我國小麥和玉米相對產量差時空變異及其對氮肥的響應

申哲，韓天富，曲瀟林，馬常寶，王慧穎，柳開樓，黃晶,4，都江雪，張璐,4，劉立生,4，李繼文，張會民,4

我國小麥和玉米相對產量差時空變異及其對氮肥的響應

申哲1，韓天富1，曲瀟林2，馬常寶2，王慧穎2，柳開樓3，黃晶1,4，都江雪1，張璐1,4，劉立生1,4，李繼文1，張會民1,4

1中國農業(yè)科學院農業(yè)資源與農業(yè)區(qū)劃研究所/北方干旱半干旱耕地高效利用全國重點實驗室，北京 100081；2農業(yè)農村部耕地質量監(jiān)測保護中心，北京 100125；3江西省紅壤研究所/國家紅壤改良工程技術研究中心，江西進賢 331717；4中國農業(yè)科學院衡陽紅壤實驗站/湖南祁陽農田生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學觀測研究站，湖南祁陽 426182

【目的】探究近15—20 年我國小麥和玉米相對產量差的時空變異特征、影響因素以及不同地力水平下相對產量差對氮肥的響應，為氮肥的合理施用及實現(xiàn)小麥和玉米的高產穩(wěn)產提供理論依據(jù)?！痉椒ā炕谵r業(yè)農村部耕地土壤質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，用施肥區(qū)與無肥區(qū)作物產量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤性質改變所貢獻的相對產量（RY），利用高產農戶統(tǒng)計法獲取最高相對產量（HRY）、平均相對產量（ARY）和相對產量差（GRY），根據(jù)無肥區(qū)產量劃分低、中、高基礎地力水平，量化不同基礎地力水平下小麥、玉米相對產量差與氮肥用量的關系，并結合隨機森林模型探討施肥和土壤因素對相對產量差影響的重要程度?！窘Y果】全國小麥的HRY為3.83—6.75 t·hm-2，ARY為2.10—3.42 t·hm-2，GRY為1.73—3.33 t·hm-2，相對產量差占最高相對產量的44.64%—49.06%。小麥HRY、ARY和GRY均是華北區(qū)＞長江中下游區(qū)＞西北區(qū)＞西南區(qū)。玉米的HRY為6.53—8.20 t·hm-2，ARY為3.37—4.12 t·hm-2，GRY為3.16—4.08 t·hm-2，相對產量差占最高相對產量的44.78%—50.52%。玉米HRY、ARY和GRY均是東北區(qū)＞華北區(qū)＞西南區(qū)＞西北區(qū)。除華北區(qū)外，各個區(qū)域HRY和GRY均隨監(jiān)測時間的延長呈上升趨勢。除西北區(qū)外，在低、中地力土壤上GRY隨著氮肥施用量的增加而降低，而在高地力土壤上，下降不顯著。華北區(qū)小麥和玉米、長江中下游區(qū)小麥和東北區(qū)玉米在低、中地力土壤均出現(xiàn)了氮肥施用平衡點。整體而言，在低、中地力土壤上，氮肥施用量和土壤有機質含量是影響小麥和玉米GRY相對重要的因子；高地力土壤上，鉀肥用量對長江中下游和華北區(qū)的GRY影響較大，有機質含量對西北和西南區(qū)的GRY影響顯著?！窘Y論】土壤地力水平越高，施用氮肥降低相對產量差的效應越低，高地力土壤應適當減施氮肥。為保證作物增產的同時避免氮肥的浪費和環(huán)境風險，建議氮肥施用量不宜超過其平衡點，即華北平原低、中地力土壤上小麥氮肥推薦施用量分別為260.6和159.2 kg·hm-2，玉米分別為262.6和246.0 kg·hm-2；長江中下游區(qū)低、中地力土壤上小麥分別為199.5和187.5 kg·hm-2；東北區(qū)低、中地力水平土壤上玉米分別為259.5和228.0 kg·hm-2。西南區(qū)低、中地力和西北區(qū)低地力土壤，應適當增加氮肥投入。此外，長江中下游和華北區(qū)高地力土壤上還應注重施用鉀肥，西北、西南區(qū)應當將提升土壤有機質作為增產的主要措施。

