我國水稻的肥料貢獻率時空變化及影響因素

李亞貞，韓天富，曲瀟琳，馬常寶，都江雪，柳開樓，黃晶,4，劉淑軍,4，劉立生,4，申哲，張會民 ,4?

1江西省紅壤及種質(zhì)資源研究所/國家紅壤改良工程技術(shù)研究中心，江西進賢 331717；2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所，北京 100081；3農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測保護中心，北京 100125；4中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院衡陽紅壤實驗站/湖南祁陽農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀測研究站，湖南祁陽 426182

0 引言

【研究意義】水稻是重要的糧食作物，世界一半以上的人口、中國60%以上的人口以稻米為主食[1-2]。中國水稻的種植面積每年穩(wěn)定在3 000萬hm2左右，約占全國糧食作物總播種面積的25.76%[3]。為了滿足國內(nèi)人口增長的需求，在目前的生產(chǎn)水平上，在保持和提高土壤生產(chǎn)力、避免環(huán)境退化和自然生態(tài)系統(tǒng)破壞的同時，到 2030年我國大約需要增加 20%的水稻產(chǎn)量[2]。肥料施用在提高作物產(chǎn)量和改善土壤質(zhì)量方面發(fā)揮著重要作用[4]。然而，大多數(shù)農(nóng)民習(xí)慣依靠增加化肥的施用量來提高作物產(chǎn)量，導(dǎo)致資源利用效率降低，造成環(huán)境污染等問題[5-6]，這主要歸因于不合理的養(yǎng)分管理措施，尤其是忽略了肥料貢獻率對作物生長影響。因此，探明我國水稻肥料貢獻率的年際變化及其影響因子，對水稻可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義。【前人研究進展】化肥作為我國肥料的主要來源，為糧食增產(chǎn)發(fā)揮了重要的作用[7]。在全球尺度上，聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)表明，化肥對糧食產(chǎn)量的貢獻率為40%—60%[8]。但是，在我國，受研究年限和數(shù)據(jù)集及模型方法的影響，不同研究者的結(jié)果差異較大，曾希柏等[8]研究表明，20世紀(jì)90年代我國糧食作物的肥料貢獻為5—10 kg·kg-1。1978—2006年間，化肥對我國糧食產(chǎn)量的貢獻率高達56.81%[9]；而房麗萍等[10]的研究表明，1978—2010年間，化肥投入對我國糧食產(chǎn)量增長的貢獻率為20.79%。1995—2015年全國30個省份的數(shù)據(jù)顯示，雖然化肥對糧食產(chǎn)量的變動都呈現(xiàn)正向影響，但兩個模型估計的化肥對糧食產(chǎn)量變化的貢獻率均低于 2%[11]，這說明，在目前中國糧食產(chǎn)量增加過程中化肥的作用已經(jīng)很低，繼續(xù)增加化肥施用量并不會大幅增加產(chǎn)量。在不同區(qū)域間，糧食產(chǎn)量的肥料貢獻率也存在明顯不同。魯彩艷等[12]研究發(fā)現(xiàn)，1978—2002年間，化肥對黑龍江省糧食產(chǎn)量的貢獻率為 9.3 kg·kg-1。孫彥銘等[13]研究表明，2005—2013年間，施肥對河北省夏玉米產(chǎn)量的平均貢獻率為39.3%。王偉妮等[14]研究指出，在 2006—2008年間，肥料對湖北省水稻產(chǎn)量的貢獻率為 29.6%，明顯低于油菜（56.2%），這說明，當(dāng)前農(nóng)民習(xí)慣施肥條件下，化肥對水稻的貢獻率還有較大的提升空間?！颈狙芯壳腥朦c】我國水稻種植區(qū)范圍廣，由于人為管理措施、種植制度、氣候和土壤類型等差異較大，進而導(dǎo)致不同地區(qū)水稻的肥料貢獻率差別較大。目前大多數(shù)的研究由于研究對象（以糧食作物為主）[8-12]、方法手段（模型模擬）[9-11]和點位單一（某個?。12-14]的影響，導(dǎo)致相關(guān)研究不能準(zhǔn)確評估全國尺度的水稻肥料貢獻率；同時，由于研究時間跨度不一，全國水稻肥料貢獻率的時間演變規(guī)律仍不清晰[8-12]。自20世紀(jì)80年代以來，我國化肥用量持續(xù)高速增長，但作物的產(chǎn)量卻始終增加緩慢[7]。因此，明確水稻的肥料貢獻率對于指導(dǎo)不同區(qū)域的化肥減施增效行動和合理配置肥料資源具有重要意義。【擬解決的關(guān)鍵問題】本研究基于近30年（1988—2017年）農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地質(zhì)量監(jiān)測的田間試驗數(shù)據(jù)，選取不施肥和常規(guī)施肥處理，分別從稻作模式、不同區(qū)域、氣候條件和土壤質(zhì)地等條件下，分析水稻肥料貢獻率的演變特征，進而探究肥料種類、氣候和土壤肥力指標(biāo)等因素對水稻肥料貢獻率的影響程度，以期探明影響水稻肥料貢獻率的關(guān)鍵因子，從而有效指導(dǎo)我國稻作區(qū)的持續(xù)豐產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

