磷肥可显著提高小麦产量。小麦产量受磷氮互作影响达极显著水平。

注：同列数据后不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。* 表示 P<0.05，** 表示 P<0.01。下同。

2.2 不同施肥处理对小麦养分吸收利用的影响

2.2.1 对氮肥吸收利用的影响

由表2 可知，施磷量对氮肥表观利用率影响极显著，对植株含氮率、吸氮量、氮肥农学效率、氮肥偏生产力影响显著。同等施氮水平下，植株含氮率、吸氮量、氮肥表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力随施磷量的减少表现为单峰曲线的变化趋势，各施氮水平峰值均出现在 P3 处理，较 P1 处理各项氮肥利用效率指标分别增加了 19.7%、26.7%、77.1%、118.5%、39.2%。施氮量对氮肥利用效率各项指标影响极显著。同等施磷水平下，随着施氮量的减少，植株含氮率、吸氮量、氮肥表观利用率、氮肥农学效率和氮肥偏生产力表现为单峰曲线的变化趋势，各施磷水平峰值出现在 N3 处理，较 N1 处理各项氮肥利用效率指标分别增加了 21.4%、26.7%、81.7%、 142.4%、40.1%。处理间比较，P3N3 处理的各项氮肥利用效率指标表现最好，均显著高于 P1N1 处理，表明合理的施磷量和施氮量有利于小麦植株对氮素的吸收和利用。磷氮互作效应对氮素利用效率各项指标的影响均达显著或极显著水平。

2.2.2 对磷素吸收利用的影响

由表3 可知，施磷量对植株含磷率、磷肥农学效率、磷肥偏生产力影响极显著，对吸磷量、磷肥表观利用率影响显著。同等施氮水平下，随施磷量的减少，植株含磷率、吸磷量和磷肥农学效率呈先增加后降低的趋势，各施磷水平最大值为 P3 处理，而磷肥表观利用率和磷肥偏生产力则表现为逐渐升高的趋势。P3 处理的各项磷肥利用效率指标较 P1 处理分别增加了14.2%、23.6%、183.5%、233.3%、97.3%。施氮量对磷肥偏生产力影响显著，对其余磷肥利用效率指标影响极显著。同等施磷水平下，随着施氮量的减少，植株含磷率、吸磷量、磷肥表观利用率、磷肥农学效率和磷肥偏生产力呈单峰曲线的变化趋势，各施磷水平最大值均为 N3 处理，较 N1 处理各项磷肥利用效率指标分别增加了 7.9%、51.0%、332.5%、 118.3%、23.0%。处理间比较，P3N3 处理的植株含磷率与 P2N3、P3N2 处理差异不显著，但显著高于其他处理。P3N3 处理的吸磷量，P3N3、P4N3 处理的磷肥表观利用率和磷肥农学效率显著提高。P3N3 处理的磷肥偏生产力显著高于 P1 处理下的各施氮处理，与其他处理差异不显著。说明适当减施磷肥和氮肥对小麦植株吸收磷素的能力具有明显的促进作用，可提高小麦磷肥利用效率。磷氮互作效应对各项磷肥利用效率指标影响均达极显著水平。

2.3 不同施肥处理对小麦籽粒品质的影响

由表4 可知，施磷量对蛋白质含量、湿面筋含量、面团稳定时间、沉降值、拉伸面积、面团延展性、最大抗延阻力 7 项籽粒品质指标影响达显著或极显著水平。同等施氮水平下，各项籽粒品质指标均随施磷量的减少呈现先升高后降低的变化趋势，各施氮水平均在 P3 处理达最大，与 P1 处理相比， P2、P3、P4 处理的蛋白质含量分别增加了 4.3%、 6.3%、3.4%。除吸水率、容重、出粉率外，施氮量对其余各项品质指标影响达显著或极显著水平。同等施磷水平下，除吸水率呈逐渐下降的趋势外，其余品质指标均随施氮量的减少呈先升高后降低的趋势，且各施磷水平达到最大值的施氮量均为 N3 处理，与 N1 处理相比，N2、N3、N4 处理的蛋白质含量分别增加了 3.2%、5.1%、-2.3%。处理间比较，P3N3 处理的蛋白质含量、湿面筋含量、面团稳定时间、面团形成时间、沉降值、拉伸面积、面团延展性和最大抗延阻力均显著高于 P1N1 处理，各处理的吸水率、容重和出粉率差异不显著。表明适宜施氮量和施磷量对改善小麦籽粒品质是有利的。磷氮交互作用对吸水率、容重、出粉率影响不显著，对其余品质指标的影响均达显著或极显著水平。

2.4 小麦产量、蛋白质产量、吸氮量、吸磷量与施肥量的关系

将小麦籽粒产量（Y₁）、蛋白质产量（Y₂）、吸氮量（Y₃）、吸磷量（Y₄）与施磷量（X_P）、施氮量（X_N）进行二元二次拟合回归分析，得到如下回归方程：

$\begin{array}{c}{Y}_1=-7245+48.53X_P+74.01X_N-0.1514X_P^2+0.002557X_P\\ X_N-0.1295X_N^2\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{Y}}_2=-1638+10.31{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}+13.13{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}-0.03131{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}^2+\\ 0.0003153{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}-0.02326{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}{}^2\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{Y}}_3=-454.5+4.447{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}+2.594{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}-0.01333{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}{}^2-\\ 0.0003387{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}-0.004617{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}{}^2\end{array}$

$\begin{array}{c}{\mathrm{Y}}_4=-37.54+0.368{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}+0.2665{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}-0.001238{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}{}^2+\\ 0.00008635{\mathrm{X}}_{\mathrm{P}}{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}-0.0005087{\mathrm{X}}_{\mathrm{N}}{}^2\end{array}$