小麥；玉米；相對產量；相對產量差；氮肥

0 引言

【研究意義】小麥和玉米作為我國主要糧食作物，產量約占全國糧食總產量的59.9%[1]，在保障糧食安全中發(fā)揮重要作用。要滿足不斷增長的人口對糧食的需求，2030年我國糧食總產必須在現(xiàn)有基礎上增加 40%以上，單產提高 45%以上，即年均增長率要達到 2.0%[2]。然而，近些年來主要糧食作物單產的增長率出現(xiàn)了停滯或下降的趨勢[3]，生產潛力并沒有得到完全發(fā)揮，潛在產量和實際產量的差距依然較大[4]。氮素是影響小麥、玉米產量最重要的限制因子[5]，氮肥施用在提高作物產量方面發(fā)揮著重要作用[6]。但是，與糧食高產的國家相比，我國小麥和玉米生產存在單產不高、氮肥投入過高的現(xiàn)象[7]，并由此導致了土壤酸化、面源污染、溫室氣體排放等環(huán)境惡化問題[8]。因此，深入探究小麥和玉米的產量潛力和產量差及其對氮肥的響應，對提升糧食生產能力、保障糧食和資源環(huán)境安全具有重要的現(xiàn)實意義。【前人研究進展】聯(lián)合國糧農組織數(shù)據(jù)表明，肥料對全球糧食產量的貢獻率為40%—60%[9]。我國學者也對肥料增產效果作了大量研究：何萍等[10]在北方七省的研究表明，氮肥、磷肥和鉀肥分別使玉米增產1.89、0.95和0.97 t·hm-2，氮肥增產效果更明顯；徐春麗等[11]對西南地區(qū)玉米施肥產量進行研究，發(fā)現(xiàn)2006—2018年間常規(guī)施肥貢獻的相對產量平均為3.3 t·hm-2，相對產量潛力最高可達7.3 t·hm-2；LIU等[12]對2000—2008年間我國華北、長江中下游、西北地區(qū)小麥產量進行統(tǒng)計，得到這三個區(qū)域的相對產量分別為2.65、3.77和1.74 t·hm-2。總結發(fā)現(xiàn)，不同區(qū)域施肥對作物的增產效應存在較大差異，原因主要是土壤地力顯著影響作物對養(yǎng)分的利用。曾祥明等[13]發(fā)現(xiàn)土壤基礎地力提高，氮肥增產效果下降。因此在部分地區(qū)盲目增加氮肥用量，并不會使作物產量達到生產潛力，反而會造成一系列環(huán)境問題[14]。當前學者也關注對作物產量差的研究，多采用作物模型模擬法、田間試驗產量和高產農戶統(tǒng)計法來定量作物生產潛力，從而計算出產量差[15]。這種以絕對產量計算出的產量差受氣候、作物管理措施、土壤肥力、病蟲草害、水分供應等多種因素的影響，難以精準地找到限制因子從而縮小產量差。為此，本研究借鑒產量差這一概念，以相對產量代替絕對產量表征施肥的增產效應，最高相對產量代表某一地區(qū)單位面積土地上，在當前的氣候條件及管理水平下，能夠通過施肥引起的最大增產量，主要受肥料投入和地力水平的影響；相對產量差指農民通過施肥達到的實際增產量與最大增產量（最高相對產量）之間的差距，相對產量差表征施肥的增產潛力?！颈狙芯壳腥朦c】我國小麥和玉米種植范圍廣，由于氣候、種植制度和土壤類型的差異，導致不同地區(qū)相對產量及其影響因素差別較大。當前多數(shù)研究尺度范圍和時間跨度較小，不能準確評估全國尺度小麥、玉米相對產量的時空演變規(guī)律；同時，由于沒有引入相對產量差，未能回答各區(qū)域是否還可通過施肥來實現(xiàn)增產以及增產潛力的問題。氮肥投入有利于縮減相對產量差，而目前關于土壤基礎地力、作物相對產量差和氮肥施用之間的關系仍不明確。【擬解決的關鍵問題】本研究基于農業(yè)農村部耕地質量監(jiān)測近15—20年的田間試驗數(shù)據(jù)，選取不施肥和農民常規(guī)施肥處理，用施肥區(qū)與無肥區(qū)小麥、玉米產量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤性質改變所貢獻的相對產量，并利用高產農戶統(tǒng)計法量化最高相對產量、平均相對產量和相對產量差。從全國尺度上分析小麥和玉米相對產量差的時空變異特征及影響因素，進而探究不同地力水平下相對產量差對氮肥的響應，旨在更精準、有針對性地為氮肥的合理施用并實現(xiàn)小麥和玉米的高產穩(wěn)產提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

分析數(shù)據(jù)來源于1988年以來的農業(yè)農村部耕地質量監(jiān)測田間試驗數(shù)據(jù)。由于1998年以前的監(jiān)測點位較少，可能無法代表各個區(qū)域當年的產量水平，故本研究選取1998—2019年間的監(jiān)測數(shù)據(jù)進行分析。以小麥和玉米等旱地作物為主的監(jiān)測點位主要分布在以下5個區(qū)域：華北區(qū)（北京、天津、河北、河南、山東和山西，270個點），西北區(qū)（內蒙古、陜西、甘肅、寧夏、青海和新疆，67個點），東北區(qū)（黑龍江、吉林和遼寧，240個點），長江中下游區(qū)（湖北、湖南、安徽、江蘇、上海和浙江，137個點），西南區(qū)（重慶、四川、貴州、云南和廣西，69個點），共計783個點位。華北和西南區(qū)為小麥-玉米輪作；西北除陜西為小麥-玉米輪作外其他省份為小麥或玉米單作，東北區(qū)為玉米單作，長江中下游區(qū)為水稻-小麥輪作。

各監(jiān)測點位由我國農業(yè)部門綜合考慮不同農業(yè)生產區(qū)的實際情況（包括土壤肥力、施肥、灌溉、種植類型和產量水平等）進行布置，且均由當?shù)剞r技推廣部門進行統(tǒng)一管理。同時，由于耕地屬性和生產方式的變化，各區(qū)域的耕地監(jiān)測也在不斷進行動態(tài)調整，在全國尺度上具有較好的代表性和權威性。各監(jiān)測點設置無肥區(qū)（不施入任何肥料）和常規(guī)施肥區(qū)（根據(jù)當?shù)剞r民施肥習慣確定）兩個處理，每個小區(qū)面積不低于 334 m2，為防止水肥橫向轉移，小區(qū)間用水泥板或者其他材料做擋板。不施肥處理和施肥處理除了肥料投入不同外，其他管理措施均相同。

1.2 數(shù)據(jù)收集和分析

每一季作物成熟后均采用去邊行后實打實收的方法測定產量[16-17]。本研究以施肥區(qū)與無肥區(qū)作物產量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤地力提升所貢獻的相對產量（relative yield, RY, t·hm-2），并利用高產農戶統(tǒng)計法量化最高相對產量（high relative yield, HRY, t·hm-2）、平均相對產量（average relative yield, ARY, t·hm-2）和相對產量差（relative yield gap, GRY, t·hm-2），相對產量差表征施肥的增產潛力。具體計算公式如下：

F-NF（1）

RY=（2）

式中，代表相對產量，F(xiàn)和NF分別代表施肥區(qū)和無肥區(qū)的作物產量，RY指相對產量差，代表最高相對產量，為該區(qū)域農戶相對產量前5%的平均值[18]，代表平均相對產量，是該地區(qū)所有農戶相對產量的平均值，上述指標的單位均為t·hm-2?；A地力水平根據(jù)無肥區(qū)產量來劃分，前25%為高地力水平，后25%為低地力水平，中間50%為中地力水平[13]。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，1998—2010年我國谷物的單位面積化肥用量持續(xù)上升且變異較大，2010年之后保持平穩(wěn)且略有下降[19]，故用近10年（2010—2019年）的監(jiān)測數(shù)據(jù)擬合相對產量差與氮肥施用量之間的關系，為當前氮肥合理施用量的推薦提供依據(jù)。

每年最后一季作物收獲后，各監(jiān)測點采集0—20 cm土層土樣，按照全國農業(yè)技術推廣服務中心《土壤分析技術規(guī)范》[20]測定土壤pH、有機質、全氮、有效磷和速效鉀等各項指標。

