李順晉，安雨麗，崔玉濤，李浩然，陳新平，張 偉

(西南大學(xué) 資源環(huán)境學(xué)院，農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，重慶 400715)

我國(guó)是世界上小麥集約化種植最典型的國(guó)家之一，依據(jù)氣候條件，我國(guó)小麥生產(chǎn)區(qū)可劃分為4個(gè)大區(qū)：華北麥區(qū)、西北麥區(qū)、長(zhǎng)江中下游麥區(qū)和西南麥區(qū)，不同大區(qū)的小麥產(chǎn)量有明顯差異。2019年，我國(guó)4大麥區(qū)小麥播種面積共計(jì)2 400萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量為1.3億t，分別占全國(guó)總量的97%和98%[1]。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明：2016—2019年，我國(guó)小麥播種面積連續(xù)下降，2019年的播種面積比2016年減少96萬(wàn)hm2[2]。在此背景下，提高小麥單位面積產(chǎn)量對(duì)保障我國(guó)糧食安全具有特別的意義。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，磷肥施用是保證小麥產(chǎn)量的重要措施之一。作為大量元素之一，磷素在植物生理代謝過(guò)程中發(fā)揮著突出作用。研究表明，小麥對(duì)土壤磷素供應(yīng)比較敏感[3-4]。施用磷肥能促進(jìn)小麥葉綠素合成，增加葉面積指數(shù)，提高葉片凈光合速率，進(jìn)而增加小麥生物量累積；此外，磷肥施用還能促進(jìn)小麥根系發(fā)育，增加分蘗，提高成穗率，從而保證小麥產(chǎn)量[5-7]。然而，目前我國(guó)小麥生產(chǎn)上磷肥不合理施用(缺乏或過(guò)量施用)的現(xiàn)象仍然存在。由于磷素易被土壤吸附固定，因此過(guò)量的磷素投入會(huì)增加土壤的磷素殘留。當(dāng)前，我國(guó)作物磷肥利用率平均僅為11.6%[8]，是全球土壤磷素失衡最嚴(yán)重的國(guó)家之一[9]。不合理的磷肥施用既會(huì)影響糧食安全，又會(huì)造成環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)等多方面的問(wèn)題[10]。因此，量化我國(guó)小麥生產(chǎn)的磷肥臨界用量具有現(xiàn)實(shí)意義。

鄧燕[11]的研究表明，適宜的磷素供應(yīng)能在保證小麥高產(chǎn)的前提下協(xié)調(diào)作物的生物學(xué)潛力，但是過(guò)量的磷素投入不僅不會(huì)進(jìn)一步增加小麥產(chǎn)量[12-14]，反而會(huì)影響小麥的生物學(xué)潛力發(fā)揮，降低肥料利用率。馬清霞等[15]指出，在陜西楊凌黃土高原上，當(dāng)施磷量(以P2O5計(jì)，下同)超過(guò)100 kg·hm-2時(shí)，小麥的產(chǎn)量和生物量不再顯著增加。鄭網(wǎng)宇等[16]在江蘇丹陽(yáng)的試驗(yàn)顯示，小麥的最佳施磷量平均為65.7 kg·hm-2。雖然前人已就磷肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量的影響在全國(guó)各地開展了大量的田間研究[17-21]，但這些研究大多聚焦于單個(gè)地區(qū)、單個(gè)田間尺度，在國(guó)家和區(qū)域尺度上量化小麥最佳磷肥施用量的研究仍相對(duì)欠缺。

植物對(duì)鋅等微量元素的吸收會(huì)受高磷供應(yīng)的抑制，過(guò)量的磷肥施用將導(dǎo)致小麥籽粒鋅含量下降。另外，磷素的過(guò)量供應(yīng)還會(huì)提高作物籽粒中的植酸含量，而植酸特殊的化學(xué)結(jié)構(gòu)決定了其對(duì)微量元素具有較強(qiáng)的螯合作用，會(huì)進(jìn)一步降低小麥籽粒鋅的生物有效性[13，22-24]。因此，綜合評(píng)價(jià)基于產(chǎn)量的優(yōu)化施磷量對(duì)小麥籽粒中鋅含量的影響，對(duì)于保證小麥營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量來(lái)說(shuō)也頗有積極意義。

