全 文 ：中国生态农业学报 2009年 1月 第 17卷 第 1期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Jan. 2009, 17(1): 75−78


* 国家自然科学基金(40771194)和国家重点基础研究项目(G1999043508)资助
** 通讯作者: 熊黑钢(1956～), 男, 教授, 博士, 主要从事干旱区资源环境研究。E-mail: heigang@ygi.edu.cn
赵明燕(1983～),女, 在读硕士,主要从事资源与环境研究。E-mail: zhaomingyan5779@163.com
收稿日期: 2007-11-26 接受日期: 2008-04-27
DOI: 10.3724/SP.J.1011.2009.00075
新疆奇台县化肥施用量变化及其与粮食单产的关系*
赵明燕 1 熊黑钢 1, 2 ** 陈西玫 1
(1. 新疆大学资源与环境科学学院 新疆绿洲生态重点实验室 乌鲁木齐 830046;
2. 北京联合大学应用文理学院 北京 100083)
摘 要 根据新疆奇台县 1989～2005 年化肥施用量和粮食单产数据, 采用趋势线法分析了该县化肥单位面积
施用量的时间序列变化, 并采用相关分析对化肥施用量与粮食单产的关系进行探讨。结果表明: 奇台县化肥单
位面积施用量受粮食价格及化肥价格变化的影响较大, 从 1989 年的 65.65 kg·hm−2 上升到最大值 1998 年的
196.6 kg·hm−2 后下降, 整个时间序列曲线呈抛物线状, 且 N、P、K 施用比例较为合理, 为促进粮食增产发挥
了作用。1989～2005 年粮食单产与单位面积化肥施用量存在明显的正相关关系, 随施肥量的增加, 粮食单产
也趋于增加, 当化肥施用量达到 170 kg·hm−2 时, 再增加化肥施用量对粮食的增产效果已不明显。因此, 该县
今后在粮食种植过程中应防止过量施肥, 推广科学施肥, 以更大程度地提高粮食产量。
关键词 奇台县 化肥施用量 粮食产量 时间序列分析 相关分析
中图分类号: S147.22 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)01-0075-04
Effect of chemical fertilizer application on grain yield in Qitai County,
Xinjiang Uygur Autonomous Region
ZHAO Ming-Yan1, XIONG Hei-Gang1, 2, CHEN Xi-Mei1
(1. Institute of Resources and Environmental Science, Xinjiang University; Xinjiang Key Laboratory of Oasis Ecology, Urumqi
830046, China; 2. College of Arts and Sciences, Beijing Union University, Beijing 100083, China)
Abstract Based on official statistical data from 1989 to 2005, the characteristics of chemical fertilizer application in Qitai County,
Xinjiang Uygur Autonomous Region were investigated by time series analysis. Then the relationship between grain yield and chemi-
cal fertilizer application was established through correlation analysis. Results show that average chemical fertilizer application in the
county is influenced by the price of grains and fertilizers. From 1989 to 2005, fertilization application increased from 65.65 kg·hm−2
to 159.43 kg·hm−2 and peaked in 1998 at 196.6 kg·hm−2. The proportion of NPK fertilizer is moderate and has clearly increased
grain yield. A significant direct correlation exists between grain yield and chemical fertilizer application rate. With increase in
chemical fertilizer application, grain yield increases by many folds. When chemical fertilizer application is above 170 kg·hm−2,
increase in grain yield ceases to be significant. The best strategy is to control fertilizer application amount to avoid the potential pol-
lution and other negative impacts. This can be achieved by paying appropriate attention to scientific application of fertilizers and
sustainable development of agricultural production.
Key words Qitai County, Chemical fertilizer application, Grain yield, Time series analysis, Correlation analysis
(Received Nov. 26, 2007; accepted April 27, 2008)
化肥是农业生产中一项至关重要的生产性资源,
在粮食增产中起着重要作用, 并在整个农业技术进
步中有着重大贡献, 是农业发展的重要因素[1]。化肥
施用量及其与粮食单产关系的变化与区域农业的可
持续发展密切相关, 并直接影响农业的增产、增收
和农民对农业的投入[2−5]。国内关于化肥施用量与粮
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食产量的关系前人已做出许多研究。尉元明等[2]提
出在粮食生产中化肥投入量的多少与当地自然环
境、农业生产条件和经济基础有关; 宇万太等[6]通过
17年的长期定位肥料试验得出在保持养分循环再利
用基础上施用 NPK化肥可提高粮食产量, 为最佳施
肥制度 ; 武兰芳等 [3]对黄淮海平原以及宋海燕等 [5]
对山东省粮食产量与化肥投入的关系进行研究, 两
者结果均呈显著正相关关系; 陶江等 [7]对影响新疆
粮食产量的原因做主成分分析后认为，化肥在不同
阶段都对粮食增产起着重要作用。但到目前为止 ,
尚未见对新疆奇台县化肥施用特征及其与粮食单产
关系的系统研究。因此, 本文采用时间序列及相关
分析法对该县化肥施用量与粮食产量间的关系进行
探讨, 为该县农业可持续发展提供科学依据。
1 研究区概况及研究方法
1.1 研究区概况
奇台县位于新疆维吾尔自治区东北部, 地处东
经 89˚13′～91˚22′, 北纬 43˚25′～45˚29′, 天山山脉东
段博格达山北麓, 准噶尔盆地东南缘。东靠木垒哈
萨克自治县, 西连吉木萨尔县, 南接吐鲁番市、鄯善
县, 西北交富蕴县、青河县, 东北临蒙古国, 是新疆
的边境县之一, 总面积 1.81×104 km2。该县平原地
区的多年平均降水量为 211.9 mm, 而多年平均蒸发
量却达到 1 735.7 mm, 蒸降比约为 8︰1, 属中温带
大陆性干旱半干旱气候。
奇台县是新疆的农业大县, 从新中国建立初期
该县就开始在灌区条件较好的土地上对作物施肥 ,
20 世纪 60 年代该县加强了水利建设和农业机械的
管理 , 在粮食生产中陆续推广使用良种和化肥。
1985 年 , 全县农作物施肥面积已达到总播面积的
1/3。由于化肥施用量的不断增加和化肥施用结构的
不断改善等原因 ,奇台县粮食单产大幅度提高 , 于
1985年被列入自治区商品粮生产基地, 1993年被国
务院列为国家级粮食生产大县, 1995 年被国家评为
新疆惟一的全国粮食生产先进县。全县粮食作物播
种面积占农作物总播种面积的 70%～85%, 20 世纪
50年代曾达 90%以上。主要农作物有小麦、玉米、
大麦、亚麻、豌豆、花芸豆、甜菜、油葵、马铃薯、
辣椒等, 其中小麦种植面积约占农作物播种面积的
40%, 占粮食作物播种面积的 82%[8]。
1.2 数据来源与研究方法
本研究的原始资料主要来源于实地调查和 1990～
2006 年新疆统计年鉴[9], 采用时间序列分析[10, 11]中
的趋势线法和移动平均法对奇台县化肥单位面积施
用量进行分析。同时, 采用相关分析方法[10]对化肥
单位面积施用量与粮食单产关系进行研究。
2 结果与分析
2.1 化肥顷均施用量的时间变化
为定量分析单位面积化肥施用量时间序列的变
化趋势, 本文采用趋势线法和移动平均法分别对化
肥顷均施用量及年增长率进行分析。

