灌溉和施氮对小麦产量形成及土壤肥力影响的研究进展

李浩然，李雁鸣，李瑞奇

(河北农业大学农学院/省部共建华北作物改良与调控国家重点实验室/河北省作物生长调控实验室，河北保定 071000)

小麦是全球最重要的农作物之一，也是目前我国种植面积和总产量均居第三的重要作物。因此，保障小麦高产稳产对国家粮食安全具有重要的战略意义。由于部分地区小麦生长季不合理的施肥和滥用地下水灌溉，导致这些地区地下水位持续下降，并存在地下水污染的潜在风险。水资源短缺和潜在环境问题已经成为当前农业生产中亟待解决的问题。灌溉和施氮是决定小麦生长和籽粒产量的重要因子，二者存在耦合互作。在农业水资源匮乏的情况下，合理灌溉是发展节水农业的关键，也是保证作物高产优质高效的重要措施之一。氮肥在小麦的生长发育和产量形成中至关重要，是各种耕地和土壤类型较为缺乏的营养元素。水分和氮肥科学配合施用，可以达到“以肥调水，以水促肥”的效果，充分发挥水氮互作耦合效应，使小麦产量和水氮利用率最大化。本文将就水氮处理对冬小麦产量、水氮利用率、土壤理化性质、土壤微生物群落、土壤酶活性和土壤NO排放的影响等方面的研究成果进行综述，以期为制定适宜小麦生长发育和产量形成的合理灌溉和施氮技术措施提供依据。

1 水氮处理对小麦产量和产量构成因素的影响

在小麦生产发展的不同阶段，研究灌溉和施氮措施对小麦产量影响的着眼点不同。在早期生产水平较低时，一般着眼于增加灌溉和施氮量对小麦的增产效应。在生产水平较高的情况下，更多研究着眼于能否通过适当减少灌溉和施氮量而保持产量基本稳定，从而实现绿色节本增效。

水分对氮素在小麦植株中的积累量及调配和运转起重要作用，是实现其高产优质的重要环境因素。赵 财等研究表明，水分对干物质积累的影响大于肥料的影响，合理范围内较高的土壤贮水量有利于增加干物质积累速度，从而提高小麦产量。适量灌溉可以有效降低土壤水的蒸发，有助于作物对土壤水分的利用，增加作物后期蒸腾，提升小麦灌浆速率。王国栋等研究表明，充足灌溉可使小麦在开花后保持更大的有效绿叶面积，提高光能截获率，从而向籽粒提供更多的同化光合产物以达到增产的目标。白海波等的研究也得到类似结果，在分蘖期或拔节期适量灌溉，有利于小麦叶片早发，提前分蘖和生根，促进植株吸收利用水分，并提高光合能力。

在小麦的生长发育过程中，拔节期到孕穗期是水分敏感期，在这段时间内合理灌溉，对于提高小麦的分蘖成穗率和穗粒数有明显的促进作用，而此时段不同程度的干旱最终都会降低分蘖成穗率和结实率，并且随着干旱程度的增加，不孕小穗数也随之增加。开花期如遭遇重度干旱会严重降低小麦产量，Sharma等认为，干旱会诱导小麦产生脱落酸，导致花粉不育、败育，甚至死亡。栗 丽等研究表明，灌浆期合理灌溉可提高小麦开花后的耗水模系数和水分利用效率，为籽粒灌浆和产量提高奠定基础。灌浆期干旱则会减少同化物生产，使粒重显著降低，导致产量降低。可见，不同生育时期的水分供应状况对小麦产量形成有重要作用，不同时期水分供应不足所影响的产量构成因素也有所不同。

除了不同时期灌溉的影响外，适量灌溉对小麦的产量形成也非常重要。有研究指出，适量减少灌溉对穗数和穗粒数没有影响，并且可以促进营养器官向生殖器官转移干物质，从而增加粒重。胡梦芸等也有类似研究结果，认为适度干旱可以诱导开花前营养器官干物质转移到籽粒中，提高收获指数和产量。银敏华等研究表明，在抽穗期合理控水能够去除无效分蘖，合理分配营养，促进产量提高。王 维等的研究也表明，从抽穗期开始合理控制水分，可以促进小麦茎鞘贮藏性糖向籽粒的运转和籽粒充实，尤其是在由于前期施氮过多造成贪青的情况下更为明显。相反，过量灌溉则会使前期营养生长过盛的小麦贪青晚熟而造成减产。