回归方程的 R² 分别为 0.8008、0.8264、0.7916、0.87 12，方程拟合度较好，能反映氮、磷肥施用量与小麦产量、蛋白质产量、吸氮量、吸磷量的关系 （图1）。通过 MATLAB 软件调用“—（fminsearch）” 函数，分别求得各回归方程的极大值及其对应的氮、磷肥施用量，即当施磷量为 162.69 kg·hm^-2、施氮量为 287.36 kg·hm^-2 时，可获得最高籽粒产量 7336.6 kg·hm^-2；当施磷量为 166.07 kg·hm^-2、施氮量为 283.37 kg·hm^-2 时，可获得最高蛋白质产量 1078.4 kg·hm^-2；当施磷量为 163.31 kg·hm^-2、施氮量为 274.93 kg·hm^-2 时，可获得最高吸氮量 265.20 kg·hm^-2；当施磷量为 158.23 kg·hm^-2、施氮量为 275.37 kg·hm^-2 时，可获得最高吸磷量 28.27 kg·hm^-2。小麦高产、优质与高效相统一的适宜施磷量（P₂O₅）为 158.23～166.07 kg·hm^-2，施氮量（纯 N）为 274.93～287.36 kg·hm^-2。

3 讨论

3.1 氮磷肥施用量对小麦产量及产量构成因素的影响

林琪等^[21]对冬小麦的研究表明，控制施氮量在 240～300 kg·hm^-2 范围内，小麦籽粒产量随施氮量的增加而提高，继续增加施氮量，籽粒产量增加不显著甚至降低。姜宗庆等^[22]研究表明，扬麦 12 和扬麦 9 号在 0～108 kg·hm^-2 施磷量范围内、中优 9507 在 0～144 kg·hm^-2 施磷量范围内，产量及产量构成因素均随施磷量的增加而增加，再继续增加施磷量，均有所下降。崔正勇等^[23]认为，合理的施氮量和施磷量可协调提高穗数、穗粒数，进而显著提高小麦产量。本研究中，随着施氮量和施磷量的降低，小麦产量及产量构成因素先增加后降低，分别于 P3、N3 处理达最大值，这与前人的研究结果基本一致，说明河套灌区农户习惯施肥量远超小麦需求，不仅对提高产量无益处，还会造成土壤中氮、磷大量盈余。合理的施磷量和施氮量可保证小麦营养生长阶段的养分供应，促进小麦分蘖，提高单位面积穗数，生物有机肥肥效的持久性改善了小麦生育后期的养分条件，促进穗发育、延长灌浆期并提高灌浆速率，最终提高小麦籽粒产量。

3.2 氮磷肥施用量对小麦肥料利用效率的影响

化肥偏生产力可综合体现土壤基础养分状况，化肥农学效率可综合体现施肥措施增产效应^[24]。刘德平等^[25]研究表明，合理氮磷配施不仅能保证作物产量，还可通过提高肥料偏生产力和农学效率，有效减少氮磷肥的施用量。王丹丹等^[26]在河南对冬小麦的研究表明，合理氮磷钾施用量可促进小麦对氮、磷、钾养分的吸收利用，提高肥料利用率。本试验结果表明，农户习惯施磷量和施氮量明显降低了小麦植株内氮素、磷素含量和肥料利用效率，而适当减少磷肥和氮肥的施用量不仅增加了小麦产量，还显著提高了小麦植株养分吸收量和肥料利用效率，可见，过量施肥是导致肥料利用效率低、增产效果下降的主要原因，配施适量的生物有机肥有利于小麦高产、高效。

3.3 氮磷肥施用量对小麦籽粒品质的影响

蛋白质含量直接决定了小麦籽粒品质，进而影响面食品的质量。Ibrahim 等^[27]与李诚等^[28]的研究表明，适宜施磷量可改善籽粒加工品质，但施磷过量时，蛋白质含量和湿面筋含量会降低，导致籽粒品质变差。本研究中，同等施氮水平下，籽粒品质均随施磷量的降低呈抛物线的变化趋势，这与前人的研究结果相近。有研究发现，在一定范围内，随施氮量的增加，小麦籽粒的蛋白质含量、湿面筋含量、沉降值、面团稳定时间 4 项品质指标同步提高，但继续增加施氮量则使品质降低^[29-30]。本研究中农户习惯施氮量处理下的籽粒品质指标明显降低，表明过量施氮不利于品质提升，这与前人所得的结论相近。前人研究表明，有机无机肥料配合施用可维持或改善小麦籽粒品质的大部分指标^[31-32]。本研究发现，籽粒品质随生物有机肥替代化肥量的增加而表现为先升高后降低的趋势，说明适量配施生物有机肥可改善小麦籽粒品质，这可能与有机肥肥效长，延缓小麦植株衰老，为花前积累的氮素向籽粒转移提供了充足的时间和花后吸收氮素再同化有关。

4 结论

施肥量的多少是以小麦高产优质为目标，能统筹小麦产量和品质协同提高才是最优施肥措施。本试验条件下，当施磷量（P₂O₅）为 158.23～166.07 kg·hm^-2、施氮量（ 纯 N） 为 274.93～287.36 kg·hm^-2 时，配施生物有机肥 225 kg·hm^-2，可兼顾小麦产量、肥料利用效率、籽粒品质同步提升，相较于农户常规施肥量（P1N1 处理）的籽粒产量（5768.4 kg·hm^-2）增加 27.2%，蛋白质产量（767.8 kg·hm^-2）增加 40.5%，同时减少施磷量 31.35%～34.59%，减少施氮量 22.42%～25.79%。

参考文献