摘 要：【目的】研究氮磷钾（NPK）肥配施对冬小麦产量和品质的影响，并分析其肥料效应，探明小麦高产、优质、高效的最佳NPK施肥量和施肥配比，为提高小麦的施肥效率提供科学依据。
【方法】以冬小麦品种新冬42号为材料，采用“3414”肥料效应设计方案，设置田间小区试验，测定冬小麦产量和品质相关性状并进行肥料效应模型拟合。
【结果】氮磷钾肥对产量的影响有互作效应，互作效应大小依次为NPK＞NP＞NK＞PK。14个处理中，N2P2K2处理的冬小麦产量和经济效益最高，分别为8 036.03 kg/hm2和18 044.85元/hm2。氮、磷、钾施用量分别为190.21、122.27和53.11 kg/hm2时，冬小麦产量最大，为8 082.75 kg/hm2；氮、磷、钾施用量分别为171.03、108.18和44.77 kg/hm2时，冬小麦经济效益最佳，为18 056.37元/hm2；氮、磷、钾施用量分别为180.00、125.69和50.90 kg/hm2时，淀粉干基含量最大，为5 742.29 kg/hm2；氮、磷、钾施用量分别为274.64、69.75和138.95 kg/hm2时，湿面筋含量最大，为2 766.20 kg/hm2。
【结论】合理施用氮磷钾肥可以显著提高新冬42号的产量、品质和经济效益。
关键词：冬小麦；氮磷钾肥；肥料效应；产量；品质
中图分类号：S512.1 ""文献标志码：A ""文章编号：1001-4330（2025）01-0001-12
收稿日期（Received）：
2024-08-10
基金项目：
新疆维吾尔自治区重点研发计划项目（2021B02002 -1，2022B02015-2）；伊犁哈萨克自治州科技计划项目（YZ2022A006）；新疆现代农业小麦产业技术体系（XJARS-01）;国家小麦产业技术体系乌鲁木齐综合试验站（CARS-03-88）
作者简介：
孙娜（1982-），女，吉林人，高级农艺师，研究方向为小麦遗传育种，（E-mail）Sna18509993321@163.com
通信作者：
曹俊梅（1978-），女，甘肃人，副研究员，研究方向为小麦遗传育种，（E-mail）caojm0508@126.com
雷钧杰（ 1972- ） ，男，甘肃古浪人，研究员，博士，硕士生导师，研究方向为小麦高产高效栽培，（E-mail）leijunjie@souhu.com
0 引 言
【研究意义】新疆伊犁河谷基于得天独厚的光、热、水、土资源，成为新疆商品粮主产区之一［1］。近几年，伊犁河谷冬小麦平均播种面积保持在10×104 hm2左右，是新疆伊犁河谷主要粮食作物之一。肥料在作物生产中发挥着重要作用，科学施用肥料可显著提高小麦产量和经济效益［2-5］。【前人研究进展】有文献显示小麦产量提高的同时施肥量也在增加［6-10］。施肥量对小麦品质亦有影响，郭丹丹等［11］研究表明，与不施肥处理相比，氮磷钾配施提高了小麦清蛋白、球蛋白（P＜0.01）含量，单施氮提高了醇溶蛋白和谷蛋白（P＜0.01）含量。赵海波等［12］探究氮磷配施对济麦22产量与品质影响时发现，氮磷配施对小麦湿面筋含量、沉降值、面团韧性、吸水率、稳定时间、拉伸面积、延伸度和拉伸比等品质指标影响趋势基本一致，均随施氮、磷量的增加而提高，但当施磷量继续增加时，烘焙品质会有所下降，说明不合理的氮、磷用量配比会降低面粉的烘焙品质。赵广才等［13］以济麦20和中麦175为材料，发现施肥处理对2种小麦的产量与品质性状影响不同。【本研究切入点】合理搭配氮、磷、钾施用比例有利于提高肥料利用效率、小麦产量及品质，但不同小麦品种和地理环境对不同肥料的需求量不同。【拟解决的关键问题】以伊犁哈萨克自治州（简称伊犁州）农业科学研究所育成品种新冬42号为材料，采用“3414”试验设计，探讨不同氮磷钾施用量对其产量、经济效益及品质的影响，为伊犁河谷冬小麦高产优质栽培提供科学施肥依据。
1 材料与方法
1.1 材 料
试验在新疆伊犁州农业科学研究所试验田进行，试验田前茬为红花，土壤pH值 8.00，有机质1.78%，全氮0.08%，全磷0.27%，碱解氮88.27 mg/kg，速效磷40.84 mg/kg，速效钾238.88 mg/kg。
供试冬小麦品种为新冬42号。供试氮肥为小颗粒尿素（含N 46%），磷肥为重过磷酸钙（含P2O5 46%），钾肥为颗粒硫酸钾（含K2O 40%）。
1.2 方 法