氮肥对小麦光合作用具有调节作用，也是促进小麦高产优质的基础。李升东等研究表明，黄淮海主要麦区的施氮量低于207 kg·hm时，随着施氮量增加，小麦的产量构成因素均相应增加，株高、叶面积指数、干物质积累量和产量均随着施氮量的增加而呈现先增后减的趋势。过量施氮则会降低产量，这可能是由于分配到生殖器官的同化产物减少所致。且过量施氮会造成群体过大，影响穗部发育，限制穗粒数增加，降低粒重。说明大量施氮造成群体过大的情况下，虽然小麦分蘖数和成穗数增加，但往往不足以补偿其他产量构成因素尤其是粒重降低造成的产量损失，从而造成减产。粒重之所以降低，可能因为施氮过多造成小麦灌浆期间出现“贪青”熟相，叶片等营养器官非正常衰亡，营养器官物质输出过程落后于籽粒灌浆和物质积累过程，导致营养物质向籽粒的运转缓慢，造成粒重增长缓慢。

上述产量不随施氮量成比例增加的现象类似报酬递减规律，在农业生产中较为普遍。所以合理科学施氮至关重要。研究表明，适量增氮可提升高产小麦灌浆期光合效率，促进开花后氮素累积和运转，增加开花后干物质积累量并向籽粒转移，从而提高粒重和籽粒产量。宋明丹等研究表明，适量减氮至180 kg·hm可以增强小麦根系生产力，延长营养器官的功能期，通过叶面积指数和叶绿素含量的增加提升光合能力，实现增产。不同生育时期施氮有增加小麦产量的效果，以拔节期施氮的增产效果最为显著。Liu等研究表明，合理施氮对提高土壤的储水量有促进作用，可以通过间接提高水分利用率来提升产量。栗 丽等的研究也有类似结果，在一定干旱条件下施氮可以提高作物的抗旱性，缓解水分亏缺造成的产量降低。史力超等也认为，干旱条件下施氮对小麦生长以及干物质积累表现出明显的促进作用。氮肥还能促进小麦根系利用土壤深层水分，达到“以肥调水”，提高产量的效果。

综上所述，水分和氮肥的合理配置对于小麦产量形成至关重要。在一定范围内，水氮处理对产量的正效应十分显著，且二者有明显的耦合效应。但是水分或施氮量超过一定范围后，小麦产量不再增加甚至降低。灌溉对因施氮量不足造成的籽粒产量降低有一定的补偿作用，但增加氮肥施用量对水分不足的补偿效应并不显著。张 娜等研究表明，在适宜范围内的水氮合理运筹能有效提高小麦库容量，使源库间的物质运输畅通，但水氮过量会造成源库关系失调和产量降低。吕广德等研究表明，全生育期灌溉1 800 m·hm、施氮180 kg·hm能够有效提高小麦干物质积累量，并促进干物质和氮素向籽粒运输，可获得比传统措施更高的水氮利用效率，增加籽粒产量。可见，确定适宜的灌水量和施氮量，充分利用其正向耦合效应，才能取得高产。如在河北平原小麦全生育期降水100 mm左右和中等肥力条件下，全生育期灌溉3次，施N 112.5～225 kg·hm；丰水年份和较高肥力下灌溉1或2次，相应地施N 225或112.5 kg·hm，均可以取得较理想的产量。

2 水氮处理对小麦水氮利用的影响

大田作物耗水主要由自然降水、灌溉水和土壤贮水组成。随着灌溉量的增加，小麦总耗水量中来自降水和土壤贮水的比例逐渐减少，而灌溉水占总量的比例则逐渐增加。不合理的水氮管理即使能获得较高的产量，但往往造成水氮利用效率低下，威胁农田生态环境和地下水安全。控制灌溉水量是水分高效利用的基础，是提高农田生产力水平的关键。适度干旱胁迫有利于减少耗水量，提高水分利用效率。Eapen等认为，水分利用效率的提高是由于干旱诱导出的作物吸水补偿效应在起作用。研究发现，在适量减灌的条件下增施氮肥可以提高水分利用效率，增强小麦利用土壤贮水的能力。Rasmussen等认为，这是因为增施氮肥促进了深层土壤中小麦根系的生长，增加了小麦对土壤深层水分的吸收。但也有研究表明，在干旱的情况下增施氮肥会加重对小麦的不利影响。张笑培等研究表明，在较低灌溉量下，低氮肥处理的水分利用效率、降水利用效率和灌溉水利用效率均高于高氮肥处理；而在较高灌溉量下，水分利用效率、降水利用效率和灌溉水利用效率随施氮量的增加逐渐增加，而土壤水利用效率逐渐减小或者没有显著差异。另有多项研究也得到了类似结果。

