全 文 ：施肥进步在粮食增产中的贡献及
其地理分异*
沈善敏
宇万太
陈
欣
张
璐

(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110015)
刘鸿翔
王德禄
(中国科学院黑江农业现代化研究所, 哈尔滨 150040)
王凯荣
周卫军
谢小立
(中国科学院长沙农业现代化研究所, 长沙 410125)
摘要
采用中长期田间试验对 8 种模拟施肥模型在温带的海伦试验站、暖温带的沈阳
试验站和亚热带的桃源试验站进行了 6~ 10 年试验,以比较、评价施肥在粮食生产中的贡
献.结果发现, 施肥在作物产量形成中的贡献随施肥制度和气候的热量因素所影响;在最
佳施肥条件下,施肥在产量中的贡献率分别为海伦(温带 ) 30%、沈阳(暖温带 ) 38%、桃源
(亚热带) 44% .按这一实验结果可以一般地估计:当其他技术条件不变时, 施肥在产量形
成中的贡献率最高可达 30~ 45% , 随所在地区气候的热量条件而不同.
关键词
作物产量
施肥贡献
地理分异
Contribution of fertilization development in food production and its geographic differentia

tion. Shen Shanmin, Yu Wantai, Chen Xin and Zhang Lu ( I nstitute of A pp lied Ecology , A

cademia Sinica , Shenyang 110015) ; L iu Hongxiang and Wang Delu ( Heilongj iang Institute
of Agr icultural Modernization, A cademia Sinica, Haer bin 150040) ; Wang Kairong, Zhou
Weijun and X ie Xiaoli ( Changsha Institute of Agricultural Modernization , A cademia Sinica,
Changsha 410125) .
Chin. J . A pp l . Ecol . , 1998, 9(4) : 386~ 390.
Long
term field trials on eight simulated models repr esenting the fundamental types of fertiliza

tio n system in China have been carr ied out from north to south at three field stations in the east

ern humid region of China. The results indicate that the contribution of fertilization to crop
yield w as significantly influenced by the fertilization system adopted and the thermal condition
of local climate. In the case of optimum fertilization system, the largest contribution rate w as
30%( average o f ten years) at Hailun station ( temperate zone) , 38% ( six years) at Shenyang
station ( w armer temperate zone) and 44% ( seven years) at T aoyuan station ( subtropical
zone) , impling the ex istence of geogr aphic differentiation controlled by the thermal factor of cli

mate. Therefore, the larg est contr ibut ion rate of fertilization in the forming of crop yield can be
generally estimated from 30% to 45% , depending on the climate condition and with no change
of ot her techniques adopted in farming.
Key words
Crop y ield, Contr ibution of fertilization, Geographic different iat ion.


* 中国科学院! 八五∀重大、! 九五∀重点资助项目.


1998- 04- 03收稿, 1998- 04- 18接受.
1
引

言


本文是前文[ 1]的续篇, 旨在讨论粮食
生产发展中施肥进步的贡献及其地理分
异.由于作物产量的形成中包括了来自环
境和人类技术管理的各方面贡献, 因此单
独评估施肥贡献在其中所占的份额便十分
困难. 曾宪坤[ 6] 引述联合国粮农组织
( FAO)的评估意见, 认为在提高作物单产
中化肥的贡献约可占 40~ 60%的份额.笔
应 用 生 态 学 报
1998 年 8 月
第 9 卷
第 4 期





















CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Aug. 1998, 9( 4)#386~ 390
者根据 80年代初全国肥料试验网得出的
每公斤养分可增产粮食的公斤数并注意到
作物育种进步对我国粮食生产发展的贡
献,估计 1949~ 1993的 45年中我国粮食
生产发展直接来自施肥(化肥和农家肥)的
贡献约占 30% [ 2] .


采用田间试验模拟 40 余年来我国农
业中施肥进步各个时期的基本施肥制度,
将施肥进步的时间序列改变成为可供在同
一时间内进行比较的田面空间序列, 保持
实验中其他技术措施如作物品种、耕作、病
虫害控制等的稳定一致, 则有可能较准确
地估计其他因素相同条件下施肥进步在我
国粮食生产发展中的贡献份额. 当相同设
计的田间试验同时在跨区域的不同地点进
行时,便可据以研究这一贡献的地理分异
现象.


