黃曉萌，劉曉燕，串麗敏，楊蘭芳，何萍，王秀斌，仇少君，趙士誠，徐新朋

優(yōu)化施肥下長江流域冬小麥產量及肥料增產效應

黃曉萌1,2，劉曉燕2，串麗敏3，楊蘭芳1，何萍2，王秀斌2，仇少君2，趙士誠2，徐新朋2

（1湖北大學資源環(huán)境學院，武漢 430062；2中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3北京市農林科學院農業(yè)信息與經濟研究所，北京 100097）

【】針對長江流域冬小麥不合理施肥帶來的肥料利用率低的現狀，探討冬小麥產量分布特征及施用氮、磷和鉀肥料的增產效應，為長江流域冬小麥肥料減施增效和優(yōu)化養(yǎng)分管理措施提供依據。本文數據來源于國際植物營養(yǎng)研究所（IPNI）于2000—2018年在我國長江流域開展的田間試驗，以及在中國知網（CNKI）數據庫通過檢索字段或字段組合（冬小麥、冬小麥+產量及冬小麥產量+肥料利用率等）得到的此期間關于長江流域冬小麥田間試驗的論文，共1 732個田間試驗。試驗處理包括：優(yōu)化施肥處理，農民習慣施肥，以及在優(yōu)化施肥和農民習慣施肥基礎上的不施氮肥、不施磷肥和不施鉀肥處理，以探究長江流域各省（市）（四川、云南、貴州、重慶、湖北、安徽、江蘇、浙江和上海）冬小麥在優(yōu)化施肥下的可獲得產量、產量反應、相對產量、農學效率和偏生產力特征。我國長江流域冬小麥優(yōu)化施肥處理下的平均產量為6.6 t·hm-2，其中安徽省平均產量水平最高，為7.3 t·hm-2，重慶市最低，為3.6 t·hm-2。施用氮、磷和鉀肥的平均產量反應分別為2.3、0.9和0.6 t·hm-2，但變異范圍較大。氮、磷和鉀肥平均相對產量分別為0.6、0.8和0.9，氮是小麥產量的主要限制因子。優(yōu)化施肥處理的氮、磷和鉀肥的平均農學效率分別為12.6、11.6和7.7 kg·kg-1，平均偏生產力分別為34.0、78.9和73.4 kg·kg-1。與農民習慣施肥措施相比，優(yōu)化施肥處理平均增產0.5t·hm-2，增幅為8.8%；氮、磷、鉀肥的農學效率分別提高了41.1%、121.1%和84.6%；偏生產力分別提高了42.4%、23.5%和25.4%。優(yōu)化施肥有效提高了長江流域冬小麥的產量和養(yǎng)分利用率，但各?。ㄊ校╅g存在一定差異且?。ㄊ校﹥茸儺愝^大。四川、云南、湖北和江蘇省的部分地區(qū)具有較低的產量反應，說明具有較高的土壤養(yǎng)分供應，應因地制宜地制定養(yǎng)分優(yōu)化管理方案。分析長江流域優(yōu)化養(yǎng)分管理措施下的小麥產量反應和肥料利用率等參數，可以確定氮為小麥產量的第一限制因子。

長江流域；冬小麥；產量反應；肥料利用率

0 引言

【研究意義】長江流域小麥種植區(qū)是我國重要的農業(yè)生產基地，其小麥播種面積和小麥產量分別為777.8萬hm2和3 829.9萬t，分別占全國小麥總耕地面積和總產量的31.7%和28.5%[1]。施肥作為提高糧食產量的重要措施之一，在保證我國小麥產量及糧食安全上發(fā)揮著重要作用[2]。農民為了追求高產盲目施用化肥的現象非常普遍，致使化肥施用量不斷攀高，我國已成為世界上最大的化肥生產國和消費國，而我國的小麥產量增長率卻呈負增長趨勢，養(yǎng)分利用效率不斷降低[3-5]。研究表明我國小麥的氮、磷和鉀肥的平均生理利用率僅為28.3、67.8和17.4 kg·kg-1[4]，氮肥的平均偏生產力僅為28.0 kg·kg-1[6]，氮、磷和鉀肥平均利用率分別為32.0%、19.0%和44.0%[7]，仍處于較低水平。大量養(yǎng)分資源投入致使土壤養(yǎng)分盈余過剩[8-9]，如華北平原和太湖流域的土壤氮素養(yǎng)分的盈余量介于200.0—256.0 kg N·hm-2[10]。因此，合理地進行養(yǎng)分管理以促使小麥產量與肥料利用率協同發(fā)展變得尤為重要?！厩叭搜芯窟M展】諸多學者開展了關于提高小麥產量和肥料利用率方面的田間試驗研究，如趙營等[11]的研究表明，與農民習慣施肥措施相比，優(yōu)化施肥在不降低產量的前提下，可節(jié)約29.0%的氮肥，提高6.4%—7.3%的肥料利用率，并減少24.0%—44.0%的土壤氮素盈余；蘇瑞光等[12]在不同土壤類型上的優(yōu)化施肥研究表明，應用小麥養(yǎng)分專家系統和ASI法推薦施肥均可提高5.0%以上的小麥產量；以小麥生育期養(yǎng)分需求規(guī)律為基礎，根據土壤水分和養(yǎng)分進行優(yōu)化的水肥管理，可節(jié)約氮肥一半以上[13]；以及劉德平等[14]應用“3414”試驗可以得出小麥的最佳施肥量范圍。【本研究切入點】分析可獲得產量、施肥后的增產效應和肥料利用率特征參數將有助于優(yōu)化養(yǎng)分管理措施，但長江流域作為冬小麥的重要產區(qū)還缺少此方面參數的綜合分析?！緮M解決的關鍵問題】本文通過匯總分析我國長江流域開展的1 732個田間試驗，探究長江流域冬小麥在優(yōu)化施肥下的產量和肥料利用率特征，以期為長江流域冬小麥推薦施肥和優(yōu)化養(yǎng)分管理措施提供數據支撐，實現減肥增效。

