基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響

黃興成，石孝均，李渝，張雅蓉，劉彥伶，張文安，蔣太明

（1貴州省土壤肥料研究所，貴陽 550006；2農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，貴陽 550006；3西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716；4貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴陽 550006）

基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響

黃興成1,2，石孝均3，李渝1,2，張雅蓉1,2，劉彥伶1,2，張文安1,2，蔣太明2,4

（1貴州省土壤肥料研究所，貴陽 550006；2農(nóng)業(yè)部貴州耕地保育與農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，貴陽 550006；3西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，重慶 400716；4貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，貴陽 550006）

【目的】黃壤是中國(guó)重要的地帶性土壤，黃壤區(qū)糧油作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)對(duì)于地區(qū)糧食安全和經(jīng)濟(jì)民生至關(guān)重要。研究黃壤區(qū)主要糧油作物基礎(chǔ)地力特征，評(píng)價(jià)地力對(duì)糧油作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響，為黃壤耕地地力保育和區(qū)域作物綠色生產(chǎn)提供依據(jù)?！痉椒ā恳劳杏?006—2013年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在黃壤區(qū)開展的3 515個(gè)田間試驗(yàn)（馬鈴薯434個(gè)、油菜525個(gè)、玉米1 318個(gè)、水稻1 238個(gè)），調(diào)查每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)無肥對(duì)照（CK）和氮磷鉀肥（N2P2K2）處理作物產(chǎn)量；基于作物估計(jì)方法，分析了糧油基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和地力貢獻(xiàn)率特征；采用直線擬合和邊界線分析評(píng)價(jià)了基礎(chǔ)地力對(duì)作物施肥產(chǎn)量及產(chǎn)量差的影響；采用穩(wěn)定性指數(shù)和可持續(xù)性指數(shù)評(píng)估了基礎(chǔ)地力對(duì)產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性的影響?！窘Y(jié)果】黃壤區(qū)馬鈴薯、油菜、玉米和水稻平均基礎(chǔ)地力產(chǎn)量分別為10.8、1.13、4.57和5.73 Mg·hm-2，平均地力貢獻(xiàn)率分別為50.8%、49.0%、59.0%和 70.8%；基礎(chǔ)地力產(chǎn)量越高，地力對(duì)作物施肥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率越大。作物施肥產(chǎn)量與基礎(chǔ)地力產(chǎn)量顯著正相關(guān)，馬鈴薯、油菜、玉米和水稻施肥產(chǎn)量與基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的直線擬合方程決定系數(shù)分別為0.476、0.284、0.382和0.366（P＜0.001）。邊界線分析結(jié)果表明，馬鈴薯、油菜、玉米和水稻4種作物的施肥產(chǎn)量潛力分別為42.8、4.07、11.8和12.4 Mg·hm-2；隨著基礎(chǔ)地力的提升，作物施肥產(chǎn)量差降低，產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性增加?！窘Y(jié)論】提升基礎(chǔ)地力能夠提升作物施肥產(chǎn)量，降低產(chǎn)量差，有利于黃壤區(qū)糧油作物的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)。

黃壤；基礎(chǔ)地力；邊界線分析；產(chǎn)量差；穩(wěn)定性指數(shù)；可持續(xù)性指數(shù)