施肥制度中保持养分循环再利用的作
物产量增益及其地理分异现象已在前文详
细讨论[ 1] ,本文则着重讨论我国施肥制度
进步对粮食生产发展的贡献以及这一贡献
的地理分异现象.喀左下河套站的试验结
果已有另文发表[ 5] ,故这里仅根据自北向
南海伦、沈阳、桃源 3 站试验的产量结果,
研究气候热量对施肥进步增产效益的影
响.
2
田间试验设计


本世纪 50 年代以前, 我国农业中的养分供
给主要来自农家肥亦即农业产品中养分的循环
再利用; 可以认为, 保持农业中养分循环再利用
便是我国农业施肥的传统. 50 年代中期起化肥氮
开始在我国农业中推广应用; 60 年代磷肥开始在
我国南方、之后逐渐扩展至在全国各地农业中推
广应用; 70 年代后期, 钾肥在我国南方红壤地区
显示了普遍增产效果, 从而促进了钾肥在这一地
区农业中的广泛应用; 进入 80 年代, 北方的一些
高产农区以及需钾较多的作物如蔬菜、烟草、甜
菜等施用钾肥便十分普遍. 可见, 氮、磷、钾化肥
养分是按先后的时间序列分阶段进入我国农业
的, 配合各阶段农业中养分循环再利用这一施肥
传统, 便形成了我国农业的不同发展阶段有着不
同的施肥制度, 而施肥制度的每一次更迭则标示
了我国农业中施肥的进步. 田间试验中各施肥处
理所代表的不同施肥制度模拟模型便是根据我
国不同时期农业中上述基本施肥模式设计的. 试
验设计中以 80%收获产品进入喂饲
堆腐循环是
设想我国 80% 的人口和大致相似比例的家畜生
活在农村, 因此约占 80%的粮食产品可消费在农
村, 其废弃物和排泄物中养分便可进入农家肥养
分资源. 有关田间试验及喂饲
堆腐试验的设计细
节详见前文[ 1] , 8 个供试处理代表的 8 种基本施
肥模型简要说明如下: ∃ . 无肥, 既是肥料试验中
的空白对照, 也代表了我国偏远地区的移耕农业
和原始荒地开垦后最初若干年内的农业,农民在
经营中不施任何肥料; % . 循环猪圈肥, 代表 50
年代前我国农业中的传统施肥模式; & . N 肥, 代
表 50 年代化肥氮进入我国农业后的一种施肥模
式, 曾常见于某些国营农场 ; ∋. N+ 循环猪圈肥,
代表施用氮肥同时保留养分循环再利用的施肥
模式, 广泛见诸于 50~ 60 年代我国各主要农区;
( . NP ,代表 60~ 70年代磷肥进入我国农业后一
些国营农场的施肥制度; ) . NP+ 循环猪圈肥, 代
表 70 年代至今我国大多数农区施用氮磷化肥的
同时保留养分循环再利用的施肥制度; ∗ . NPK,
代表 70~ 80年代以后我国南方某些国营农场和
一部分发达农区农户采用的施肥制度; + . NPK
+ 循环猪圈肥, 代表 80 年代以后我国南方和部
分北方高产农区的施肥制度.


田间试验分别在黑龙江海伦、辽宁沈阳和喀
左以及湖南桃源等地进行, 各试验地点的土壤及
气候条件已有前文详述[ 1] . 需特别指明的是, 各
地试验开始时试验地土壤的有效磷( P)水平均在
10mg,kg - 1以上, 属于土壤! 不缺磷∀水平;这一情
况恰好与 50 年代化肥进入我国农业之时我国大
部分农田土壤均不缺磷的情形相一致[ 3] .
3
结果与讨论
3. 1
施肥进步作物产量增益的地理分异


表 1是 3站试验各处理多年产量的平
3874 期







沈善敏等:施肥进步在粮食增产中的贡献及其地理分异




均值,从表 1可见,不论是单单施用化肥还
是在保持养分循环再利用基础上施用化
肥,随着氮、磷、钾化肥依次进入农业,作物
的净增产量分别均有所增长, 只是在保持
养分循环再利用情况下化肥养分的净增产
量(以循环回田猪圈肥处理为对照)略有所
下降.这一现象与前文所讨论的现象:养分
循环再利用的作物产量增益可因施用化肥
而下降,正好是一对互为因果的验证:当养
分的供给量已满足作物生长的实际需要
时,超额部分的养分供给若不是不起增产
作用,便必定是降低增产报酬.本项实验设
计中的养分用量单以化肥或循环回田猪圈
肥中养分计均超不过作物达到丰产所需养
分量,但两者并用显然已超过了作物对某
种养分的实际需要.
表 1
不同土壤
气候区施肥进步的粮食增产量
Table 1 Increase of crop yield caused by fertili zation development in different soi l
climate zone in China
气候及土壤
Climate
and soil
试验站
Experimental
stat ion
无肥区产量
Yield of CK
( t,hm- 2,yr- 1)
有无养分循环再利用
With or w ithout
nut rients recycled
净增产量* Net increase of yield
( t,hm - 2,yr- 1)
循环猪圈肥
Recycled manure
N NP NPK
温带
黑土 海伦站( 1987~ 1996) 2. 78 无 - 0. 66 0. 97 -
T emperate zone Hailun