分析數(shù)據(jù)來源于近 30年（1988—2017年）農(nóng)業(yè)農(nóng)村部耕地土壤質(zhì)量監(jiān)測田間試驗數(shù)據(jù)。研究地點位于中國21個水稻生產(chǎn)省份的338個監(jiān)測點，主要分布在以下6個地區(qū)：東北（黑龍江、吉林、遼寧）、華北（河南、陜西、山東）、長江下游（安徽、江蘇、上海和浙江）、長江中游（湖北、湖南、江西）、西南（云南、貴州、重慶、四川）和華南（福建、廣東、廣西、海南）。各監(jiān)測點位是我國農(nóng)業(yè)部門綜合考慮不同稻作區(qū)的實際情況（包括土壤肥力、施肥、灌溉、種植類型、產(chǎn)量水平等）進行布置，且各點位的實施均由當(dāng)?shù)剞r(nóng)技推廣部門進行具體管理。同時，由于耕地屬性、生產(chǎn)方式的變化，各區(qū)域的耕地監(jiān)測也在不斷進行適當(dāng)?shù)膭討B(tài)調(diào)整，包括及時刪除一些管理不當(dāng)?shù)狞c位，新增一些有代表性的點位。但是，各區(qū)域的監(jiān)測點位數(shù)量總體保持穩(wěn)定，在全國尺度上具有很好的代表性和權(quán)威性。

每個試驗點的耕作制度、種植制度、土壤類型、分布面積、生產(chǎn)能力、灌排方式、地理位置、管理措施等都是當(dāng)?shù)厮旧a(chǎn)的常規(guī)模式。每個試驗點均設(shè)置不施肥與施肥處理，其中施肥處理的肥料用量是綜合考慮當(dāng)?shù)赝寥婪柿爱?dāng)?shù)剞r(nóng)民習(xí)慣下確定的。每個監(jiān)測點的面積不低于334 m2，為防止水肥橫向轉(zhuǎn)移，小區(qū)間用水泥板或者其他材料做擋板。1988—2017年間，全國各地的水稻品種不斷更新?lián)Q代（從高產(chǎn)到高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)轉(zhuǎn)變），施肥習(xí)慣（從大量施肥到測土配方施肥和化肥減施增效轉(zhuǎn)變）、種植技術(shù)（從人工種植到輕簡化、機械化種植轉(zhuǎn)變）和病蟲害防控技術(shù)（從化學(xué)防治到生物防治和化學(xué)防治相結(jié)合）均在不斷優(yōu)化，而各試驗點位的水稻品種和栽培技術(shù)等也隨當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)方式進行調(diào)整。因此，各試驗點位的施肥處理可以較好地反映當(dāng)?shù)氐乃旧a(chǎn)水平。

1.2 數(shù)據(jù)收集和分析

水稻成熟期，采用去邊行后實打?qū)嵤諟y定產(chǎn)量。1988—2017年間，水稻品種和栽培技術(shù)在水稻產(chǎn)量提升方面發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。而在本研究中，相同的試驗點位中不施肥和施肥處理的水稻品種和栽培技術(shù)均相同，因此，本研究計算了品種和栽培技術(shù)一致條件下的水稻肥料貢獻率，計算方法如下[15]：

肥料貢獻率（%）=（施肥區(qū)產(chǎn)量-不施肥區(qū)產(chǎn)量）/施肥區(qū)產(chǎn)量×100。

每年最后一季作物收獲后，每個試驗點采集耕層（0—20 cm）土壤進行理化性質(zhì)分析測試，測定指標(biāo)為pH、有機質(zhì)、有效磷、速效鉀，按照全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心土壤分析技術(shù)規(guī)范測定各項指標(biāo)[16]。