0 引言

【研究意義】通過“綠色革命”和集約化耕種等措施，中國(guó)主要糧油作物產(chǎn)量自建國(guó)以來均大幅提升[1-4]。然而，由于人口增長(zhǎng)和糧食消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化等因素，世界糧油需求仍不斷增長(zhǎng)。研究表明，到2050年全球糧食產(chǎn)量至少要比2005年增加60%—110%才能滿足人類消費(fèi)和牲畜飼料對(duì)糧食的需求[5]。據(jù)LI等[4]預(yù)測(cè)，到 2030年，中國(guó)的糧食產(chǎn)量至少要比 2011年增長(zhǎng)35.8%才能保證糧食自給。黃壤是中國(guó)中亞熱帶濕潤(rùn)區(qū)的地帶性土壤，保障黃壤區(qū)糧油產(chǎn)量安全關(guān)系著地區(qū)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)民生，地區(qū)糧油的高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)更符合國(guó)家糧食安全的戰(zhàn)略目標(biāo)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】前人研究[6-7]指出，影響中國(guó)糧食產(chǎn)量的關(guān)鍵因素是糧食播種面積、化肥施用量和播面單產(chǎn)。然而，由于黃壤區(qū)主要是山地丘陵地貌，耕地后備資源嚴(yán)重不足，耕地面積總量不可能大幅度增加；同時(shí)，目前中國(guó)單位面積化肥施用量已超過作物實(shí)際需求[8]，過量施肥導(dǎo)致肥料利用率降低[9]，作物產(chǎn)量不穩(wěn)定性和不可持續(xù)性增加[10]，并導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境問題[11-12]和資源浪費(fèi)[13]，結(jié)合當(dāng)前“化肥零增長(zhǎng)”要求，化肥投入量也不可能大幅增加；因此，只有通過耕地保育，提升單位面積土壤生產(chǎn)能力，保證產(chǎn)量的穩(wěn)定和可持續(xù)才是未來黃壤區(qū)糧食安全的出路。李忠芳等[14]和曾祥明等[15]通過長(zhǎng)期定位試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，作物的施肥產(chǎn)量與基礎(chǔ)地力顯著正相關(guān)，地力越高，作物施肥產(chǎn)量越高。FAN等[16]、李忠芳等[17]、梁濤等[18]采用地力貢獻(xiàn)率評(píng)價(jià)了基礎(chǔ)地力對(duì)施肥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，表明地力貢獻(xiàn)率與基礎(chǔ)地力呈顯著正相關(guān)，基礎(chǔ)地力越高，作物產(chǎn)量越高，地力對(duì)施肥的產(chǎn)量貢獻(xiàn)率越大。梁濤等[18]研究表明，區(qū)域基礎(chǔ)地力越高的土壤在施肥和良好管理下所獲得的產(chǎn)量潛力越高，施肥產(chǎn)量的可持續(xù)性和穩(wěn)定性越高?；A(chǔ)地力的研究為指導(dǎo)區(qū)域合理的耕地保育和作物綠色生產(chǎn)提供了依據(jù)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】評(píng)估基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響，對(duì)確保地區(qū)糧食安全和實(shí)現(xiàn)區(qū)域作物綠色生產(chǎn)有重要意義。然而，目前針對(duì)黃壤糧油作物基礎(chǔ)地力現(xiàn)狀的研究未見報(bào)道，對(duì)地區(qū)糧食安全影響如何尚不清晰。【擬解決的關(guān)鍵問題】選取2006—2013年測(cè)土配方施肥項(xiàng)目在黃壤區(qū)開展的3 515個(gè)田間試驗(yàn)，對(duì)黃壤區(qū)馬鈴薯、油菜、玉米和水稻4種主要的糧油作物基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和地力貢獻(xiàn)率特征進(jìn)行評(píng)估，揭示基礎(chǔ)地力對(duì)黃壤區(qū)糧油產(chǎn)量高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)的影響，為黃壤耕地地力保育和區(qū)域作物綠色生產(chǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查數(shù)據(jù)來源

本研究以黃壤分布面積最廣、耕地比重較大的貴州、四川和重慶3個(gè)省市為研究區(qū)，調(diào)查了研究區(qū)黃壤分布區(qū) 2006—2013年全國(guó)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目開展的3 515個(gè)田間試驗(yàn)（馬鈴薯434個(gè)、油菜525個(gè)、玉米1 318個(gè)、水稻1 238個(gè)）。試驗(yàn)點(diǎn)分布于調(diào)查區(qū)典型的糧油種植區(qū)域（圖 1），各試驗(yàn)點(diǎn)選擇具有代表性的土壤肥力地塊（土壤基礎(chǔ)性質(zhì)見表 1）進(jìn)行試驗(yàn)。每個(gè)試驗(yàn)在同一地塊開展一季試驗(yàn)，試驗(yàn)開始前為農(nóng)民常規(guī)施肥管理。調(diào)查了每個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)無肥對(duì)照（CK）和氮磷鉀肥（N2P2K2）處理的作物產(chǎn)量數(shù)據(jù)，對(duì)照處理不施用任何肥料，氮磷鉀肥處理按照試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)?shù)販y(cè)土配方施肥推薦氮磷鉀肥料用量施用。試驗(yàn)由試驗(yàn)點(diǎn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)技部門開展，試驗(yàn)的肥料、作物品種、田間操作和產(chǎn)量測(cè)定等均參照農(nóng)業(yè)部《測(cè)土配方施肥技術(shù)規(guī)范》[19]進(jìn)行。

