基础地力对黄壤区粮油高产、稳产和可持续生产的影响

黄兴成，石孝均，李渝，张雅蓉，刘彦伶，张文安，蒋太明

（1贵州省土壤肥料研究所，贵阳 550006；2农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵阳 550006；3西南大学资源环境学院，重庆 400716；4贵州省农业科学院，贵阳 550006）

基础地力对黄壤区粮油高产、稳产和可持续生产的影响

黄兴成1,2，石孝均3，李渝1,2，张雅蓉1,2，刘彦伶1,2，张文安1,2，蒋太明2,4

（1贵州省土壤肥料研究所，贵阳 550006；2农业部贵州耕地保育与农业环境科学观测实验站，贵阳 550006；3西南大学资源环境学院，重庆 400716；4贵州省农业科学院，贵阳 550006）

【目的】黄壤是中国重要的地带性土壤，黄壤区粮油作物的高产、稳产和可持续生产对于地区粮食安全和经济民生至关重要。研究黄壤区主要粮油作物基础地力特征，评价地力对粮油作物高产、稳产和可持续生产的影响，为黄壤耕地地力保育和区域作物绿色生产提供依据。【方法】依托于2006—2013年测土配方施肥项目在黄壤区开展的3 515个田间试验（马铃薯434个、油菜525个、玉米1 318个、水稻1 238个），调查每个试验点无肥对照（CK）和氮磷钾肥（N2P2K2）处理作物产量；基于作物估计方法，分析了粮油基础地力产量和地力贡献率特征；采用直线拟合和边界线分析评价了基础地力对作物施肥产量及产量差的影响；采用稳定性指数和可持续性指数评估了基础地力对产量稳定性和可持续性的影响。【结果】黄壤区马铃薯、油菜、玉米和水稻平均基础地力产量分别为10.8、1.13、4.57和5.73 Mg·hm-2，平均地力贡献率分别为50.8%、49.0%、59.0%和 70.8%；基础地力产量越高，地力对作物施肥产量的贡献率越大。作物施肥产量与基础地力产量显著正相关，马铃薯、油菜、玉米和水稻施肥产量与基础地力产量的直线拟合方程决定系数分别为0.476、0.284、0.382和0.366（P＜0.001）。边界线分析结果表明，马铃薯、油菜、玉米和水稻4种作物的施肥产量潜力分别为42.8、4.07、11.8和12.4 Mg·hm-2；随着基础地力的提升，作物施肥产量差降低，产量的稳定性和可持续性增加。【结论】提升基础地力能够提升作物施肥产量，降低产量差，有利于黄壤区粮油作物的高产、稳产和可持续生产。

黄壤；基础地力；边界线分析；产量差；稳定性指数；可持续性指数

0 引言

【研究意义】通过“绿色革命”和集约化耕种等措施，中国主要粮油作物产量自建国以来均大幅提升[1-4]。然而，由于人口增长和粮食消费结构变化等因素，世界粮油需求仍不断增长。研究表明，到2050年全球粮食产量至少要比2005年增加60%—110%才能满足人类消费和牲畜饲料对粮食的需求[5]。据LI等[4]预测，到 2030年，中国的粮食产量至少要比 2011年增长35.8%才能保证粮食自给。黄壤是中国中亚热带湿润区的地带性土壤，保障黄壤区粮油产量安全关系着地区发展与经济民生，地区粮油的高产、稳产和可持续生产更符合国家粮食安全的战略目标。【前人研究进展】前人研究[6-7]指出，影响中国粮食产量的关键因素是粮食播种面积、化肥施用量和播面单产。然而，由于黄壤区主要是山地丘陵地貌，耕地后备资源严重不足，耕地面积总量不可能大幅度增加；同时，目前中国单位面积化肥施用量已超过作物实际需求[8]，过量施肥导致肥料利用率降低[9]，作物产量不稳定性和不可持续性增加[10]，并导致生态环境问题[11-12]和资源浪费[13]，结合当前“化肥零增长”要求，化肥投入量也不可能大幅增加；因此，只有通过耕地保育，提升单位面积土壤生产能力，保证产量的稳定和可持续才是未来黄壤区粮食安全的出路。李忠芳等[14]和曾祥明等[15]通过长期定位试验发现，作物的施肥产量与基础地力显著正相关，地力越高，作物施肥产量越高。FAN等[16]、李忠芳等[17]、梁涛等[18]采用地力贡献率评价了基础地力对施肥产量的贡献，表明地力贡献率与基础地力呈显著正相关，基础地力越高，作物产量越高，地力对施肥的产量贡献率越大。梁涛等[18]研究表明，区域基础地力越高的土壤在施肥和良好管理下所获得的产量潜力越高，施肥产量的可持续性和稳定性越高。基础地力的研究为指导区域合理的耕地保育和作物绿色生产提供了依据。【本研究切入点】评估基础地力对黄壤区粮油高产、稳产和可持续生产的影响，对确保地区粮食安全和实现区域作物绿色生产有重要意义。然而，目前针对黄壤粮油作物基础地力现状的研究未见报道，对地区粮食安全影响如何尚不清晰。【拟解决的关键问题】选取2006—2013年测土配方施肥项目在黄壤区开展的3 515个田间试验，对黄壤区马铃薯、油菜、玉米和水稻4种主要的粮油作物基础地力产量和地力贡献率特征进行评估，揭示基础地力对黄壤区粮油产量高产、稳产和可持续生产的影响，为黄壤耕地地力保育和区域作物绿色生产提供依据。