試驗數(shù)據(jù)用Excel 2019整理，小麥和玉米相對產量差的年際變化及其對氮肥的響應均采用SigmaPlot14.0軟件進行繪圖和擬合，使用R 3.5.2中“隨機森林（random forest）”軟件包分析各因素對小麥和玉米相對產量差的貢獻度。由于部分年份數(shù)據(jù)缺失和偏少的原因，僅華北區(qū)小麥和玉米相對產量差包含近20年（1998—2019年）的年際變化，其他區(qū)域均為近15年（2004—2019年）。

2 結果

2.1 小麥和玉米相對產量和相對產量差的時空變異特征

全國小麥的最高相對產量為3.83—6.75 t·hm-2，平均相對產量為2.10—3.42 t·hm-2，占最高相對產量的50.94%—55.36%。相對產量差為1.73—3.33 t·hm-2，占最高相對產量的44.64%—49.06%。從空間變異上來看，小麥最高相對產量和相對產量差均是華北區(qū)（6.75和3.42 t·hm-2）＞長江中下游區(qū)（5.79和2.70 t·hm-2）＞西北區(qū)（4.36和1.98 t·hm-2）＞西南區(qū)（3.83和1.73 t·hm-2）。從時間變化上來看，除華北地區(qū)的相對產量差變化趨勢不顯著外，各個區(qū)域小麥最高相對產量、平均相對產量和相對產量差均呈上升趨勢（圖1，＜0.05）。

全國玉米的最高相對產量為6.53—8.20 t·hm-2，平均相對產量為3.37—4.12 t·hm-2，占最高相對產量的49.48%—55.22%。相對產量差為3.16—4.08 t·hm-2，占最高相對產量的44.78%—50.52%。從空間變異上來看，玉米的相對產量和相對產量差均是東北區(qū)（8.20和4.08 t·hm-2）＞華北區(qū)（7.23和3.70 t·hm-2）＞西南區(qū)（6.82和3.22 t·hm-2）＞西北區(qū)（6.53和3.16 t·hm-2）。各個區(qū)域玉米的最高相對產量和相對產量差呈現(xiàn)顯著上升的趨勢（＜0.05），平均相對產量呈上升或不變的趨勢（圖2）。

2.2 不同地力水平下小麥和玉米相對產量差對氮肥的響應

根據(jù)無肥區(qū)產量劃分不同地力水平，并進一步用線性和雙直線模型擬合不同地力水平下小麥和玉米的相對產量差與氮肥用量的關系（圖3和圖4）。除西北地區(qū)外，其他區(qū)域中、低地力土壤的相對產量差隨著氮肥用量增加而顯著降低，低地力土壤上相對產量差下降幅度大，中地力土壤下降幅度小。通過方程擬合結果可知，部分區(qū)域出現(xiàn)了氮肥用量的平衡點，當施用量大于平衡點時，相對產量差趨于穩(wěn)定，說明大于平衡點時較難通過提高氮肥用量進一步提高作物產量，故氮肥施用量不宜超過其平衡點。而在高地力土壤上，相對產量差與氮肥用量無顯著相關性。

對小麥而言，華北低地力土壤氮肥施用的平衡點為260.6 kg·hm-2，對應的相對產量差為2.31 t·hm-2；中地力土壤氮肥施用的平衡點為159.2 kg·hm-2，此時相對產量差為4.00 t·hm-2。長江中下游低、中地力土壤氮肥施用的平衡點分別為199.5和187.5 kg·hm-2，對應的相對產量差分別為2.20和3.17 t·hm-2。而在西北和西南，小麥的氮肥用量未出現(xiàn)相應的平衡點。從線性模型的擬合結果來看，在西南地區(qū)氮肥對低地力土壤小麥相對產量差降低效應高于中地力土壤，在西北地區(qū)氮肥投入僅對低地力土壤的相對產量差有降低作用，與中地力土壤的相對產量差無顯著相關性（圖3）。

西北2013年和西南2015年小麥監(jiān)測點位較少，不具有代表性，故圖中無該年份數(shù)據(jù)

對玉米而言，華北低地力、中地力土壤上玉米氮肥施用的平衡點分別為262.5和246.0 kg·hm-2，對應的相對產量差分別為2.55和3.39 t·hm-2；東北低、中地力土壤上氮肥用量的平衡點分別為259.5和228.0 kg·hm-2，對應的相對產量差分別為2.98和4.85 t·hm-2。與小麥的結果類似，西北和西南地區(qū)玉米的氮肥投入量未出現(xiàn)平衡點，在西南地區(qū)氮肥對低、中地力土壤上玉米相對產量差均有降低效應，但在西北地區(qū)氮肥投入僅對低地力土壤的相對產量差有降低作用（圖4）。

2.3 不同地力水平下影響小麥和玉米相對產量差的因素

對小麥而言，除西北中地力土壤外，其他低、中地力土壤上，氮肥施用量和有機質均顯著影響相對產量差。同時，pH和鉀肥用量分別是影響長江中下游地區(qū)低地力土壤和西南地區(qū)中地力土壤小麥相對產量差的重要因素。而在高地力土壤上，鉀肥用量和有機質分別對長江中下游和西南地區(qū)小麥相對產量差的影響程度較大，其他區(qū)域各因素作用均不顯著（圖5）。

除西北中地力土壤外，其他低、中地力土壤上，氮肥施用量均對玉米相對產量差有顯著影響。同時，有機質顯著影響華北地區(qū)低地力和西北、西南地區(qū)低、中地力土壤的玉米相對產量差；而在東北地區(qū)，磷肥用量是低、中地力水平下影響相對產量差的重要因素。高地力水平下，鉀肥用量和有機質分別對華北和西北地區(qū)玉米相對產量差的影響程度較大（圖6）。整體而言，相較于其他指標，氮肥用量和有機質的重要性相對較高。

3 討論

3.1 小麥和玉米相對產量及相對產量差時空差異分析

本研究基于近15—20年農業(yè)農村部耕地質量監(jiān)測數(shù)據(jù)，從全國尺度上分析了小麥和玉米相對產量差的時空變異特征，結果表明，全國小麥的相對產量差為1.73—3.33 t·hm-2，占最高相對產量的44.64%—49.06%。全國玉米的相對產量差為3.16— 4.08 t·hm-2，占最高相對產量的44.78%—50.52%，說明小麥和玉米通過施肥的增產潛力均較大。前人研究表明，我國小麥的增產潛力為45%，玉米的增產潛力為52%[4]，與本研究結果相近。李勤英等[21]基于我國冬小麥14個站點近25年（1990—2015）農業(yè)氣象站的觀測資料，發(fā)現(xiàn)提高肥料投入的增產潛力為0.53—3.12 t·hm-2，接近于本研究中北方冬小麥的相對產量差（1.98—3.33 t·hm-2）。徐春麗等[11]對西南地區(qū)玉米施肥產量進行研究，發(fā)現(xiàn)2006—2018年間常規(guī)施肥貢獻的相對產量平均為3.3 t·hm-2，與本研究中西南地區(qū)的玉米平均相對產量3.70 t·hm-2相近。