phaeozem 有 0. 25 0. 96 1. 19 -
暖温带
潮棕壤 沈阳站( 1991~ 1996) 3. 52 无 - 0. 68 1. 30 1. 86
Warmer temperate Shenyang
zone
meadow 有 1. 13 1. 59 1. 99 2. 20
brow n soil
亚热带
红壤性 桃源站( 1990~ 1996) 5. 27 无 - 1. 25 2. 44 3. 27
水稻土 T aoyuan
Subt ropical 有 2. 89 3. 76 3. 77 4. 09
zone
paddy soil
* 以无肥区产量为对照 Yield of CK as control.


表 1所揭示的另一个重要现象便是农
业中施肥进步带来的粮食增产明显地受气
候的热量条件所控制, 表现在每一种化肥
养分进入农业所带来的作物净增产量由北
向南明显增长, 单单施用化肥如此,在保持
养分循环再利用基础上施用化肥也是如
此,展示了农业中施肥进步所带来的粮食
增产有着明显的地理分异现象. 据此也可
以认为,施肥进步对于提高我国任何一个
地区的作物产量都是重要的, 但对于热量
充沛的南方红壤地区恐尤为重要; 本项实
验显示,由于施肥进步而增加的粮食产量
南北之间可相差数倍之巨.
3. 2
施肥进步在作物产量形成中的贡献
率


国外一些非常长期肥料试验的结果表
明,连续百年以上不施肥的农田也可维持
1~ 3t,hm - 2的谷物产量[ 4] ,这是由土壤自
身缓慢的养分释放、土壤中的生物固氮以
及大气干湿沉降中养分所能维持的近乎最
低限的产量. 本项研究中各组试验的对照
区停止施肥不过 6~ 10年, 尚有来自土壤
中残留肥料的养分释放, 故不施肥对照区
的作物产量在试验后期尚可保持在 2. 5~
4. 5t,hm- 2. 施肥提高了作物产量, 其增长
部分占施肥作物产量的比率即为施肥的贡
献率,试验模拟的我国施肥进步各阶段作
物产量及产量形成中施肥的贡献率如图 1
所示.


图 1中的施肥制度进步顺两个方向发
展,上行代表!化学化∀方向, 下行代表!无
机和有机相结合∀方向.就同一试验地点而
言,随着施肥进步作物产量增长,施肥在产
量形成中的贡献率也随之增长,因此可以
认为施肥在作物产量形成中的贡献不是一
个定数,可随施肥制度更迭而不同.其次,
388 应
用
生
态
学
报













9 卷
图 1
农业中施肥进步与作物产量增长及施肥贡献率
Fig. 1 T rend of yield increase and the cont ribut ion from de

velopment of fertilizat ion system in agriculture.
图中数字为产量( t, hm- 2, yr- 1) ,括号中数字为施肥贡
献率, C
循环回田猪圈肥. Figure in column
Crop yield ( t,
hm - 2, yr- 1 ) , figure in parentheses
Cont ribution rate of
fert ilizat ion, C
Recycled manure.
a.海伦Hailun ( 1987~ 1996) , b. 沈阳 Shenyang( 1991~
1996) , c.桃源T aoyuan ( 1990~ 1996) .
施肥在作物产量形成中的贡献率显然也受
气候热量所影响, 在海伦、沈阳、桃源 3 组
试验中,各对应施肥处理的施肥贡献率几
乎均随气候热量增长由北向南提高,这说
明施肥进步在我国粮食生产中的贡献存在
着明显的地理分异现象.在本项实验中,如
果将保持养分循环再利用基础上施用
NPK 化肥(海伦试验中为 NP)视为最佳施
肥制度,则在保持其他农业技术不变条件
下,最大施肥贡献率分别为: 海伦 0. 30、沈
阳 0. 38、桃源 0. 44.