1 材料與方法

研究區(qū)域為長江流域冬小麥種植區(qū)各?。ㄊ校囼灁祿凑臻L江上游至下游流經的?。ㄊ校此拇?、云南、貴州、重慶、湖北、安徽、江蘇、浙江和上海的順序進行歸納整理分析。

1.1 數據來源

本研究的試驗數據來源于國際植物營養(yǎng)研究所（IPNI）中國項目組于2000—2018年在中國長江流域開展的小麥田間試驗，以及此期間在學術期刊上公開發(fā)表的文章，其中文獻數據來源于中國知網數據庫（CNKI）通過檢索關鍵詞及關鍵詞組合“冬小麥”、“冬小麥+產量”及“冬小麥產量+肥料利用率”等得到的中文文獻，所有數據均來自于田間試驗，共計1 732個田間試驗。試驗涵蓋了長江流域冬小麥主要種植區(qū)域，試驗類型主要包括“3414”試驗、不同肥料用量試驗、減肥試驗、耕作措施試驗等，處理包括優(yōu)化施肥處理、農民習慣施肥處理、以及基于這兩個處理的減氮、減磷和減鉀處理等。長江流域冬小麥產區(qū)的試驗點氣候和土壤理化性狀見表1。

1.2 數據分析與統計

作物產量和肥料利用率特征是優(yōu)化養(yǎng)分管理和提高小麥施肥水平的關鍵，探討可獲得產量及肥料增產效應有助于確定糧食產量目標，分析和制定農業(yè)管理措施，對確定地區(qū)糧食增產潛力、農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展至關重要[15]。本研究中，采用可獲得產量即在田間或試驗站的試驗條件下可以獲得的最大產量來表征優(yōu)化施肥處理產量。使用產量反應表征肥料的增產效應，相對產量表征土壤的基礎養(yǎng)分供應能力，農學效率和偏生產力表征肥效。以氮為例計算公式如下，磷、鉀計算同氮：

氮產量反應（yield response to N fertilizer application，YR-N，t·hm-2）= 氮磷鉀全施處理產量-不施氮處理產量，磷和鉀產量反應分別用YR-P和YR-K表示；

表1 長江流域冬小麥試驗點信息

氮相對產量（relative yield to N fertilizer application，RY-N）= 不施氮處理產量/氮磷鉀全施處理產量，磷和鉀相對產量分別用RY-P和RY-K表示；

氮農學效率（agronomic efficiency to N fertilizer application，kg·kg-1，AE-N）= （氮磷鉀全施處理產量-不施氮處理產量）/施氮量，磷和鉀農學效率分別用AE-P和AE-K表示，氮、磷和鉀分別為N、P2O5和K2O；

氮偏生產力（partial factor productivity to N fertilizer application，kg·kg-1，PFP-N）=氮磷鉀全施處理產量/施氮量，磷和鉀偏生產力分別用PFP-P和PFP-K表示，氮、磷和鉀分別為N、P2O5和K2O。

采用Microsoft Excel 2010和Sigmaplot 10.0對數據進行計算和圖表繪制，用SPSS 17對數據進行方差分析，采用LSD最小極差法在0.05水平上進行多重比較。

2 結果

2.1 可獲得產量分布特征

優(yōu)化施肥措施的產量結果顯示（圖1），我國長江流域冬小麥的平均產量可達6.6 t·hm-2，但各?。ㄊ校┑目色@得產量變異范圍較大，其變化范圍為1.4—14.6 t·hm-2，其中浙江省、重慶市、云南省和貴州省的產量變異系數超過30.0%。下游的產量整體要高于上游和中游，其中以安徽省冬小麥的平均可獲得產量最高，平均為7.3 t·hm-2，其次為江蘇省、上海市和四川省，平均可獲得產量分別為6.8、6.7和6.5 t·hm-2。云南省、湖北省、貴州省和浙江省的冬小麥平均可獲得產量則處于相對較低水平，分別為4.9、4.9、4.4和4.3 t·hm-2。而重慶市冬小麥的平均可獲得產量最低，僅為3.6 t·hm-2。

中間實線代表中值，短線代表均值，不同字母表示差異達5% 顯著水平，方框上下邊緣、上下實線和實心圓圈分別代表上下25%的數值、90% 和10% 的數值、95% 和5% 的數值。下同