本研究以我國(guó)4大麥區(qū)為研究區(qū)域，通過(guò)大數(shù)據(jù)分析量化磷肥施用對(duì)小麥的增產(chǎn)效應(yīng)，明確不同麥區(qū)的適宜施磷量，通過(guò)整合分析(meta-analysis)的方法揭示不同環(huán)境條件下磷素供應(yīng)對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，并通過(guò)適宜施磷量評(píng)估各麥區(qū)的節(jié)肥潛力，明確磷肥減施的經(jīng)濟(jì)、環(huán)境效益，及其對(duì)人體健康的可能影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

本文在全國(guó)小麥?zhǔn)┓史謪^(qū)的基礎(chǔ)上[25]，將全國(guó)麥區(qū)劃分為4塊：華北麥區(qū)(包括河北、山東、天津、河南)、西北麥區(qū)(包括山西、陜西、內(nèi)蒙古、新疆、青海、甘肅)、長(zhǎng)江中下游麥區(qū)(包括安徽、江蘇、湖北、湖南、浙江、江西)、西南麥區(qū)(包括貴州、重慶、四川、云南)。

1.2 數(shù)據(jù)收集

為全面評(píng)估磷肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量的影響，通過(guò)中國(guó)知網(wǎng)、Web of Science數(shù)據(jù)庫(kù)，以磷(phosphorus)和小麥(wheat)作為關(guān)鍵詞，檢索、篩選有記錄以來(lái)公開發(fā)表的研究文章。篩選條件如下：(1)在我國(guó)進(jìn)行的田間試驗(yàn)；(2)試驗(yàn)必須含有不施磷處理作為對(duì)照，除磷肥外，其他肥料條件保持一致；(3)試驗(yàn)處理需設(shè)置重復(fù)，文章需列出肥料施用量、作物產(chǎn)量(含平均值和標(biāo)準(zhǔn)差)?；谝陨蠘?biāo)準(zhǔn)，共篩選到413篇研究論文，獲取數(shù)據(jù)3 698組，匯總試驗(yàn)地點(diǎn)、收獲年份、土壤類型、肥料用量、產(chǎn)量，以及土壤pH值、有機(jī)質(zhì)含量、全氮含量、堿解氮含量、速效磷含量、速效鉀含量等相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.3 整合分析

以單個(gè)田間試驗(yàn)中各處理產(chǎn)量相對(duì)于最高產(chǎn)量的比值作為相對(duì)產(chǎn)量。

采用響應(yīng)比(R)的自然對(duì)數(shù)值(lnR)作為效應(yīng)值，表征磷肥施用對(duì)小麥籽粒產(chǎn)量的影響[26]，計(jì)算公式如下：

lnR=ln(Xe/Xc)。

(1)

式(1)中：Xe和Xc分別代表各獨(dú)立研究中施磷處理和不施磷對(duì)照的小麥籽粒平均產(chǎn)量。將各獨(dú)立研究中施磷處理的樣本量(Ne)、不施磷對(duì)照的樣本量(Nc)、施磷處理的小麥籽粒產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)差(Se)、不施磷對(duì)照的小麥籽粒產(chǎn)量標(biāo)準(zhǔn)差(Sc)，以及Xe和Xc輸入Meta Win 2.1軟件，整合分析處理效應(yīng)值，并通過(guò)隨機(jī)效應(yīng)模型重復(fù)抽樣4 999次，計(jì)算出95%置信區(qū)間(記為95% CI，相應(yīng)數(shù)據(jù)給在正文中效應(yīng)值后的括號(hào)中)。若獨(dú)立研究文獻(xiàn)中缺乏Sc，用數(shù)據(jù)庫(kù)中所有不施磷對(duì)照標(biāo)準(zhǔn)差的平均值代替[27]。