导致施肥贡献地理分异的原因有待进
一步研究,不过前文所举引起养分循环再
利用作物产量增益地理分异的种种原因可
提供部分解释,除外, 热量作为限制性环境
因素,在北方农业中施肥效益可能因气候
的热量限制而降低其在作物产量形成中的
贡献率,因而温带气候条件下施肥在作物
产量形成中的贡献率远较亚热带地区为
低,在下一节讨论中将进一步解释这一现
象.
3. 3
施肥与气候热量之间的交互影响


施肥与热量对作物产量的交互影响远
不如水- 肥交互影响那么引人关切和重
视,原因之一是研究这一问题的技术难度
太大,而采用跨区域实验比较则不可能做
到供试土壤、作物种类、熟制、耕作等基本
实验条件的一致.因此,以下讨论不过是在
定性水平上进行研究的一种尝试,设想是:
可以把一个地区的典型作物农田视为一农
田生态系统,于是,对海伦、沈阳、桃源 3地
的试验结果进行比较便不是通常的单因子
或双因子实验比较而是在农田生态系统一
级水平上研究比较系统生产力受施肥制度
进步和气候热量增长的影响.从双因子(热
量、施肥)实验的角度这样的比较是不严格
的,因为其他可影响作物产量的因子各地
不同,但从应用的角度则符合各地生产的
实际情况,因而有着合理性的一面.计算顺
序如下:以海伦试验不施肥对照区的作物
产量为起点与以下状态进行比较、计算: 1)
3894 期







沈善敏等:施肥进步在粮食增产中的贡献及其地理分异




与海伦试验施肥区产量比较可得出施肥进
步的产量增益; 2)与沈阳或桃源两地试验
对照区产量比较可得出气候热量增长的产
量增益; 3)与沈阳或桃源两地试验中施肥
区产量比较可得出施肥、热量同时进步、增
长的产量增益.如 3所得出的计算结果大
于 1、2两项之和,说明施肥与气候热量之
间存在正交互影响. 现以海伦试验中循环
猪圈肥处理( C)作为施肥进步的参照, 以
沈阳试验中的对照区( CK)作为热量增长
的参照,以沈阳试验中的循环猪圈肥处理
( C)作为施肥、热量同步增长的参照, 按图
1中数据计算如下:


− 施肥进步(海伦 CK .海伦 C)产量
增益: 3. 03- 2. 78= 0. 25t,hm,- 2,y r- 1;


/ 热量增长(海伦 CK .沈阳 CK)产
量增益: 3. 53 - 2. 78 = 0. 75t ,hm,- 2,
yr
- 1
;


0施肥、热量同步增长(海伦 CK .沈
阳C)产量增益: 4. 66- 2. 78= 1. 88t,hm
,- 2,yr- 1.


于是施肥与热量交互影响的产量增益
= 1. 88- ( 0. 25+ 0. 75) = 0. 88t,hm,- 2,
yr- 1. 按相同方法计算便可得出海伦与沈
阳试验之间、沈阳与桃源试验之间气候热
量与主要施肥制度进步对作物净增产量( t
,hm- 2y r- 1)的交互影响如下:
CK.C CK .NP CK .NP+ C
海伦 .沈阳 0. 88 0. 33 0. 80
沈阳 .桃源 1. 76 1. 14 1. 78


沈阳与桃源间的热量- 施肥交互影响
远大于海伦与沈阳之间, 谅必是由于沈、桃
之间的热量差大于海、沈之间热量差的缘
故(参前文) ; 而有机肥与气候热量之间的
交互影响大于化肥或可说明对于有机肥而
言气候热量不仅可影响作物的养分利用,
而且还影响有机肥中养分的矿化分解速率
之故.


当气候热量成为限制因素时,热量不
足可降低农业中施肥的增产效益和施肥在
产量形成中的贡献率;反之,气候热量条件
的改善则可提高施肥的增产效益,从而提
高施肥在产量形成中的贡献率.在本项实
验中,施肥进步与热量增长之间存在着(对
作物产量)正交互影响便是很好的说明.
4
结

语


采用实验模拟方法研究我国施肥制度
进步对粮食生产发展的贡献并估算施肥在
作物产量形成中的贡献率可直接排除其他
农业技术、尤其作物品种更换带进的干扰.
根据本项实验结果, 按供试作物品种的产
量潜力,在最佳施肥条件下,我国东部湿润
地区施肥在作物产量形成中的最大贡献率
为 0. 3~ 0. 44, 随地区气候的热量而不同,
以北低而南高.在实际生产中,由于时常不
能做到充分、全面地施肥,作物产量中的施
肥贡献率便可能低于此数. 农业生产技术
条件的进一步改善和作物育种的突破性进
步将大幅度提高作物对肥料的利用效率,
于是施肥在作物产量形成中的贡献份额也
将发生明显改变.
参考文献
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9 卷