2.2 產量反應和相對產量分布特征

優(yōu)化施肥措施下的肥料產量反應（YR）結果顯示，長江流域冬小麥施用氮、磷和鉀肥的平均YR分別為2.3、0.9和0.6 t·hm-2，氮肥產量反應（YR-N）明顯高于磷肥產量反應（YR-P）和鉀肥產量反應（YR-K）（圖2）。其中安徽省、湖北省、云南省、四川省和貴州省的YR-N的變異系數均超過50.0%，其中有18.6%的樣本高于3.6 t·hm-2，處于1.4—3.6 t·hm-2的YR-N占總樣本的64.4%，上海市的YR-N均值高于其他省份，為3.9 t·hm-2，其次為江蘇省，為3.0 t·hm-2，湖北省、四川省、安徽省和浙江省的YR-N均值較為接近，分別為2.5、2.4、2.4和2.2 t·hm-2，YR-N均值較低的省份為重慶市、云南省和貴州省，分別為1.8、1.4和1.2 t·hm-2。各省的YR-P變異系數均超過60%，其中YR-P介于0.3—1.7 t·hm-2之間的占全部樣本數的70.2%，以安徽省的YR-P均值最高，為1.2 t·hm-2，較低的YR-P均值出現在湖北省和貴州省，均為0.6 t·hm-2，其余各省（市）的平均YR-P主要分布在0.8—1.0 t·hm-2之間。長江流域的YR-K總體較低，除浙江和貴州外，各?。ㄊ校祿儺愊禂稻?0%以上，YR-K處于0.2—1.2 t·hm-2的占全部樣本數的69.9%，最高的YR-K均值出現在上海市和安徽省，均為0.9 t·hm-2，較低的YR-K均值出現在浙江省，為0.2 t·hm-2，其余各?。ㄊ校┑腨R-K的平均值分布在0.5—0.7 t·hm-2之間。就總體情況而言，上海市施用氮、磷和鉀肥的增產效果最好，貴州省的則最差。

優(yōu)化施肥措施下的相對產量（RY）顯示，長江流域冬小麥施用氮、磷和鉀肥的平均RY分別為0.6、0.8和0.9（圖3）。各省（市）的氮、磷和鉀肥的RY存在較大差異，其中RY-N數據的變異系數范圍為19.4%—43.0%，有65.2%的RY-N處于0.4—0.7之間，以貴州省和云南省的RY-N均值最高，為0.7，以浙江省和上海市的最低，分別為0.5和0.4，其余各?。ㄊ校┑钠骄鵕Y-N分布在0.5 —0.6之間。重慶市具有較低的RY-P均值（0.7）且具有較高的變異系數，為29.1%，其他各?。ㄊ校┑腞Y-P均值較為接近，普遍在0.8左右，變異系數范圍為5.6%—18.0%。最高的平均RY-K出現在浙江省，為0.9，最低的出現在貴州省，為0.8，其余各省的RY-K較為接近，平均值都處于0.8—0.9之間，且各省內的變異系數范圍為2.0%—15.5%。

圖2 長江流域各?。ㄊ校┒←湹?、磷和鉀肥產量反應

2.3 農學效率和偏生產力特征

農學效率（AE）結果表明（圖4），在優(yōu)化施肥處理下，我國長江流域冬小麥的平均AE-N、AE-P和AE-K分別為12.6、11.6和7.7 kg·kg-1。AE-N中，有68.0%的樣本處于7.4—18.2 kg·kg-1之間，變異系數為11.4%—82.4%，以上海市的平均AE-N最高，為16.1 kg·kg-1，云南省的最低，為7.9 kg·kg-1，主要是因為該省的YR-N較低，其他各省份的AE-N平均值處于10.5—14.5 kg·kg-1之間，且無顯著差異。AE-P中，各省數據的變異系數均高于58.6%，處于4.6—19.8 kg·kg-1的AE-P占總樣本數的67.4%，AE-P均值以浙江省最高，為15.4 kg·kg-1，云南省最低，為8.1 kg·kg-1，江蘇省、湖北省和云南省的AE-P最低值接近于零，其余各省的AE-P的平均值處于8.6—14.0 kg·kg-1之間，且無顯著差異。各?。ㄊ校〢E-K的數據變異范圍為39.7%—98.3%，有63.9%的樣本分布在2.8—12.9 kg·kg-1，各?。ㄊ校╅gAE-K差異較大，四川省、云南省、貴州省和上海市的平均值均高于9.3 kg·kg-1，而浙江省和重慶市都低于4.1 kg·kg-1，AE-K在湖北省、云南省和四川省的最小值都接近于零。

優(yōu)化施肥處理的偏生產力（PFP）結果表明（圖5），長江流域冬小麥的PFP-N、PFP-P和PFP-K的平均值分別為34.0、78.9和73.4 kg·kg-1。PFP-N中，各省（市）變異系數范圍為14.3%—83.6%，且70.0%的樣本分布在23.4—42.8 kg·kg-1，PFP-N的均值以四川省和貴州省的最高，且顯著高于其他各?。ㄊ校謩e為46.6和42.6 kg·kg-1，重慶市和上海市較低，分別為25.7和24.4 kg·kg-1，其他各?。ㄊ校┑钠骄鵓FP-N介于30.6—36.7 kg·kg-1之間。PFP-P中，各?。ㄊ校┳儺愊禂捣秶鸀?9.0%—65.4%，其中68.1%樣本的PFP-P分布于49.2—108.8 kg·kg-1之間，重慶市的PFP-P均值顯著低于其他各?。ㄊ校瑸?4.7 kg·kg-1，其余各省的平均PFP-P介于61.7—87.2 kg·kg-1之間。PFP-K中，各?。ㄊ校┳儺愊禂捣秶鸀?7.9%—57.6%，其中67.8%樣本處于42.5—103.2 kg·kg-1之間，以四川省的平均值最高，為83.8 kg·kg-1，重慶市最低，為42.4 kg·kg-1，其他各?。ㄊ校┑钠骄鵓FP-K介于54.3—80.4 kg·kg-1之間。

