全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(5): 943−949 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB100501)和国家“十二五”科技支撑计划项目(2012BAD14B04,
2011BAD16B15)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 徐明岗, E-mail: mgxu@caas.ac.cn
Received(收稿日期): 2012-04-25; Accepted(接受日期): 2012-12-15; Published online(网络出版日期): 2013-02-19.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130219.1021.013.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.00943
长期施肥条件下我国南方双季稻产量的变化趋势
李忠芳 1,2 徐明岗 1,* 张会民 1 孙 楠 1 娄翼来 1
1 农业部作物营养与施肥重点开放实验室 / 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所, 北京 100081; 2 贺州学院化学与生物工程
学院, 广西贺州 542899
摘 要: 系统分析我国南方双季典型稻区福建白沙、江西进贤、江西南昌和湖南望城 4个水稻长期施肥试验资料, 研
究化肥 N、P、K (氮、磷、钾)的不同组合(NP, NK, NPK)、化肥配施有机肥(NPKM)及不施肥(CK)各处理水稻的产量
差异、变化趋势。结果显示, 不同施肥条件下各试验点上水稻产量差异大, 试验期内各施肥处理较 CK的总增产率分
别为 NPKM 84.3%、NPK 68.1%、NP 42.9%和 NK 39.9%, 其中 NPKM总体上显著高于 NPK。长期配施 NPK或 NPKM
肥产量较稳定或呈上升趋势, 尤其是晚稻, 而仅施 NK 均呈下降或极显著下降趋势(周年变化幅度为−103~ −201 kg
hm−2), 其他施肥处理晚稻产量相对稳定。不同试验点间年施磷量较高(52 kg hm−2)的南昌点产量相对稳定, 而年施磷
量较低(24 kg hm−2)的白沙点各处理均呈显著下降趋势。本试验条件下, 施肥投入不足又特别是施磷肥量低或不施磷
为早稻产量下降的主要驱动因素。合理施用 NPK 肥, 配合有机肥, 为推荐的施肥模式, 为了使试验点双季稻产量稳
定且不呈下降趋势, 需年施纯磷 50.0~63.9 kg hm−2, 且适当偏重于早稻季。
关键词: 长期施肥; 水稻; 产量趋势
Yield Trends of Double-Cropping Rice under Long-Term Fertilizations in
Southern China
LI Zhong-Fang1,2, XU Ming-Gang1,∗, ZHANG Hui-Min1, SUN Nan1, and LOU Yi-Lai1
1 Key Laboratory of Crop Nutrition and Fertilization, Ministry of Agriculture, Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese
Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 2 Chemistry and Bioengineering College, Hezhou University, Hezhou 542899, China
Abstract: Four long-term field experiments conducted in Baisha Fujian, Jinxian Jiangxi, Nanchang Jiangxi, and Wangcheng Hu-
nan of Southern China, were selected to assess dynamic characteristics of double-cropping rice grain yield under different nutrient
treatments. For each experiment, there were five treatments of chemical fertilizer NPK (NPK), manure combined with chemical
fertilizer NPK (NPKM), chemical fertilizer NP (NP), chemical fertilizer NK (NK), and control (CK). The results showed that rice
yield in the treatments of NPKM, NPK, NP, and NK increased by 84.3%, 68.1%, 42.9%, and 39.9%, respectively on average
compared with CK, and was remarkably higher in the NPKM than in the NPK treatment. Rice yield change as a whole showed
increasing or stable trend for the NPKM and NPK treatments, especially for late-rice. Rice yield showed a decreasing trend in the
NK treatment, but stable in other treatments. The early-rice was declined with lasting planting years than the late-rice. The sig-
nificantly positive correlations were found between the yield trends and phosphorus application rate across the sites. There were a
relative stable yield trend in Nanchang due to the higher phosphorus application per year (52 kg ha−1), and the negative trends in
Baisa due to the low phosphorus application per year (24 kg ha−1). The deficiency of phosphorus fertilizer makes rice yield de-
creasing. The yield-declining trends were observed in rice especially in early-rice with no fertilizer or chemical fertilizers alone.
The results suggest that manure application combined with chemical NPK fertilizers should be encouraged for increasing yield
and sustainability. Phosphorus should be appropriately applied per year at 50.0–63.9 kg ha−1, especially for early-rice.
Keywords: Long-term fertilization; Rice; Yield trend
水稻是我国最主要的粮食作物, 南方为主产区, 在
粮食安全中占有极其重要的地位[1]。施肥对水稻产量的影
响很大 [1-2], 长期定位施肥试验, 能从生产的可持续性出
发研究不同作物、施肥模式、地理区域上的演变特征, 为
944 作 物 学 报 第 39卷