1.4 環(huán)境成本估算

借助能值分析理論，將磷肥施用造成的環(huán)境污染通過(guò)太陽(yáng)能值轉(zhuǎn)化為綜合環(huán)境成本。通過(guò)劑量影響法估算各地區(qū)磷肥施用造成水體富營(yíng)養(yǎng)化的污染物劑量(D，單位為t)，進(jìn)而采用傷殘調(diào)整生命年分析法確定水體富營(yíng)養(yǎng)化對(duì)人體健康的影響，并根據(jù)單位勞動(dòng)力能量消費(fèi)量(Cm，單位為J·a-1)計(jì)算磷肥造成環(huán)境污染的能值成本(U，單位為J)，再通過(guò)能值/貨幣比率(Cg，單位為J·元-1)計(jì)算磷肥施用對(duì)環(huán)境造成的宏觀經(jīng)濟(jì)價(jià)值成本，即綜合環(huán)境成本(E，單位為元)[28-29]。具體計(jì)算公式如下：

D=M×Cei×(Wc/Wf)。

(2)

式(2)中：M為施磷量，單位為t；Cei為磷素進(jìn)入水體的流轉(zhuǎn)系數(shù)，綜合前人研究結(jié)果，本文取值8.5%[30]；Wc為造成水體污染的磷酸鹽的分子量；Wf為P2O5的分子量。

DY=Cdi×D×1 000。

(3)

式(3)中：DY表示造成富營(yíng)養(yǎng)化污染的磷酸鹽傷殘調(diào)整生命年數(shù)，單位為a；Cdi為單位污染物劑量導(dǎo)致生命損害的年數(shù)，單位為a·kg-1。

U=DY×Cm。

(4)

本文引入2016年我國(guó)Cm值作為參數(shù)。根據(jù)馬文靜等[31]的研究，2016年我國(guó)總能值投入為6.32×1025J·a-1，當(dāng)年我國(guó)總勞動(dòng)力數(shù)量為8.07×108，計(jì)算可知，2016年的Cm值為7.83×1016J·a-1。

E=U/Cg。

(5)

根據(jù)《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒2017》，2016年我國(guó)GDP為7.44×1013元，結(jié)合當(dāng)年的總能值投入，可計(jì)算得出2016年能值與貨幣的比率，即Cg值為8.50×1011J·元-1。

1.5 直接經(jīng)濟(jì)成本

根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2018年我國(guó)磷肥出廠價(jià)格為2 379元·t-1，磷復(fù)肥的主營(yíng)業(yè)務(wù)利潤(rùn)率為4.1%，估算磷肥生產(chǎn)成本為2 285元·t-1。

1.6 鋅生物有效性計(jì)算

本研究假定每個(gè)成年人每日消耗300 g小麥籽粒作為飲食中鋅的唯一來(lái)源，通過(guò)三變量鋅吸收模型計(jì)算小麥籽粒鋅生物有效性(Z，單位為mg·d-1)[23]。

(6)

式(6)中：Amax表示最大鋅吸收系數(shù)，取值0.091；KR為鋅受體結(jié)合反應(yīng)平衡常數(shù)，取值0.68；Kp為鋅-植酸受體結(jié)合反應(yīng)平衡解離常數(shù)，取值0.033；IZn為成人每日鋅攝入量，單位為mmol·d-1；Ip表示成人每日植酸攝入量，單位為mmol·d-1。買文選等[32]研究表明，小麥籽粒中植酸與Zn2+的物質(zhì)的量之比隨施磷量在8～12變化，據(jù)此，本研究設(shè)置二者之比為10作為參數(shù)。

