小麦是我国重要的粮食作物，2023年总产量超1.4亿吨，占全国粮食作物总产的20%^[1]。小麦蛋白质含量是其营养品质的重要指标，通常用籽粒含氮量换算得来^[2−4]。以往的研究认为，小麦籽粒含氮量与产量呈负相关关系^[5−6]，如何协同提高小麦产量和营养品质成为研究热点^[7−9]。利用籽粒含氮量计算得到的作物收获氮是重要的农田氮素管理指标，也是进一步计算氮盈余和氮利用率的关键参数，它们是评价农田氮素管理水平和控制氮素污染的关键^[10]。小麦的氮收获量一般为籽粒产量和固定的籽粒含氮量的乘积，由于不同区域间小麦籽粒氮浓度存在差异^[11]，计算结果可能出现较大的偏差，增加了氮盈余等指标评价的不确定性^{[10, 12]}。因此，调查我国不同区域小麦籽粒含氮量，对准确量化不同区域小麦的氮收获量、氮盈余量，提高小麦氮管理水平具有重要意义。

以往研究表明，我国小麦籽粒含氮量差异较大，变化范围为1.15%～3.04%^[13]，小麦籽粒含氮量不仅受产量水平的影响，也与品种特性显著相关^[5]。因此，在高产基础上，选育高籽粒含氮量的优质小麦品种是协同小麦产量和品质的重要途径^[14]。此外，适时播种、合理密植、精准施肥以及提高土壤养分供应能力的作物和土壤综合管理措施均影响着小麦籽粒产量和含氮量^[15]，虽然多技术协同优化的氮管理体系有助于减少不同区域小麦产量和籽粒含氮量之间的差异^[9]，但是功能的多样化要求可能加深了不同产区之间小麦籽粒含氮量的差异。本研究在以上研究的基础上，更新了中国近40年来小麦籽粒含氮量的文献，计算不同农业生态区、不同产量水平和不同品种下的小麦籽粒含氮量，量化采用全国统一和区域化的籽粒含氮量计算出的小麦收获氮和氮盈余差异，分析气候、土壤和施肥等因素对小麦籽粒含氮量的影响，探究协同实现小麦高产和优质的有效途径，以期为小麦的可持续生产提供科学依据。

1.   材料与方法

1.1   中国农业生态区划分

根据中国综合农业区划和中国农作制，将中国分为6大农作区，分别是东北、西北、华北平原、长江中下游平原、西南和东南^[16−17]。西北包括新疆、内蒙古、甘肃、宁夏、陕西和山西，该区年均气温4～13℃，年均降水量50～400 mm，土壤有机碳5.76～13.23 g/kg、全氮0.42～1.23 g/kg、pH 7.28～8.70，种植制度主要为一年一熟。华北平原包括北京、天津、河北、山东和河南，该地区年均气温8～15℃，年均降水量460～1000 mm，土壤有机碳7.31～20.24 g/kg、全氮0.57～1.78 g/kg，pH 4.4～8.7，种植制度为一年两熟制，以冬小麦-夏玉米轮作为主。长江中下游平原包括湖北、湖南、安徽、江西、江苏、浙江和上海，该地区年均气温14～19℃，年均降水量900～1500 mm，土壤有机碳6.35～21.11 g/kg、全氮0.71～1.88 g/kg、pH 5.16～8.35，种植制度多为一年两熟和三熟，两熟制以稻-麦轮作为主。西南包括四川、重庆、云南、贵州和广西，该地区年均气温12～18℃，年均降水量800～2000 mm，土壤有机碳6.69～25.86 g/kg、全氮1.10～2.03 g/kg、pH 5.6～8.6，种植制度有一年一熟、一年两熟和一年三熟等多种方式。西藏、青海、台湾、香港、澳门、东北和东南因为缺乏有效数据，不包括在本研究中。

1.2   数据来源

从Web of Science和中国知网检索发表于1980年1月—2023年12月的文章，以“小麦”(wheat)，“产量”(Yield)和“氮”(nitrogen)为检索主题。所选文献需符合以下标准：(1)试验是在中国进行的田间试验，不包括室内和盆栽试验；(2)试验处理的重复次数不少于3次；(3)试验应至少包含一个完整的小麦种植季；(4)试验结果必须报告籽粒含氮量，或者可通过籽粒吸氮量和产量计算得来，其中，籽粒含氮量 = 籽粒吸氮量/籽粒产量×100%。最终共确定333篇符合要求的文献，包含中文文献209篇，英文文献124篇，其中发文量最大的区域为华北平原(53%)，其次为西北(25%)、长江中下游平原(16%)和西南(6%)。试验多集中于2010年至2023年，占比52%～74%，其次为2000—2009 (占比21%～46%)和1980—1999(占比2%～6%)。