区域性的、长远的施肥规划提供参考[2]。科学合理的施肥
制度不仅可以防止土壤生产能力的退化, 而且能长期保
持其可持续性生产[3-4]。借助长期定位施肥试验, 可以对
水稻产量长期的变化趋势进行研究, 并对当前管理模式
下产量的变化进行初步分析[2-6]。然而, 不同施肥模式及
地力水平下, 水稻产量长期变化趋势及原因较为复杂。如
Xu 等[6]研究表明, 化肥配合施用有机肥下水稻产量随着
时间呈持续的增长趋势; 而 Shen 等[7]研究认为施氮中不
同负离子对水稻产量趋势影响不同, 施硫酸根离子肥料
处理 15 年后水稻产量下降迅速, 显著低于施氯离子肥料
处理。在水稻长期的、不同区域特别是多点位的比较方面,
对我国南方水稻产量趋势的研究较少, Ladha 等[8]大范围
分析中国和南亚稻-麦轮作的长期施肥点表明, 产量下降
在各地不同, 其原因还有待进一步研究。由此可见从长期
试验中, 不同种植条件水稻产量变化趋势对不同施肥的
响应特点及原因尚未明确[9]。本研究分析我国南方 4个长
期试验点不同施肥条件下各年早稻、晚稻系列产量的长期
变化趋势特征及其变化原因, 为建立稳产高产的农业生
产模式提供参考。
1 材料与方法
1.1 试验点的基本情况
依托我国南方双季典型稻区福建白沙、江西进贤、
江西南昌及湖南望城 4 个试验点的长期定位施肥试验(20
年以上), 其各点土壤类型均为红壤性水稻土, 耕作制度
除江西进贤点外均为早稻—晚稻—冬闲制。江西进贤在
1981 年早稻开始, 前 5 年采用一年稻稻油二年稻稻肥轮
作制, 为避免冬作根茬的迭加影响, 1986年后也为稻稻冬
闲制。各试验点地理位置、土壤肥力等状况见表 1 和表
2, 试验初始期土壤基本理化性质见表 3。选取 CK (不施
肥)、NK (氮钾)、NP (氮磷)、NPK (氮磷钾)和 NPKM (化
肥氮磷钾配施有机肥) 5 种处理, 研究各处理随时间变化
的产量序列。所用化肥以尿素、过磷酸钙和氯化钾或硫酸
钾为主, 每公顷施用量均折算成纯 N-P-K 用量(表 4)。有
机肥为猪厩肥, 每公顷施 15.0~22.5 t, 每年施 2次。磷钾
化肥和有机肥作底肥施, 氮肥按当地习惯分 2~3次施用。
种植制度均为双季稻—冬季休闲, 这是我国南方水稻栽
培区的主要种植制度之一。试验小区面积为 12~66 m2 (表
1), 均为 3 次重复。4 个试验点开始试验的土壤理化性状
表明, 有机碳为湖南望城和江西南昌点最高, 进贤最低,
全量及速效养分各有高低, 土壤的初始 pH值最低为福建
白沙点(表 3)。品种为适合当地气候条件及当时群众常用
的品种, 具有当地气候的典型性和区域的代表性。
1.2 数据统计分析方法
因本研究重点分析各系列产量的趋势, 故采用作图
与直线回归拟合比较参数。作图软件为 Sigmaplot 10.0。
拟合趋势线即 y = bx+c, y为产量, x为持续试验的时间从
第 1年到第 25年, 通过比较斜率大小及拟合的显著性(R)

