一、研究背景

小麦作为全球最重要的口粮作物之一，其稳定高产对于保障国家粮食安全具有不可替代的战略地位。我国是世界最大的小麦生产国和消费国，其中河南省作为全国小麦生产第一大省，其种植面积和产量常年占据全国总量的四分之一左右。据权威统计数据显示，2021年河南省小麦种植面积达5690.69千公顷，总产量突破3802.81万吨，平均亩产达到445.43公斤，亩产值超过1100元，产业基础雄厚，对区域经济发展和国家粮食供给贡献卓著。伴随着现代农业科技的飞速发展，小麦栽培技术水平显著提升，为实现优质高产目标提供了有力支撑。然而，在追求高产的过程中，一个不容忽视的严峻问题日益凸显——化肥的过量与不合理施用。

当前，我国小麦主产区，尤其是高产田块，普遍存在化肥（特别是氮肥）施用强度偏高的问题。许多农户受传统种植经验和片面追求高产思维的影响，倾向于采用“经验施肥”、“保险施肥”策略，盲目增加化肥投入，远超作物实际需求。这种粗放的施肥模式导致了一系列严重后果：首先，从经济层面看，过量施肥显著增加了农业生产成本，侵蚀了种植效益，降低了农业生产的经济可持续性。其次，从生态与环境层面看，未被作物吸收利用的养分大量流失，造成土壤酸化、板结、盐渍化、养分失衡等地力退化问题，同时引发水体富营养化（如氮磷流失污染河流湖泊）、温室气体（如氧化亚氮）排放增加等严重的面源污染，威胁生态系统健康和生物多样性。再次，从农产品质量与农业可持续性层面看，化肥过量不仅可能影响小麦籽粒品质（如蛋白质组分失衡），更对耕地质量构成了长期、深远的负面影响，动摇农业可持续发展的根基。此外，市场上肥料种类繁多，产品质量参差不齐，部分农户对新型肥料（如缓控释肥、微生物菌肥、功能性有机肥等）的鉴别能力不足，难以科学选肥用肥，加剧了施肥的不合理性和潜在风险。

面对资源环境约束趋紧、绿色发展理念日益深入人心的时代背景，国家层面已明确提出化肥使用量零增长乃至负增长的行动目标，强调农业生产的绿色转型。因此，深入研究小麦栽培体系中的化肥减量增效技术，探索在保障乃至提升小麦单产和品质的前提下，显著降低化肥用量、提高利用效率的可行路径，已成为当前小麦生产领域亟待解决的重大课题。这不仅是破解资源环境瓶颈、实现农业绿色发展、保障国家粮食安全与生态环境安全的迫切需求，也是推动小麦产业提质增效、促进农民增产增收、实现乡村全面振兴的必然选择。

二、研究意义

深入系统地开展小麦化肥减量增效技术研究，具有极其重要的理论价值和现实意义，主要体现在生态环保、经济高效、社会可持续三个维度：

（一）生态环保意义：筑牢绿色屏障，保障可持续发展

1.减轻环境污染压力： 化肥减量增效的核心在于提高养分利用效率，减少养分向环境（水体、大气）的无效流失。通过精准施肥、优化肥料结构、采用缓释技术等手段，可显著降低氮磷等营养元素对地表水和地下水的污染风险，缓解水体富营养化问题。同时，减少氮肥施用量直接关联到农田氧化亚氮（强效温室气体）排放的削减，为应对气候变化贡献力量。

2.修复与保育土壤健康： 过量化肥是导致土壤酸化、板结、有机质下降、微生物群落失衡的重要因素。减量增效技术往往强调有机无机结合、秸秆还田、绿肥种植等，能有效增加土壤有机质含量，改善土壤物理结构（如孔隙度、团聚体稳定性），激活土壤微生物活性，恢复土壤生态功能，提升土壤基础肥力与缓冲能力，实现藏粮于地。

3.保护生物多样性： 减少高浓度化学肥料对农田生态系统的冲击，有利于维持更丰富的土壤微生物区系和地上昆虫群落，促进农田生态系统平衡和生物多样性保护。

（二）经济高效意义：降本提质增效，增强产业竞争力

1.降低生产成本投入： 化肥是小麦生产的主要物化成本之一。科学减施化肥可直接节省肥料购置成本。同时，高效施肥技术（如精准变量施肥）也能减少农机作业次数和能耗，进一步降低生产成本。这对于缓解农民“增产不增收”的困境、提高种植收益至关重要。