图 1 奇台县化肥单位面积施用量时间序列变化
Fig. 1 Time series of chemical fertilizer application changes
per hectare in Qitai County

奇台县单位面积化肥施用量先上升达到最大
值后下降, 趋势线为抛物线状, 过程较缓慢(图 1)。从
1989年到 1998年, 化肥单位面积施用量为迅速上升
状态 , 1998 年达到最大施用量 196.6 kg· hm−2。
1975～1995 年为单产提高与化肥联合推动阶段 [7],
在此期间 ,党的十一届三中全会的召开和联产承包
责任制的施行 ,极大地调动了广大农民的生产积极
性。加上 1993 年新疆实行了粮食购销体制改革,粮
食由国家粮食部门独家收购经营改为放开经营、多
渠道经营,一定程度上使粮食经营走向多样化。同时,
国家大幅度提高了粮食收购价格。这些政策措施都
极大地促进了农民粮食生产的积极性, 化肥施用量
显著增加并带动了粮食产量的提高。
化肥单位面积施用量明显受经济杠杆作用的影
响, 与粮食价格、化肥价格有密切关系。1999 年后
化肥施用量变化较小, 为下降趋势。粮食的统一收
购价格从 1996 年起下降(图 2a)。同时, 化肥价格自
1999 年起小幅度上升, 以美国二铵为例, 其价格从
1999 年的 2 900 元·t−1 上升到 2005 年的 3 000
元·t−1(图 2b)。运用相关分析统计方法计算出化肥
单位面积施用量与粮食价格之间的相关系数 r＝
0.80(α＝0.001), 以及与化肥价格之间的相关系数
r＝0.92(α=0.001), 此结果说明粮食价格、化肥价格
与化肥施用量呈显著相关。粮食收购价格降低, 化
肥价格上升 , 造成了化肥单位面积施用量的相应
下降。
第 1期 赵明燕等: 新疆奇台县化肥施用量变化及其与粮食单产的关系 77