圖1 不同作物試驗(yàn)點(diǎn)分布Fig. 1 Geographical distribution of on-farm trials sites for different crops

表1 不同作物試驗(yàn)點(diǎn)土壤基礎(chǔ)性質(zhì)Table 1 The basic properties of soils at on-farm trials sites for different crops

1.2 數(shù)據(jù)處理與分析

本研究基于作物估計(jì)方法[16]進(jìn)行土壤基礎(chǔ)地力評(píng)估，土壤基礎(chǔ)地力產(chǎn)量以作物無肥對(duì)照處理產(chǎn)量來評(píng)價(jià)；氮磷鉀肥處理產(chǎn)量代表養(yǎng)分供應(yīng)充足下的現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力。為了評(píng)價(jià)基礎(chǔ)地力對(duì)作物施肥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，計(jì)算地力貢獻(xiàn)率（RCsoil）[16,18]。

式中，YCK為無肥對(duì)照處理產(chǎn)量，YN2P2K2為氮磷鉀肥處理產(chǎn)量。

采用線性回歸[18]和邊界線分析方法[20]量化基礎(chǔ)地力對(duì)施肥產(chǎn)量和產(chǎn)量差的影響。邊界線分析方法被廣泛用于描述現(xiàn)實(shí)產(chǎn)量與潛在產(chǎn)量的差距和評(píng)估產(chǎn)量限制因子[21-23]。邊界線擬合方法如下：式中，Yp是邊界線預(yù)測(cè)產(chǎn)量，Yatt是區(qū)域氮磷鉀肥處理可獲得的最高預(yù)測(cè)產(chǎn)量，K、R為方程常數(shù)。

根據(jù)邊界線擬合得到的最高產(chǎn)量（Yatt）計(jì)算產(chǎn)量差（yield gap）。

式中，Ygap是產(chǎn)量差，表示區(qū)域氮磷鉀肥處理可獲得的最高預(yù)測(cè)產(chǎn)量與試驗(yàn)現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力之差。

作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性是反映作物產(chǎn)量安全的重要指標(biāo)。作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性用穩(wěn)定性指數(shù) SI（stability index）衡量，SI 值越低表明產(chǎn)量越穩(wěn)定[24]；可持續(xù)性指數(shù)SYI（sustainable yield index）是衡量作物是否能持續(xù)生產(chǎn)的一個(gè)參數(shù)，SYI值越大，產(chǎn)量的可持續(xù)性越好。計(jì)算方法如下：

式中，STD(YN2P2K2)、AVE(YN2P2K2)和YN2P2K2-max分別為氮磷鉀肥處理產(chǎn)量的標(biāo)準(zhǔn)差、平均值和最大值。

采用Excel 2016、Sigmaplot12.5、ArcGIS10.3軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析和作圖。

2 結(jié)果

2.1 糧油作物基礎(chǔ)地力產(chǎn)量及地力貢獻(xiàn)率特征

不同糧油作物的基礎(chǔ)地力統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）表明，黃壤區(qū)馬鈴薯基礎(chǔ)地力產(chǎn)量在1.2—33.9 Mg·hm-2，平均基礎(chǔ)地力產(chǎn)量10.8 Mg·hm-2；地力貢獻(xiàn)率在17.3%—99.6%，平均地力貢獻(xiàn)率50.8%。油菜基礎(chǔ)地力產(chǎn)量在0.19—2.74 Mg·hm-2，平均基礎(chǔ)地力1.13 Mg·hm-2；地力貢獻(xiàn)率在11.6%—98.7%，平均地力貢獻(xiàn)率49.0%。玉米基礎(chǔ)地力在0.74—10.61 Mg·hm-2，平均基礎(chǔ)地力4.57 Mg·hm-2；地力貢獻(xiàn)率在16.0%—99.9%，平均地力貢獻(xiàn)率59.0%。水稻基礎(chǔ)地力在1.58—9.98 Mg·hm-2間，平均基礎(chǔ)地力5.73 Mg·hm-2；地力貢獻(xiàn)率在36.9%—99.7%，平均地力貢獻(xiàn)率70.8%。