表 1 长期肥料试验点经、纬度及试验年限
Table 1 Survey of long-term experiments
地点
Site
东经
Longitude (°E)
北纬
Latitude (°N)
小区面积
Plot area (m2)
时间
Period (year)
福建白沙 Baisha, Fujian 119.26 26.02 12.00 1983–2006
江西进贤 Jinxian, Jiangxi 116.20 28.40 46.67 1981–2007
江西南昌 Nanchang, Jiangxi 115.90 28.50 33.30 1984–2006
湖南望城 Wangcheng, Hunan 112.00 28.50 66.70 1981–2007

表 2 试验点的海拔及气候概况
Table 2 Altitude and climate conditions of the sites in long-term experiments
试验点
Site
海拔
AA(m)
年均气温
MAT ( )℃
年降雨量
AP (mm)
有效积温
EAT
年日照时数
Sun light (h year−1)
无霜期
Frostless period (d)
福建白沙 Baisha, Fujian 60 19.5 1433 4250 2028 259
江西进贤 Jinxian, Jiangxi 30 17.8 1785 5705 1950 282
江西南昌 Nanchang, Jiangxi 30 17.8 1600 5400 1737 280
湖南望城 Wangcheng, Hunan 180 17.0 1350 5450 1700 300
AA: absolute altitude. MAT: mean annual temperature. AP: annual precipitation. EAT: effective accumulated temperature.

表 3 试验初始时肥料长期定位试验土壤基本理化性质
Table 3 Basic physical and chemical properties of the soil at beginning of the long-term experiments
试验点
Site
有机碳
Soil organic
carbon (g kg−1)
全氮
Total N
(g kg−1)
全磷
Total P
(g kg−1)
全钾
Total K
(g kg−1)
速效氮
Available N
(mg kg−1)
速效磷
Available P
(mg kg−1)
速效钾
Available K
(mg kg−1)
pH
福建白沙 Baisha, Fujian 12.5 1.28 0.58 21.70 141.0 24.0 41.0 4.9
江西进贤 Jinxian, Jiangxi 9.4 1.50 1.02 15.41 143.7 10.3 125.1 6.9
江西南昌 Nanchang, Jiangxi 14.8 1.36 0.49 24.00 81.6 20.8 35.0 6.5
湖南望城 Wangcheng, Hunan 20.6 2.05 0.66 14.50 151.0 10.2 62.3 6.6
第 5期 李忠芳等: 长期施肥条件下我国南方双季稻产量的变化趋势 945


表 4 试验点的每季施肥量(纯 N-P-K, kg hm−2)
Table 4 Fertilizer application rates per cropping season (pure N-P-K, kg hm−2) in sites of the experiments
试验点 Site N P K 有机肥 Manure
福建白沙 Baisha, Fujian 105 12 116 15000 (猪牛粪 Pig & cattle manure)
江西进贤 Jinxian, Jiangxi 90 20 62 22500 (紫云英/猪粪 Milk vetch/pig manure) a
江西南昌 Nanchang, Jiangxi 150/180 a 26 125 22500 (紫云英/猪粪 Milk vetch/pig manure) a
湖南望城 Wangcheng, Hunan 115 24.6 b 99.7 15000 (猪粪 Pig manure)
a 早稻/晚稻用量。a Early-rice/Late-rice application rates. b 1981–1990: 39.9 kg hm−2; 1991–2000: 9.8 kg hm−2.