氮肥利用效率低的问题普遍存在于我国农业生产中，大田主要作物的氮肥利用率只有33%，远低于世界平均水平。适量减少水分供应可以提高作物累积氮素的能力，增加氮素利用效率，过度干旱和过量灌溉均不利于小麦对氮素的吸收利用。当灌溉量和灌溉次数增加时，营养器官开花前贮存的氮素运转量减少，导致小麦吸收利用氮素的能力下降，氮素利用效率随之降低。张 凯等研究表明，伴随着施氮量的增加，小麦的氮素累积量呈现先增后减的趋势，但是氮肥利用效率和偏生产力均显著降低。小麦吸收氮素增多后会出现一定程度的浪费，因为氮素向籽粒转运的效率降低。李瑞奇等研究表明，在黄淮海平原的限水灌溉条件下，240 kg·hm的施氮量可以保持较高的氮素利用效率。郑雪娇等的研究结果也表明，240 kg·hm施氮量的增产效果和水氮利用效率最高。周加森等研究表明，在河北省水肥一体化微喷灌的条件下，192 kg·hm氮肥施用量的水氮利用效率最高。

综上所述，在目前黄淮海平原限水灌溉条件下，拔节期和抽穗扬花期灌溉2次，192～240 kg·hm的施氮量，可以实现较高的水分和氮素利用效率。但在高产麦田，不同降水年型条件下拔节期1次灌溉，可以获得相当于2次灌溉处理86%～91%的籽粒产量，而且水分利用效率最高。

3 水氮处理对农田土壤理化性质的影响

土壤中的氮素85%～90%为有机氮，只有通过矿化作用才能转化为能被作物吸收利用的无机氮。适量施用氮肥可以有效提高农田有机氮矿化能力。张 璐等研究表明，少量氮肥促进有机氮矿化，而过量氮肥则抑制矿化。作物吸收利用的主要无机氮是硝态氮，而硝态氮也是氮素淋失的主要形式。过量灌溉造成的硝态氮淋溶比过量施氮的作用更高。陈淑峰等研究表明，华北平原典型高产粮区山东桓台县地下水的硝态氮含量在2008年就达到了7.17 mg·L，对饮用水的安全构成威胁。灌溉量和土壤中硝态氮的淋溶显著相关，当灌溉量减少30%的时候，淋溶的硝态氮量可以减少60%左右。因为硝态氮在土壤中是水溶性离子，水分会显著影响土壤中氮素的有效性，所以硝态氮受灌溉的影响较大。虽然有研究表明，土壤表层的硝态氮含量最多，且随着土层深度的增加而降低，但是淋溶作用导致硝态氮向根下深层土壤积聚，且在灌溉和施氮的作用下有逐年下探的趋势。栗 丽等研究表明，随着灌溉量的增加，土壤中氮素会以硝态氮的形式向下加速移动。其它研究也有类似结果。由于深层氮素被作物利用的效率明显降低，75 cm以下已很难被利用，所以淋溶作用造成氮素大量流失。过量灌溉或者高降雨量相对于少量灌溉或者低降雨量并没有显著的增产，主要原因可能就是大量水分带走了氮素，即淋溶作用所致。淋溶作用的发生与作物根系的吸收能力也有一定关系，当土壤中氮素含量远远高于作物的需求时，硝态氮的淋溶现象就必然出现。适量减灌可以减少小麦表层土壤根系生长，促进根系向深层分布并利用土壤深层的水分和氮素，减少淋溶作用的发生。并且一定程度的限量灌溉可以减少水分对表层土壤硝态氮的淋溶，有利于作物的吸收利用。