監(jiān)測點收集并記載6個地區(qū)1988—2017年每年的氣象資料和耕層（0—20 cm）土壤理化性質(zhì)等指標(biāo)數(shù)據(jù)。氣候資料數(shù)據(jù)包括年均降水（MAP）、年均氣溫（MAT）、無霜期（FFP）和日照時數(shù)（SH）。年平均降水量變化范圍為476.4—2 400.0 mm，平均值為1 347.1 mm；年平均氣溫變化范圍為2.4—25.4 ℃，平均值為6.8℃；年無霜期變化范圍107.5—272.0 d；年日照時數(shù)的變化范圍為957.9—2 780.5 h。

考慮監(jiān)測時間的跨度，將所有數(shù)據(jù)分為：1988—1992、1993—1997、1998—2002、2003—2007、2008—2012和2013—2017年等6個時間段，分別代表施肥后5、10、15、20、25、30 a。本文的不同稻作模式分類為單季稻、雙季稻和水稻-其他作物輪作（油菜、小麥、蔬菜、綠肥等）。不同氣候劃分為熱帶季風(fēng)氣候、亞熱帶季風(fēng)氣候和溫帶季風(fēng)氣候，不同土壤質(zhì)地劃分為黏土、壤土和砂土。

數(shù)據(jù)用Excel 2016整理，運用SPSS 17.0進行相關(guān)性分析及顯著性檢驗。采用Origin 8.5軟件制作箱式圖展示肥料貢獻率變化，由于部分年份數(shù)據(jù)缺失和偏少的原因，砂土2013—2017年數(shù)據(jù)和華北最近兩個時間段的數(shù)據(jù)未進行顯示。水稻肥料貢獻率與施肥時間的關(guān)系用雙直線方程進行擬合。

2 結(jié)果

2.1 不同稻作模式下水稻肥料貢獻率年際變化

1988—2017年間，水稻肥料貢獻率均呈現(xiàn)出隨著施肥年限的增加先逐漸上升再趨于平穩(wěn)的趨勢（圖1）。在全國尺度上，水稻肥料貢獻率為 41.20%—51.89%。在不同稻作模式間，單季稻、雙季稻和水稻-其他作物輪作的水稻肥料貢獻率分別為 38.58%—55.49%、41.96%—51.05%和 42.34%—53.43%，其中單季稻30年的年均水稻肥料貢獻率最高（49.52%），分別比雙季稻和水稻-其他作物輪作提高了 4.25%和2.76%。

圖1 不同稻作模式下水稻肥料貢獻率年際變化Fig.1 Interannual variation of fertilizer contribution rate for rice under different cropping systems

擬合方程（表 1）顯示，全國的水稻肥料貢獻率在施肥19.6 a達到穩(wěn)定（51.55%），單季稻、雙季稻和水稻-其他作物輪作的水稻肥料貢獻率則分別在21.9、16.5和28.4 a時達到穩(wěn)定（54.52%、47.97%和53.33%）。而在達到穩(wěn)定之前，線性方程的斜率顯示，全國的水稻肥料貢獻率在試驗19.6 a之前的年均增幅為0.69%。不同稻作模式的年均增幅則存在較大差異，其中單季稻的水稻肥料貢獻率年均增幅（1.05%）顯著高于雙季稻（0.58%）和水稻-其他作物輪作（0.55%）。

表 1 不同稻作模式下水稻肥料貢獻率（y，%）與施肥時間（x，a）的相關(guān)關(guān)系Table 1 The relationship between fertilizer contribution rate for rice (y, %) and fertilization time (x, a) under different cropping systems

2.2 不同區(qū)域水稻肥料貢獻率年際變化

圖2顯示，不同區(qū)域的水稻肥料貢獻率差異較小，近30年來，東北、華北、西南、長江中游、長江下游和華南地區(qū)的水稻肥料貢獻率分別為40.88%—51.06%、37.67%—51.89%、44.01%—64.99%、39.16%—50.76%、41.66%—45.69%和 41.51%—53.88%，年均水稻肥料貢獻率表現(xiàn)為：西南（55.82%）＞長江中游（46.73%）＞華北（46.27%）＞東北（45.90%）＞華南（45.83%）＞長江下游（44.25%）。