图 2 粮食价格与化肥价格变化
Fig. 2 The change of grain price and chemical fertilizer price

2.2 化肥单位面积施用量年增长率变化
从该县化肥单位面积施用量年增长率 2 年移动
平均趋势线看出, 该县化肥单位面积施用量年增长
率起伏较大, 整体波动强烈(图 3)。化肥单位面积施
用量年增长率 1989～1998 年波动强烈, 最高值为
1990 年的 46.43％, 最低为 1997 年的−11.3％, 表明
10 年间该县化肥施用量变化较大。1990 年和 1995
年相对上一年的增长率分别为 46.43％和 44.8％, 是
研究时段内增长最快的两年。这一时间段为化肥大
幅增长阶段, 农民对于化肥施用量的多少还处于摸
索阶段, 加上当时粮食价格上升等政策与措施, 化

图 3 奇台县化肥顷均施用量年增长率变化
Fig. 3 The change of per hectare related to chemical fertilizer
applied increase rate in Qitai County
肥施用量在强烈波动中上升。自 1999年起, 受粮食
价格和化肥价格影响, 化肥的单位面积施用量缓慢
下降, 年增长率随之下降。
2.3 化肥施用结构的时间变化
1989～1998年化肥总施用量和氮肥、磷肥的施
用量都在稳步上升。1999 年后, 化肥施用总量与氮
肥、磷肥施用量均有不同程度的下降(图 4)。奇台县
N、P、K施用比例由 1989年的 1∶0.19∶0.15变化
至 2005年的 1∶0.57∶0.03, 化肥施用总量最大年是
1998 年, 为 13 811t, 最小年是 1989 年, 为 3 886t,
净增 9 925t, 年平均递增率为 8.5%。钾肥施用最多
年份为 1993年, 此时 N、P、K之比为 1∶0.84∶0.31,
且该县自 1997～2004年未施用钾肥, 原因在于经过
测土配方 , 该县土壤成土母质中钾含量较高。到
2005 年, 钾肥在全国施用的大环境下又开始少量施
用, 这种科学的因田施肥使得奇台县化肥施用结构
在较快地向适合农业发展的合理化方向变化, 并提
高了粮食产量。

图 4 奇台县化肥施用特征变化
Fig. 4 The change of chemical fertilizer application and N, P, K
amounts in Qitai County

2.4 化肥单位面积施用量与粮食单产的相关分析
随着施肥量的增加, 粮食单产也趋于增高, 二
者存在着明显的正相关关系。相关分析表明,17年间
奇台县化肥单位面积施用量(X)与粮食单产(Y)之间
的关系为:
Y= 448.91+30.699X (r=0.899 9) (1)
已知 f＝15时, 查相关系数的临界值表得: r0.001
＝0.742 6<0.899 9, 表明 r在α＝0.001的置信水平
上显著。
化肥单位面积施肥量在 60～170 kg· hm−2 时,
随化肥施用量的增多粮食单产增加显著 , 每增加
１kg 化肥平均增产粮食 38.42 kg; 化肥单位面积施
用量 170 kg· hm−2以上时, 粮食增产幅度明显减小,
每１kg 化肥平均仅增产粮食 19.34 kg; 施用更多的
78 中国生态农业学报 2009 第 17卷


化肥增产效果不明显(图 5),化肥的施用量已达到或
超过该生产水平下最大产量的需肥量。
在粮食单产 5 000 kg· hm−2以上时, 相关系数
较低, 甚至为负(表 1)。化肥的单位面积施用量在 170
kg·hm−2以上和粮食单产达 5 000 kg·hm−2为同一
时间段, 在此阶段化肥的增产效果不明显, 二者相
关系数不高的原因在于粮食增产不再仅依靠化肥的
施用, 同时 1996～2001年为农机和水利联合推动阶
段[7], 水利、种子等因素可能更多的对粮食增产有促
进作用, 粮食单产没有随化肥用量的增加而呈相应
增加, 化肥对粮食的增产效应不再显著。因此在现
有施肥条件下, 化肥已经不是粮食生产的限制因素,
这可能也是在 1998 年化肥单位面积施用量达到最
大值 196.6 kg·hm−2 后 , 持续下降并保持在 170
kg· hm−2 左右的原因之一, 同时, 这也与同期其他
地区研究得出的结果相符 [3,12], 但化肥仍然是粮食
生产的重要物质基础。因此, 170 kg·hm−2是奇台县
最佳的化肥单位面积施用量。