2.2 基礎(chǔ)地力產(chǎn)量對(duì)地力貢獻(xiàn)率的影響

隨著基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的提升，作物地力貢獻(xiàn)率逐漸增加（圖2）。當(dāng)馬鈴薯基礎(chǔ)地力由＜6 Mg·hm-2上升到＞24 Mg·hm-2時(shí)，地力貢獻(xiàn)率從46.5%上升至81.2%。當(dāng)油菜基礎(chǔ)地力由＜0.5 Mg·hm-2上升到＞2 Mg·hm-2時(shí)，地力貢獻(xiàn)率從 23.1%上升至79.2%。當(dāng)玉米基礎(chǔ)地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2時(shí)，地力貢獻(xiàn)率從 30.2%上升至 86.5%。當(dāng)水稻基礎(chǔ)地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2時(shí)，地力貢獻(xiàn)率從63.3%上升至85.3%。表明隨著基礎(chǔ)地力的提升，土壤基礎(chǔ)地力對(duì)施肥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)呈上升趨勢(shì)。

2.3 基礎(chǔ)地力對(duì)作物施肥產(chǎn)量及產(chǎn)量差的影響

作物氮磷鉀肥處理與基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的擬合直線顯示（圖3，表3），馬鈴薯、油菜、玉米和水稻4種糧油作物現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力與基礎(chǔ)地力擬合直線決定系數(shù)分別達(dá)0.472、0.284、0.382和0.366（P＜0.001），直線斜率均為正，表明隨著地力的提升，施肥產(chǎn)量也隨之提高，較高的基礎(chǔ)地力有利于作物的高產(chǎn)。

邊界線分析結(jié)果表明（圖3，表3），馬鈴薯、油菜、玉米、水稻 4種糧油作物符合邊界線擬合（P＜0.001）。馬鈴薯、油菜、玉米和水稻的施肥高產(chǎn)潛力分別為42.8、4.07、11.8和12.4 Mg·hm-2。

不同基礎(chǔ)地力分級(jí)下作物產(chǎn)量差分析結(jié)果表明（圖4），隨著基礎(chǔ)地力的提升，不同作物產(chǎn)量差均呈降低趨勢(shì)。當(dāng)馬鈴薯基礎(chǔ)地力由＜6 Mg·hm-2上升到＞24 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量差從 32.6 Mg·hm-2降低至 8.3 Mg·hm-2。當(dāng)油菜基礎(chǔ)地力由＜0.5 Mg·hm-2上升到＞2 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量差從 2.34 Mg·hm-2降低至 1.22 Mg·hm-2。當(dāng)玉米基礎(chǔ)地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量差從 6.05 Mg·hm-2降低至 1.46 Mg·hm-2。當(dāng)水稻基礎(chǔ)地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量差從9.49 Mg·hm-2降低至2.38 Mg·hm-2。

表2. 不同糧油作物基礎(chǔ)地力及地力貢獻(xiàn)率Table 2 Inherent soil productivity and contribution rate of soil productivity for grain and oil crops

圖2 基礎(chǔ)地力產(chǎn)量對(duì)地力貢獻(xiàn)率的影響Fig. 2 Effect of inherent soil productivity on contribution rate of soil productivity

圖3 基礎(chǔ)地力對(duì)糧油作物施肥產(chǎn)量的影響Fig. 3 Effect of inherent soil productivity on fertilization yield of grain and oil crops

表3 基礎(chǔ)地力與施肥產(chǎn)量的直線擬合和邊界線分析Table 3 Linear fitting and boundary line analysis of inherent soil productivity and fertilization yield

圖4 基礎(chǔ)地力對(duì)作物施肥產(chǎn)量差的影響Fig. 4 Effect of inherent soil productivity on fertilization yield gap of grain and oil crops

2.4 基礎(chǔ)地力對(duì)作物施肥產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性的影響