圖2 不同區(qū)域水稻的肥料貢獻率年際變化Fig.2 Interannual variation of fertilizer contribution rate for rice under different regions

不同區(qū)域的水稻肥料貢獻率均呈現(xiàn)出隨著施肥年限的增加先逐漸增加后穩(wěn)定的趨勢（表 2）。東北、華北、西南、長江中游、長江下游和華南地區(qū)的水稻肥料貢獻率達到穩(wěn)定的施肥年限分別為 15.2、18.5、19.0、15.3、15.3和 14.5 a，對應(yīng)的水稻肥料貢獻率分別為42.06%、51.46%、57.68%、47.57%、44.14%和51.85%。通過線性方程的斜率發(fā)現(xiàn)，在達到穩(wěn)定之前，東北、華北、西南地區(qū)的水稻肥料貢獻率年均增幅分別為1.02%、1.42%和1.33%，明顯高于長江中游、長江下游和華南的年均增幅（分別為0.78%、0.24%和0.55%）。

表2 不同區(qū)域水稻肥料貢獻率（y, %）與施肥時間（x, a）的相關(guān)關(guān)系Table 2 The relationship between fertilizer contribution rate for rice (y, %) and fertilization time (x, a) under different regions

2.3 不同氣候條件下水稻的肥料貢獻率年際變化

不同氣候條件下水稻的肥料貢獻率差異較大（圖3），近 30年來，熱帶季風(fēng)區(qū)的水稻肥料貢獻率為13.74%—57.74%，年均為34.57%，而溫帶和亞熱帶季風(fēng)區(qū)的水稻肥料貢獻率分別為 17.97%—73.50%和20.20%—81.41%，年均分別為45.90%和49.23%。隨著施肥年限的增加，熱帶季風(fēng)區(qū)的水稻肥料貢獻率呈現(xiàn)出前期（前15 a）緩慢增加，后期（15—30 a）快速增加的趨勢，而溫帶和亞熱帶季風(fēng)區(qū)的水稻肥料貢獻率則呈現(xiàn)出前期（前15 a）逐漸增加，后期（15—30 a）逐漸降低或穩(wěn)定的趨勢。

圖3 不同氣候條件下肥料貢獻率年際變化Fig.3 Interannual variation of fertilizer contribution rate for rice under different climate conditions

進一步結(jié)合雙直線擬合方程（表 3）顯示，熱帶季風(fēng)區(qū)前 16.2 a的水稻肥料貢獻率年均增幅為0.52%，而在16.2 a后的年均增幅為0.82%。溫帶和亞熱帶季風(fēng)區(qū)的水稻肥料貢獻率分別在15.2和20.5 a達到穩(wěn)定，對應(yīng)的水稻肥料貢獻率分別為42.06%和 53.21%。根據(jù)擬合方程的斜率發(fā)現(xiàn)，水稻肥料貢獻率在達到穩(wěn)定之前，溫帶季風(fēng)區(qū)的水稻肥料貢獻率年均增幅（1.02%）明顯高于亞熱帶季風(fēng)區(qū)（0.75%）。

表3 不同氣候條件下水稻肥料貢獻率（y, %）與施肥時間（x, a）的相關(guān)關(guān)系Table 3 The relationship between fertilizer contribution rate for rice (y, %) and fertilization time (x, a) under different climate conditions

2.4 不同土壤質(zhì)地條件下水稻肥料貢獻率年際變化

不同土壤質(zhì)地下水稻肥料貢獻率差異較大（圖4），近30年間，黏土、壤土和砂土的水稻肥料貢獻率分別為43.25%—64.80%、40.65%—48.46%和26.20% —45.98%，其中年均水稻肥料貢獻率大體呈現(xiàn)為黏土＞壤土＞砂土。隨著施肥年限的延長，黏土的水稻肥料貢獻率表現(xiàn)出前期（前20 a）增加，后期（20—30 a）穩(wěn)定的趨勢，雙直線方程表明，黏土的水稻肥料貢獻率達到穩(wěn)定（64.5%）的施肥年限為20.9 a，其在施肥20.9 a 之前的年均增幅為1.33%。而壤土的水稻肥料貢獻率呈現(xiàn)前期（前20 a）增加，后期（20—30 a）降低的趨勢，雙直線方程（表 4）顯示，壤土的水稻肥料貢獻率在施肥前17.5 a的年均增幅為0.64%，施肥年限大于17.5 a，其年均降幅為0.42%。砂土的水稻肥料貢獻率則無明顯規(guī)律。