图 5 奇台县化肥单位面积施用量与粮食单产散点图
Fig. 5 The scatter plot of chemical fertilizer application and grain
yield per hectare in Qitai County

表 1 奇台县粮食单产与化肥单位面积施用量
Tab.1 Grain yield and chemical fertilizer application per hectare
in Qitai County
粮食单产
Grain yield
(kg·hm−2)
单位面积施肥量
Fertilizer application
(kg·hm−2)
相关系数
Correlation coefficient
(α=0.001)
2 000～4 000 60～110 0.930
4 000～5 000 110～170 0.960
5 000～6 000 160～200 0.005
>6 000 160～200 −0.580

3 结论
奇台县化肥单位面积施用量年变化趋势呈抛物
线状。从 1989 年到 1998 年, 单位面积施用量为迅
速上升状态, 1998年达到最大值 196.6 kg·hm−2, 从
1999年开始由于化肥价格的上涨及粮食价格的下调,
化肥单位面积施用量缓慢下降。该县化肥单位面积
施用量年增长率曲线起伏较大, 同单位面积施用量
趋势线走向一致, 1999年后开始下降。
1989～2005年间,奇台县氮肥、磷肥、总施用量
的变化与单位面积施用量变化基本一致。N、P、K
施用比例由 1989年的 1∶0.19∶0.15变化至 2005年
的 1∶0.57∶0.03。该县化肥施用结构在较快地向适
合农业发展的合理化方向变化。
1989～2005年奇台县单位面积化肥施用量与粮
食单产关系在α=0.001 置信水平上显著相关, 随施
肥量的增加, 粮食单产也趋于增高, 特别是单位面
积施用量 60～170 kg·hm−2时, 二者存在明显的正
相关关系。
化肥是粮食生产的重要物质基础, 但化肥已经
不是粮食生产的限制因素, 对粮食的增产效应不再
显著, 在研究时段内, 该县达到最高粮食单产时的
施肥量为 161.29 kg· hm−2, 单位面积施用量超过
170 kg· hm−2 时, 施用更多的化肥并未明显增加粮
食单产。综合得出, 该县的化肥单位面积最佳施用
量应在 170 kg· hm−2左右。若长期过量使用化肥, 会
使土壤板结 , 地力下降 , 污染环境 , 还会使农产品
的品质下降, 因此该县在化肥施用过程中应注意强
化环境保护意识 , 做到适量施肥 , 合理施肥 , 今后
应大范围推广测土配方施肥, 指导农民科学施肥。
参考文献
[1] 林忠辉 , 陈同斌 , 周立祥 . 中国不同区域化肥资源利用特
征与合理配置[J]. 资源科学, 1998, 20(5): 27−31
[2] 尉元明 , 朱丽霞 , 康凤琴 . 甘肃不同生态区化肥施用量对
农业环境的影响[J]. 干旱区研究, 2004, 21(1): 59−63
[3] 武兰芳, 陈阜, 欧阳竹, 等. 黄淮海平原麦玉两熟区粮食产
量与化肥投入关系的研究[J]. 植物营养与肥料学报, 2003,
9(3): 257−263
[4] 谢建昌 . 世界的粮食与肥料问题 [J]. 土壤学进展 , 1994,
22(3): 1−19
[5] 宋海燕 , 叶优良 , 曲日涛 . 山东省粮食生产与化肥施用状
况研究[J]. 中国农学通报, 2005, 21(9): 380−384
[6] 宇万太, 姜子绍, 周桦, 等. 不同施肥制度对作物产量及肥
料贡献率的影响[J]. 中国生态农业学报, 2007, 15(6): 54−58
[7] 陶江, 杨德刚. 50 年来新疆粮食增产因素的主成分分析[J].
干旱区地理, 2004, 27(1): 95−99
[8] 奇台县史志编纂委员会. 奇台县志[B]. 乌鲁木齐: 新疆大
学出版社, 1994
[9] 新疆维吾尔自治区统计局. 新疆统计年鉴(1990～2006)[M].
北京: 中国统计出版社, 2006
[10] 徐建华. 现代地理学中的数学方法[M]. 北京: 高等教育出
版社, 2002: 47−59
[11] 赵云龙, 唐海萍, 李新宇. 近 40 年来科尔沁沙地沙漠化过
程的气候背景分析 [J]. 干旱区资源与环境 , 2004, 18(5):
8−14
[12] 孙丽梅 , 李季 , 董章杭 . 冬小麦-夏玉米轮作系统化肥农药
投入调查研究[J]. 农业环境科学学报, 2005, 24(5): 935−939