采用“3414”最优回归设计，即氮、磷、钾3个因素，4个水平。4个水平含义：0水平为不施肥，2水平为当地最佳施肥量，1水平 = 2水平×0.5，3水平 = 2水平×1.5。
小区面积为20 m2（行长5m，每小区21行，行距0.2m），随机区组排列，共14个处理，3次重复。表1
磷肥和钾肥均作为基肥一次施用，氮肥的50%作为基肥施用，其余50%结合浇水分别在起身拔节期和孕穗期追施，小区四周起埂。人工播种，播种量5.25×106粒/hm2。
1.3 数据处理
测定小麦有效穗数、穗粒数、千粒重、籽粒产量及蛋白质和湿面筋等品质指标。计算地力贡献率、肥料贡献率和农学效率［14］。
地力贡献率＝无肥区经济产量/氮磷钾推荐施肥区经济产量×100%。
肥料贡献率＝（施肥区经济产量－缺素区经济产量）/施肥区经济产量×100%。
农学效率（kg/kg）＝（施肥区经济产量－缺素区经济产量）/（施肥区施肥量－缺素区施肥量）。
采用Excel 2017、SPSS 22.0进行数据统计、绘图、方差分析和显著性检验，用DPS15.10软件对“3414”（x）试验设计建立回归方程，分析肥料最佳施用量。
2 结果与分析
2.1 不同施肥处理对小麦产量和经济效益的影响
研究表明，冬小麦籽粒产量和经济效益在不同施肥处理间存在显著差异。各施肥处理的冬小麦产量和经济效益均比不施肥处理（空白对照）有所增加和改善。
处理N2P2K2、N2P3K2、N2P2K3、N3P2K2冬小麦籽粒产量较高，表现为N2P2K2＞N2P2K3＞N2P3K2＞N3P2K2，分别为8 036.03、8 010.02、7 984.50和7 976.48 kg/hm2。过量施用氮、磷、钾肥对冬小麦产量不仅无促进作用，还会导致产量下降，其中产量对氮肥效应最为敏感。不施肥处理N0P0K0产量最低，仅为5 135.35 kg/hm2，显著低于其他处理。不施氮肥处理N0P2K2产量为6 557.07 kg/hm2，显著低于不施磷肥处理N2P0K2和不施钾肥处理N2P2K0，N2P0K2处理产量为7 215.32 kg/hm2，显著低于N2P2K0的产量（7 532.12 kg/hm2），氮肥对冬小麦产量影响较大，磷肥次之，钾肥最小。
处理N2P2K2、N2P3K2、N2P2K3、N3P2K2化肥总投入较大，均超过1 400元/hm2，较最低肥料投入处理N0P2K2分别高出85.84%、116.07%、105.62%和128.76%。施肥处理的冬小麦产值显著高于不施肥处理，平均提高48.16%，其中产值最高的N2P2K2处理提高56.48%。施肥处理的冬小麦经济效益显著高于不施肥处理，提高幅度为2 686.25～5 617.82 元/hm2，其中正常施肥处理N2P2K2的经济效益最高，达18 045.40 元/hm2，且显著高于其他处理，较不施肥处理高出45.20%。2水平的正常肥料用量可获得较高的冬小麦产量和经济效益；低肥料用量和高肥料用量，均使小麦产量和经济效益下降，尤其是不施氮肥和过量施用氮肥下降幅度较大。表2
2.2 不同施肥处理下冬小麦的肥料效应
研究表明，施用氮肥冬小麦平均增产1 282.82 kg/hm2，较不施氮肥处理增产19.56%，毛收入增加3 104.42元/hm2，纯收入增加2 456.92元/hm2，平均每增施1 kg氮肥冬小麦产量增加8.76 kg；施用磷肥（P2O5）冬小麦平均增产667.88 kg/hm2，较不施磷肥处理增产9.26%，毛收入增加1 616.26元/hm2，纯收入增加1 160.31元/hm2，平均每增施1 kg磷肥增加冬小麦产量6.52 kg；施用钾肥（K2O）冬小麦平均增产384.42 kg/hm2，较不施钾肥处理增产5.10%，毛收入增加930.3 元/hm2，纯收入增加631.95元/hm2，平均每增施1 kg钾肥增加冬小麦产量8.87 kg。施肥增产、增收效果以及对小麦产量的贡献率均表现为N＞P2O5＞K2O，肥料农学效率则表现为K2O＞N＞P2O5。
施用氮、磷、钾肥均有增产效果，各处理均以推荐施肥量产量最高。氮、磷、钾肥增产和增收效果以及肥料贡献率均以推荐施肥量处理为最高。氮肥和磷肥的农学效率以1水平为最高，钾肥的农学效率则以2水平为最高。
无肥区冬小麦产量为5 135.35 kg/hm2，氮、磷、钾推荐施肥区产量为8 036.03 kg/hm2，供试土壤的地力贡献率为63.90%，即冬小麦产量的一半以上是由土壤养分提供的。表3