圖4 不同土壤質(zhì)地的水稻肥料貢獻率年際變化Fig.4 Interannual variation of fertilizer contribution rate for rice under different soil textures

表4 不同土壤質(zhì)地水稻肥料貢獻率（y, %）與施肥時間（x,a）的相關(guān)關(guān)系Table 4 The relationship between fertilizer contribution rate of rice (y, %) and fertilization time (x, a) under different soil textures

2.5 不同因素對水稻肥料貢獻率的影響程度

肥料種類、氣象因子和土壤理化指標(biāo)等因素均對水稻肥料貢獻率的變化產(chǎn)生影響（圖 5）。在所有因子中，氮肥和磷肥的相對重要性較高，其次為無霜期、年平均降雨量和年平均溫度，鉀肥的貢獻明顯低于氮肥和磷肥。在氣象因子中，無霜期、年平均降雨量和年平均溫度因素的重要程度明顯大于日照時數(shù)。在土壤理化指標(biāo)中，有機質(zhì)含量的相對重要性最高，其次為有效磷、pH，速效鉀和全氮相對重要性均較低。

圖5 不同因素對水稻肥料貢獻率的重要性Fig.5 Relative variable importance ranking of different factors for the fertilizer contribution rate for rice

3 討論

3.1 全國水稻肥料貢獻率的階段性變化

在水稻生產(chǎn)中，除了作物品種、溫光資源和立地條件之外，氮、磷、鉀肥料在促進水稻生長和提高產(chǎn)量方面也發(fā)揮了重要作用[17]。本研究表明，近 30年來，在施肥區(qū)和不施肥區(qū)水稻品種和栽培技術(shù)相同的情況下，全國尺度上氮、磷、鉀肥對水稻產(chǎn)量的貢獻率維持在41.20%—51.89%，但是，隨著施肥年限增加，肥料貢獻率則呈現(xiàn)出前期（施肥前20年）增加（年均增幅為0.69%），后期（施肥20年之后）穩(wěn)定的趨勢。這與前人的研究結(jié)果相似[8,11]。龔斌磊[18]研究表明，1990—2010年，化肥一直是我國農(nóng)業(yè)增速的主要貢獻因子之一。原因首先與我國自改革開放以來大力推廣化肥施用有關(guān)，但從2015年開始，面對過度的化肥用量增產(chǎn)，農(nóng)業(yè)主管部門開始積極實施化肥“零增長”行動，而各地陸續(xù)開展的化肥減施增效行動在減少化肥資源浪費的同時有效維持了化肥對水稻產(chǎn)量的貢獻水平。其次，隨著秸稈還田、測土配方和綠肥種植的大力推廣，全國稻田的土壤有機質(zhì)、速效氮、速效磷、速效鉀等肥力指標(biāo)的持續(xù)提升[19-23]，李建軍等[24]研究也表明，1988—2012年間，全國稻作區(qū)土壤基礎(chǔ)地力總體呈上升趨勢，這也導(dǎo)致水稻高產(chǎn)對肥料用量的依存度[25]有所降低。然而，基于全國耕地質(zhì)量監(jiān)測平臺進行的長期不施肥處理由于持續(xù)處于地力耗竭狀態(tài)[25]，可能導(dǎo)致本研究計算的水稻肥料貢獻率存在高估的現(xiàn)象。因此，如何結(jié)合模型模擬等方法進一步精準(zhǔn)評估水稻肥料貢獻率仍是未來研究的重點方向之一。此外，需要注意的是，本文數(shù)據(jù)主要來自全國稻作區(qū)338個耕地質(zhì)量監(jiān)測點位。由耕地質(zhì)量監(jiān)測點位反映的水稻肥料貢獻率時空變化，能否代表大面積水稻生產(chǎn)尤其是高產(chǎn)稻田的肥料貢獻率時空變化，有待進一步研究。