2.4 優(yōu)化施肥措施與農民習慣施肥措施比較

在分析優(yōu)化施肥與農民習慣施肥措施間產量及利用率差異時，采用同時具有這兩個處理的試驗（n≈337，四川18個，云南24個，貴州2個，重慶3個，湖北17個，安徽76個，江蘇150個，浙江39個，上海8個）。結果顯示，與農民習慣施肥措施相比（表2），優(yōu)化施肥措施顯著提高了長江流域冬小麥產量，平均增加了0.5 t·hm-2，平均增幅為8.8%，變化范圍為1.3%—59.1%；顯著降低了氮、磷和鉀肥的用量，平均減少了25.6%、24.1%和32.9%；顯著提高了AE和PFP，其中AE-N、AE-P和AE-K平均分別增加了3.9、6.9和4.4 kg·kg-1；PFP-N、PFP-P和PFP-K平均分別提高了12.1、19.1和25.4 kg·kg-1。

圖3 長江流域各省（市）冬小麥氮、磷和鉀肥相對產量

3 討論

分析可獲得產量，有助于決策者確定目標產量，并優(yōu)化作物養(yǎng)分管理措施。長江流域的集約化農業(yè)生產體系在保障我國糧食安全方面發(fā)揮著不可替代的作用。品種改良和優(yōu)化管理等措施顯著提高了小麥產量[16-18]，本研究中長江流域冬小麥優(yōu)化施肥處理可獲得產量的平均值可達6.6 t·hm-2，高于國家農業(yè)部統計的全國冬小麥的平均單產（5.6 t·hm-2）[1]，與農民習慣施肥措施相比，優(yōu)化施肥處理的產量平均提高了0.5 t·hm-2，占農民實際獲得產量的8.8%，即如果農民采用良好的養(yǎng)分管理策略，其小麥產量可提高8.8%。然而整個長江流域不同區(qū)域的土壤類型、氣候條件和種植制度等存在明顯差異，造成不同?。ㄊ校┑男←溈色@得產量存在明顯異質性[19]，如冬小麥-夏玉米輪作體系且具有灌溉條件的安徽省和江蘇省具有較高的可獲得產量，而冬小麥-水稻輪作體系且降雨量大的區(qū)域其可獲得產量相對較低。

圖4 長江流域各省（市）冬小麥氮、磷、鉀肥農學效率

表2 優(yōu)化施肥和農民習慣施肥產量及利用率比較

圖5 長江流域各?。ㄊ校┒←湹⒘缀外浄势a力

肥料增產效應很大程度上取決于土壤養(yǎng)分供應能力，相對產量可以表征土壤的基礎養(yǎng)分供應能力，而產量反應可以反映施肥的增產效應[20]。本研究中的RY-P與RY-K與吳良泉[21]的研究結果基本一致，均為0.8和0.9，YR-N、YR-P和YR-K也均高于2001—2005年全國小麥肥料增產效應的平均水平（1.9、0.8和0.4 t·hm-2）[22]。當前小麥的過量施肥現象非常普遍，過量的養(yǎng)分殘留在土壤中導致土壤基礎養(yǎng)分供應過高，施肥效果不顯著，即具有較高的相對產量和較低產量反應[23]。LIU等[24]研究表明，長江中下游的氮、磷和鉀的土壤基礎養(yǎng)分供應可以分別達到91.2、33.7和92.0 kg·hm-2，與1985—1995年土壤基礎養(yǎng)分供應數據[25]相比（N、P和K分別為54.1、14.2和93.4 kg·hm-2），氮和磷的土壤基礎養(yǎng)分供應量已大幅增加。本研究中，有些地區(qū)不施某種養(yǎng)分處理的產量高于氮磷鉀全施處理，如云南省和湖北省的RY-P和RY-K最高值已超過1.0，說明土壤具有較高的土壤磷和鉀養(yǎng)分供應，因此需要因地制宜地設計養(yǎng)分管理方案，合理利用土壤的基礎養(yǎng)分供應，調控肥料用量，進而提高肥料增產效應。YR中以YR-N最高，表明氮仍是長江流域冬小麥產量的主要養(yǎng)分限制因子。

不合理的化肥施用導致肥料利用率降低，過量的養(yǎng)分殘留在土壤中或流失到環(huán)境中，對生態(tài)環(huán)境安全構成威脅。串麗敏等[26]的研究結果顯示，長江中下游冬小麥氮肥投入量已超過183.0 kg·hm-2，遠遠超出了養(yǎng)分允許平衡盈虧率。吳良泉等[21]對整個長江流域冬小麥肥料的推薦用量研究表明，氮、磷和鉀施用量分別為165.0 kg N·hm-2、68.0—70.0 kg P2O5·hm-2和53.0 kg K2O·hm-2時可以達到最佳的產投比。在四川省的肥料用量試驗結果表明，氮、磷和鉀的施用量在96.0 kg N·hm-2、60.0 kg P2O5·hm-2和45.0 kg K2O·hm-2下即可維持小麥產量，且能提高肥料利用率并降低土壤養(yǎng)分盈余[27]。本研究中，優(yōu)化施肥處理的施肥量顯著低于農民習慣施肥措施，顯著提高了肥料利用效率，其中AE-N、AE-P和AE-K分別提高了41.1%、121.1%和84.6%，PFP-N、PFP-P和PFP-K提高了42.4%、23.5%和25.4%。與早期的統計數據相比[22,28-29]，優(yōu)化施肥處理顯著提高了AE-P和AE-K，但AE-N仍遠低于世界平均水平（22 kg·kg-1）[30]。已有研究表明，在合理的肥料施用和管理措施下，AE-N可以達到25.0 kg·kg-1以上[31]。全球的PFP-N需要保持每年平均0.1%—0.4%的增長率才能滿足糧食需求[32]，本研究中，優(yōu)化施肥下的偏生產力高于CHUAN等[29]的研究結果（PFP-N、PFP-P和PFP-K分別為32.9、65.9和48.0 kg·kg-1）。然而肥料利用率的高低不僅僅與作物施肥量有關，還需要結合生長環(huán)境和養(yǎng)分管理措施才能有效提高肥效，如不同水分條件，輪作體系等等[4,10,15]。對于整個長江流域冬小麥種植區(qū)而言，其養(yǎng)分效率還有待進一步提高，而科學的養(yǎng)分管理對于提高肥料利用效率和保障產量上具有重要意義。