从文献中提取的信息包括试验地点、试验时间、气象条件(年均气温、年均降雨)、土壤性质(有机碳、全氮、pH等)、田间管理(小麦品种、施肥量、肥料类型、施肥方式、施肥时期等)、籽粒重要参数(产量、含水量、含氮量和粗蛋白含量等)。对于文献中以图形展示的数据，用GetData Graph Digitizer 2.24软件(version 2.24，http://getdata-graph-digitizer.com)提取；若需要补充气象信息，则从国家气象科学数据中心(http://data.cma.cn)获取。

1.3   数据分类和预处理

本研究小麦籽粒产量统一用烘干产量(烘干重)表示，若文献中指出籽粒产量为标准产量(晒干重或风干重)但未说明含水量，则按14%换算^[3]。烘干产量和标准产量的换算公式为：烘干产量 = 标准产量 × (1−14%)。

若文献中明确给出籽粒粗蛋白含量，则直接提取该数据；若仅标注了籽粒含氮量，则根据公式籽粒粗蛋白含量 = 籽粒含氮量×5.70^[2]进行换算。依据我国小麦品质标准 GB/T 17320—2013、GB/T 17892—1999和GB/T 17893—1999，小麦可按蛋白质含量(GPC)分为三类：强筋小麦(GPC≥14%)、中筋小麦(14%>GPC≥13%)和弱筋小麦(GPC<13%)。

文中氮盈余采用以下公式计算，N_sur=N_fer+N_dep+N_fix−N_har。其中，N_sur是氮盈余、N_fer是施氮量(包括化肥和有机肥)、N_dep是大气氮沉降、N_fix是非共生固氮、N_har是作物收获氮^[10]。

本研究采用统计学中四分位法将小麦产量分为4个梯度，研究数据库中的小麦产量范围为1.42～10.53 t/hm², 即将高产定义为超过该区域75%分位数(≥8 t/hm²)，中高等产量50%～75%分位数(6～8 t/hm²)，中低等产量为 25%～50%分位数(4～6 t/hm²)，低产定义为低于25%分位数(<4 t/hm²)，以此分析不同籽粒产量水平下的籽粒含氮量和籽粒蛋白质的差异。提取调查文献数据库中样本量最多的12个品种，比较不同小麦品种籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的差异。

将氮肥管理分为以下几组：(1)施氮量：以不施氮肥作为对照，施加氮肥作为处理，并将施氮量(nitrogen rate，NR，kg/hm²)分为3个梯度，即NR≤150、150<NR≤250、NR>250，分析不同施氮水平对产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的影响。除施氮与否外，处理组和对照组的其它田间管理保持一致；(2)施氮方式：研究的施氮方式包括施氮深度、基肥比例和施氮次数，其中，以施氮深度≤3 cm作为对照，氮肥深施≥10 cm作为处理；以100%基施作为对照，基肥比例≤75%作为处理；以一次施氮作为对照，分次施氮作为处理；除施氮方式外，处理组和对照组的施氮量和氮肥类型等其它田间管理均保持一致。

1.4   数据计算与分析

采用对数响应比(response ratios，RR)来评估不同处理对籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的影响，计算公式如下^[18]：

式中，X₁和X₀分别代表处理组和对照组的变量平均值，InRR表示效应量，不同处理的影响程度以(RR−1)×100的百分比形式表示。

由于本研究数据库中约有50%数据均值的标准差未被报道。而且，利用数据均值标准差的方法计算权重有时会出现权重被过度估算的问题^[19]。因此，本研究通过试验处理重复次数来计算效应量的权重^[20]：

式中，N₁和N₀分别表示处理组和对照组的处理重复数。

Meta分析采用Meta Win 2.1软件进行^[21]，分析不同施氮量和施氮方式对籽粒的产量、含氮量和粗蛋白含量的影响。采用卡方检验(Chi-square test)进行异质性检验，若检验结果P>0.05，说明不同处理间具有同质性，选用固定效应模型计算合并统计量，否则采用随机效应模型^[22]。本研究采用随机效应模型计算95%的置信区间，若置信区间与0值线相交认为影响不显著，反之亦然^[23]。