王義霞等[33]研究表明，小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)與磷肥投入呈顯著負(fù)相關(guān)，施磷量每增加10 kg·hm-2，小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)下降0.1 mg·kg-1，根據(jù)該比例，明確施磷量對(duì)小麥籽粒鋅生物有效性的影響。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件建立Meta分析數(shù)據(jù)庫(kù)；通過(guò)SPSS 20.0軟件進(jìn)行單因素方差分析(one-way ANOVA)，對(duì)有顯著差異的，采用新復(fù)極差法(Duncan)進(jìn)行多重比較；利用Sigmaplot 14、Excel 2019軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 施磷量對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

磷肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量有顯著的正效應(yīng)(圖1)。在不施用磷肥的條件下，小麥產(chǎn)量的中位數(shù)為4.90 t·hm-2；而施用磷肥條件下，小麥產(chǎn)量的中位數(shù)為5.93 t·hm-2。與不施用磷肥相比，施用磷肥條件下小麥產(chǎn)量增加21%。

箱形框中間的實(shí)線代表中位數(shù)，空心點(diǎn)代表平均值，上下邊緣分別代表全部數(shù)據(jù)的第75個(gè)和第25個(gè)百分位數(shù)，箱形框上下兩條線的邊緣分別代表全部數(shù)據(jù)的第95個(gè)和第5個(gè)百分位數(shù)，上實(shí)心點(diǎn)為異常值。括號(hào)里的數(shù)字表示樣本量。箱形框上方無(wú)相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。The dash line represents the median value， and the hollow point represents the average value. The upper and lower edge of the box represent 75% and 25% of the total data， respectively. The upper and lower lines represent 95% and 5% of the total data， respectively. The upper of the solid points represents the vertical outliers. The values in brackets represent the number of samples.Box marked without the same letter indicates significant (P<0.05) difference between treatments.圖1 施用與不施用磷肥的小麥產(chǎn)量Fig.1 Wheat yields with and without P fertilization

施用磷肥對(duì)小麥的增產(chǎn)效應(yīng)存在閾值，二者呈現(xiàn)“線性-平臺(tái)”關(guān)系(圖2)。當(dāng)施磷量小于58.9 kg·hm-2時(shí)，施磷量(x)與小麥的相對(duì)產(chǎn)量在不同麥區(qū)，施用磷肥的增產(chǎn)效應(yīng)存在差異，且其閾值也有所不同(圖3)：華北麥區(qū)施磷量達(dá)到71.6 kg·hm-2時(shí)，小麥相對(duì)產(chǎn)量將維持在96.3%的水平；西北麥區(qū)施磷量達(dá)到58.1 kg·hm-2時(shí)，小麥相對(duì)產(chǎn)量將維持在94.5%的水平；長(zhǎng)江中下游麥區(qū)施磷量達(dá)到47.8 kg·hm-2時(shí)，小麥相對(duì)產(chǎn)量將維持在95.3%的水平；西南麥區(qū)施磷量達(dá)到60.0 kg·hm-2時(shí)，小麥相對(duì)產(chǎn)量將維持在95.4%的水平。

圖2 全國(guó)尺度下小麥相對(duì)產(chǎn)量對(duì)施磷量的響應(yīng)Fig.2 Response of relative yield of wheat to P input at national scale

(y)表現(xiàn)為極顯著(P<0.01)的線性關(guān)系，擬合的線性回歸方程為y=0.25x+80.85，當(dāng)施磷量達(dá)到58.9 kg·hm-2，小麥的相對(duì)產(chǎn)量達(dá)到“平臺(tái)”，不隨施磷量的增加而顯著改變，維持95.4%的相對(duì)產(chǎn)量水平。