華北2006年玉米監(jiān)測點位較少，不具有代表性，故圖中無該年份數(shù)據(jù)

在區(qū)域上，華北的小麥和東北的玉米相對產量差最高（分別為3.33和4.08 t·hm-2），通過改善養(yǎng)分管理實現(xiàn)增產的潛力（分別為49.06%和50.52%）最大；而西南和西北的小麥增產潛力（分別為44.64%和45.04%）、玉米（分別為47.21%和44.78%）增產潛力較小。前人的研究也表明，目前東北地區(qū)玉米的實際產量僅達到產量潛力的50%左右[22]，雖然黑土地區(qū)較高的基礎地力保證了玉米的高產和穩(wěn)產，但施肥量的減少降低了施肥的增產效果[23]；華北平原小麥產量潛力平均為8.1 t·hm-2，而農戶實際產量僅達到潛在產量的56%[24]，黃少輝等[25]認為華北地區(qū)產量差大的主要原因為氮肥利用效率低，通過配方施肥可縮減產量差高達3.86 t·hm?2。西北地區(qū)較為干旱，水分是限制當?shù)匦←満陀衩桩a量的主要因子，故僅靠肥料投入來實現(xiàn)增產的潛力較小[26]。西南地區(qū)土壤供肥能力差，導致小麥和玉米增產潛力低。有研究表明西南地區(qū)旱地土壤有機質含量在近20年間呈穩(wěn)中有降趨勢[16]，且該區(qū)域氮肥、磷肥偏生產力較低[17,27]。從時間變異上看，各區(qū)域小麥和玉米的相對產量差均隨著時間出現(xiàn)了不同程度的擴大趨勢，這說明多數(shù)農戶小麥和玉米平均相對產量增加速度小于高產農戶相對產量增長速度，原因可能是部分區(qū)域基礎設施水平低、肥料利用率低等。

T1和T2分別代表低、中地力土壤上的氮肥施用平衡點。圖4同

圖4 不同地力水平下玉米相對產量差與氮肥用量的關系

氮肥用量（NF）、磷肥用量（PF）、鉀肥用量（KF）、土壤有機質含量（SOM）、有效磷含量（AP）、速效鉀含量（AK）、全氮含量（TN）。*表示P＜0.05，**表示P＜0.01。圖6同

圖6 不同地力水平下各因素對玉米相對產量差的重要性分析

3.2 不同地力水平下小麥和玉米相對產量差對氮肥響應的差異

隨著土壤地力的提高，土壤地力對產量的貢獻率逐漸提高，對化肥的依賴程度逐漸降低。本文結果表明，對低、中地力土壤來說，小麥和玉米相對產量差隨著氮肥用量的增加而降低，低地力水平上產量差下降幅度大，中地力水平下降幅度小。而在高地力土壤上，相對產量差隨氮肥施用量的變化趨勢不顯著。這說明，土壤地力水平越高，供氮量越高，作物對土壤氮的依賴性越高，相應對肥料氮的依賴性越低，從而降低氮肥的增產效應。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)部分區(qū)域（華北、東北和長江中下游）的低、中地力土壤上出現(xiàn)了氮肥施用量的平衡點，當施用量大于平衡點時，相對產量差趨于穩(wěn)定，說明僅通過增施氮肥很難進一步提高產量，基于氮肥平衡點，可為相應區(qū)域推薦合理的氮肥用量，實現(xiàn)最大限度提高產量的同時避免氮肥的浪費和環(huán)境污染。對于小麥而言，氮肥施用量的平衡點在159.2—260.6 kg·hm-2之間；玉米氮肥施用量的平衡點在228.0—262.5 kg·hm-2之間。武良[28]總結了2005—2010 年農業(yè)農村部在全國組織實施的“3414”田間試驗數(shù)據(jù)，提出各小麥主產區(qū)的推薦氮肥用量為108—199 kg·hm-2，玉米的推薦氮肥施用量為147—204 kg·hm-2。與之相比，本研究推薦的施氮量偏高，可能的原因包括：本研究是基于農業(yè)農村部的全國耕地質量監(jiān)測平臺，常規(guī)施肥區(qū)根據(jù)農戶習慣確定氮肥用量，此用量一般高于測土配方施肥施用量；本文的推薦施肥量針對的是低、中地力土壤，有機質和土壤養(yǎng)分匱乏，合理增施氮肥可顯著提高產量。西南地區(qū)低、中地力水平下，小麥和玉米的相對產量差隨氮肥用量的升高而降低，且并未出現(xiàn)明顯的平衡點，可通過合理增施氮肥實現(xiàn)增產。西北地區(qū)氮肥投入僅對低地力水平下的相對產量差有降低作用，與中地力土壤的相對產量差無顯著相關性，進一步分析表明有機質是調控該區(qū)域小麥和玉米相對產量差的重要因素（圖5和圖6），這說明西北地區(qū)土壤有機質偏低，養(yǎng)分保蓄和供給能力差影響了氮肥的增產作用，應考慮增施有機肥。而高地力土壤上，隨著氮肥用量增加，相對產量差幾乎不變，應合理減施氮肥，減少資源浪費和環(huán)境風險。