優(yōu)化施肥處理對長江流域冬小麥具有顯著增產效果，本研究中增幅范圍可達1.3%—59.1%，但為維持小麥高產，提高養(yǎng)分利用率，除優(yōu)化施肥外，仍需從土壤養(yǎng)分供應、肥料調控與種植方式等諸多方面針對長江流域冬小麥進行綜合管理。土壤肥力直接決定著小麥產量和施肥量，并最終影響肥料利用率，通過培肥地力，可以達到削減肥料用量，實現小麥增產的目的[33]，本研究中四川、云南、湖北等省份的部分地區(qū)產量反應接近于零，表明土壤具有較高的基礎養(yǎng)分供應能力，施肥的增產效果較低，可以通過降低肥料投入來增加肥料利用效率。采用有機替代化肥、控釋肥與普通肥料配施、硝化抑制劑等肥料調控措施也是優(yōu)化養(yǎng)分管理的重要舉措，可以促進作物增產，減少肥料損失，提高肥料利用率，也是我國“十三五”計劃“兩減”重大專項和“2020年化肥零增長行動計劃”重點研究方向之一[34]。已有研究表明，許多地區(qū)在當前施肥水平下減氮20%，不僅能夠保證產量，還能顯著提高肥料利用率，而在優(yōu)化施氮條件下，施用控釋尿素的氮肥效率更高[35]。施用小麥專用肥料并結合恰當的耕種方式可以在減少化肥投入的同時，增產6.1%—11.3%，節(jié)約生產成本[36]。合理增加種植密度可在保障產量的前提下減少15.0%—30.0%的施氮量，并顯著提高氮肥農學效率[37]。此外，改變單一的種植模式、調整茬口作物的種類，如將大豆和花生作為冬小麥種植區(qū)兩熟復種模式的前茬作物，可以增加農田生物多樣性，增強農田的持續(xù)生產力[16]。采取相關的養(yǎng)分管理措施，如氮肥后移，能不同程度地促進產量提高，最高可達22.2%[38]。而農民在施肥時對作物生長環(huán)境、土壤類型、土壤養(yǎng)分、作物輪作系統及環(huán)境差異缺乏考慮，都將導致產量損失和養(yǎng)分利用率降低。本研究主要分析了施肥量對產量和肥料利用率的影響，如果將土壤培肥、種植模式和肥料調控等綜合為一個有機整體，包括“4R”精準養(yǎng)分管理技術（合適的肥料種類、合適的肥料用量、合適的施肥時間、合適的施肥位置）及合理的水肥調控等技術，從不同角度采取不同的作物管理措施進行集約化管理將有效促進我國長江流域冬小麥高產高效生產。

4 結論

優(yōu)化施肥措施下長江流域各省（市）冬小麥產量存在明顯差異性，以安徽省、江蘇省和四川省的產量最高。總體而言，長江流域冬小麥的氮磷鉀平均產量反應分別為2.3、0.9和0.6 t·hm-2，平均農學效率分別為12.6、11.6和7.7 kg·kg-1，平均偏生產力分別為34.0、78.9和73.4 kg·kg-1。由于氣候、土壤和輪作制度等差異，產量反應、農學效率和偏生產力各?。ㄊ校╅g存在顯著差異性。但與農民習慣施肥措施相比，優(yōu)化施肥措施顯著提高了小麥產量，平均增加了0.5 t·hm-2，氮、磷和鉀肥的農學效率增幅均超過40%，偏生產力增幅均超過20%?？梢妰?yōu)化施肥具有顯著增產增效的作用，這僅僅是優(yōu)化了肥料用量、施肥時間和施肥比例，如果與其他耕作管理措施相結合，效果將更佳。

[1] 中華人民共和國農業(yè)農村部. 中國農業(yè)統計資料2017. 北京: 中國農業(yè)出版社, 2019: 29-30.

Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People’s Republic of China.. Beijing: China Agriculture Press, 2019: 29-30. (in Chinese)

[2] ZHANG J H. China’s success in increasing per capita food production., 2011, 62(11): 3707-3711.

[3] HEFFER P, PRUDPHOMME M. World agriculture and fertilizer demand, global fertilizer supply and trade 2008-2009 summary report. Vietnam: HoChiMinh City, 2008.

[4] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮鳳. 中國主要糧食作物肥料利用率現狀與提高途徑. 土壤學報, 2008, 45(5): 915-924．

ZHANG F S, WANG J Q, ZHANG W F, CUI Z L, MA W Q , CHEN X P, JIANG R F. Nutrient use efficiencies of major cereal crops in China and measures for improvement., 2008, 45(5): 915-924. (in Chinese)

[5] 李秋梅, 陳新平, 張福鎖, V. Romheld. 冬小麥-夏玉米輪作體系中磷鉀平衡的研究. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2002, 8(2): 152-156.