作物施肥產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性隨著地力的變化而變化（圖 5）。不同作物由低地力到高地力，施肥產(chǎn)量的可持續(xù)性指數(shù)均呈上升趨勢(shì)，而穩(wěn)定性指數(shù)均降低；當(dāng)馬鈴薯基礎(chǔ)地力由＜6 Mg·hm-2上升到＞24 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量穩(wěn)定性指數(shù)從0.599降低至0.181，可持續(xù)性指數(shù)從0.134上升至0.656；當(dāng)油菜基礎(chǔ)地力由＜0.5 Mg·hm-2上升到＞2 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量穩(wěn)定性指數(shù)從0.297降低至0.153，可持續(xù)性指數(shù)從0.447上升至 0.600；當(dāng)玉米基礎(chǔ)地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量穩(wěn)定性指數(shù)從0.245降低至0.070，可持續(xù)性指數(shù)從0.487上升至0.788；當(dāng)水稻基礎(chǔ)地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2時(shí)，產(chǎn)量穩(wěn)定性指數(shù)從0.189降低至0.087，可持續(xù)性指數(shù)從0.667上升至0.745。表明基礎(chǔ)地力越高，作物施肥可獲得的產(chǎn)量穩(wěn)定性和可持續(xù)性越高，有利于糧油作物的穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)。

3 討論

3.1 糧油作物基礎(chǔ)地力特征

以往對(duì)基礎(chǔ)地力的研究主要集中于點(diǎn)位長(zhǎng)期試驗(yàn)的土壤地力評(píng)估及地力演變分析[17,25-26]，并不能反映區(qū)域土壤基礎(chǔ)地力的真實(shí)值；對(duì)于區(qū)域基礎(chǔ)地力的評(píng)價(jià)主要集中于水稻、玉米和小麥三大糧食作物[16,18,27]，對(duì)于油料作物和第四大糧食作物馬鈴薯基礎(chǔ)地力的評(píng)價(jià)鮮有報(bào)道。本研究對(duì)黃壤區(qū)馬鈴薯、油菜、玉米和水稻4種糧油作物基礎(chǔ)地力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。結(jié)果顯示，黃壤區(qū)馬鈴薯、油菜、玉米和水稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量分別為10.8、1.13、4.57和5.73 Mg·hm-2，地力貢獻(xiàn)率分別為50.8%、49.0%、59.0%和70.8%。不同作物地力貢獻(xiàn)率以水稻最高，玉米次之，油菜的最低，此結(jié)果與夏圣益[28]開展的多點(diǎn)試驗(yàn)結(jié)果一致；這可能是由于水耕條件下水熱環(huán)境更穩(wěn)定，促進(jìn)了土壤養(yǎng)分釋放和水稻養(yǎng)分吸收，有利于水稻產(chǎn)量的形成[29]；同時(shí)，山地丘陵地區(qū)水稻多種植于地形低洼地，是區(qū)域水分養(yǎng)分的匯集區(qū)[30]，徑流和灌溉等環(huán)境養(yǎng)分帶入較多[31]，導(dǎo)致施肥的貢獻(xiàn)降低，地力貢獻(xiàn)率高于旱地作物；此外，水稻和玉米根系是須根系，毛細(xì)根發(fā)達(dá)，根表面積大，能夠充分吸收土壤養(yǎng)分，而油菜根系為直根系，對(duì)土壤的養(yǎng)分吸收能力較弱[32]，因而油菜地力貢獻(xiàn)率較低。就玉米和水稻而言，兩者平均基礎(chǔ)地力產(chǎn)量和平均地力貢獻(xiàn)率均高于全國(guó)平均水平[33]，其原因一方面可能與研究區(qū)光溫水條件較好、氣候生產(chǎn)潛力較高等氣候環(huán)境因素有關(guān)[34]；另一方面，黃壤區(qū)種植結(jié)構(gòu)較為單一，主要以單作為主[35]，而全國(guó)其他糧油主產(chǎn)區(qū)復(fù)種指數(shù)較高[36]，長(zhǎng)期的持續(xù)耕種導(dǎo)致土壤基礎(chǔ)地力降低；此外，黃壤區(qū)農(nóng)業(yè)氣象災(zāi)害發(fā)生率較其他糧食主產(chǎn)區(qū)低[37]，更有利于地力的發(fā)揮和作物產(chǎn)量的形成。本研究對(duì)黃壤區(qū)馬鈴薯、油菜、玉米和水稻的礎(chǔ)地力產(chǎn)量和地力貢獻(xiàn)率的評(píng)估結(jié)果反映了區(qū)域糧油作物地力特征，為地區(qū)糧油作物的綠色生產(chǎn)提供了依據(jù)。但是，當(dāng)前黃壤區(qū)基礎(chǔ)地力的時(shí)空特征尚不明晰，尤其是對(duì)低基礎(chǔ)地力土壤的空間分布分析較少，成為今后研究的重點(diǎn)。