2.3 不同施肥处理对冬小麦品质的影响
研究表明，不同施肥处理对冬小麦蛋白质含量有显著影响，随着施氮量的增加，蛋白质含量均有不同程度升高。不施氮肥处理N0P0K0和N0P2K2冬小麦蛋白质含量最低，显著低于其他处理，且两者之间差异不显著；低氮处理N1P2K2、N1P1K2、N1P2K1的蛋白质含量显著低于高氮处理N3P2K2，与正常施氮处理间差异不显著；高氮处理N3P2K2的蛋白质含量最高，为15.59%，高于其他处理1.70%～11.20%。冬小麦湿面筋含量受施肥量影响差异显著，高氮处理N3P2K2的湿面筋含量最高，为33.31%，显著高于不施氮处理N0P0K0和N0P2K2，冬小麦湿面筋含量随着施氮量的增加有所增加，可以适当通过施氮量来调控。冬小麦淀粉干基受施肥处理影响差异显著，但施肥处理与不施肥处理间差异不显著，施肥处理间任意两种肥料施用量固定在水平2，随施氮量持续增加淀粉干基显著下降，低氮处理N1P2K2淀粉干基最高，为71.96%，显著高于N2P3K2；随施磷量或施钾量持续增加淀粉干基呈提升趋势，但提升未达显著水平。施肥处理较不施肥处理显著提高了冬小麦沉降值，磷、钾同水平下增施氮肥显著提升了冬小麦沉降值，N3P2K2水平下沉降值最大，为25.41%，而增施磷肥或钾肥提升效果不显著。施肥处理均显著提高了冬小麦面团稠度，但施肥处理间差异不显著。随着氮、磷、钾施用量增加，小麦弱化度和面团形成时间呈提升趋势，但未达显著水平。施肥处理较不施肥处理提高了冬小麦吸水率，并且随着氮、磷、钾肥的持续增施，提升水平均达到了显著水平，最佳处理为N2P3K2，吸水率为66.53%。而稳定时间、容重、硬度和粉质质量指数，施肥处理较不施肥处理略有提升，但均未达显著水平。表4
2.4 氮、磷、钾肥间交互作用
研究表明，任一磷水平下，小麦产量均随施氮量增加呈先大幅升高后略微下降的趋势，且在高磷水平下氮肥增产效应大于低磷水平。而在任一氮水平下，小麦产量随施磷量增加呈先升高后趋于平缓的趋势，在高氮水平下磷肥增产效应大于低氮水平。在施肥量适宜时，氮、磷互作对小麦产量具有正效应，而施肥量过高时逐渐表现为负效应。氮、钾互作对小麦产量具有正效应，任一氮水平下，小麦产量随施钾量增加呈先升高后趋于平缓的趋势，且高氮水平下钾对小麦增产效应大于低氮水平。任一钾水平下，小麦产量随施氮量增加呈先升高后趋于平缓的趋势，高钾水平下氮对小麦增产效应大于低钾水平。磷、钾互作对小麦产量同样具有正效应，任一磷水平下，钾水平小于等于2时，小麦产量随施钾量增加大幅提高，而钾水平大于2后继续施钾降低了小麦产量。任一钾水平下，磷水平小于等于2时，小麦产量随施磷量增加而大幅提升，而磷水平大于2后继续施磷对小麦产量产生了负效应。合理的氮、磷、钾施用量可以提高小麦产量，并增强氮、磷、钾之间的互补作用。图1
2.5 肥料效应函数拟合及最佳施肥量
研究表明，R2分别为0.987 0、0.988 1、0.982 1和0.984 7，均达显著水平。最佳产量的配方施肥方案为施氮190.21 kg/hm2，施磷122.27 kg/hm2，施钾53.11 kg/hm2时，小麦产量最大，为8 082.75 kg/hm2；最佳经济效益配方施肥方案为施氮171.03 kg/hm2，施磷108.18 kg/hm2，施钾44.77 kg/hm2，经济效益最佳。氮、磷、钾与淀粉干基含量三元二次方程计算可得，氮、磷、钾施用量分别为180.00、125.69和50.90 kg/hm2时，淀粉干基含量最大，为5 742.29 kg/hm2。氮、磷、钾施用量分别为274.64、69.75和138.95 kg/hm2时，湿面筋含量最大，为2 766.20 kg/hm2。蛋白质含量最大时，以三元二次方程计算得出的氮、钾肥施用量远大于推荐施肥量，最大冬小麦蛋白质含量与氮、钾用量呈正相关，与磷肥用量呈负相关。表5
3 讨 论
3.1 氮磷钾配施对小麦产量的影响