LI Q M, CHEN X P, ZHANG F S, ROMHELD V. Study on balance of phosphorus and potassium in winter wheat and summer maize rotation system., 2002, 8(2): 152-156. (in Chinese)

[6] DOBERMANN A R. Nitrogen use efficiency-state of the art//. Faculty Publications, Frankfurt, Germany, 28-30 June, 2005: 1-16.

[7] 農業(yè)農村部新聞辦公室. 科學施肥促進肥料利用率穩(wěn)步提高我國肥料利用率達33%. 農業(yè)工程技術, 2013(10): 89.

Agriculture Department Press Office. Scientific fertilization promotes the utilization rate of fertilizers and steadily improves the utilization rate of fertilizers in China to 33%., 2013(10): 89. (in Chinese)

[8] KHAN A, LU G Y, AYAZ M, ZHANG H T, WANG R J, LV F L, YANG X Y, SUN B H, ZHANG S L. Phosphorus efficiency, soil phosphorus dynamics and critical phosphorus level under long-term fertilization for single and double cropping systems., 2018, 256: 1-11.

[9] 王朝輝. 糧食作物養(yǎng)分管理與農業(yè)綠色發(fā)展. 中國農業(yè)科學, 2018, 51(14): 2719-2721.

WANG Z H. Nutrient management of grain crops and green agricultural development., 2018, 51(14): 2719-2721. (in Chinese)

[10] NORSE D, JU X T. Environmental costs of China’s food security., 2015, 209: 5-14.

[11] 趙營, 周濤, 郭鑫年, 梁錦秀, 吳霞, 冀宏杰, 張維理. 優(yōu)化施肥對春小麥產量、氮素利用及氮平衡的影響. 干旱地區(qū)農業(yè)研究, 2011, 29(6): 119-124.

ZHAO Y, ZHOU T, GUO X N, LIANG J X, WU X, JI H J, ZHANG W L. Effect of optimum fertilization on spring wheat yield, N utilization and apparent N balance., 2011, 29(6): 119-124. (in Chinese)

[12] 蘇瑞光, 王宜倫, 劉舉, 韓燕來, 李慧, 譚金芳. 養(yǎng)分專家系統推薦施肥對潮土冬小麥產量及養(yǎng)分吸收利用的影響. 麥類作物學報, 2014, 34(1): 120-125.

SU R G, WANG Y L, LIU J, HAN Y L, LI H, TAN J F. Effects of nutrient expert recommended fertilization on yield, absorption and utilization of nutrient of winter wheat in fluvo-aquic soil., 2014, 34(1): 120-125. (in Chinese)

[13] 范仲學, 王璞, M. Boening-Zilkens, 梁振興, W. Claupein. 優(yōu)化灌溉和施肥對冬小麥產量的影響. 麥類作物學報, 2003, 23(4): 99-103.

FAN Z X, WANG P, ZILKENS M B, LIANG Z X, CLAUPEIN W. Effects of optimized irrigation and nitrogen fertilization on grain yield of winter wheat., 2003, 23(4): 99-103. (in Chinese)

[14] 劉德平, 楊樹青, 史海濱, 鄭曉波, 孫玲玉, 常春龍.小麥/玉米套作條件下氮、磷配施的肥料效應研究. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2014, 22(3): 262-269.

LIU D P, YANG S Q, SHI H B, ZHENG X B, SUN L Y, CHANG C L. Effect of combined nitrogen and phosphorus fertilizer application of wheat-maize intercropping system., 2014, 22(3): 262-269. (in Chinese)

[15] ITTERSUM M K. V, CASSMAN K G, GRASSINI P, JOOST W, TITTONELL P, HOCHMAN Z. Yield gap analysis with local to global relevance-A review., 2013, 143: 4-17.

[16] 邵云, 李昊烊, 翁正鵬, 王璐, 李斯斯, 劉晴. 不同茬口對小麥養(yǎng)分利用和產量的影響. 麥類作物學報, 2019, 39(3): 356-363.

SHAO Y, LI H Y, WANG Z P, WANG L, LI S S, LIU Q. Effects of different previous crops on nutrient utilization and yield of wheat., 2019, 39(3): 356-363. (in Chinese)

[17] 李廷亮, 謝英荷, 高志強, 洪堅平, 孟麗霞, 馬紅梅, 孟會生. 黃土高原旱地小麥覆膜增產與氮肥增效分析. 中國農業(yè)科學, 2018, 51(14): 2735-2746.

LI T L, XIE Y H, GAO Z Q, HONG J P, MENG L X, MA H M, MENG H S. Analysis on yield increasing and nitrogen efficiency enhancing of winter wheat under film mulching cultivation in the loess plateau., 2018, 51(14): 2735-2746. (in Chinese)

[18] 劉紅江, 殷躍軍, 郭智, 張岳芳, 盛婧, 鄭建初, 陳留根. 硝化抑制劑對小麥產量和氮素吸收利用的影響. 生態(tài)學雜志, 2019, 38(2): 443-449.

LIU H J, YIN Y J, GUO Z, ZHANG Y F, SHENG J, ZHENG J C, CHEN L G. Effects of nitrification inhibitor on yield and nitrogen use efficiency of wheat., 2019, 38(2): 443-449. (in Chinese)

[19] 車升國. 區(qū)域作物專用復合(混)肥料配方制定方法與應用[D]. 北京: 中國農業(yè)大學, 2015.

CHE S G. Design method and application of formula of regional crop-based compound fertilizer[D]. Beijing: China Agricultural University, 2015. (in Chinese)

[20] XU X P, HE P, ZHAO S C, QIU S J, JOHNSTON A M, WEI Z. Quantification of yield gap and nutrient use efficiency of irrigated rice in China., 2016, 186: 58-65.