2.提升肥料利用效率： 减量增效的本质是追求单位养分投入的最大产出效益。通过测土配方施肥、水肥一体化、应用高效新型肥料（如控释肥、稳定性肥料）等技术，可以显著提高氮肥利用率(NUE)、磷肥利用率等关键指标，使有限的肥料资源发挥最大的增产提质效果。

3.保障产量稳定与品质提升： 成功的减量增效技术并非以牺牲产量为代价。相反，通过优化养分供应时空分布，使之更匹配小麦关键生育期的需求，可以促进植株健壮生长，增强抗逆性（如抗旱、抗倒伏），在稳定甚至提高产量的同时，改善籽粒蛋白质含量、湿面筋含量等关键品质指标，提升小麦市场价值。

4.提升资源利用效率： 化肥生产是能源密集型产业。减少化肥用量等同于节约了煤炭、天然气、磷矿石等宝贵的不可再生资源，提升了整个农业系统的资源利用效率和国家资源安全水平。

（三）社会可持续意义：支撑国家战略，服务乡村振兴

1.保障国家粮食安全： 在耕地资源有限、需求刚性增长的背景下，化肥减量增效是实现粮食生产“稳产、高产、优质、高效”并举的关键技术路径。它有助于在保护耕地产能和生态环境的前提下，持续稳定地提升粮食综合生产能力，筑牢国家粮食安全基石。

2.推动农业绿色转型与高质量发展： 减量增效是农业绿色发展理念的核心实践。其大规模推广应用将有力促进小麦生产方式的转型升级，从依赖资源消耗向依靠科技进步和内涵式发展转变，是实现农业现代化、建设美丽田园的必由之路。

3.促进农业科技成果转化与农民增收： 相关技术的研发、集成、示范与推广，是农业科技创新驱动发展的重要体现。它将先进农业技术送达田间地头，提升广大农民的科学施肥意识和技能水平，培育新型职业农民，是实现科技兴农、人才强农的有效载体，直接服务于农民增产增收和乡村产业振兴。

4.回应社会对优质安全农产品的关切： 科学施肥有助于减少农产品中可能存在的硝酸盐等化学残留，提升小麦及其加工产品的质量安全水平，满足消费者日益增长的对绿色、健康、安全食品的需求，增强社会公众对食品安全的信心。

三、研究内容

本研究将以小麦主产区（重点关注黄淮海麦区典型代表）为研究对象，聚焦小麦栽培全过程中的化肥施用环节，深入探索并系统集成化肥减量增效的关键技术与实施路径。具体研究内容涵盖以下核心层面：

（一）小麦产区化肥施用现状与问题精准诊断：

1.区域施肥特征分析： 系统搜集整理主要小麦产区的历史与近期化肥施用数据（总量、结构、强度、时序变化），绘制化肥施用现状图谱。重点分析氮、磷、钾及中微量元素肥料的使用比例、基追比例、施用时期与方法。

2.过量施用成因深剖： 结合实地调研、农户问卷调查和专家访谈，从经济驱动（成本收益预期）、认知局限（科学施肥知识匮乏）、技术瓶颈（高效技术应用不足）、政策引导（激励约束机制有效性）、市场环境（农资供应与技术服务）等多维度，深入剖析导致化肥过量与不合理施用的深层次、系统性原因。

3.生态环境影响评估： 通过文献整合与案例研究，量化评估当前施肥模式对土壤质量（理化生物性状）、水资源（氮磷流失负荷）、大气环境（温室气体排放）的负面影响程度，为减量增效的必要性提供实证支撑。