圖5 不同作物土壤基礎(chǔ)地力對(duì)作物產(chǎn)量穩(wěn)定性（SI）和可持續(xù)性（SYI）的影響Fig. 5 Effect of inherent soil productivity on stability indexes (SI) and sustainable yield indexes (SYI) of fertilization yield for grain and oil crops

3.2 提升土壤地力，實(shí)現(xiàn)區(qū)域作物綠色生產(chǎn)

3 515個(gè)田間試驗(yàn)結(jié)果分析顯示，4種糧油作物施肥產(chǎn)量與基礎(chǔ)地力產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（圖3），這與李忠芳等[14]，喬磊等[27]對(duì)水稻的研究基本一致，表明基礎(chǔ)地力在提高糧油產(chǎn)量上占有重要地位。縮減產(chǎn)量差被認(rèn)為是實(shí)現(xiàn)糧食安全的重要途徑。以往的研究表明，通過優(yōu)化水肥管理[38]和先進(jìn)的農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣[39]等措施能夠縮減產(chǎn)量差。本研究發(fā)現(xiàn)，提升土壤地力也是縮減產(chǎn)量差的有效途徑，表現(xiàn)為隨著基礎(chǔ)地力產(chǎn)量的提升，作物獲得區(qū)域高產(chǎn)潛力的產(chǎn)量差逐漸降低（圖4），表明通過提升土壤地力，可以縮減產(chǎn)量差，實(shí)現(xiàn)區(qū)域作物高產(chǎn)，為今后縮減產(chǎn)量差途徑研究提供了新的方向。土壤生產(chǎn)力的穩(wěn)定性和可持續(xù)性是實(shí)現(xiàn)區(qū)域糧食安全的必要條件，本研究結(jié)果顯示（圖 5），隨著地力的提升，作物施肥產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性均提高，表明地力提升能夠促進(jìn)產(chǎn)量趨于穩(wěn)定并持續(xù)生產(chǎn)，研究結(jié)果與梁濤等[18]對(duì)大區(qū)域的統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。提升黃壤地力對(duì)區(qū)域作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)至關(guān)重要，因此尋求黃壤地力提升有效途徑成為實(shí)現(xiàn)區(qū)域綠色生產(chǎn)的的關(guān)鍵點(diǎn)。研究指出，黃壤具有冷、酸、瘦（缺磷）和黏等障礙，是黃壤低地力的主要因素[40]。由此，提升黃壤地力關(guān)鍵是通過良好的土壤管理，進(jìn)行土壤培肥，改良土壤障礙因素。進(jìn)行土壤改良培肥有諸多方法，如實(shí)行合理耕作[40-41]、合理施肥[42]和施用調(diào)理劑[43]等措施在黃壤改良培肥均見諸報(bào)道。然而，以往的黃壤改良培肥研究主要針對(duì)黃壤單一或多肥力因子，鮮少有進(jìn)行黃壤綜合肥力提升的報(bào)道研究，缺乏造成黃壤地力低的障礙因素定量分析及長(zhǎng)期地力演變研究，這是今后研究的重點(diǎn)。