3.3 不同地力水平下影響小麥和玉米相對產量差時空變化的因素

施肥是影響小麥和玉米相對產量差的主要因素。有關肥料投入對作物產量的調控作用已得到大量證實[29-30]。本研究結果表明，低、中地力水平下，除西北外，氮肥用量是影響其他區(qū)域小麥和玉米相對產量差的主要因子，這充分說明了施用氮肥對低、中地力土壤上糧食增產的重要意義。李勤英等[21]和CAO等[31]的研究均表明，氮肥用量是影響小麥產量差的最主要因素。然而，隨著地力水平的提升，氮肥增產效率下降[13]。本文研究也表明，高地力水平下，氮肥用量并未顯著影響各區(qū)域相對產量差，而鉀肥用量對長江中下游小麥和華北玉米的相對產量差影響程度較大，說明在這兩個區(qū)域的高地力土壤上提高氮肥投入已經無法達到增產效果，科學增施鉀肥是提高產量的關鍵措施。長江中下游土壤鉀素背景值較低[32]，在土壤基礎地力已經較高的情況下，鉀肥的增產效果更明顯；而華北雖然鉀素的背景值較高，但農民容易忽略鉀肥的施用，前期也有研究表明鉀肥在華北的增產效果較為顯著[16,33]。因此，合理增施鉀肥配合秸稈還田有利于提高長江中下游和華北高地力水平下作物的相對產量。

土壤是作物生產的基礎，作物產量潛力和水肥調控的穩(wěn)定發(fā)揮依賴良好的土壤條件。本研究結果表明，除東北外，其他區(qū)域的低、中地力土壤上，有機質均是影響相對產量差的重要因素，且在土壤較為貧瘠的西北和西南地區(qū)，有機質還顯著影響高地力水平下的相對產量差。湯勇華等[34]、黃少輝等[35]對北方冬小麥基礎地力和產量的研究也表明土壤有機質是影響產量差的重要因素。QIAO等[36]認為，我國玉米產量差主要來源于較低的土壤質量，而有機質是影響土壤質量產量差最重要的因子。有機質含量高的土壤一般含有較豐富的植物所需要的各種營養(yǎng)元素，且土壤物理結構較好，土壤微生物多樣性較高[37]，使得土壤對產量貢獻程度更高。同時，pH也是影響長江中下游低地力土壤小麥相對產量差的重要因素。蔡澤江等[38]依托南方紅壤長期定位試驗，得出pH降低使得作物遭受鋁毒、吸收氮磷鉀元素降低，造成減產的結論。同時，pH降低伴隨著的堿解氮、有效鉀、交換性鈣等營養(yǎng)元素濃度的降低也是導致作物減產的主要原因[39]。本文結果表明，施肥和土壤養(yǎng)分均是影響小麥和玉米相對產量差的重要因素。然而，土壤和施肥管理之間的相互作用及其與作物產量的關系并沒有被深入理解，還需要進一步研究。

4 結論

全國小麥和玉米的相對產量差分別為1.73—3.33和 3.16—4.08 t·hm-2。近15—20年，除華北地區(qū)外，其余區(qū)域的小麥和玉米相對產量差均呈逐年上升的趨勢。華北地區(qū)的小麥和東北地區(qū)的玉米相對產量差最高，增產潛力大；而西南地區(qū)、西北地區(qū)小麥和玉米增產潛力較小。

氮肥施用量和土壤有機質是影響低、中地力水平下作物相對產量差的重要因素。地力水平越高，氮肥縮減相對產量差的效應越低。通過模型擬合，本研究明確了華北、東北和長江中下游地區(qū)的低、中地力土壤上氮肥施用量的平衡點。西南地區(qū)低、中地力水平下，小麥和玉米的相對產量差隨氮肥用量的升高顯著降低，可適當增加氮肥投入提高產量。西北地區(qū)氮肥施用量對相對產量差影響較西南地區(qū)的小，有機質是調控該區(qū)域小麥和玉米相對產量差的重要因素，建議增施有機肥。而高地力土壤上，施用氮肥對相對產量差無顯著影響，建議合理減施氮肥，減少資源浪費和環(huán)境風險，長江中下游和華北高地力土壤上還應注重施用鉀肥以達到增產穩(wěn)產效果。

[1] 中華人民共和國國家統(tǒng)計局. 中國統(tǒng)計年鑒-2021. 北京: 中國統(tǒng)計出版社, 2021.

National Bureau of Statistics of the People's Republic of China. China Statistical Yearbook-2021. Beijing: China Statistics Press, 2021. (in Chinese)

[2] CHEN X P, CUI Z L, FAN M S, VITOUSEK P, ZHAO M, MA W Q, WANG Z L, ZHANG W J, YAN X Y, YANG J C, DENG X P, GAO Q, ZHANG Q, GUO S W, REN J, LI S Q, YE Y L, WANG Z H, HUANG J L, TANG Q Y, SUN Y X, PENG X L, ZHANG J W, HE M R, ZHU Y J, XUE J Q, WANG G L, WU L, AN N, WU L Q, MA L, ZHANG W F, ZHANG F S. Producing more grain with lower environmental costs. Nature, 2014, 514(7523): 486-489.

[3] ORTIZ-BOBEA A, AULT T R, CARRILLO C M, CHAMBERS R G, LOBELL D B. Anthropogenic climate change has slowed global agricultural productivity growth. Nature Climate Change, 2021, 11(4): 306-312.

[4] 劉?；? 陳新平, 崔振嶺, 孟慶鋒, 趙明. 三大糧食作物產量潛力與產量差研究進展. 中國生態(tài)農業(yè)學報, 2015, 23(5): 525-534.

LIU B H, CHEN X P, CUI Z L, MENG Q F, ZHAO M. Research advance in yield potential and yield gap of three major cereal crops. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2015, 23(5): 525-534. (in Chinese)

[5] 王宜倫, 李潮海, 何萍, 金繼運, 韓燕來, 張許, 譚金芳. 超高產夏玉米養(yǎng)分限制因子及養(yǎng)分吸收積累規(guī)律研究. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2010, 16(3): 559-566.

WANG Y L, LI C H, HE P, JIN J Y, HAN Y L, ZHANG X, TAN J F. Nutrient restrictive factors and accumulation of super-high-yield summer maize. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2010, 16(3): 559-566. (in Chinese)

[6] 張玲玲. 黃土高原冬小麥產量差及其水氮利用效率分析[D]. 北京: 中國科學院大學(中國科學院教育部水土保持與生態(tài)環(huán)境研究中心), 2019.

ZHANG L L. Analysis on yield difference and water and nitrogen use efficiency of winter wheat in loess plateau[D]. Beijing: Research Center for Eco-Environmental Sciences, Chinese Academy of Sciences, 2019. (in Chinese)

[7] Lü F L, HOU M M, ZHANG H T, KHAN A, AYAZ M, QIANGJIU C R, HU C L, YANG X Y, SUN B H, ZHANG S L. Closing the nitrogen use efficiency gap and reducing the environmental impact of wheat-maize cropping on smallholder farms in the Guanzhong Plain, Northwest China. Journal of Integrative Agriculture, 2019, 18(1): 169-178.