土壤微生物量碳、氮形态易变，可以与土壤中碳、氮互相转化，是反映土壤肥力的重要指标。仇少君等研究表明，适量施氮能够有效增加土壤微生物氮，但过量则会降低微生物氮含量。氮肥施用后主要对深度0～1 m的土层硝态氮影响显著。安志超等研究表明，长期施氮处理显著影响土壤的有机质、全氮含量、碳氮比和容重，但对pH的作用并不显著。Zhong等研究也表明，不同氮肥处理的0～20 cm表层土壤pH值没有显著差异。然而Malhi等研究表明，氮肥施用会显著影响土壤pH值，造成土壤酸化和板结。灌溉也有降低土壤pH的作用，可能是因为水分溶解了大量硝酸盐。而Zhang等的研究认为，灌溉降低了土壤的氧含量，从而促进了反硝化过程，最终增加了土壤的pH。由此看来，水氮措施对土壤pH的影响在不同报道中有较大差异，可能与土壤原来的pH、施用氮素的形态和灌溉水质等因素有关。

较长期的不同施氮措施对土壤理化特性的影响及就此带来的对小麦产量的影响，与当年施氮的影响相似。彭正萍等在农民习惯施N 285 kg·hm的基础上分别减施N到225 kg·hm和180 kg·hm，2年之后小麦产量仍高于农民习惯施肥，但氮素的表观损失大幅度降低，利用效率提高。青岛农业大学对近30年长期定位施肥小麦的研究表明，小麦的光合特性、旗叶衰老特性、根系衰老特性和产量表现都是施氮优于不施氮，有机肥或有机肥与无机氮配施处理优于单施无机氮肥，与当年施肥处理的结果相同。李雁鸣等在30余年长期定位施肥的小麦研究中发现，长期施肥措施对小麦籽粒品质的影响不如对籽粒产量的影响明显，也不如当季施肥的影响明显。这些长期定位施肥试验的共同结论是，长期单施氮肥虽然比不施肥产量高，但增产不明显。Peng等在河北省7个小麦主产市的28个样点进行比较发现，与中低产区比，高产麦区土壤pH低0.02～0.05，不同层次土壤有机质高8.85%～21.97%，主要有效养分也不同程度提高，但平均施氮量反而低31.5 kg·hm，说明仅靠长期提高施氮量不能提高土壤肥力，也不能保证持续高产，而要结合其他必需养分的施用及其他农艺措施。

4 水氮处理对农田土壤微生物群落的影响

由于小麦对氮素和水分的高吸收能力，集约化种植可能会影响土壤微生物群落的结构和组成，并进一步影响土壤肥力和小麦生产力。因此，研究施氮和灌溉对土壤微生物数量、多样性和群落结构的影响具有重要意义。微生物群落是土壤的重要组成部分，直接参与土壤营养循环、能量流动和有机物降解，在维持土壤生态功能方面发挥着重要作用，是评价土壤健康和质量的重要指标。土壤微生物群落对土壤变化非常敏感，土地耕作和灌溉等措施都对其有一定的干扰作用。保持土壤微生物群落的复杂性和多样性对于维持土壤肥力至关重要，因为土壤微生物介导碳和氮的生物化学循环，同时也是植物养分的重要储存库。施肥和灌溉作为主要农业管理措施，也会影响土壤微生物群落。He等报道，长期施肥改变了土壤pH值、总碳、总氮和有效磷，这可能导致微生物群落发生显著变化。然而，杨亚冬等发现，施肥对改变土壤细菌群落的组成和结构并没有显著的作用，对细菌多样性的影响也不显著，因为施肥只增加了有机碳的含量，并不影响土壤的pH值。

研究发现，施氮可以缓解植物对土壤的负效应，氮的利用率在很大程度上影响微生物群落。Zeng等研究发现，施氮后土壤群落结构发生变化，细菌多样性下降。Fierer等发现，施氮直接或间接导致土壤主要微生物生长方式发生改变，这有利于形成更活跃和共生营养的微生物群落。灌溉措施也影响土壤微生物的数量、群落结构和多样性。Yuan等发现，灌溉水类型对土壤微生物群落结构的影响大于氮肥处理。土壤含水量通过影响土壤养分的运输、基质有效性和土壤性质来改变土壤微生物群落的组成和活性。当干旱发生时，土壤有机碳的含量减少，从而改变土壤微生物的群落结构。Bai等发现，适度灌溉，特别是在抽穗期、开花期和成熟期灌溉，可以促进玉米生长，并提高相关根际微生物的多样性和活性，细菌群落的丰富度和均匀度随土壤相对含水量的增加而增加。土壤氮素的有效性对微生物非常重要，土壤微生物主导的土壤有机质分解、矿化和生物固氮等生理过程都受到氮素和水分有效性的影响。综上所述，水氮有效性对土壤微生物群落和农业生态系统功能的影响具有明显的互作效应。这与水氮处理对小麦产量的效应在某种程度上是一致的。黄媛媛等分析了生物有机肥与不同比例减施化肥的多个处理的麦田土壤，发现其较常规化肥处理的麦田土壤微生物多样性增加，可培养微生物总量、细菌和真菌数量都升高，同时小麦显著增产。土壤微生物对小麦生产有积极的促进作用，主要是因为其有影响土壤养分循环的重要代谢功能，通过矿化有机质可以为小麦生长提供养分。