[21] 吳良泉. 基于“大配方、小調整”的中國三大糧食作物區(qū)域配肥技術研究[D]. 北京: 中國農業(yè)大學, 2014．

WU L Q. Fertilizer recommendations for three major cereal crops based on regional fertilizer formula and site specific adjustment in China[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese)

[22] 閆湘, 金繼運, 梁鳴早. 我國主要糧食作物化肥增產效應與肥料利用效率. 土壤, 2017, 49(6): 1067-1077.

YAN X, JIN J Y, LIANG M Z. Fertilizer use efficiencies and yield-increasing rates of grain crops in China., 2017, 49(6): 1067-1077. (in Chinese)

[23] CHUAN L M, HE P, PAMPOLINO M F, JOHNSTON A M,JIN J Y, XU X P, ZHAO S C, QIU S J, ZHOU W. Establishing a scientific basis for fertilizer recommendations for wheat in China: Yield response and agronomic efficiency., 2013, 140: 1-8.

[24] LIU X Y, HE P, JIN J Y, ZHOU W, GAVIN S,STEVE P. Yield gaps, indigenous nutrient supply, and nutrient use efficiency of wheat in China., 2011, 103(5): 1-12.

[25] LIU M Q, YU Z R, LIU Y H, KONIJN N T. Fertilizer requirements for wheat and maize in China: The QUEFTS approach., 2006, 74: 245-258.

[26] 串麗敏, 何萍, 趙同科, 徐新朋, 周衛(wèi), 鄭懷國. 中國小麥季氮素養(yǎng)分循環(huán)與平衡特征. 應用生態(tài)學報, 2015, 26(1): 76-86.

CHUAN L M, HE P, ZHAO T K, XU X P, ZHOU W, ZHENG H G. Nitrogen cycling and balance for wheat in China., 2015, 26(1): 76-86. (in Chinese)

[27] 趙亞南, 宿敏敏, 呂陽, 況福虹, 陳軒敬, 張躍強, 石孝均. 減量施肥下小麥產量、肥料利用率和土壤養(yǎng)分平衡. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2017, 23(4): 864-873.

ZHAO Y N, SU M M, LV Y, KUANG F H, CHEN X J, ZHANG Y Q, SHI X J. Wheat yield, nutrient use efficiencies and soil nutrient balance under reduced fertilizer rate., 2017, 23(4): 864-873. (in Chinese)

[28] 王激清, 馬文奇, 江榮風, 張福鎖. 養(yǎng)分資源綜合管理與中國糧食安全. 資源科學, 2008, 30(3): 415-422.

WANG J Q, MA W Q, JIANG R F, ZHANG F S. Integrated soil nutrients management and China’s food security., 2008, 30(3): 415-422. (in Chinese)

[29] CHUAN L M, HE P, ZHAO T K, ZHENG H G, XU X P. Agronomic characteristics related to grain yield and nutrient use efficiency for wheat production in China., 2016, 11(9): e0162802.

[30] LADHA J K, PATHAK H, KRUPNIK T J, SIX J, KESSEL C V. Efficiency of fertilizer nitrogen in cereal production: Retrospects and prospects., 2005, 87: 86-156.

[31] DOBERMANN A. Nutrient use efficiency-measurement and management//,. Brussels, Belgium: IFA Int. Worksh. on Fertilizer Best Management Practices, 2007.

[32] DOBERMANN A, CASSMAN K G. Cereal area and nitrogen use efficiency are drivers of future nitrogen fertilizer consumption., 2005, 48: 745-758.

[33] 陸曉松, 于東升, 徐志超, 黃晶晶, 周聰聰, 孫波. 土壤肥力質量與施氮量對小麥氮肥利用效率的綜合定量關系研究. 土壤學報, 2019, 56(2): 487-494.

LU X S, YU D S, XU Z C, HUANG J J, ZHOU C C, SUN B. Study on comprehensive quantitative relationship of soil fertility quality and nitrogen application rate with wheat nitrogen use efficiency., 2019, 56(2): 487-494. (in Chinese)

[34] 張建軍, 樊延錄, 趙剛, 黨翼, 王磊, 李尚中. 長期定位施不同氮源有機肥替代部分含氮化肥對隴東旱塬冬小麥產量和水分利用效率的影響. 作物學報, 2017, 43(7): 1077-1086.

ZHANG J J, FAN Y L, ZHAO G, DANG Y, WANG L, LI S Z. Yield and water use efficiency of winter wheat in response to long-term application of organic fertilizer from different nitrogen resources replacing partial chemical nitrogen in dry land of eastern Gansu Province., 2017, 43(7): 1077-1086. (in Chinese)

[35] 常鳳, 王海標, 陶靜靜, 任明炬, 王宜倫. 減氮配施控釋尿素對冬小麥產量及氮肥效率的影響. 中國農學通報, 2018, 34(25): 1-6.

CHANG F, WANG H B, TAO J J, REN M J, WANG Y L. Combined application of controlled-release urea and conventional urea under reduced N rate affect yield and N utilization efficiency of winter wheat., 2018, 34(25): 1-6. (in Chinese)

[36] 劉蘋, 譚德水, 徐鈺, 林海濤, 李彥, 宋效宗, 沈玉文, 劉兆輝. 施肥方法對小麥專用控釋氮肥肥效的影響. 中國農業(yè)科學, 2018, 51(20): 3897-3908.