[8] LIU Z, YU N N, CAMBERATO J J, GAO J, LIU P, ZHAO B, ZHANG J W. Crop production kept stable and sustainable with the decrease of nitrogen rate in North China Plain: an economic and environmental assessment over 8 years. Scientific Reports, 2019, 9(1): 19335.

[9] 曾希柏, 陳同斌, 胡清秀, 林忠輝. 中國糧食生產潛力和化肥增產效率的區(qū)域分異. 地理學報, 2002, 57(5): 539-546.

ZENG X B, CHEN T B, HU Q X, LIN Z H. Grain productivity and its potential as related to fertilizer consumption among different counties of China. Acta Geographica Sinica, 2002, 57(5): 539-546. (in Chinese)

[10] 何萍, 徐新朋, 仇少君, 趙士誠. 我國北方玉米施肥產量效應和經濟效益分析. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2014, 20(6): 1387-1394.

HE P, XU X P, QIU S J, ZHAO S C. Yield response and economic analysis of fertilizer application in maize grown in North China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2014, 20(6): 1387-1394. (in Chinese)

[11] 徐春麗, 謝軍, 王珂, 李丹萍, 陳軒敬, 張躍強, 陳新平, 石孝均. 中國西南地區(qū)玉米產量對基礎地力和施肥的響應. 中國農業(yè)科學, 2018, 51(1): 129-138. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.012.

XU C L, XIE J, WANG K, LI D P, CHEN X J, ZHANG Y Q, CHEN X P, SHI X J. The response of maize yield to inherent soil productivity and fertilizer in the southwest China. Scientia Agricultura Sinica, 2018, 51(1): 129-138. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2018.01.012.(in Chinese)

[12] LIU X Y, HE P, JIN J Y, ZHOU W, SULEWSKI G, PHILLIPS S. Yield gaps, indigenous nutrient supply, and nutrient use efficiency of wheat in China. Agronomy Journal, 2011, 103(5): 1452-1463.

[13] 曾祥明, 韓寶吉, 徐芳森, 黃見良, 蔡紅梅, 石磊. 不同基礎地力土壤優(yōu)化施肥對水稻產量和氮肥利用率的影響. 中國農業(yè)科學, 2012, 45(14): 2886-2894. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2012.14.011.

ZENG X M, HAN B J, XU F S, HUANG J L, CAI H M, SHI L. Effect of optimized fertilization on grain yield of rice and nitrogen use efficiency in paddy fields with different basic soil fertilities. Scientia Agricultura Sinica, 2012, 45(14): 2886-2894. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2012.14.011. (in Chinese)

[14] YANG X L, LU Y L, DING Y, YIN X F, RAZA S, TONG Y A. Optimising nitrogen fertilisation: a key to improving nitrogen-use efficiency and minimising nitrate leaching losses in an intensive wheat/maize rotation (2008–2014). Field Crops Research, 2017, 206: 1-10.

[15] 楊曉光,劉志娟. 作物產量差研究進展. 中國農業(yè)科學, 2014, 47(14): 2731-2741. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2014.14.004.

YANG X G, LIU Z J. Advances in research on crop yield gaps. Scientia Agricultura Sinica, 2014, 47(14): 2731-2741. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2014.14.004. (in Chinese)

[16] 韓天富, 李亞貞, 曲瀟林, 馬常寶, 王慧穎, 黃晶, 柳開樓, 都江雪, 張璐, 劉立生, 張會民. 中國農田小麥和玉米產量時空演變及驅動因素. 農業(yè)工程學報, 2022, 38(1): 100-108.

HAN T F, LI Y Z, QU X L, MA C B, WANG H Y, HUANG J, LIU K L, DU J X, ZHANG L, LIU L S, ZHANG H M. Spatio-temporal evolutions and driving factors of wheat and maize yields in China. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2022, 38(1): 100-108. (in Chinese)

[17] 都江雪, 韓天富, 曲瀟林, 馬常寶, 柳開樓, 黃晶, 申哲, 張璐, 劉立生, 謝建華, 張會民. 中國主要糧食作物磷肥偏生產力時空演變特征及驅動因素. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2022, 28(2): 191-204.

DU J X, HAN T F, QU X L, MA C B, LIU K L, HUANG J, SHEN Z, ZHANG L, LIU L S, XIE J H, ZHANG H M. Spatial-temporal evolution characteristics and driving factors of partial phosphorus productivity in major grain crops in China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizers, 2022, 28(2): 191-204. (in Chinese)

[18] TITTONELL P, VANLAUWE B, CORBEELS M, GILLER K E. Yield gaps, nutrient use efficiencies and response to fertilisers by maize across heterogeneous smallholder farms of western Kenya. Plant and Soil, 2008, 313(1): 19-37.

[19] 侯萌瑤, 張麗, 王知文, 楊殿林, 王麗麗, 修偉明, 趙建寧. 中國主要農作物化肥用量估算. 農業(yè)資源與環(huán)境學報, 2017, 34(4): 360-367.

HOU M Y, ZHANG L, WANG Z W, YANG D L, WANG L L, XIU W M, ZHAO J N. Estimation of fertilizer usage from main crops in China. Journal of Agricultural Resources and Environment, 2017, 34(4): 360-367. (in Chinese)

[20] 全國農業(yè)技術推廣服務中心. 土壤分析技術規(guī)范. 2版. 北京: 中國農業(yè)出版社, 2006.

National Agricultural Technology Extension and Service Center. Technical Specification for Soil Analysis. 2nd ed. Beijing: China Agriculture Press, 2006. (in Chinese)

[21] 李勤英, 姚鳳梅, 張佳華, 曾瑞蕓, 石思琪. 不同農藝措施對縮小冬小麥產量差和提高氮肥利用率的評價. 中國農業(yè)氣象, 2018, 39(6): 370-379.

LI Q Y, YAO F M, ZHANG J H, ZENG R Y, SHI S Q. Evaluation of different agronomic measures on narrowing the yield gap and improving nitrogen use efficiency of winter wheat. Chinese Journal of Agrometeorology, 2018, 39(6): 370-379. (in Chinese)

[22] 侯鵬, 陳新平, 崔振嶺, 王偉, 王立娜, 唐錦福, 張福鎖. 基于Hybrid-Maize模型的黑龍江春玉米灌溉增產潛力評估. 農業(yè)工程學報, 2013, 29(9): 103-112, 295.