土壤细菌在自然生态系统和农业生态系统中的分布已被广泛研究，因为细菌的多样性和活性被认为比其他微生物群落对土壤环境变化(如pH值、有机碳和全氮)更敏感，可以反映土壤肥力的高低。近些年，分子测序技术发展迅速，高通量测序技术在土壤微生物多样性研究中的应用越发广泛，由于深度测序和数据量大的优点，使其成为研究微生物群落多样性的主要技术手段。在今后的研究中，应将高通量测序技术和传统栽培学相结合，综合发挥各自优势以开展相关研究。

5 水氮处理对农田土壤酶活性的影响

土壤酶是农田生态系统中最活跃的成分之一，是土壤中各种生化反应的催化剂，主要参与养分的循环与转化，其活性高低决定土壤肥力的好坏。受不同地理位置的生态环境、作物种类、气候条件和土壤类型的巨大差异的影响，不同地区的土壤酶对灌水和施氮的响应存在显著差异。施氮可通过改善土壤理化性质、微生物活性和作物根系环境而影响土壤酶活性。郑斯尹等研究发现，施氮可以显著增加土壤酶活性，且土壤酶活性在玉米的生育时期内呈现先升后降的趋势。水分对土壤酶活性的影响主要通过2个方面起作用，第一是对微生物的调节，第二就是水分造成的土壤厌氧环境，酶活性的变化是二者相互作用的结果。田幼华等研究表明，土壤酶活性随水分的增加而提高。但周芙蓉等研究发现，一定程度的干旱可以提高酶活性。有多项研究发现，不同施氮处理的土壤酶活性随着土层的加深而下降，这可能是因为深层土壤中作物根系减少，有机质含量、动物和微生物数量同样减少，所以酶的合成量也随之降低。

过氧化氢酶受土壤水肥条件和过氧化氢含量影响，其活性越高说明土壤氧化能力越强。Hussain等研究表明，过氧化氢酶是参与土壤干旱胁迫的重要酶，当土壤水分匮乏时，其活性会应激升高。蛋白酶对土壤中作物可以吸收利用的有效氮的含量起决定作用，其活性可以反映土壤供氮能力。研究表明，随着灌溉量的降低，土壤蛋白酶的活性随之下降。但闫钟清等研究发现，草地土壤蛋白酶的活性随着灌溉量的增加而下降。小麦田土壤脲酶的作用主要是促进土壤有机氮转化为有效氮和土壤无机氮。在小麦拔节期土壤脲酶活性最高，主要原因是土壤中尿素水平较高，且春季回暖后促进了根系分泌物增多；从小麦开花期到成熟期，土壤脲酶活性逐渐下降。土壤硝酸还原酶和亚硝酸还原酶的主要作用是将土壤中的硝态氮还原为氨，其活性高低决定了土壤氮素转化作用的强弱。闫钟清等研究发现，施氮会降低土壤亚硝酸还原酶的活性。谢英荷等研究表明，在施氮0～195 kg·hm的范围内，小麦田土壤脲酶的活性随施氮量的增加而提高，而不同施氮量之间的过氧化氢酶和碱性磷酸酶活性差异不显著，施氮处理的3种酶活性均高于不施氮处理。郭天财等研究表明，施氮量在0～180 kg·hm的范围内，小麦田土壤脲酶和过氧化氢酶的活性较高。过量灌溉会使土壤脲酶、过氧化氢酶和碱性磷酸酶的活性降低。但灌溉显著增强了草原表层土壤的N-乙酰氨基酶、亮氨酸酶和碱性磷酸酶的活性。Henry等研究发现，灌溉增加了酚氧化酶和过氧化物酶的活性，但是水解酶活性下降，并认为由灌溉引起的植物根生物量减少是水解酶活性下降的原因。Yang等研究表明，增加施氮量会引起与碳循环有关的水解酶活性的提高。水氮处理对土壤酶活性的影响与其对小麦产量的影响有某种程度的一致性。黄媛媛等分析了生物有机肥与不同比例减施化肥的多个处理的麦田土壤，发现其比常规化肥处理的麦田土壤碱性磷酸酶、脲酶和纤维素酶活性显著提高，小麦显著增产。樊 军等研究表明，长期施肥使耕作层土壤的几种酶活性明显增强，改变了养分的形态，使小麦提高了对肥料外的土壤氮素等养分的利用效率。

