高光谱定量研究土壤养分含量和冬小麦冠层光谱特征之间的关系, 可为冬小麦养分丰缺监测和科学合理指导施肥方案提供理论依据和技术支持。 基于35年长期定位试验, 研究黄土高原渭北旱塬土壤不同施肥处理对冬小麦冠层不同生育期光谱特征的影响, 结果表明： 在单一施肥条件下, 与不施肥（CK）相比, 冬小麦从拔节期到抽穗期, 单施P的CR500, CR670和CR550值均高于CK, 而单施N和M的光谱反射率显著低于CK。 拔节期单施P, N和M的CR500值分别为CK的1.2倍、 74.9%和70.5%； CR670值分别为CK的1.2倍、 66.8%和62.6%； CR550值分别为CK的1.2倍、 76.2%和76.9%。 冬小麦抽穗期各处理反射特征峰谷比拔节期明显增强, 单施P, N和M的CR500值分别为CK的1.2倍、 81.0%和53.5%； CR670值分别为CK的1.3倍、 76.8%和40.6%； CR550值分别为CK的1.2倍、 78.5%和63.4%。 冬小麦至灌浆期, 各处理反射特征峰谷均明显减弱； 至成熟期, 不同施肥处理下冬小麦光谱的“峰谷”差异不再明显。 包络线去除后单一施肥条件下的红谷光谱特征表明, 除成熟期外, 单施P的冬小麦红谷面积（A）、 红谷左面积（AL）和吸收峰对称度（S）均高于CK, 单施N和M均低于CK。 在组合施肥条件下, 所有施氮组合NMP, NP和NM均表现出相似的规律, 在可见光波段红、 蓝光吸收谷深度和绿光反射峰值以及近红外波段的光谱反射率均显著低于CK； PM组合光谱反射特征值略低于CK。 与CK相比, 冬小麦从拔节期到抽穗期, PM组合处理光谱反射率特征值略低于CK； NM, NPM和NP处理光谱反射率特征值之间差异较小但显著低于CK。 NM, NPM和NP处理的CR500值分别为CK的25.85%, 27.99%和26.07%； CR670值分别为CK的12.56%, 13.27%和13.98%； CR550值分别为CK的33.39%, 35.38%和37.04%。 而PM处理CR500, CR670和CR550值分别为CK的67.52%, 55.69%和79.40%。 冬小麦至灌浆期, 各组合处理反射特征峰谷较抽穗期均明显减弱； 冬小麦至成熟期, 不同施肥组合处理之间的光谱反射吸收特征差异不明显, 但均显著低于CK。 连续统去除后组合施肥条件下的红谷光谱特征表明, 各生长期冬小麦红谷面积（A）CK最大, PM处理次之, NM处理最小。

以黑土长期定位试验(始于1979年)为基础, 根据土壤养分的输入和输出分析长期不同施肥处理的土壤养分收支状况。 利用红外光谱和核磁共振光谱分析胡敏素(Humin, Hu)分子结构的动态变化特征并分析土壤养分收支状况与Hu结构变化之间的关系。 结果表明: 不同施肥措施在改变黑土养分含量的同时, 影响了土壤中惰性组分Hu的分子结构。 1980年—2014年有机无机肥配施(MNPK)处理可以满足作物对养分的吸收, 土壤总养分含量有盈余, 且较不施肥(CK)处理增加土壤有机碳含量, 降低土壤C/N比, 同时土壤Hu的2 920/1 620和2 920/2 850、 脂族C/芳香C、 烷基C/烷氧C和疏水C/亲水C比值均增加, 表明黑土Hu分子结构变得脂族化、 简单化, 施肥可以增加土壤活性有机碳, 减少惰性有机碳组分含量。 有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理不能满足作物对养分的吸收, 土壤养分出现亏缺状况。 红外光谱显示, 施肥年限增加, 有机肥(M)和氮磷钾化肥(NPK)处理土壤Hu的2 920/1 620下降, 表明其脂族C含量降低; 核磁共振光谱显示, 氮磷钾化肥(NPK)和不施肥(CK)处理烷基C/烷氧C降低, 表明其活性有机碳含量下降。 虽然各施肥处理较不施肥(CK)处理整体增加土壤Hu的脂族C含量, 降低芳香C含量, 但随着施肥年限的增加, 氮磷钾化肥(NPK)处理使土壤Hu结构有变复杂化的趋势。 各养分盈亏量与土壤Hu的结构特征参数之间具有相关性, N, P2O5和K2O养分盈亏量和总养分盈亏量与2 920/1 620、 脂族C呈正相关, 与芳香C呈负相关, 表明养分状况可以影响土壤Hu的结构。 节约经济成本情况下, 轮作周期内施入一次有机肥, 每年结合氮磷钾化肥的施入可以满足作物对养分的吸收, 在提高作物产量的同时, 改善土壤腐殖质惰性组分结构, 培肥地力。

通过长期定位试验和室内ICP-AES分析测试, 研究了不同施肥模式下作物体内Mn和Zn浓度与含量的变化. 结果表明： (1)NPKM和NPK处理玉米体内Mn浓度显著高于M和CK处理; 秸秆中Zn浓度CK最高, NPKM处理最低, 各处理籽实中Zn浓度无显著差异. (2)玉米收获物中Mn和Zn含量随产量增加而提高, 且与秸秆产量相关性优于籽实产量. (3)绝大部分Mn和近一半的Zn集中在秸秆中, 且均衡施肥与有机无机配施有利于改善Mn和Zn在玉米体内分配, 提高养分利用效率; 采用秸秆还田等养分循环再利用措施, 可实现农田微量元素可持续利用.