HOU P, CHEN X P, CUI Z L, WANG W, WANG L N, TANG J F, ZHANG F S. Evaluation of yield increasing potential by irrigation of spring maize in Heilongjiang Province based on Hybrid-Maize model. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(9): 103-112, 295. (in Chinese)

[23] 高靜, 馬常寶, 徐明崗, 徐志強, 張淑香, 孫楠. 我國東北黑土區(qū)耕地施肥和玉米產量的變化特征. 中國土壤與肥料, 2009(6): 28-31, 56.

GAO J, MA C B, XU M G, XU Z Q, ZHANG S X, SUN N. Change characteristic of fertilization and maize yield on black soil in the Northeast China. Soils and Fertilizers Sciences in China, 2009(6): 28-31, 56. (in Chinese)

[24] 劉建剛, 王宏, 石全紅, 陶婷婷, 陳阜, 褚慶全. 基于田塊尺度的小麥產量差及生產限制因素解析. 中國農業(yè)大學學報, 2012, 17(2): 42-47.

LIU J G, WANG H, SHI Q H, TAO T T, CHEN F, CHU Q Q. Analysis of yield gap and limiting factors for wheat on the farmland. Journal of China Agricultural University, 2012, 17(2): 42-47. (in Chinese)

[25] 黃少輝, 楊云馬, 劉克桐, 孫彥銘, 賈良良. 河北夏玉米產量潛力、產量差與氮肥效率差分析. 玉米科學, 2016, 24(5): 123-127, 135.

HUANG S H, YANG Y M, LIU K T, SUN Y M, JIA L L. Yield potential, yield gap and nitrogen use efficiency gap of summer maize in Hebei Province. Journal of Maize Sciences, 2016, 24(5): 123-127, 135. (in Chinese)

[26] LIU Z J, YANG X G, HUBBARD K G, LIN X M. Maize potential yields and yield gaps in the changing climate of northeast China. Global Change Biology, 2012, 18(11): 3441-3454.

[27] 于靜, 熊興耀, 高玉林, 王貴江, 王萬興, 呂和平, 朱杰華, 石瑛, 楊艷麗, 湯浩, 董道峰, 樊明壽. 中國馬鈴薯不同產區(qū)氮肥利用率的比較分析. 中國蔬菜, 2019(7): 43-50.

YU J, XIONG X Y, GAO Y L, WANG G J, WANG W X, Lü H P, ZHU J H, SHI Y, YANG Y L, TANG H, DONG D F, FAN M S. Comparative analysis of nitrogen use efficiency in different potato production areas of China. China Vegetables, 2019(7): 43-50. (in Chinese)

[28] 武良. 基于總量控制的中國農業(yè)氮肥需求及溫室氣體減排潛力研究[D]. 北京: 中國農業(yè)大學, 2014 .

WU L. Study on agricultural nitrogen demand and greenhouse gas emission reduction potential in China based on total amount control[D]. Beijing: China Agricultural University, 2014. (in Chinese)

[29] MENG Q F, HOU P, WU L, CHEN X P, CUI Z L, ZHANG F S. Understanding production potentials and yield gaps in intensive maize production in China. Field Crops Research, 2013, 143: 91-97.

[30] 孫彥銘, 黃少輝, 劉克桐, 楊云馬, 楊振立, 賈良良. 河北省冬小麥施肥效果與肥料利用率現(xiàn)狀. 江蘇農業(yè)科學, 2019, 47(6): 60-65.

SUN Y M, HUANG S H, LIU K T, YANG Y M, YANG Z L, JIA L L. Fertilization effect and fertilizer utilization rate of winter wheat in Hebei Province. Jiangsu Agricultural Sciences, 2019, 47(6): 60-65. (in Chinese)

[31] CAO H Z, LI Y N, CHEN G F, CHEN D D, QU H R, MA W Q. Identifying the limiting factors driving the winter wheat yield gap on smallholder farms by agronomic diagnosis in North China Plain. Journal of Integrative Agriculture, 2019, 18(8): 1701-1713.

[32] 柳開樓, 都江雪, 馬常寶, 曲瀟琳, 韓天富, 劉淑軍, 黃晶, 李亞貞, 申哲, 張璐, 李冬初, 張會民. 中國主要旱作糧食耕地土壤鉀素的時空演變特征. 土壤學報. https://kns.cnki.net/kcms/detail/32.1119. P.20220303.1348.002.html.

LIU K L, DU J X, MA C B, QU X L, HAN T F, LIU S J, HUANG J, LI Y Z, SHEN Z, ZHANG L, LI D C, ZHANG H M. Spatio-temporal evolution characteristics of soil potassium in main dryfarming grain arable land of China. Acta Pedologica Sinica. https://kns.cnki.net/ kcms/detail/32.1119.P.20220303.1348.002.html. (in Chinese)

[33] TAN D S, JIN J Y, JIANG L H, HUANG S W, LIU Z H. Potassium assessment of grain producing soils in North China. Agriculture, Ecosystems & Environment, 2012, 148: 65-71.

[34] 湯勇華, 黃耀. 中國大陸主要糧食作物地力貢獻率和基礎產量的空間分布特征. 農業(yè)環(huán)境科學學報, 2009, 28(5): 1070-1078.

TANG Y H, HUANG Y. Spatial distribution characteristics of the percentage of soil fertility contribution and its associated basic crop yield in mainland China. Journal of Agro-Environment Science, 2009, 28(5): 1070-1078. (in Chinese)

[35] 黃少輝, 楊云馬, 劉克桐, 孫彥銘, 楊軍芳, 賈良良. 河北省小麥產量潛力、產量差與效率差分析. 作物雜志, 2018(2): 118-122.

HUANG S H, YANG Y M, LIU K T, SUN Y M, YANG J F, JIA L L. Yield potential, yield gap and nitrogen use efficiency gap of winter wheat in Hebei Province. Crops, 2018(2): 118-122. (in Chinese)

[36] QIAO L, SILVA J V, FAN M S, MEHMOOD I, FAN J L, LI R, VAN ITTERSUM M K. Assessing the contribution of nitrogen fertilizer and soil quality to yield gaps: a study for irrigated and rainfed maize in China. Field Crops Research, 2021, 273: 108304.