运用SPSS软件26.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA)进行数据分析和显著性检验，利用T检验和单因素方差分析邓肯检验(Duncan，P<0.05)比较不同农业生态区和不同品种的小麦籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的差异。利用皮尔逊相关系数分析小麦籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量与气候、土壤和施肥因素的关系。采用Excel 2019进行数据统计整理，利用Origin 2022软件作图。

2.   结果与分析

2.1   数据分布

图1显示，小麦籽粒产量主要分布在1.42～10.53 t/hm²，籽粒含氮量主要分布在0.64%～5.16%，籽粒粗蛋白含量主要分布在4.20%～21.77%。分布检验证明小麦籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量均符合正态分布(P<0.01)，满足后续其它指标数据分析的条件。

图  1  小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的样本频数分布

注：M、SE和n分别表示平均值、标准误和样本量；曲线为数据的高斯分布，P为显著性检验。

Figure  1.  Sample distribution frequency of wheat grain yield, grain nitrogen content and grain crude protein content

Note: M, SE, and n denote the mean, standard error, and sample size, respectively. The curve represents the Gaussian distribution of the data, and P is the significance test.

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2.2   不同农业生态区小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量

中国小麦籽粒产量平均为5.95 t/hm²，其中，华北平原产量最高，为6.81 t/hm²；其次为西南和长江中下游平原，产量分别为5.37 t/hm² 和5.30 t/hm²；西北小麦产量显著较低，为4.82 t/hm²(图2A)。中国小麦籽粒含氮量平均为2.37%，以华北平原和西北的小麦籽粒含氮量相对较高，分别为2.43%和2.37%，西南和长江中下游平原相对较低，分别为2.21%和2.18% (图2B)。中国小麦籽粒粗蛋白含量平均为13.36%，不同区域小麦籽粒粗蛋白含量表现为华北平原(13.57%)>西北(13.51%)>西南(12.62%)>长江中下游平原(12.50%) (图2C)。

图  2  不同农业生态区小麦的籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量

注：NWC—西北地区；NCP—华北平原地区；MLYR—长江中下游平原地区；SWC—西南地区。 图中箱体内圆点表示平均值，箱体外圆点表示异常值。不同小写字母表示存在显著差异(P<0.05)。n代表样本数。

Figure  2.  Wheat grain yield, nitrogen content and crude protein content in different agro-ecological zones

Note: NWC—Northeast China; NCP—North China Plain; MLYR—Middle and Lower Yangtze River; SWC—Southeast China. The dots within the box plots represent the mean values, while those outside the box indicate outliers. Different lowercase letters denote statistically significant differences (P<0.05). The symbol “n” indicates the sample size.

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2.3   中国不同农业生态区小麦收获氮

为量化基于全国平均和区域化的籽粒氮浓度计算小麦收获氮的差异，将本研究的全国平均籽粒含氮量(2.37%)和区域籽粒含氮量(2.18%～2.43%)两类数据，结合不同区域的小麦产量计算得到中国不同农业生态区的小麦收获氮。依据全国平均籽粒含氮量和区域化籽粒含氮量计算的小麦收获氮差值在西北、华北平原、长江中下游平原和西南分别为0、–4、10和8 kg/hm² (图3A)。这也导致了两种方法计算得到的氮盈余差异在西北、华北平原、长江中下游平原和西南分别相差0、–4、10 kg/hm² 和8 kg/hm²。其中以长江中下游平原地区的氮盈余差异最大(图3B)。

图  3  不同农业生态区小麦的籽粒收获氮和氮盈余差异

注：图A中，N_content = 2.37%为全国小麦平均籽粒含氮量，N_content = 2.18%～2.43%表示不同农业生态区小麦籽粒含氮量，西北、华北平原、长江中下游平原和西南区小麦籽粒含氮量分别为2.37%、2.43%、2.18%和2.21%。图B中，N_harvested =141为全国小麦平均收获氮量，N_harvested = 114～166为不同农业生态区小麦收获氮量，西北、华北平原、长江中下游平原和西南地区分别为N 114、166、116 kg/hm²和119 kg/hm²。

Figure  3.  Differences in grain nitrogen uptake amount and nitrogen surplus in soil across agro-ecological zones

Note: N_content = 2.37% represents the average grain N content of wheat across China, while N_content = 2.18%～ 2.43% represents the grain N content in different agricultural ecological zones, and the values in Northwest, North China Plain, Middle and Lower Yangtze River Plain, and Southwest regions being 2.37%, 2.43%, 2.18%, and 2.21%, respectively. N_harvested =141 represents the average nitrogen harvested amount in wheat across China, while N_harvested = 114～166 indicate the wheat nitrogen harvest amounts in different agricultural ecological zones, the values being N 114, 166, 116, and 119 kg/hm² in Northwest, North China Plain, Middle and Lower Yangtze River Plain, and Southwest regions, respectively.