地力贡献率反映了农田当季种植作物总收获量中由土壤所作出的贡献，也可用无肥区作物产量占氮、磷、钾推荐施肥区产量的百分率表征［15］。合理配施肥料，促进作物养分平衡是产量提升、经济效益提高的重要途径［16］。试验中，施肥处理相对不施肥处理均显著提高了冬小麦产量，施肥处理N2P2K2小麦产量最高，不同肥源对小麦产量的贡献率表现为N＞P2O5＞K2O。马海洋等［17］通过“3414”试验发现，氮、磷、钾肥间存在明显的交互作用，配合施用能提高肥效和作物产量。氮磷钾配施的增产机制可能是通过平衡补充营养，延缓叶片衰老，增强根系活性，进而延长光合时间，促进养分籽粒转运，提高小麦产量［18-19］。油用牡丹净光合速率的研究证明氮磷钾之间存在协同作用，氮、磷、钾配施显著增加了盛花期净光合速率，进而提升产量［20］。试验结果表明施肥量与产量并非一直呈正相关，在最佳处理（N2P2K2）基础上增施或减施任一肥料均会造成小麦产量的下降，符合报酬递减律，与前人研究结果一致［21-23］。通过三元二次方程进一步分析，获得最佳产量配方施肥方案，接近试验中实际最佳氮、磷、钾施用量，说明拟合方程较为可靠。此外，试验结果表明氮、磷、钾肥之间存在明显的交互作用，不同肥源在交互作用中影响程度不同。王峰等［24］研究不同施肥水平对玉米产量的影响，结果表明氮磷之间的交互作用强于磷钾。氮磷钾3种元素对玛咖产量存在明显的互作效应，表现为N2P2K2施肥水平有利于氮、磷、钾肥效的发挥，而过量施肥则降低不同肥源间的交互作用［25-26］。与前人研究结果相似［24-26］，试验中施肥水平0～2交互作用强于施肥水平2～3，且氮磷、氮钾交互作用强于磷钾交互作用，也与不同肥源对小麦产量的贡献率吻合（N＞P2O5＞K2O）。
3.2 氮磷钾配施对小麦品质的影响
氮、磷、钾肥的施用量显著影响作物品质指标［27-29］。在一定范围内，随着施氮量增加，小麦蛋白质含量也随之显著增加［30-31］。熊江霞等［32］研究表明，磷钾配施可提高小麦产量，增大籽粒容重，但蛋白质含量与钾肥施用量成正比，与磷肥施用量成反比。试验中施肥处理显著影响小麦蛋白质含量、湿面筋含量与淀粉干基含量。随着施氮量增加，蛋白质含量与湿面筋含量显著提升，但淀粉干基含量略有下降；随着施磷量增加，整体上湿面筋含量和淀粉干基含量呈上升趋势，而蛋白质含量显著降低，与前人结论一致［32-33］。原因可能是随着施氮量的增加，小麦籽粒中蛋白质开始大量积累，淀粉和蛋白质积累出现了彼此消长的现象，而磷肥用量的增加促进了光合作用和碳水化合物的合成与转运，当小麦进入生长中后期，通过光合作用积累的光合产物大量向籽粒转移，籽粒中淀粉含量迅速增加［34-35］。通过三元二次方程进一步分析，发现蛋白质最大产量与氮、钾肥施用量呈正相关，与磷肥施用量呈负相关，可能与试验的施磷梯度有关，周忠新等［36］研究发现，同一施氮、钾水平条件下，施磷量（P2O5）在0～210 kg/hm2，随施磷量的增加籽粒蛋白质含量呈“S”趋势，试验的施磷量可能并未达到改变蛋白质增量趋势的临界点。
3.3 氮磷钾配施对肥料效益的影响
合理施肥是改善作物生长的矿质营养状况、保障作物健壮成长、获得高产的重要栽培措施之一［37］。研究表明，适宜配比的氮、磷、钾养分供应能够提高茎叶的光合性能，促进同化产物的累积，并能够协调源、库关系，促进光合产物向籽粒的转移，从而获得较高的经济产量［38-40］。试验中，施肥处理相对不施肥处理均显著提高了冬小麦经济效益，随施肥量增加整体呈先增后降趋势，施肥处理N2P2K2小麦经济效益最高，与前人结果相似［36-38］。不同肥源对小麦产量的肥料农学效率表现为K2O＞N＞P2O5，三元二次方程进一步分析得出最大经济效益与最佳施肥量均接近实际值。研究证明适宜的氮磷配比下，胡麻植株“源”的生产和供应能力比较强，而且“库”的需求大，“源库”的协调发展进而促进同化物向籽粒的运输，减少光合产物在茎叶等器官中的滞留［38］。试验中土壤养分随着施肥量增加而增加，保障作物充分吸收生殖生长所需的养分，经济产量与经济效益随之提升［41］，当施肥量大于“2水平”后，施肥量大于作物生殖生长所需的养分含量，多余的养分储存在土壤中，经济效益随之下降［42］。大量研究证实，氮、磷是影响产量的主要因素，适量增施氮肥可以促进花后干物质累积以及营养器官贮存干物质向籽粒转运，从而提高籽粒产量，并能提高地上部光合产物对籽粒的贡献率，缺磷可降低植株干物质的积累量［43-45］。研究发现施用氮磷钾肥料对红小豆籽粒产量、经济效益影响程度依次为N＞K2O＞P2O5，表明氮肥是影响红小豆干籽粒产量和经济效益的主要因素［46］。闫湘等 ［47］总结了我国19个省13 667个地块施肥调查结果和22个省的32个养分监测田间试验结果，分析发现小麦氮磷钾农学效率分别为11.1、7.9和5.6 kg/kg，即N＞P2O5＞K2O。试验结果与前人不同，肥料农学效率K2Ogt;Ngt;P2O5，原因是当地土壤本身富钾，施肥习惯上施用氮、磷肥，钾肥施用量小且多为叶面肥，长此以往土壤氮、磷逐渐累积，而钾含量逐年下降，因此冬小麦经济效益表现出对钾肥的依赖性更大。
