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本综述重点探讨了免施合成植保产品(SPs)并采用减量氮肥的矿物-生态耕作系统(MECS)对冬小麦(Triticum aestivum L.)籽粒质量的影响。通过与常规系统(ConvCS)和有机系统(OrgCS)的比较研究，揭示了MECS在保证较好产量和低镰刀菌毒素污染的同时，其籽粒蛋白质浓度(GPC)、面筋含量及烘焙体积等关键品质指标因氮供应减少而出现适度下降，表明可通过优化氮肥管理来平衡环境友好与优质生产的目标。
为了应对气候变化和人口增长带来的农业生产挑战，同时减少合成植保产品(SPs)使用所带来的潜在环境与健康风险，一种新型的矿物-生态耕作系统(MECS)被提出。该系统摒弃了SPs，但保留了矿物肥料的使用，旨在通过适应性耕作措施和现代技术来维持作物产量和品质。本研究在三个生长季、两个地点（德国霍恩海姆HOH和达恩斯多夫DAH）系统比较了MECS、常规耕作系统(ConvCS)以及有机耕作系统(OrgCS)对冬小麦(Triticum aestivum L.)籽粒品质的影响。
氮素利用效率、千粒重与籽粒蛋白质浓度
由于预期不使用SPs可能导致产量损失，MECS的氮肥施用量相比ConvCS有所减少（HOH减少20%，DAH减少30%）。实际结果表明，MECS的谷物产量仅比ConvCS低16%（而非预期的30%）。氮素利用效率(NUE)在ConvCS和MECS之间相似，但显著高于OrgCS，这主要归因于OrgCS未施用氮肥。千粒重(TGW)在不同系统和地点间表现不一致，在HOH的某些年份，OrgCS和MECS的TGW低于ConvCS，而在DAH的某些年份则呈现相反趋势。
籽粒蛋白质浓度(GPC)在三种系统中表现出清晰的梯度。总体而言，ConvCS的GPC最高（平均13.7%），MECS 1和MECS 2分别降低了13%和9%，而OrgCS则显著降低了26%。这一趋势在所有地点与生长季的组合中均保持一致。
面筋浓度、组成与烘焙品质
对2019/2020和2020/2021两个生长季的分析显示，面筋浓度的变化模式与GPC相似：ConvCS最高，MECS次之（MECS 1和MECS 2分别降低11%和9%），OrgCS最低（降低28%）。醇溶蛋白与谷蛋白的比例在大多数情况下系统间无显著差异。高分子量谷蛋白亚基与低分子量谷蛋白亚基的比例(HMW-GS/LMW-GS)在OrgCS中显著低于其他系统，在HOH的2019/2020生长季，MECS的该比值也低于ConvCS。
面团形成时间在系统间总体上无差异。关键的烘焙品质指标——烘焙体积，在ConvCS中最高，在MECS 1和MECS 2中平均降低了7%，在OrgCS中则降低了17%。回归分析表明，烘焙体积与GPC呈正相关，并在GPC达到约14%时呈现饱和趋势。
镰刀菌毒素与微量营养素浓度
在所有耕作系统中，谷物中镰刀菌毒素[DON、NIV和ZEA]的浓度普遍极低，大多低于检测限，仅在个别地点和生长季的OrgCS和MECS中检测到微量存在，表明MECS在控制镰刀菌毒素污染方面与使用SPs的ConvCS效果相当。
对钙(Ca)、铁(Fe)、镁(Mg)、锌(Zn)四种微量营养素的分析显示，Ca浓度在MECS和OrgCS中均比ConvCS低6%-7%。Fe浓度在ConvCS中最高，在MECS 1、MECS 2和OrgCS中分别降低了6%、9%和24%，且Fe浓度与GPC呈显著正相关。Mg和Zn的浓度在不同耕作系统间则未发现一致性的显著差异。
讨论与结论
本研究表明，免施SPs但施用矿物肥料的MECS能够在小麦生产中实现良好的产量（实际减产幅度小于预期），并且有效控制了镰刀菌毒素的污染风险，其水平与使用SPs的ConvCS相当。然而，为补偿预期产量损失而减少氮肥施用的策略，导致MECS中小麦的氮依赖型品质性状——包括GPC、面筋浓度和烘焙体积——出现了中度但显著的下降。同时，与蛋白质合成密切相关的Fe浓度也相应降低。这些发现提示，在MECS中，氮肥的减量幅度可能超过了实际所需。考虑到小麦的全球重要性，本研究结果指出，MECS在显著减少SPs和氮肥使用的同时，能够获得与ConvCS相近的品质和可观的产量。未来的优化方向在于更精确地匹配氮肥供应与作物实际需求，从而在环境可持续性和小麦加工与营养品质之间取得最佳平衡。