综上所述，关于土壤酶活性的变化规律及其对水分和施氮的响应已经有较多研究，但有关水氮措施对小麦田土壤酶活性的影响规律研究尚不够深入。今后应加强麦田土壤酶活性对水氮措施的响应规律及其与小麦生长发育和产量形成关系的研究。

6 水氮处理对农田土壤N2O排放的影响

NO是主要温室气体之一。自18世纪中叶以来，大气中的NO质量浓度增加了将近20%。最近20年研究结果显示，全球NO平均排放量已经达到了17 Tg N·a。由于氮肥大量施入，农田已成为NO的主要排放源，占总排放量的80%左右。土壤的NO排放受气候条件、作物生长、土壤性质和农田管理措施等因素影响，由一系列复杂的生化过程共同完成。NO的产生主要依靠微生物介导的硝化和反硝化过程，并且受土壤氮含量、温湿度、含氧量和pH的影响。但是较多研究表明，农田NO的排放以反硝化作用为主。农业生产中的管理措施，如灌溉和施肥，是产生NO污染的重要来源之一。

通过调控灌溉可以缓解NO的排放，是重要的减排管理措施。水分主要通过改变土壤的通气性、养分的运输和微生物的活性来改变产生NO的硝化和反硝化过程。王泳斌等研究表明，NO通量与土壤含水量呈显著负相关。随着水分含量的提高，土壤中硝化过程会受到抑制，反硝化过程占主导，且以生成N为主，阻碍了NO的扩散和排放。而王改玲等研究表明，NO的排放通量与土壤含水量的关系在不同土壤含水量时有所不同，当水分含量由20%充水孔隙度增加到40%时，NO排放最快；水分含量增加到60%充水孔隙度时，硝化反应速度略有降低，NO排放减缓。Smith等研究表明，NO在土壤孔隙含水率45%～75%的范围内排放能力最强。王冠钦等在青藏高原的研究也表明，NO排放与土壤水分含量呈正相关。土壤含水量在90%～100%的范围内时，NO有最大的排放量。土壤排放NO通量的改变对水分增加的响应十分迅速，数小时内可以升高到最大排放量，且这一排放高峰可能会持续数天。土壤环境以厌氧为主时，反硝化速率显著增强。Yan等研究表明，施肥后如果没有及时灌溉，农田NO排放量不会显著增强。综上所述，土壤水分含量显著影响NO的排放量，且对施肥的效应起到调控作用。

7 展 望

综上所述，国内外学者在灌溉和施氮对小麦产量形成和土壤肥力的影响方面取得了很多重要成果。所有结果基本都可以证明合理运筹水分和氮肥的重要性。作为小麦生长发育的关键要素，全方面多角度深入分析水氮互作对小麦水氮运转利用和产量形成的作用并加以合理利用，可有效提高小麦的水氮利用效率，维持较高的土壤微生物和土壤酶活性，在保证高产优质高效的前提下，将NO排放及其它环境污染降至最低。水资源短缺将是农业生产中长期存在的重要限制因素，减少氮素投入是实现作物高效生产和减少对环境负面影响的最大技术需求。目前，相关研究仍主要集中在水氮在小麦植株和土壤中的转移代谢利用、小麦农艺性状和土壤肥力形成的影响等方面，而关于其内在的基本机制研究仍然较少。在今后的研究中应注重以下几个方面：(1)运用分子生物学的方法，从微观层面对水氮运用的生理机制进行分析，与传统栽培学方法相结合，以获得更加详实的信息。(2)发挥智慧农业的作用，依托遥感影像和监测模型，实现小麦生长各项生理指标动态的实时无损监测，为水氮合理运筹提供数据支持。(3)开展水氮作用对环境持续影响方面的研究，以长期水氮定位试验为基础，深入分析农业生态环境在数十年中的变化过程及其机理，科学量化长期的水氮策略，为小麦生产可持续发展提供依据。