4 结 论
相比CK处理，氮磷钾配施可提高新冬42号产量与经济效益，随着施肥量增加，产量与经济效益呈先增后减的趋势。14个处理中N2P2K2处理（N 165.60 kg/hm2、P2O5 110.40 kg/hm2、K2O 45.90 kg/hm2）的产量和经济效益最高，分别为8 036.03 kg/hm2和18 044.85元/hm2。施氮190.21 kg/hm2，施磷122.27 kg/hm2，施钾53.11 kg/hm2时，获得最大小麦产量8 082.75 kg/hm2；施氮171.03 kg/hm2，施磷108.18 kg/hm2，施钾44.77 kg/hm2时，获得最大经济效益18 056.37 元/hm2；氮、磷、钾施用量分别为180.00 kg/hm2，125.69 kg/hm2，50.90 kg/hm2时，获得最大淀粉干基含量5 742.29 kg/hm2；氮、磷、钾施用量分别为274.64 kg/hm2，69.75 kg/hm2，138.95 kg/hm2时，获得最大湿面筋含量2 766.20 kg/hm。氮、磷、钾肥对产量的影响有互作效应，互作效应大小依次为NPK＞NP＞NK＞PK。在同一磷、钾水平下，0～248.40 kg/hm2（N）范围内增施氮肥可显著提高小麦籽粒蛋白质含量和湿面筋含量；在同一氮、钾水平下，0～165.60 kg/hm2（P2O5）范围内增施磷肥则降低小麦籽粒蛋白质含量。
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Analysis of combined application of NPK fertilizers on yield
and quality of" winter wheat and the fertilizer effect
SUN Na1， MA Lin1， ZOU Hui1， ZHANG Zhihui1， ZHANG Shengjun1 ， HUANG Qiannan1，
YANG Hui1， Dengsilamu Tuerxunbai1， LI Zhibin2，CAO Junmei3， LEI Junjie3
（1." Key Laboratory of Crop Breeding and Quality Testing of Yili Prefecture /Institute of Agricultural Sciences of Yili Prefecture， Yining Xinjiang 835000，China; 2. Agricultural Technology Extension Station of Xinyuan County，Xinyuan Xinjiang 844900， China; 3. Key Laboratory of Desert Oasis Crop Physiology，Ecology and Tillage， Ministry of Agriculture and Rural Areas/ Institute of Grain Crops，Xinjiang Academy of Agricultural Sciences， Urumqi 830091，China）
Abstract：【Objective】 It is important to study the effects of nitrogen， phosphorus and potassium （NPK） fertilizer rationing on the yield and quality of wheat and the fertilizer effect， and to find out the optimal NPK fertilizer application rate and fertilizer ration for high yield， high quality and high efficiency of wheat.
