中国水稻相对产量差时空变异及其对氮肥的响应

【目的】通过分析2004—2019年间中国水稻相对产量差的时空变异特征、驱动因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应,为实现水稻增产和氮肥合理施用提供理论依据。【方法】数据来源于2004—2019年间农业农村部耕地质量监测保护中心设置在全国主要稻区的408个监测点,包括东北地区24个、长三角地区110个、长江中游地区138个、西南地区56个、华南地区80个。以各监测点施肥区与不施肥区水稻产量之差代表由肥料投入及由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量,利用高产农户统计法获取最高相对产量(HRY)和平均相对产量(ARY),HRY和ARY之差为相对产量差(G_(RY))。根据不施肥区产量,将各区域土壤地力划分为低、中、高3个水平,结合随机森林模型探讨不同区域G_(RY)的主要驱动因素,计算不同地力水平下GRY与氮肥用量的关系。【结果】2004—2019年间,全国水稻HRY为4.98~6.86 t/hm^(2),ARY为3.06~3.47 t/hm^(2),GRY为1.92~3.41 t/hm^(2)。不同区域相比,HRY和GRY均是西南(水稻–其他作物轮作)>长三角(水稻–其他作物轮作)>华南(早稻)>东北(单季稻)>长江中游(水稻–其他作物轮作)>华南(晚稻)>长江中游(早稻)>长江中游(晚稻)。G_(RY)在低、中地力土壤上随着氮肥施用量的增加先显著降低后趋缓,而在高地力土壤上下降不显著。除西南稻区低、中地力和东北稻区低地力土壤外,其他区域的低、中地力上均出现了氮肥施用量的转折点:长江中游早稻和晚稻分别为187.5、165.0 kg/hm^(2)和183.5、152.5 kg/hm^(2),华南早稻和晚稻分别为195.0、153.0 kg/hm^(2)和169.0、157.0 kg/hm^(2),长江中游和长三角水稻–其他作物轮作体系下分别为199.5、184.5 kg/hm^(2)和202.0、171.0 kg/hm^(2),东北中地力土壤上为146.5 kg/hm^(2)。整体而言,低、中地力土壤上,氮肥用量、土壤有机质和全氮是影响G_(RY)相对重要的因素;高地力土壤上,土壤有机质和全氮对G_(RY)的影响较大,同时钾肥施用量显著影响长江中游和华南早稻的G_(RY)。【结论】西南地区水稻相对产量差最高,长江中游地区晚稻相对产量差最低。氮肥施用量、土壤有机质和全氮含量是影响水稻相对产量差的重要因素。高地力土壤上,氮肥用量对相对产量差影响不显著,建议适当减施氮肥。低、中地力土壤上,在氮肥用量转折点(146.50~202.00 kg/hm^(2))之前,增施氮肥可显著降低相对产量差,提高产量潜力。在长江中游和华南地区的高地力土壤上早稻应注重钾肥施用。