江苏省作为我国最大的稻茬小麦生产区,推动其稻茬小麦高产高效生产对保障本地区和我国粮食安全具有重要意义。稻茬小麦生产中速效氮肥常过度施用,导致肥料利用率低下和生产成本上升,并且加剧土壤退化、环境污染和资源浪费等问题。如何在保障作物高产的同时,提高肥料利用率,减少化肥用量,推动农业可持续发展始终是作物生产中的重要课题。缓释氮肥由于省工、高效和环境友好Metabolism抑制剂等优点,为稻茬小麦种植实现省工、增产和增效的协同提供了重要思路。以往缓释氮肥在小麦上的应用多采用一次性基施的方式,虽节省人工投入,但由于养分供应难以匹配小麦全生育期养分需求,在生产中的实际效果存在较大争议。为进一步提升缓释氮肥在稻茬小麦上的应用效果,本研究以市场上推广的树脂包膜尿素(PCU)、硫包膜尿素(SCU)和脲醛缓释肥(UF)为材料,分析其在小麦生育期内的氮素实际供应动态,探讨缓释氮肥两次分施氮素供应与稻茬小麦全生育期氮素需求的同步性;并根据生产中省工、节本、增产、增效和提质等需求,设计缓释氮肥一次性基施(M1)、缓释氮肥基施加尿素拔节期追施(M2)、缓释氮肥基施加返青期追施(M3)和缓释氮肥掺混尿素基施加返青期追施(M4)等施肥方式,以常规高产栽培尿素4次分施为对照(CK),系统分析不同施肥方式对小麦群体质量、产量构成、品质、物质积累转运、衰老及灌浆生理、抗倒伏性能、氮效率和经济效益等的调控效应及其节氮增效潜力;在江苏开展多点示范试验,明确缓释掺混肥不同施用方式在大面积生产中的丰产性和生态稳定性;并且从土壤氮素平衡、N2O排放、土壤酶活性和微生物群落结构等方面探讨缓释氮肥两次分施减少麦田氮素损失的调控机制。主要研究结果如下:1、采用肥包埋置法测定不同类型缓释肥在小麦田间基施与返青期追施条件下的实际氮素释放动态及其与植株养分吸收的协同性,结果表明PCU在土壤中的氮素释放呈慢—快—缓的“S”型曲线,SCU呈先快后慢的倒“L”型曲线。PCU和SCU一次性基施,氮素主要集中在返青前释放;而PCU和SCU基施加返青期追施,氮素可在小麦生育前后期持续释放,与一次性基施和尿素对照相比显著提高小麦成熟期吸氮量,两年平均增幅分别达13.64%和15.83%。Richards模型参数表明,PCU基施和追施条件下的氮素快释期内在时间上分别与小麦分蘖至越冬和拔节至孕穗这两个氮素需求高峰期基本吻合,且两个快释期的氮素释放率均达60%以上,氮素释放量可充分满足小麦氮素需求高峰期对氮素的吸收利用。2、PCU、SCU和UF一次性基施和尿素对照相比实现平产或略有减产,避免了追肥人工,但肥料成本较高,平均净效益分别下降357.71、1090.55和1433.99元·hm-2。不同施肥方式中,M3和M4模式均有利于协调群体结构,提高总结实粒数,促进花后干物质积累,延缓花后LAI下降,促进穗数和粒重协同提升,其中PCU中M4模式产量、氮肥表观利用率和净效益均最高,和尿素对照相比四年平均增幅分别为12.Physiology based biokinetic model92%、9.60个百分点和21.09%,且减氮20%条件下平均氮肥表观利用率提高16.95个百分点,产量仍略高于尿素对照;SCU中M3模式有利于产量、氮肥表观利用率和净效益共同提升,四年平均增幅分别为7.24%、7.16个百分点和11.43%,减氮15%条件下可基本稳产,且氮肥表观利用率平均提高10.63个百分点;UF中M3模式两年度产量和氮肥表观利用率均最高,平均增幅分别达8.30%和4.86个百分点,有利于增产增效,而M2模式追肥以尿素替代,降低了肥料成本,两年度平均净效益略高于M3模式。3、不同类型缓释氮肥两次分施,生育后期氮素供应充足,有利于提高花后旗叶CAT、POD和SOD活性,减少MDA累积,延缓SPAD值下降,提高乳熟期叶片气孔导度和蒸腾速率,降低胞间CO2浓度,增强净光合速率,促进光合产物积累及其向籽粒的运输。