2.2 不同環(huán)境因素對(duì)磷肥增產(chǎn)效應(yīng)的影響

Meta分析結(jié)果表明，施用磷肥對(duì)小麥增產(chǎn)效應(yīng)的影響與土壤理化性質(zhì)密切相關(guān)(圖4)。不同土壤有機(jī)質(zhì)(SOM)條件下，磷肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量均具有顯著的正效應(yīng)，但隨著土壤有機(jī)質(zhì)含量的增加，施用磷肥對(duì)小麥的增產(chǎn)效應(yīng)逐漸減小。當(dāng)SOM<15 g·kg-1時(shí)，小麥產(chǎn)量對(duì)施磷量的效應(yīng)值為0.22(0.19～0.24)；當(dāng)15g·kg-1≤SOM<20 g·kg-1時(shí)，效應(yīng)值為0.15(0.14～0.17)；當(dāng)SOM≥20 g·kg-1時(shí)，效應(yīng)值為0.13(0.11～0.15)。不同土壤pH條件下，磷肥施用對(duì)小麥產(chǎn)量的影響與有機(jī)質(zhì)相同，也是正效應(yīng)：中性條件(6.5

a，華北；b，西北；c，長(zhǎng)江中下游；d，西南。a，North China; b，Northwest China; c， The middle and lower reaches of Yangtze River; d， Southwest China.圖3 各麥區(qū)小麥相對(duì)產(chǎn)量對(duì)施磷量的響應(yīng)Fig.3 Response of relative yield of wheat to P input in different regions

括號(hào)中的數(shù)字為樣本量。圓圈上無(wú)相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。Data in the brackets show the sample volume. Circles marked without the same letter indicates significant difference at P<0.05. SOM， Soil organic matter; AP， Available phosphorus.圖4 不同土壤條件下施磷量對(duì)小麥增產(chǎn)的效應(yīng)值Fig.4 Effect size of P input on wheat yield under different soil conditions

2.3 基于閾值理論的磷肥減施效應(yīng)分析

華北麥區(qū)的播種面積與產(chǎn)量在4大麥區(qū)中均居第一，2018年播種面積達(dá)12 155.7×103hm2，占4大麥區(qū)總播種面積的52%，平均產(chǎn)量為5.9 t·hm-2，平均施磷量為97.8 kg·hm-2，按小麥生產(chǎn)施磷量閾值71.6 kg·hm-2計(jì)，每年可減少磷素投入(以P2O5計(jì)，下同)31.92萬(wàn)t，節(jié)省直接經(jīng)濟(jì)成本7.29億元，減少綜合環(huán)境成本14 000萬(wàn)元，增加小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)2.63 mg·kg-1，增加小麥籽粒鋅生物有效性2.18 mg·d-1(表1)。

表1 各麥區(qū)優(yōu)化磷肥投入的潛力及其綜合效應(yīng)Table 1 Potential and comprehensive effects of P input optimization on wheat production

對(duì)于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)而言，其平均產(chǎn)量為5.06 t·hm-2，相較于目前該麥區(qū)的平均施磷量95.9 kg·hm-2，當(dāng)施磷量達(dá)到閾值47.8 kg·hm-2時(shí)，每年可減少磷素投入30.71萬(wàn)t，節(jié)省直接經(jīng)濟(jì)成本7.02億元，同時(shí)可減少綜合環(huán)境成本1 300萬(wàn)元，增加小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)4.81 mg·kg-1，增加小麥籽粒鋅生物有效性2.44 mg·d-1。

西北麥區(qū)的平均施磷量在4大麥區(qū)中居首位，達(dá)到109.6 kg·hm-2，但其閾值僅為58.1 kg·hm-2，據(jù)此估算，西北麥區(qū)每年可減少磷素投入20.93萬(wàn)t，節(jié)省直接經(jīng)濟(jì)成本4.78億元，減少綜合環(huán)境成本900萬(wàn)元，增加小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)5.15 mg·kg-1，增加小麥籽粒鋅生物有效性2.47 mg·d-1。

西南麥區(qū)的小麥產(chǎn)量要達(dá)到“平臺(tái)”，施磷量應(yīng)達(dá)到60.0 kg·hm-2，然而目前西南麥區(qū)的施磷量為44.7 kg·hm-2，每年還可增加磷素投入1.5萬(wàn)t，耗費(fèi)3 400萬(wàn)元，同時(shí)會(huì)增加綜合環(huán)境成本100萬(wàn)元，降低小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)1.54 mg·kg-1，降低小麥籽粒鋅生物有效性1.87 mg·d-1。