（二）化肥减量增效核心技术体系构建与优化：

1.测土配方精准施肥技术深化研究：

完善高精度土壤养分快速检测与评价技术。

构建基于产量目标、土壤供肥能力、作物需肥规律的小麦智能化、区域化、动态化施肥模型与推荐系统。

研发推广小麦专用配方肥、掺混肥（BB肥），实现“大配方、小调整”。

2.有机养分资源替代与活化技术：

系统评估不同来源有机肥（畜禽粪便、秸秆、绿肥、商品有机肥、生物有机肥）在小麦上的替代潜力与效果（替代比例、养分供应特性、改土培肥效应）。

优化秸秆全量还田、绿肥种植（如毛叶苕子）翻压还田、有机无机配施等模式的技术规程（还田/翻压时间、方式、腐熟调控）。

研究微生物菌剂、腐殖酸类物质等增效技术在活化土壤养分、促进有机养分转化释放中的应用潜力。

3.高效新型肥料研发与应用评价：

筛选与验证适用于小麦的缓控释肥料（树脂包衣、硫包衣、稳定性肥料等）在不同土壤、气候条件下的养分释放特性、减量潜力、增产提质效果及经济效益。

评估功能性肥料（如添加中微量元素、生物刺激素、硝化/脲酶抑制剂）在增强小麦抗逆性、提高养分利用效率方面的作用。

探索水溶性肥料、液体肥料在小麦水肥一体化中的应用前景。

4.水肥一体化精准调控技术集成：

研究与优化适用于麦田（尤其是灌溉区）的滴灌、微喷灌等节水灌溉设施下的水肥耦合技术。

制定基于土壤墒情监测、作物需水需肥规律的水肥一体化精准管理方案（灌溉定额、施肥浓度、频率、时期）。

评估水肥一体化技术在提高水肥利用效率、实现化肥减量上的综合效益。

5.农机农艺融合的精准施用技术：

推广应用配备变量施肥控制系统的精量播种施肥一体机、追肥机械，实现种肥同播定位定量、追肥按需变量调控。

研究优化不同土壤条件下肥料（特别是基肥）的适宜施用深度与位置（如深施、分层施），减少养分挥发损失，提高根系吸收效率。

探索无人机叶面追肥技术在补充中微量元素、缓解逆境胁迫中的应用价值。

（三）化肥减量增效技术集成应用模式与实施路径：

1.区域适配性技术模式筛选与集成： 根据不同生态亚区（如雨养区、灌溉区、旱薄地、高肥力田）的资源禀赋、生产限制因子和发展目标，筛选、优化并集成形成若干套具有区域特色、可复制推广的“小麦化肥减量增效综合技术模式包”（如“测土配方+缓释肥种肥同播+秸秆还田”模式、“有机无机配施+水肥一体化+精准追肥”模式、“绿肥轮作+配方肥+深施”模式等）。

2.技术推广机制与政策支持体系研究：

分析不同主体（小农户、家庭农场、合作社、农业企业）采纳减量增效技术的意愿、能力差异及影响因素。

探索有效的技术推广服务模式（如政府主导的示范工程、企业领衔的农化服务、社会化服务组织托管）。

研究激励约束政策（如化肥减量补贴、生态补偿、有机肥施用补贴、高标准农田建设与减量挂钩）的设计与优化，构建促进技术落地的长效机制。

探讨耕地质量保护、面源污染防治等相关法律法规对化肥减量增效的约束与引导作用。

3.智慧农业技术在减量中的应用展望： 关注物联网（IoT）、大数据、人工智能（AI）等前沿技术在精准监测（土壤墒情养分、作物长势）、智能决策（施肥处方图生成）、精准作业（无人驾驶变量施肥）等方面的最新进展及其在未来小麦化肥减量增效中的潜在应用前景。

（四）化肥减量增效实践效果综合评估：

1.生产力效应评估： 通过长期定位试验和示范区对比，科学评估不同减量技术模式对小麦产量稳定性、籽粒品质（蛋白质、淀粉、微量元素等）、水分利用效率的影响。

2.生态环境效应评估： 监测分析减量措施对土壤理化生物性状（有机质、pH、酶活性、微生物多样性）、农田氮磷流失量、温室气体排放通量的改善效果。

3.经济效益评估： 系统核算减量技术模式的投入成本（肥料、设备、人工等）与产出效益（产量收益、品质溢价、成本节约），进行成本效益分析和投资回报评估。

4.社会接受度评估： 评估技术模式的易操作性、适用性、对农民增收的贡献，以及农户的满意度与持续采纳意愿。

本研究将通过文献研究、数据挖掘、实地调研、问卷调查、田间定位试验、长期监测、模型模拟等多种方法相结合，力求全面、深入、科学地回答小麦化肥减量增效“为什么减”、“减什么”、“怎么减”、“减的效果如何”以及“如何推广”等一系列关键问题，为我国小麦生产的绿色高质量发展提供坚实的科技支撑和决策依据。