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2.4   小麦功能与产量的关系

2.4.1   不同功能小麦的产量差异

中国不同功能小麦的产量存在显著性差异，具体表现为中筋(6.25 t/hm²)> 强筋(5.99 t/hm²)>弱筋(5.76 t/hm²)。长江中下游平原地区三种功能小麦的籽粒产量差异最大，中筋、强筋和弱筋小麦产量分别为6.12、5.44和4.82 t/hm²，西北地区三种功能小麦的籽粒产量无显示差异，为4.70～4.78 t/hm²。华北平原强、中、弱筋小麦产量均显著高于其它区域，为中国小麦的优势产区(图4)。

图  4  不同功能小麦的产量差异

注：NWC—西北地区；NCP—华北平原地区；MLYR—长江中下游平原地区；SWC—西南地区。不同大写、小写字母均表示同一区域内不同功能小麦产量差异显著(P<0.05)。

Figure  4.  Yield differences among different functional kinds of wheat

Note: NWC—Northeast China; NCP—North China Plain; MLYR—Middle and Lower Yangtze River; SWC—Southeast China. Different upper or lower letters indicate significant differences in wheat yield among different functional kinds of wheat within the same region (P<0.05).

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2.4.2   不同产量水平下的籽粒含氮量和粗蛋白含量

不同产量水平下的籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量存在差异(图5)，当小麦产量介于6～8 t/hm²时，其籽粒含氮量和粗蛋白含量均明显高于其它产量水平。与以往研究不同的是，本研究未发现小麦籽粒含氮量和产量的统计学关系，这可能是由于充足的氮肥用量满足了高产籽粒的蛋白需求，也说明可以通过技术措施实现籽粒产量和含氮量的双高(图5)。

图  5  不同产量水平下的籽粒含氮量和粗蛋白含量

注：不同小写字母不同产量水平下的小麦籽粒含氮量或者粗蛋白含量差异显著(P<0.05)。

Figure  5.  Grain nitrogen content, and crude protein content at different yield levels

Note: Different small letters indicate significant differences in grain nitrogen or crud protein content wheat yield among different yield level (P<0.05).

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2.5   小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的影响因素

2.5.1   经度和纬度对小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的影响

从南向北，随着纬度增加，籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量呈上升趋势。其中，籽粒产量从4.71 t/hm²增加到6.22 t/hm²，籽粒含氮量从2.21%增加到2.48%，籽粒粗蛋白含量从12.57%增加到14.12% (图6B)。因此，中国北方小麦的产量、含氮量和粗蛋白含量明显高于南方小麦。自西向东，随着经度增加，籽粒产量呈上升趋势，然而，籽粒含氮量和蛋白质含量无明显变化(图6A)。

图  6  小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量随经纬度的变化

Figure  6.  The variation of wheat grain yield, nitrogen content, and crude protein content with latitude and longitude

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2.5.2   不同小麦品种的籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量

不同小麦品种的小麦籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量存在显著差异(图7)。其中，高产小麦品种(如泰农18、济麦20、济麦22和烟农19)的籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量普遍较高，分别为2.37%～2.58%和13.35%～14.41%，而低产小麦品种(如扬麦16、运旱20410、郑麦9023和晋麦47)的籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量变异较大，分别为2.09%～2.53%和11.94%～14.23%。因此，产量较高的小麦品种，其籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量不一定处于低水平，产量水平与小麦籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量并无直接关联。

图  7  不同小麦品种的籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量

注：TN18：泰农18；JM20：济麦20；JM22：济麦22；YN19：烟农19；XY22：小偃22；LX99：良星99；XN979：西农979；YM49-198：豫麦49-198；YM16：扬麦16；YH20410：运旱20410；ZM9023；郑麦9023；JM47：晋麦47

Figure  7.  Grain yield, nitrogen content and crude protein content across different wheat varieties

Note: TN18: Tainong 18; JM20: Jimai 20; JM22: Jimai 22; YN19: Yannong 19; XY22: Xiaoyan 22; LX99: Liangxing 99; XN979: Xinong 979; YM49-198: Yumai 49-198; YM16: Yangmai 16; YH20410: Yunhan 20410; ZM9023: Zhengmai 9023; JM47: Jinmai 47.