將4大麥區(qū)的數(shù)據(jù)合計(jì)以粗略表征全國(guó)的情況，我國(guó)小麥生產(chǎn)中每年可減少磷素投入82.07萬(wàn)t，可節(jié)省直接經(jīng)濟(jì)成本18.75億元，節(jié)省綜合環(huán)境成本3 600萬(wàn)元，并且可增加小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.83 mg·kg-1，增加小麥籽粒鋅生物有效性2.87 mg·d-1。

3 討論

與前人研究一致，小麥籽粒產(chǎn)量隨磷肥施用呈現(xiàn)先迅速增加而后保持不變的趨勢(shì)[12-14]，磷肥施用對(duì)小麥生產(chǎn)具有顯著的增產(chǎn)效應(yīng)，且該效應(yīng)存在明顯的閾值。陸梅等[34]在山西渭北旱地麥區(qū)的研究顯示，當(dāng)施磷量小于100 kg·hm-2時(shí)，小麥產(chǎn)量隨施磷量增加顯著提高，當(dāng)施磷量高于100 kg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量提高不顯著；張翼等[35]在豫西旱作麥區(qū)的研究也指出，100 kg·hm-2是該地區(qū)小麥磷肥的最佳施用量，繼續(xù)提高施磷量，小麥生物量、產(chǎn)量、收獲指數(shù)均不再增加；胡雨彤等[36]分析了陜西長(zhǎng)武30 a的定位試驗(yàn)數(shù)據(jù)，當(dāng)施磷量超過(guò)90 kg·hm-2時(shí)，小麥增產(chǎn)幅度減??；王飛[37]在高土壤養(yǎng)分情況下發(fā)現(xiàn)，江蘇高郵小麥生產(chǎn)上的最佳施磷量為54 kg·hm-2。本研究在全國(guó)尺度上定量了小麥增產(chǎn)的施磷量閾值為58.9 kg·hm-2，與前人的發(fā)現(xiàn)有所出入，原因在于前述研究大都基于單一區(qū)域、單一地塊，而我國(guó)各區(qū)域土壤條件、氣候條件迥異，勢(shì)必造成小麥對(duì)磷肥投入的響應(yīng)差異。本研究基于大量研究在全國(guó)水平上明確，磷肥施用能增加小麥產(chǎn)量21%，且小麥增產(chǎn)的施磷量閾值為58.9 kg·hm-2。

在不同區(qū)域施用磷肥對(duì)小麥的增產(chǎn)效應(yīng)也有所差異：華北麥區(qū)的施磷量閾值(71.6 kg·hm-2)在4大麥區(qū)居首，遠(yuǎn)高于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)(47.8 kg·hm-2)；西北麥區(qū)、西南麥區(qū)的施磷量閾值介于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)和華北麥區(qū)之間，分別為58.1、60.0 kg·hm-2。本研究認(rèn)為，造成不同麥區(qū)小麥磷肥增產(chǎn)效益差異的原因主要在于不同生態(tài)區(qū)土壤條件、氣候條件的差異[3，38]。中性條件(6.57.5)條件下，磷肥施用對(duì)小麥的增產(chǎn)效果要顯著高于酸性(pH≤6.5)條件下。華北麥區(qū)土壤多呈堿性，其磷素增產(chǎn)效應(yīng)應(yīng)當(dāng)優(yōu)于土壤多為酸性的長(zhǎng)江中下游麥區(qū)；但是，由于華北麥區(qū)長(zhǎng)期以來(lái)都是我國(guó)小麥的主要種植區(qū)，常年集約化種植，化學(xué)肥料大量施用，而有機(jī)肥投入被忽視，使得華北麥區(qū)的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低。作為土壤肥力的重要指標(biāo)，土壤有機(jī)質(zhì)與有效磷含量具有相似的作用，其與磷肥增產(chǎn)效應(yīng)值呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系。這是因?yàn)?，在高土壤有效磷或高土壤有機(jī)質(zhì)條件下，土壤磷素足以滿足小麥生長(zhǎng)所需，外施磷肥導(dǎo)致土壤磷素對(duì)植株供過(guò)于求，磷素增產(chǎn)效應(yīng)下降[39-40]。此外，北方麥區(qū)的整體年有效積溫、年降水量等氣候條件均不及南方麥區(qū)，植株在生長(zhǎng)條件受限的情況下，將調(diào)節(jié)體內(nèi)養(yǎng)分的“源-庫(kù)”關(guān)系[3]，使得小麥可將更多的磷素供給小麥籽粒；因此，在土壤因素、環(huán)境因素的制約下，華北麥區(qū)小麥增產(chǎn)效應(yīng)的臨界磷素投入高于長(zhǎng)江中下游麥區(qū)。