【Methods】" The winter wheat cultivar Xindong 42 was used as the test material， and the fertilizer effect test design scheme \"3414\" was adopted to conduct the field plot test to determine the yield and quality related traits of winter wheat and to fit the fertilizer effect model.
【Results】" Meanwhile the effect of NPK fertilizer on yield showed reciprocal effects， with the size of the reciprocal effects being NPK＞NP＞NK＞PK in the order of NPK＞NP＞PK. Among the 14 treatments， N2P2K2 had the highest yield and economic benefit of 8，036.03 kg/hm2 and 18，044.85 yuan/hm2， respectively. After being analyzed by the regression equation， the maximum yield of 8，082.75 kg/hm2 was achieved when the application rates of nitrogen， phosphorus and potassium were 190.21， 122.27 and 53.11 kg/hm2， respectively; the best economic benefit achieved was 18，056.37/hm2，when the application rates 171.03， 108.18 and 44.77 kg/hm2， respectively; maximum starch dry basis content 5，742.29 kg/hm2 was obtained 180.00， 125.69 and 50.90 kg/hm2， respectively; maximum wet gluten content 274.64， 69.75 and 138.95 kg/hm2， respectively.
【Conclusion】 Reasonable application of nitrogen， phosphorus and potassium fertilizers could significantly improve the yield， quality and economic benefits of Xindong 42.
Key words：winter wheat; NPK fertilizers; fertilizer effect; yield; quality
Fund projects：Major Scientific R amp;D Program Special Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region（2021B02002 -1，2022B02015-2）；Science and Technology Program Project of Yili Prefecture （YZ2022A006）; Xinjiang Agriculture Research System（XJARS-01）；China Agriculture Research System （CARS-03-88）
Correspondence author： CAO Junmei （1978-）， female， from Gansu，associate researcher，research diretion：genetic breeding of wheat，（E-mail） caojm0508@126.com
LEI Junjie （1972-）， male， from Gulang，Gansu，researcher，Ph.D.， masters suprvisor， research diretion：wheat high-yield and efficient cultivation， （E-mail） leijunjie@souhu.com