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2.5.3   土壤–气候–管理因素对小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的影响

皮尔逊相关分析结果表明，小麦籽粒产量与土壤pH呈显著负相关(P≤0.01)，与施氮量、施磷量和土壤全氮呈显著正相关(P≤0.01)。籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量与年均降雨呈极显著负相关(P≤0.001)，与年均气温和施氮量呈显著正相关(P≤0.01)。

2.5.4   氮肥管理对小麦籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的影响

Meta分析表明，不同施氮水平对小麦籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的影响存在显著差异(图9)。与不施氮处理相比，施氮处理显著增加了籽粒产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量，其中，施N量在150～250 kg/hm²时，施氮引起的小麦产量的增加效应最大，当施N量超过250 kg/hm²后，施氮对产量的增加效应减小(图9A)。随着施氮量的增加，施氮对籽粒含氮量和籽粒蛋白质含量的增加效应不断增大(图9B和9C)。

图  9  不同施氮量下籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的变化量

注：点和误差线分别代表增加的百分比和95%置信区间, 括号内的数字表示样本量。如果误差线没有跨越零线表示处理和对照存在显著差异。

Figure  9.  Changes in grain yield, nitrogen content and crude protein content at different nitrogen application rates

Note: Dots and error bars represent the percent change and 95% confidence interval, respectively, and the numbers in parentheses are sample size. If the error bars do not cross the zero line, it indicates a significant difference between the treatment and control.

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与一次施氮相比，分次施氮(施氮次数≥2)显著增加了小麦产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量，增幅分别为11.0%、5.2%、5.2%；3次及3次以上施氮处理对小麦产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的提升效果显著优于2次施氮(图10)。与氮肥基施(基肥100%)相比，减少基肥比例(基肥比例≤75%)显著提升了小麦产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量，增幅分别为7.7%、3.4%、3.4%。随着基肥比例的减少，其对小麦籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量的增加效应有增大的趋势(图10)。与氮肥表施(施氮深度≤3 cm)相比，氮肥深施(施氮深度≥10 cm)显著提升了小麦产量、籽粒含氮量和籽粒粗蛋白含量，增幅分别为11.5%、4.6%、4.6% (图10)。

图  10  不同施氮方式对籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量的影响

注：点和误差线分别代表增加的百分比和95%置信区间, 括号内的数字表示样本量。如果误差线没有跨越零线表示处理和对照存在显著差异。

Figure  10.  Effects of different N application methods on grain yield, nitrogen content and crude protein content

Note: Dots and error bars represent the percent change and 95% confidence interval, respectively, and the numbers in parentheses are sample size. If the error bars do not cross the zero line, it indicates a significant difference between the treatment and control.

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3.   讨论

本研究发现，中国小麦平均籽粒含氮量为2.37% (1980—2023年)，低于Lollato等^[6]报道的美国小麦平均籽粒含氮量2.60% (1966—2016年)，但高于国际上^[24−26]报道的小麦籽粒含氮量(1.90%～2.01%)，也高于车升国等^[11]报道的中国小麦籽粒含氮量2.17% (2000—2016年)。氮肥施用量与小麦籽粒含氮量呈显著正相关关系^[11] (图8)，且随着施氮量的增加，施氮对籽粒含氮量的提升效应不断增大(图9B)。中国小麦氮肥投入量超过世界平均水平，这可能也是中国小麦籽粒含氮量较高的原因之一^[27]。此外，优化氮肥管理措施可显著提高籽粒含氮量^[9]，本研究数据主要来源2000—2023年的田间试验，籽粒含氮量较高可能源于近年来农田管理措施的优化，本研究也表明优化施氮方式可显著提升小麦籽粒含氮量(图9和图10)。

图  8  籽粒产量、含氮量和粗蛋白含量与不同因素的皮尔逊相关分析

注：MAT—年均气温；MAP—年均降雨；TN—土壤全氮含量；SOC—土壤有机碳含量；GNC—籽粒含氮量；GPC—籽粒粗蛋白含量。*、**、***分别表示在 0.05、0.01、0.001水平上的显著相关。

Figure  8.  Pearson correlation analysis of grain yield, nitrogen content and crude protein content with different factors

Note：MAT—Mean annual temperature; MAP—Mean annual precipitation; TN—Soil total nitrogen content; SOC—Soil organic carbon content; GNC—Grain Nitrogen Content; GPC—Grain Crude Protein Content. *, ** and *** indicate significant correlation at the levels of 0.05, 0.01 and 0.001.