[37] 張福鎖, 王激清, 張衛(wèi)峰, 崔振嶺, 馬文奇, 陳新平, 江榮風. 中國主要糧食作物肥料利用率現(xiàn)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. Acta Pedologica Sinica, 2008, 45(5): 915-924. (in Chinese)

[38] 蔡澤江, 孫楠, 王伯仁, 徐明崗, 黃晶, 張會民. 長期施肥對紅壤pH、作物產量及氮、磷、鉀養(yǎng)分吸收的影響. 植物營養(yǎng)與肥料學報, 2011, 17(1): 71-78.

CAI Z J, SUN N, WANG B R, XU M G, HUANG J, ZHANG H M. Effects of long-term fertilization on pH of red soil, crop yields and uptakes of nitrogen, phosphorous and potassium. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2011, 17(1): 71-78. (in Chinese)

[39] 曾廷廷, 蔡澤江, 王小利, 梁文君, 周世偉, 徐明崗. 酸性土壤施用石灰提高作物產量的整合分析. 中國農業(yè)科學, 2017, 50(13): 2519-2527. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2017.13.011.

ZENG T T, CAI Z J, WANG X L, LIANG W J, ZHOU S W, XU M G. Integrated analysis of liming for increasing crop yield in acidic soils. Scientia Agricultura Sinica, 2017, 50(13): 2519-2527. doi: 10.3864/ j.issn.0578-1752.2017.13.011. (in Chinese)

Spatial-Temporal Variation of Relative Yield Gap of Wheat and Maize and Its Response to Nitrogen Fertilizer in China

1State Key Laboratory of Efficient Utilization of Arid and Semi-arid Arable Land in Northern China, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2Cultivated Land Quality Monitoring and Protection Center, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100125;3Jiangxi Institute of Redoil/National Engineering and Technology Research Center for Red Soil Improvement, Jinxian 331717, Jiangxi;4Red Soil Experimental Station of Chinese Academy of Agricultural Sciences in Hengyang/National Observation and Research Station of Farmland Ecosystem in Qiyang, Hunan, Qiyang 426182, Hunan

【Objective】This study aimed to explore the spatial-temporal variation characteristics and influencing factors of relative yield gap of wheat and maize in China during the past 15-20 years and the response of relative yield gap to nitrogen fertilizer under different soil productivity levels, so as to provide a theoretical basis for rational application of nitrogen fertilizer and the realization of high and stable yield of wheat and maize.【Method】Based on the long-term monitoring database, the difference of wheat and maize yield between fertilized area and non-fertilized area was used to represent the relative yield (RY). The highest relative yield (HRY), the average relative yield (ARY) and the relative yield gap (GRY) were obtained by using the statistical of high-yielding households, the effects of fertilization and soil factors on the relative yield gap were determined used the random forest model, and soil productivity level was divided according to the yield of non-fertilized area. The relationship between the relative yield gap of wheat and maize and nitrogen application rate under different soil productivity levels was quantified.【Result】HRY of wheat in China was 3.83-6.75 t·hm-2, ARY was 2.10-3.42 t·hm-2, and GRYwas 1.73-3.33 t·hm-2, GRYaccounting for 44.64%-49.06% of HRY. HRY, ARY and GRYof wheat were north China＞middle-lower Yangtze Plain＞northwest China＞southwest China. HRY of maize in China was 6.53-8.20 t·hm-2, ARY was 3.37-4.12 t·hm-2, and GRYwas 3.16-4.08 t·hm-2, GRYaccounting for 44.78%-50.52% of HRY. HRY, ARY and GRYof maize were northeast China＞north China＞southwest China＞northwest China. Except for north China, HRY and GRYof wheat and maize increased with time. Except in northwest China, the GRYdecreased with the increase of nitrogen application rate in low and medium soil productivity, and the decrease amplitude was more significant in low soil productivity level, while the decrease of GRYwith nitrogen application rate in high soil productivity was not significant. Regionally, the balance points of nitrogen fertilizer application were found in wheat and maize in North China, wheat in middle-lower Yangtze Plain, and maize in northeast China at low and medium soil productivity. Overall, the nitrogen application rate and soil organic matter were relatively important influencing factors of GRYfor wheat and maize at low and medium soil productivity. Potassium application had a significant impact on the GRYin middle-lower Yangtze Plain and north China, while organic matter had a significant impact on the GRYin the northwest and southwest China under high soil productivity. 【Conclusion】N application and soil organic matter were important factors affecting the relative yield gap. The higher soil productivity level, the lower the effect of nitrogen fertilizer on reducing the relative yield gap. N fertilizer should be reduced appropriately in high productivity soil. In order to increase yield and avoid the waste of resource and environmental risks, it was suggested that the application rate of nitrogen fertilizer should not exceed its balance point. The recommended application rates of nitrogen fertilizer were 260.6 and 159.2 kg·hm-2for wheat and 262.5 and 246.0 kg·hm-2for maize at low and medium productivity levels in north China, respectively. In the middle-lower Yangtze Plain, 199.5 and 187.5 kg·hm-2were recommended for nitrogen application at low and medium productivity levels, respectively. In northeast China, the recommended amount of N fertilizer application was 259.5 and 228.0 kg·hm-2, respectively. Under low and medium productivity levels in southwest and northwest China, N fertilizer should be appropriately increased. The potassium fertilizer reasonable application should be paid more attention at high soil productivity in north China and middle-lower Yangtze Plain. The improvement of soil organic matter should be as the main measures to achieve high and stable yields in southeast and southwest China.

wheat; maize; relative yield; relative yield gap; nitrogen fertilizer

10.3864/j.issn.0578-1752.2023.14.008

2022-07-11；

2022-11-15

國家自然科學基金（41671301）、中央級公益性科研院所基本科研業(yè)務費專項（GY2022-13-5、G2022-02-2、G2022-02-3、G2022-02-10）、江西省重點研發(fā)計劃項目（20202BBFL63006）、江西省“雙千計劃”項目（jxsq2020102116）、國家綠肥產業(yè)技術體系（CARS-22-Z09）

申哲，E-mail：18211097094@163.com。通信作者張會民，E-mail：zhanghuimin@caas.cn

（責任編輯 李云霞）