PCU、SCU和UF两次分施均能改善小麦籽粒灌浆过程,延长其有效灌浆持续期,增加平均灌浆速率和最大灌浆速率,和一次性基施相比显著提高小麦千粒重和产量,其中PCU光合性能、花后干物质积累量、有效灌浆期和平均灌浆速率等均略优于SCU和UF。4、PCU和SCU一次性基施在小麦返青后氮素供应下降,降低基部第二节间长度、株高和花后重心高度,提高其充实度、茎秆粗度和秆壁厚度,增强茎秆抗折力和抗倒伏指数,田间实际倒伏率分别仅为1.11和1.31,但产量水平显著低于PCU和SCU基施加返青期追施处理。PCU和SCU基施加返青期追施,和尿素两次施用对照相比分别增产14.75%和12.45%,且基部第二节间茎秆粗度、秆壁厚度、节间充实度和抗折力等指标均高于尿素对照,有利于提高植株乳熟期和蜡熟期抗倒伏指数,协调抗倒伏性能和增产之间的矛盾。5、PCU、SCU和UF两次分施和尿素两次分施相比均显著降低氮素表观损失量,降幅分别达41.65%、34.13%和15.39%,有利于提高植株氮素吸收和收获后土壤氮素残留,且降低氮素通过淋溶和N2O排放等途径的损失,其中植株吸氮量和对照相比分别增加 18.67%、14.26%和 7.75%,N2O累积排放量分别下降 18.46%、8.39%和 9.58%。PCU显著提高成熟期土壤脲酶、硝酸还原酶和亚硝酸还原酶活性,提高氮循环相关菌群如厚壁菌门(Firmicutes)、放线菌门(Actinobacteriota)和拟杆菌门(Bacteroidota)的相对丰度,降低硝化螺旋菌门(Nitrospirota)的相对丰度,通过调节土壤硝化和反硝化过程,控制土壤中NO3-浓度。6、缓释氮肥施用方式显著影响不同类型专用小麦产量、氮素积累转运和籽粒品质。PCU一次性基施提高小麦营养器官尤其是茎鞘的花后氮素转运率,但降低花后氮素积累,减少籽粒氮素吸收,和尿素对照相比虽未显著降低产量,但降低籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉淀值、面团形成时间和稳定时间,不利于中、强筋小麦改善品质,但有利于弱筋小麦品质达标,实现弱筋小麦种植稳产提质;PCU掺混尿素两次施用,小麦产量和氮肥利用率较尿素对照增幅分别达4.91%～11.12%和2.91～7.69个百分点,且提高花后氮素积累量,促进籽粒氮素吸收利用,与尿素4次分施相比籽粒蛋白质含量、湿面筋含量、沉值、面团形成时间和稳定时间等指标均未显著下降,促进中、强筋小麦品质达标,有利于中、强筋小麦生产实现增产稳质。7、硫包膜缓释掺混肥(SBF)一次性基施在江苏不同地区(每年8个试验点)产量较对照两年度分别平均下降4.70%和3.10%,变异系数(CV)法分析表明其在不同生态条件下产量和氮肥农学利用率(NAE)的稳定性也处于最低水平;SBF基施加尿素拔节期追施在不同地区较对照两年度产量平均增幅分别为3.11%和3.94%,NAE平均增幅分别为6.31%和8.29%,在不同生态地区下丰产性和稳定性优于SBF一次性基施,但低于SBF两次分施;SBF两次分施在不同地区两年度较对照产量平均增幅分别达8.49%和7.03%,NAE平均增幅分别达16.36%和15.19%,效益平均增量分别达901.59和672.08元·hm-2,在不同生态地区下表现出较高的丰产性和稳定性,有利于大面积生产增产、增效和增收协同;SBF两次分施在减氮15%的条件下产量和效益与尿素对照无显著差异,但NAE两年度分别平均增加18.44%和17.13%,节氮增效效果明显。8、本研究不同PD0325901临床试验类型的缓释氮肥中,树脂包膜尿素与普通尿素等比例掺混基施60%+返青期追施40%、全量硫包膜尿素基施60%+返青期追施40%、全量脲醛缓释肥基施60%+返青期追施40%或脲醛缓释肥基施60%+普通尿素拔节期追施40%,有利于促进稻茬小麦省工、增产、增效和增收的协同,可实现普通尿素部分或全量替代,并且表现出一定的节肥增效的潜力,推荐在稻茬小麦生产中推广应用。