4 結(jié)論

黃壤區(qū)馬鈴薯、油菜、玉米和水稻基礎(chǔ)地力產(chǎn)量分別為10.8、1.13、4.57和5.73 Mg·hm-2，地力貢獻(xiàn)率分別為50.8%、49.0%、59.0%和70.8%。隨著基礎(chǔ)地力的提升，作物施肥產(chǎn)量提升，產(chǎn)量差降低，地力貢獻(xiàn)率、產(chǎn)量的穩(wěn)定性和可持續(xù)性均提升。基礎(chǔ)地力提升有利于作物區(qū)域高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和可持續(xù)生產(chǎn)。

致謝：本研究原始數(shù)據(jù)資料來自貴州、四川和重慶等省市開展的全國(guó)測(cè)土配方施肥項(xiàng)目，項(xiàng)目具體實(shí)施由各省市土壤肥料工作總站牽頭，各市州縣的農(nóng)委、土壤肥料工作站等農(nóng)技部門具體實(shí)施。在此，對(duì)這些長(zhǎng)期在基層一線工作的農(nóng)業(yè)工作者們表示感謝。

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（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Effect of the Inherent Soil Productivity on High, Stable and Sustainable Yield of Grain and Oil Crops in Yellow Soil Region

HUANG XingCheng1,2, SHI XiaoJun3, LI Yu1,2, ZHANG YaRong1,2, LIU YanLing1,2, ZHANG WenAn1,2, JIANG TaiMing2,4
(1Guizhou Institute of Soil and Fertilizer, Guiyang 550006;2Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agricultural Environment (Guizhou), Ministry of Agriculture, Guiyang 550006;3College of Resources and Environmental, Southwest University, Chongqing 400716;4Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006)

【Objective】Yellow soil is an important zonal soil in China. High, stable and sustainable yield of grain and oil crops are fundamental to food security, economic development and people's livelihood for yellow soil region. This paper studied the characteristics of inherent soil productivity for grain and oil crops in yellow soil region in order to evaluate the effect of inherent soil productivity on high, stable and sustainable yield of grain and oil crops. The results of this study will provide a theoretical basis for cultivating land conservation and producing green crops in yellow soil region. 【Method】The assessment was conducted based on data-set derived from National Soil Test and Fertilizer Recommendation projects during 2006 to 2013 in yellow soil region. Yields ofunfertilized control (CK) and NPK fertilization (N2P2K2) treatments in 3 515 on-farm trials (434 potato trials, 525 rapeseed trials, 1 318 maize trials, and 1 238 rice trials) were surveyed. Characteristics of inherent soil productivity and its contribution rate to fertilization yield under on-farm conditions were assessed by using a plant-based agronomic approach. The effects of inherent soil productivity on fertilization yield and yield gap were also assessed by using linear fitting and boundary line analysis. Meanwhile, the effect of stable indexes and sustainable indexes of grain and oil crops under different inherent productivities were also assessed.【Result】The average yield based on inherent soil productivity of potato, rapeseed, maize and rice were 10.8, 1.13, 4.57 and 5.73 Mg·hm-2, and the average contribution rates of inherent soil productivity were 50.8%, 49.0%, 59.0% and 70.8%, respectively. It was found that the contribution rate of inherent soil productivity was increased with improvement of inherent soil productivity. There was a significant and positive correlation between fertilization yield and inherent soil productivity, R2of linear fitting with fertilization yield and inherent soil productivity of potato, rapeseed, maize and rice were 0.476, 0.284, 0.382 and 0.366 (P＜0.001), respectively. Boundary line analysis showed that the attainable yield of potato, rapeseed, maize and rice were 42.8, 4.07, 11.8 and 12.4 Mg·hm-2, respectively. Meanwhile, it found that stability and sustainable of grain and oil crops yield were increased with improvement of inherent soil productivity. 【Conclusion】It was concluded that improving inherent soil productivity of farmland can decrease yield gap while promote high, stable and sustainable yield of grain and oil crops in yellow soil regions.

yellow soil; inherent soil productivity; boundary line analysis; yield gap; stability index; sustainable yield index

2016-10-24；接受日期：2016-12-16

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2015BAD06B04）、國(guó)家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)（201203030）、貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院自主創(chuàng)新專項(xiàng)（黔農(nóng)科院自主創(chuàng)新專項(xiàng)）（2014007）

聯(lián)系方式：黃興成，E-mail：huangxc90@163.com。通信作者蔣太明，E-mail：jtm532@163.com