来说明产量变化趋势及程度。
2 结果与分析
2.1 长期不同施肥条件下水稻产量差异
22~27年间年均早、晚稻产量如图１。施肥可以显著
提高各处理作物产量, 其中又以化肥配合施用有机肥处
理产量最高(5.4~6.2 t hm−2), 化肥偏施(NP或 NK)不利于
水稻高产[10-12]。总体上, 试验点各处理晚稻产量均高于早
稻产量(0.23 t hm−2), 不施肥处理早稻季与晚稻季的差异
最大, 达 0.60 t hm−2, NK处理为 0.49 t hm−2, 随着配合施
肥(NP、NPK和 NPKM)差异逐渐减小, NPK和 NPKM差
异为 0.10~0.14 t hm−2。
各施肥处理水稻的平均年产量如图２, 不施肥处理
各点差异较大, 各处理的年均产量为: NPKM (11.26±1.00
t hm−2) > NPK (10.27±1.27 t hm−2) > NP (8.73±0.99 t hm−2),
NK (8.55±1.75 t hm−2)>CK (6.11±0.64 t hm−2)。与不施肥相
比 , 试验期内各施肥处理均显著提高水稻产量 , 其中
NPKM 增产 84.3%、NPK 增产 68.1%、NP 增产 42.9%和
NK 增产 39.9%。5 个处理中增产幅度最大、产量最高的
为 NPKM。
同一处理下各试验点上的产量有较大差异(图 2), 不
施肥处理的江西南昌周年产量最高, 为 7.02 t hm−2, 其次
湖南望城为 6.07 t hm−2, 而福建白沙和江西进贤较低。施肥
后差异减少, 特别是配合施肥 NPK、NPKM产量均可达到
10~12 t hm−2。NPKM总体显著高于 NPK, 但在福建白沙和
江西进贤点上差异显著, 而江西南昌点尚未达到显著水平。

图 1 不同施肥条件下 4个试验点早、晚稻平均产量
Fig. 1 Early-rice and late-rice yield under treatments of four long-term fertilizations

图 2 4个长期施肥试验各施肥水稻周年平均产量
Fig. 2 Annual rice yield under treatments of four long-term fertilizations
946 作 物 学 报 第 39卷

