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随着国家对地区工业和城市污染的逐步控制，以农田为核心的灌区退水污染正在成为影响黄河水质的主要污染源，第一次全国污染源普查结果显示，农业源排放的化学需氧量、总氮、总磷等污染物分别占全国排放总量的44%、57%和67%。农业面源污染具有潜在性、随机性、广泛性、复杂性及滞后性的特点，目前正面临着根治难的境况。内蒙古河套灌区作为我国西北重要的农业精华地区，农业生产过程中化肥用量呈逐年增加的趋势，而肥料的利用率却一直在低水平徘徊，作物收获所带走的磷占施肥量的65%左右，氮不到40%，氮、磷的大量盈余必然导致化肥向水体的直接流失显著增加，使得农田退水过程中氮、磷等面源营养物质成为加剧黄河水污染的主要根源，农业面源污染将成为河套灌区水环境质量改善的严重制约因素。
近年来，肥料在提高作物的水肥利用效率方面成为研究的重点。有研究认为缺氮、缺磷对水分利用效率的影响最大（刑倩等，2008），而适量施氮可以有效保持土壤水分，提高土壤贮水量（刘文国等，2006；王田涛等，2011），适量施肥也可以提高作物产量和水分利用效率（蒋骏等，1995；张东梅等，2012），氮磷配施（许振柱等，2003；杨文等，2008）及氮磷钾均衡施肥（邢倩等，2008；李良皓等，2009）能有效提高作物的水分利用效率。随着施氮量的增加，玉米籽粒产量及氮肥利用率表现为先增加后降低的趋势（吕鹏等，2011），合理的氮磷钾肥配施能有效调控小麦的水分利用效率，提高其对肥料的吸收利用率（Campbell C.A.等，1977；Villalobos F.J.等，1990；张仁陟等，1999），而氮、磷、钾肥施用不均衡会对作物产量有较大的影响，尤其是过量施用不仅对作物产生毒害，也对环境造成较大压力（黄明丽等，2002；李淑文等，2003）。可见，氮磷合理配施对作物产量及水肥利用效率的影响方面具有重要的研究价值，而小麦玉米套作是内蒙古河套灌区常用的种植模式，小麦玉米之间的竞争属于协同或弱竞争，因此，在当地研究小麦玉米套作具有一定的现实意义。综上所述，本研究立足河套灌区基本的农田生产现状，针对小麦玉米套作模式，以提高作物的肥料利用效率及消减农田生产中氮、磷等特征污染物负荷为目的，在保证产量的前提下，合理调控当地的氮、磷配施水平，进一步削减氮、磷施量，从源头上减轻农业面源污染，解决土壤肥力不足及不合理施肥对本地区作物产量及水肥利用效率的限制，实现作物高产稳产，具有重要的科学研究价值，可为减轻农业面源污提供技术支撑和理论依据。