本研究表明，磷肥施用對(duì)小麥的增產(chǎn)效應(yīng)存在閾值。從產(chǎn)量角度出發(fā)，優(yōu)化施磷量能夠滿足小麥高產(chǎn)的需要，過(guò)量的磷肥施用不僅不會(huì)增加小麥產(chǎn)量，反而易造成土壤磷素累積，增加磷素流失風(fēng)險(xiǎn)，導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化等環(huán)境問(wèn)題。而且，磷素投入過(guò)度也會(huì)進(jìn)一步降低小麥籽粒中鋅等微量元素的含量及其生物有效性。將我國(guó)小麥生產(chǎn)中的施磷量適當(dāng)調(diào)整至閾值時(shí)，既能滿足小麥高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的需求，也有助于節(jié)省成本。我國(guó)是全球磷肥的第一大生產(chǎn)國(guó)，但磷儲(chǔ)量?jī)H占全球的4.57%[41]，僅足以支撐我國(guó)生產(chǎn)利用23年[12]。按照本文測(cè)算的閾值適當(dāng)調(diào)整小麥生產(chǎn)的施磷量，每年可減少磷素投入82萬(wàn)t，這有助于維護(hù)國(guó)家資源安全，保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，并可直接節(jié)約磷肥生產(chǎn)成本18.75億元。同時(shí)，全國(guó)范圍內(nèi)的磷素投入下降，有助于減少農(nóng)田面源污染，進(jìn)而降低由環(huán)境污染造成的宏觀經(jīng)濟(jì)成本，由能值分析核算可知，每年減可節(jié)約綜合環(huán)境成本3 600萬(wàn)元。此外，全球約有11億人有缺鋅的風(fēng)險(xiǎn)，小麥的攝入提供了人體20%的鋅[20，22]，小麥的鋅生物強(qiáng)化已被證實(shí)有助于緩解這一“隱形饑餓”。研究表明，小麥籽粒鋅含量與施磷量呈顯著負(fù)相關(guān)，按照本文測(cè)算的閾值適當(dāng)調(diào)整小麥生產(chǎn)中的施磷量，能直接增加小麥籽粒鋅質(zhì)量分?jǐn)?shù)3.83 mg·kg-1，增加小麥籽粒的鋅生物有效性2.87 mg·d-1。

綜上，本研究在全國(guó)尺度上定量出小麥生產(chǎn)體系施磷量閾值?；诖碎撝档暮暧^磷肥調(diào)控，不僅有助于保證國(guó)家糧食安全，還有助于維護(hù)國(guó)家磷資源安全，節(jié)省經(jīng)濟(jì)成本。同時(shí)，本研究在宏觀尺度上揭示，優(yōu)化施磷量有助于減少環(huán)境污染，縮減環(huán)境成本，提高籽粒鋅營(yíng)養(yǎng)，從而更好地保證人體健康。