3.2 不同稻作模式、區(qū)域、氣候和土壤質(zhì)地對肥料貢獻率的影響

受水稻品種、土壤類型和溫度光照等環(huán)境因素以及施肥、耕作和水分管理等人為因素的影響，全國不同稻作模式、區(qū)域的水稻產(chǎn)量差異較大[26-27]，進而直接導(dǎo)致水稻的肥料貢獻率在不同稻作模式、區(qū)域、氣候帶和土壤質(zhì)地等均存在明顯差異。雙直線擬合方程顯示，不同稻作模式、區(qū)域、氣候和土壤質(zhì)地條件下，水稻肥料貢獻率也大體呈現(xiàn)出前期增加后期穩(wěn)定的趨勢。在1988—2017年間，在施肥區(qū)和不施肥區(qū)水稻品種和栽培技術(shù)相同的條件下，單季稻的年均肥料貢獻率（49.52%）明顯高于雙季稻和水稻-其他作物輪作，且在水稻肥料貢獻率達到穩(wěn)定前，單季稻的肥料貢獻率年均增幅（1.05%）也顯著高于雙季稻和水稻-其他作物輪作，原因可能是單季稻主要分布在東北地區(qū)，再加上單季稻的生育期較長，其較高的單產(chǎn)水平對外源肥料的需求較高[28]，但具體原因還應(yīng)進一步分析。

在不同區(qū)域間，水稻的年均肥料貢獻率則表現(xiàn)出西南最高（52.48%），其次為東北（46.10%）、長江中游（44.83%）、華北（44.96%）和長江下游（43.49%），華南地區(qū)最低（43.12%），原因主要有：西南區(qū)域較低的土壤基礎(chǔ)地力導(dǎo)致水稻對肥料依賴性較高[29]，而東北黑土開墾為水稻土，土壤有機質(zhì)逐漸降低也是其水稻肥料貢獻率較高的主要原因[30]；同時，長江中游、華北、長江下游和華南地區(qū)的土壤肥力在1988—2017年均得到較高提升[20-23]，從而導(dǎo)致其水稻的肥料貢獻率明顯低于西南和東北地區(qū)。不同區(qū)域的水稻肥料貢獻率在達到穩(wěn)定之前，東北、華北、西南地區(qū)的水稻肥料貢獻率年均增幅（1.02%—1.42%）明顯高于長江中游、長江下游和華南（0.24%—0.78%）地區(qū)，原因可能與不同區(qū)域的化肥用量增長速率不同有關(guān)[31]。

在不同氣候條件下，熱帶季風(fēng)區(qū)水稻的肥料貢獻率（34.57%）明顯低于溫帶和亞熱帶季風(fēng)區(qū)（45.90%和49.23%）。原因一方面與熱帶季風(fēng)區(qū)較為充足的溫光資源為水稻生產(chǎn)提供了較好的物質(zhì)條件，從而降低了水稻產(chǎn)量對外源肥料的依存度。另一方面，與熱帶季風(fēng)區(qū)較高的肥料投入量有關(guān)，熱帶季風(fēng)區(qū)的水稻生產(chǎn)中，高溫高濕的條件和較多的降雨量可能導(dǎo)致化肥損失較高，進而導(dǎo)致化肥利用率降低[32]，化肥利用效率下降是我國化肥施用強度增加的主導(dǎo)因素[33]。不同氣候條件下，水稻的肥料貢獻率在達到穩(wěn)定之前，溫帶的水稻肥料貢獻率年均增幅（1.02%）明顯高于亞熱帶（0.75%）。這可能是我國南方亞熱帶稻作區(qū)的土壤酸化趨勢限制了水稻肥料貢獻率的增速[34]。此外，水稻肥料貢獻率的變化還受水稻品種和上季作物肥料殘效的影響[25]，因此，關(guān)于肥料貢獻率的時空差異仍需進一步研究。

不同土壤質(zhì)地類型下，近30年水稻的年均肥料貢獻率大體呈現(xiàn)為黏土＞壤土＞砂土。這主要與土壤的質(zhì)地特性相關(guān)[35]，黏土質(zhì)地的土壤致密，通氣性差，導(dǎo)致水稻對肥料的依存度增強；砂土質(zhì)地土壤較低的水稻肥料貢獻率則主要與本研究中質(zhì)地為砂土的水稻土大部分屬于河流沖積物或湖泊沉積物形成，其肥力水平普遍較高有關(guān)。進一步研究發(fā)現(xiàn)，水稻的肥料貢獻率在達到穩(wěn)定或拐點之前，壤土的水稻肥料貢獻率年均增幅（0.64%）明顯低于黏土（1.33%）。這可能與初始的土壤性質(zhì)有關(guān)，在質(zhì)地為黏土的水稻土上，較低的土壤肥力水平在外源肥料投入下，水稻產(chǎn)量可以快速增加[25]。