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中国不同农业生态区小麦籽粒含氮量表现出明显的空间差异，华北平原和西北小麦籽粒含氮量显著高于长江中下游平原和西南(图2B)。小麦开花至成熟期的日均气温与籽粒含氮量呈显著正相关关系，在此期间北方平均气温较高，南方较低^[28−29]。小麦籽粒含氮量与年均降雨呈极显著负相关关系(图8)，北方麦区的降雨量低于南方^[17−18]。因此，北方小麦具有较高的籽粒含氮量和粗蛋白含量(图6B)。本研究表明，西北小麦籽粒产量显著较低，该区域籽粒含氮量显著较高(图2B)，华北平原小麦产量显著高于其它区域，其籽粒含氮量同样高于其它区域(图2B)，说明高产小麦不一定带来籽粒含氮量的下降。华北平原是中国小麦的优势产区，小麦籽粒含氮量上升可能与该区域推广的优质高产小麦品种有关^[30]，此外，施氮深度≥10 cm时，籽粒含氮量显著增加。这表明深施氮肥有助于改善土壤环境，促进根系吸收，延长叶片功能期，同时优化氮素在植物体内的分配与代谢^[33]。分次施氮(施氮次数≥2)和减少基肥比例显著增加了籽粒含氮量。分次施氮可在关键生长期持续提供氮素，减少损失，延缓旗叶衰退，提高灌浆后期的氮素积累^[34]；减少基肥比例则有效避免初期氮素过剩，增强后期追肥效果，促进氮素的高效吸收与合理分配^[35]。综上所述土壤、气候与施肥管理的协同优化对小麦籽粒含氮量的提升具有关键作用。根据土壤和气候特性，通过品种选育和管理措施调控等，可满足人们对小麦功能的多样化需求。

采用文献中全球籽粒含氮量(1.90%～2.01%)^[26−28]计算的中国小麦收获氮与采用本研究得出的中国小麦籽粒含氮量(2.37%)计算的小麦收获氮相差−28～−21 kg N hm⁻²；采用本研究得到的中国小麦平均籽粒含氮量(2.37%)计算的小麦收获氮与采用区域化的籽粒含氮量(2.18～2.43%)计算的小麦收获氮相差−4～10 kg N hm⁻²。表明采用统一的籽粒含氮量容易在某些区域高估、而在另一些区域低估小麦收获氮，尤其是在全球尺度进行的小麦收获氮和氮盈余的估算中，我们更需要考虑区域间籽粒含氮量的差异，以减少氮管理指标计算的不确定性。由于收获氮是计算氮盈余和氮利用率的关键参数，采用更精确的区域化籽粒含氮量，不仅能提高氮盈余和氮利用率估算的准确性，还能为优化氮肥管理和制定高效环境保护策略提供科学依据。

以往的研究发现，小麦籽粒产量与籽粒含氮量含量呈负相关关系^[5−6]。然而，本研究未发现上述两个指标具有任何相关关系(图5)。这可能是在大尺度上籽粒含氮量受土壤、气候和管理的交互影响导致。在大尺度研究中，利用小麦产量水平来预测籽粒含氮量的方法有待商榷，需要综合考虑自然和人为管理因素对小麦籽粒含氮量的影响。因此，利用区域化的籽粒含氮量更有助于得到准确的氮管理指标参数，进而为提高氮素管理水平提供依据。

4.   结论

我国不同农业生态区小麦籽粒含氮量存在显著差异。华北平原和西北地区的小麦籽粒含氮量较高，分别为2.43%和2.37%，而西南和长江中下游平原地区相对较低，分别为2.21%和2.18%。影响小麦籽粒含氮量的主要因素包括年均降雨、年均气温、施氮量和品种等。通过优化施氮方式，如分次施氮、减少基肥比例和氮肥深施，可显著提高小麦籽粒含氮量。高产小麦品种籽粒含氮量较高，而低产小麦品种籽粒含氮量变异较大。依据全国平均籽粒含氮量和采用区域化籽粒含氮量计算的小麦收获氮(氮盈余)差值在西北、华北平原、长江中下游平原和西南地区分别为0、–4、10和8 kg/hm²，表明在计算小麦收获氮(氮盈余)时，需要考虑不同农业生态区籽粒含氮量的差异，以得到更准确的结果。小麦籽粒含氮量与产量无相关关系，小麦产量水平无法很好地预测籽粒含氮量。由于小麦籽粒含氮量需求因用途而异，通过品种选育和氮肥管理优化，可满足人们对小麦功能的多样化需求。