2.2 长期不同施肥条件下水稻产量变化趋势
用以描述产量变化的相关参数如表 5所示, 图 3是以
各季产量为点组成的产量变化曲线, 以便更直观地表现
不同地点不同处理产量趋势及其原因。不施肥处理(CK)
各试验点除江西南昌外产量均呈下降趋势, 其中又以福
建白沙和湖南望城两试验点呈极显著下降趋势, 周年产
量下降率(b)分别为 65.2 kg hm−2和 191.6 kg hm−2。早、晚
稻间比较 , 早稻年产量在部分试验点呈下降趋势(−7.7~
−82.5 kg hm−2), 其中福建白沙点呈显著(r*)下降趋势; 晚
稻下降趋势较缓, 均未达到显著水平; NK 处理下, 所设
立有该处理的 3个试验点年产变化均呈极显著(r**)下降趋
势, 下降速率均大于 100 kg hm−2, 早稻产量呈显著或极
显著(r**)下降趋势, 晚稻产量呈较缓的下降趋势, 但未达
到显著水平; NP 处理下, 各点早稻产量及周年产量变化
相对较稳定, 略有上升或下降其变化趋势均未达到显著
水平, 试验点中仅江西进贤点周年产量下降 52.0 kg hm−2。
NPK 处理下, 总体各点产量变化均呈下降趋势, 又以福
建白沙下降最严重 , 其早稻和年产均达显著水平 , 各点
的早稻较晚稻下降严重; NPKM处理下, 各试验点除福建
白沙(年产量及早稻均呈显著下降趋势)外相对稳定, 无显
著上升或下降趋势, 这 3 个试验点的早晚稻间无明显差异,
年变化速率(b)在 12 ~ −25 kg hm−2间。
总体分析可知, NP和NPKM处理的水稻产量较稳定,
其他 3个处理(CK、NK和 NPK)下水稻产量多呈下降趋势,
其中又以NK处理下降最严重, 表明缺磷处理影响产量变
化使之呈显著下降趋势, 而缺钾处理无此现象。不同试验
点比较 , 白沙和望城的水稻产量多呈下降趋势 , 而江西
进贤和南昌相对稳定。早晚稻产量变化相比, 晚稻较早稻
稳定。
为了进一步证明磷肥施用是否是为本研究中水稻产
量变化趋势的主要驱动因子, 我们分析了施磷量(纯磷)与
产量变化趋势间的相关性(图 4), 结果表明水稻施磷量与
其产量变化值呈显著相关, 在早稻和周年产量年变化值
上分别呈极显著和显著相关 , 而晚稻未达到显著水平 ,
依据相关方程变化趋势 Y为 0时, 可求得能使早稻产量稳
定的季施纯磷量(x值)为 25.0 kg hm−2 (即年施纯磷量 50.0
kg hm−2), 同理可求得能使周年水稻稳定的年施纯磷量为
63.9 kg hm−2, 而晚稻季因其与施磷量无显著相关固不宜
作同样计算。为此, 为了保证双季稻长期稳产, 应施足磷
肥, 且相对偏重施用于早稻。
3 讨论
不施肥处理产量的高低在一定程度上反映了土壤基
础地力水平。4个点在不施肥处理下水稻产量差异较大, 福
建白沙和江西进贤较低, 湖南望城居中而江西南昌点最高
(图 2), 这与试验初全氮含量大小一致, 与有机碳等联系不
明显, 与土壤磷的初始含量关系也不明显, 如速效磷含量
福建白沙点反而为最大值(表 3)。从初始的酸度看, 福建白
沙点的 pH值为 4.9, 较其他点低 1~2个单位数值(表 3), 土
壤酸化加速其他养分(Ca、Mg等)流失导致低产[13], 这是不
施肥条件下福建白沙水稻产量显著下降的原因之一。而施
肥后各点产量都得到显著提高, 各点产量差异减少, 其中
又以施用化肥配合施有机肥产量最高, 这与当前长期施肥
研究[1-2,6,9]的结论是一致的。本研究更进一步证明化肥配合
有机肥总体上显著高于施NPK化肥, 而在基础地力水平较
高的水稻田(不施肥处理年产量大于 7 t hm−2)差异不显著
(图 2), 如本研究中的江西南昌水稻化肥配施(NPK)年产量
可达到 11.2 t hm−2, 而 NPKM为 11.7 t hm−2。

表 5 长期不同施肥条件下水稻年产量变化的相关参数
Table 5 Related parameters for Rice yield change per year under the long-term fertilization at all sites (kg hm−2)
CK NK NP NPK NPKM 地点
Site
样本数
n b r b r b r b r b r
白沙早稻 Early-rice 22 –82.5 –0.74* –89.1 –0.75** –45.7 –0.42*
白沙晚稻 Baisha late-rice 24 –54.4 –0.37 –33.0 –0.17 –5.8 –0.03
进贤早稻 Jinxian early-rice 27 –7.7 –0.09 –79.9 –0.73** –13.3 –0.17 –16.4 –0.20 –9.6 –0.10
进贤晚稻 Jinxian late-rice 27 11.4 0.19 –42.1 –0.47 –10.4 –0.15 –25.6 –0.29 –25.8 –0.20
南昌早稻 Nanchang early-rice 23 49.0 0.40 –71.8 –0.47* 6.1 0.05 –5.8 –0.06 –3.4 –0.04
南昌晚稻 Nanchang late-rice 23 44.9 0.38 –31.1 –0.26 –2.1 –0.02 –29.0 –0.23 12.2 0.10
望城早稻 Wangcheng early-rice 27 –47.2 –0.43 –140.7 –0.66** –26.6 –0.22 –42.9 –0.36
望城晚稻 Wangcheng late-rice 27 –5.8 –0.09 –43.7 –0.36 15.9 0.21 1.3 0.01
白沙年产量 Baisha annual yield 21 –191.6 –0.81** –201.4 –0.76** –145.1 –0.63**
进贤年产量 Jinxian annual yield 27 –17.8 –0.10 –146.0 –0.59** –52.0 –0.24 –72.9 –0.29 –73.0 –0.24
南昌年产量 Nanchang annual yield 23 93.8 0.55** –103.0 –0.53** 4.0 0.02 –34.9 –0.21 8.8 0.06
望城年产量 Wangcheng annual yield 27 –65.2 –0.59** –200.7 –0.78** 9.0 0.08 –28.3 –0.19
b: 趋势线的斜率表达年变化率, 单位为 kg hm−2; r: 拟合该趋势线的相关系数。*表示达 5%显著水平; **表示达 1%极显著水平。
n: sample number; b means the slope of rice yield trend; r: indicates the correlation coefficient between years lasted in experiment and rice yield.
* Significant difference at 5% level; ** significant difference at 1% level.