3.3 影響肥料貢獻率時空變化的主要因子

在我國稻作區(qū)，由于水稻品種和環(huán)境因素的多樣性[36-38]，影響水稻肥料貢獻率的因子較為復(fù)雜。本研究發(fā)現(xiàn)，與其他因子相比，氮肥和磷肥對水稻產(chǎn)量的貢獻率起到了十分重要的作用，這充分說明了合理施用氮、磷肥的重要意義。在未來的水稻生產(chǎn)中，進一步優(yōu)化氮、磷肥的品種和施用技術(shù)仍是穩(wěn)定和提高水稻產(chǎn)能的關(guān)鍵措施。同時，無霜期、年平均降雨量和年平均溫度等氣象因子也是影響水稻肥料貢獻率的關(guān)鍵指標(biāo)，而日照時數(shù)對水稻肥料貢獻率的影響則較小，這主要與我國水稻種植范圍廣泛、不同區(qū)域的氣候條件差異較大有關(guān)。韓天富等[26]研究也表明，施肥對水稻產(chǎn)量的提高效應(yīng)主要受種植區(qū)域的調(diào)控。在土壤肥力方面，土壤有機質(zhì)含量對水稻肥料貢獻率的影響程度明顯高于其他指標(biāo)，這與前人的研究結(jié)果相似[15]，因此，通過秸稈還田、綠肥種植和施用有機肥提升稻作區(qū)的土壤有機質(zhì)含量至關(guān)重要。但是，由于秸稈腐解過程復(fù)雜[39]、傳統(tǒng)的紫云英綠肥種植成本較高[40]、有機肥存在運輸成本高和施用量大[41]等缺點，根據(jù)區(qū)域特色，建議進一步結(jié)合腐解菌配施、油菜綠肥和炭基肥等措施，不斷推動稻作區(qū)土壤有機質(zhì)增加，從而為稻作區(qū)的可持續(xù)生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

在我國的水稻生產(chǎn)中，西南地區(qū)較高的肥料貢獻率（55.82%）雖然可以在一定程度上說明肥料對于水稻產(chǎn)量的重要性[11]，但是，需要說明的是，水稻肥料貢獻率并不是越高越好，較高的肥料貢獻率也反過來說明土壤地力的貢獻率較低[24-25]，因此，在我國的水稻生產(chǎn)中，建議水稻肥料貢獻率較高的西南地區(qū)進一步結(jié)合土壤地力提升技術(shù)合理調(diào)控肥料和地力對水稻產(chǎn)量的貢獻；而在水稻肥料貢獻率較低的長江中游、華北、東北、華南和長江下游地區(qū)（44.25%—46.73%），則要優(yōu)化肥料施用策略來提高肥料利用率，同時，要兼顧土壤地力穩(wěn)定，從而實現(xiàn)土壤地力和肥料貢獻率的協(xié)同提升目標(biāo)。

4 結(jié)論

在施肥區(qū)和不施肥區(qū)水稻品種和栽培技術(shù)相同的條件下，1988—2017年間全國稻作區(qū)氮、磷、鉀肥對水稻產(chǎn)量的貢獻率為41.20%—51.89%，且隨著施肥年限增加，水稻肥料貢獻率呈現(xiàn)出前20年逐漸增加，近10年穩(wěn)定的趨勢，單季稻的年均水稻肥料貢獻率（49.52%）明顯高于雙季稻和水稻-其他作物輪作。不同地區(qū)的水稻肥料貢獻率在施肥15—19 a后達到穩(wěn)定（42.06%—57.68%），其中西南地區(qū)最高，而東北最低。在不同氣候條件下，溫帶和亞熱帶的年均水稻肥料貢獻率明顯高于熱帶，不同土壤質(zhì)地間則表現(xiàn)出黏土的水稻肥料貢獻率明顯高于壤土和砂土。在所有因子中，氮肥和磷肥是影響水稻肥料貢獻率變化的主要因子。同時，土壤有機質(zhì)含量對水稻肥料貢獻率的影響程度明顯高于其他土壤肥力指標(biāo)。因此，綜合考慮稻作模式、區(qū)域、氣候條件和土壤質(zhì)地等因素，并重點從優(yōu)化氮、磷肥施用出發(fā)，進一步結(jié)合土壤有機質(zhì)水平進行水稻肥料貢獻率的評估對于指導(dǎo)水稻可持續(xù)豐產(chǎn)具有重要意義。