LIU P, TAN D S, XU Y, LIN H T, LI Y, SONG X Z, SHEN Y W, LIU Z H. Effects of fertilization methods of self-made wheat-specific controlled-release nitrogen fertilizer on fertilizer efficiencies., 2018, 51(20): 3897-3908. (in Chinese)

[37] 易媛, 蘇盛楠, 李福建, 徐凱峰, 朱新開, 李春燕, 丁錦峰, 朱敏, 郭文善. 密度氮肥互作對稻茬小麥產量及氮效率的協同調控效應. 麥類作物學報, 2018, 38(12): 1465-1472.

YI Y, SU S N, LI F J, XU K F, ZHU X K, LI C Y, DING J F, ZHU M, GUO W S. Coordinate effects of interaction between density and nitrogen application on the yield and nitrogen-use efficiency in wheat under rice stubble., 2018, 38(12): 1465-1472. (in Chinese)

[38] 吳曉麗, 李朝蘇, 湯永祿, 劉于斌, 李伯群, 樊高瓊, 熊濤. 氮肥運籌對小麥產量、氮素利用效率和光能利用率的影響. 應用生態(tài)學報, 2017, 28(6): 1889-1898.

WU X L, LI C S, TANG Y L, LIU Y B, LI B Q, FAN G Q, XIONG T. Effect of nitrogen management modes on grain yield, nitrogen use efficiency and light use efficiency of wheat., 2017, 28(6): 1889-1898. (in Chinese)

Effects of Yield and Fertilization on Yield Increase of Winter Wheat in Yangtze Valley Under Optimized Fertilization

HUANG XiaoMeng1,2, LIU XiaoYan2, CHUAN LiMin3, YANG LanFang1, HE Ping2, WANG XiuBin2, QIU ShaoJun2, ZHAO ShiCheng2, XU XinPeng2

(1Faculty of Resources and Environmental Science, Hubei University, Wuhan 430062;2Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;3Institute of Agricultural Information and Economics, Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Beijing 100097)

【】Aiming to the low nutrient use efficiency caused by unreasonable fertilization of winter wheat in the Yangtze Valley, this study summarized the yield distribution characteristics of each province in the Yangtze Valley and the stimulation effect of applying nitrogen, phosphorus and potassium fertilizer, so as to provide a scientific basis for optimizing the application fertilizer of winter wheat in the Yangtze Valley and improving nutrient management strategies. 【】The data of field experiments in this paper were derived from field experiments conducted by the International Institute of Plant Nutrition (IPNI) in China’s Yangtze Valley from 2000 to 2018, as well as published papers on wheat field trials from 2000 to 2018 obtained by searching key words (winter wheat, winter wheat + yield, winter wheat yield + fertilizer utilization, etc.) in CNKI database, totally 1 732 field trials. The experimental treatment included optimized fertilization treatment, farmers practices, and none nitrogen, none phosphorus and none potassium treatments based on these two treatments, which was used to explore the characteristics of attainable yield, yield response, relative yield, agronomic efficiency and partial factor productivity of winter wheat under optimized fertilization in the Yangtze Valley (Sichuan, Yunnan, Guizhou, Chongqing, Hubei, Anhui, Jiangsu, Zhejiang and Shanghai).【】For all the data, the average yield of winter wheat in the Yangtze Valley under optimal fertilization treatment was 6.6 t·hm-2, of these, Anhui province had the highest average yield with 7.3 t·hm-2, and the lowest average yield with 3.6 t·hm-2in Chongqing. The average yield response of N, P and K fertilizer application were 2.3, 0.9 and 0.6 t·hm-2, respectively, but there were significant differences among provinces. The average relative yield of N, P and K were 0.6, 0.8 and 0.9, respectively. The average agronomic efficiency of N, P and K were 12.6, 11.6 and 7.7 kg·kg-1, respectively, and the average partial productivity were 34.0, 78.9 and 73.4 kg·kg-1, respectively. As compared to farmers’ practices, the optimized fertilization treatment increased wheat yield by 0.5 t·hm-2with an increase by 8.8%, increased agronomic efficiency of N, P and K fertilizer application by 41.1%, 121.1% and 84.6%, and partial factor productivity by 42.4%, 23.5% and 25.4%, respectively. 【】Optimized fertilization had positive effect on the yield and nutrient use efficiency of winter wheat in the Yangtze Valley, but there were certain differences among provinces and great variation within provinces. There was the lower yield response in some provinces, such as Sichuan, Yunnan, Hubei and Jiangsu, indicated that had the higher soil nutrient supply in these regions. Therefore, optimal nutrient management should be formulated according to local conditions. By analyzing the parameters of wheat yield response and nutrient use efficiency under optimal nutrient management measured in the Yangtze Valley, nitrogen could be identified as the first limiting factor of wheat yield.

Yangtze Valley; winter wheat; yield response; nutrient use efficiency

10.3864/j.issn.0578-1752.2020.17.011

2019-11-20；

2020-02-13

國家重點研發(fā)計劃（2018YFD0200502，2016YFD0200101）、國家自然科學基金項目（31801938）、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項（1610132019022）、中國農業(yè)科學院-國際植物營養(yǎng)研究所植物營養(yǎng)創(chuàng)新研究聯合實驗室國際交流與合作研究（1610132019047）

黃曉萌，E-mail：Huangxmemg@163.com。通信作者徐新朋，Tel：010-82105029；E-mail：xuxinpeng@caas.cn。通信作者楊蘭芳，Tel：027-88661699-8115；E-mail：lfyang@hubu.edu.cn

（責任編輯 李云霞）