图 3 我国南方 4个长期施肥点双季稻产量的变化趋势
Fig. 3 Yield trends of double-cropping rice under long-term fertilizations in southern China
948 作 物 学 报 第 39卷


图 4 长期施肥下年施磷量与水稻年产量趋势的关系
Fig. 4 Relationship between applied phoxphorus and rice yield trends each year under four long-term fertilizations
a: 早稻; b: 晚稻; c: 双季稻。a: early-rice; b: late-rice; c: double-cropping rice.

长期不同施肥条件下, 水稻产量随时间变化总体上
较稳定[4], 但在本研究中的不施肥和施 NK水稻易呈显著
或极显著的下降趋势 , 这与目前的研究一致 [14-16], 即化
肥偏施条件下产量呈下降趋势, 如 Bado等[15]研究的 2个
试验点的不施肥和单施氮处理的产量均呈极显著下降趋
势, 且土壤有效磷含量低。仅江西南昌点在不施肥条件下
周年产量却呈显著的上升趋势(图 3), 这可能得益于降雨
和灌溉中养分的输入较其他地方高 [17], 而更具体的原因
还需要进一步研究。NK处理所有点均呈极显著的下降趋
势, 这与 P的缺乏有关, Bodo等[18]的研究认为在长期不施
磷条件下, 水稻产量与土壤中有效磷含量显著相关, NP
处理各点较稳定或下降但均未达显著水平(图 3), 表明钾
不是这 4个试验点的限制性元素。早晚稻产量变化趋势差
异不同 , 早稻下降较为严重 , 多呈显著或极显著下降趋
势, 而晚稻相对稳定。对于这一现象, 张仕祥等[19]的研究
认为早稻磷肥残效对当年晚稻产量有显著影响, 这与早
稻栽培前期温度较低土壤中磷的有效性低有关, 而晚稻
苗期温度较高土壤中磷的有效性高。
福建白沙点产量所有处理均呈下降趋势, 且多呈极
显著下降趋势(图 3), 初步分析表明与施肥中磷的投入量
不足有关, 磷施用量(12 kg hm−2)仅为其他试验点的一半
(表 4), 且土壤酸性虽利于提高前期磷有效性, 在长期施
氮条件下更加速了磷的耗竭[20]。综合以上分析表明, 养分
投入不足是早稻产量下降的主要原因, 尤其是福建白沙
试验点磷连年投入严重不足导致水稻产量严重下降, Shi
等[21]的研究表明每年纯磷的施入量需达到 55~65 kg hm−2
才能维持作物较高产量。而江西南昌点除不施磷肥外产量
均呈上升趋势, 与其他点的上升趋势相比其上升速率最
大, 对应的是该点的年施磷量最大(表 4)。
总之, 本研究综合 4个试验点分析了施磷量对早稻、
晚稻和周年产量变化值的影响, 并求出使早稻产量变化
稳定时的季施磷量(纯 P)为 25.0 kg hm−2, 周年水稻稳定的
年施磷量为 63.9 kg hm−2。这与 Tang等[21]的建议施肥量
较一致(为了维持 7000 kg hm−2水稻产量, 每年需施磷量
55~65 kg hm−2)。鲁艳红等[22]的研究也表明磷素是制约长
江中下游地区早稻生长的主要因素之一, 农民应在早稻
生产中注重磷肥的施用。
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