1 材料与方法

1.1 调查数据来源

本研究以黄壤分布面积最广、耕地比重较大的贵州、四川和重庆3个省市为研究区，调查了研究区黄壤分布区 2006—2013年全国测土配方施肥项目开展的3 515个田间试验（马铃薯434个、油菜525个、玉米1 318个、水稻1 238个）。试验点分布于调查区典型的粮油种植区域（图 1），各试验点选择具有代表性的土壤肥力地块（土壤基础性质见表 1）进行试验。每个试验在同一地块开展一季试验，试验开始前为农民常规施肥管理。调查了每个试验点无肥对照（CK）和氮磷钾肥（N2P2K2）处理的作物产量数据，对照处理不施用任何肥料，氮磷钾肥处理按照试验点当地测土配方施肥推荐氮磷钾肥料用量施用。试验由试验点当地的农技部门开展，试验的肥料、作物品种、田间操作和产量测定等均参照农业部《测土配方施肥技术规范》[19]进行。

图1 不同作物试验点分布Fig. 1 Geographical distribution of on-farm trials sites for different crops

表1 不同作物试验点土壤基础性质Table 1 The basic properties of soils at on-farm trials sites for different crops

1.2 数据处理与分析

本研究基于作物估计方法[16]进行土壤基础地力评估，土壤基础地力产量以作物无肥对照处理产量来评价；氮磷钾肥处理产量代表养分供应充足下的现实生产力。为了评价基础地力对作物施肥产量的贡献，计算地力贡献率（RCsoil）[16,18]。

式中，YCK为无肥对照处理产量，YN2P2K2为氮磷钾肥处理产量。

采用线性回归[18]和边界线分析方法[20]量化基础地力对施肥产量和产量差的影响。边界线分析方法被广泛用于描述现实产量与潜在产量的差距和评估产量限制因子[21-23]。边界线拟合方法如下：式中，Yp是边界线预测产量，Yatt是区域氮磷钾肥处理可获得的最高预测产量，K、R为方程常数。

根据边界线拟合得到的最高产量（Yatt）计算产量差（yield gap）。

式中，Ygap是产量差，表示区域氮磷钾肥处理可获得的最高预测产量与试验现实生产力之差。

作物产量的稳定性和可持续性是反映作物产量安全的重要指标。作物产量的稳定性用稳定性指数 SI（stability index）衡量，SI 值越低表明产量越稳定[24]；可持续性指数SYI（sustainable yield index）是衡量作物是否能持续生产的一个参数，SYI值越大，产量的可持续性越好。计算方法如下：

式中，STD(YN2P2K2)、AVE(YN2P2K2)和YN2P2K2-max分别为氮磷钾肥处理产量的标准差、平均值和最大值。

采用Excel 2016、Sigmaplot12.5、ArcGIS10.3软件进行数据统计分析和作图。

2 结果

2.1 粮油作物基础地力产量及地力贡献率特征

不同粮油作物的基础地力统计结果（表2）表明，黄壤区马铃薯基础地力产量在1.2—33.9 Mg·hm-2，平均基础地力产量10.8 Mg·hm-2；地力贡献率在17.3%—99.6%，平均地力贡献率50.8%。油菜基础地力产量在0.19—2.74 Mg·hm-2，平均基础地力1.13 Mg·hm-2；地力贡献率在11.6%—98.7%，平均地力贡献率49.0%。玉米基础地力在0.74—10.61 Mg·hm-2，平均基础地力4.57 Mg·hm-2；地力贡献率在16.0%—99.9%，平均地力贡献率59.0%。水稻基础地力在1.58—9.98 Mg·hm-2间，平均基础地力5.73 Mg·hm-2；地力贡献率在36.9%—99.7%，平均地力贡献率70.8%。

2.2 基础地力产量对地力贡献率的影响

随着基础地力产量的提升，作物地力贡献率逐渐增加（图2）。当马铃薯基础地力由＜6 Mg·hm-2上升到＞24 Mg·hm-2时，地力贡献率从46.5%上升至81.2%。当油菜基础地力由＜0.5 Mg·hm-2上升到＞2 Mg·hm-2时，地力贡献率从 23.1%上升至79.2%。当玉米基础地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2时，地力贡献率从 30.2%上升至 86.5%。当水稻基础地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2时，地力贡献率从63.3%上升至85.3%。表明随着基础地力的提升，土壤基础地力对施肥产量的贡献呈上升趋势。

2.3 基础地力对作物施肥产量及产量差的影响

作物氮磷钾肥处理与基础地力产量的拟合直线显示（图3，表3），马铃薯、油菜、玉米和水稻4种粮油作物现实生产力与基础地力拟合直线决定系数分别达0.472、0.284、0.382和0.366（P＜0.001），直线斜率均为正，表明随着地力的提升，施肥产量也随之提高，较高的基础地力有利于作物的高产。

边界线分析结果表明（图3，表3），马铃薯、油菜、玉米、水稻 4种粮油作物符合边界线拟合（P＜0.001）。马铃薯、油菜、玉米和水稻的施肥高产潜力分别为42.8、4.07、11.8和12.4 Mg·hm-2。

不同基础地力分级下作物产量差分析结果表明（图4），随着基础地力的提升，不同作物产量差均呈降低趋势。当马铃薯基础地力由＜6 Mg·hm-2上升到＞24 Mg·hm-2时，产量差从 32.6 Mg·hm-2降低至 8.3 Mg·hm-2。当油菜基础地力由＜0.5 Mg·hm-2上升到＞2 Mg·hm-2时，产量差从 2.34 Mg·hm-2降低至 1.22 Mg·hm-2。当玉米基础地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2时，产量差从 6.05 Mg·hm-2降低至 1.46 Mg·hm-2。当水稻基础地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2时，产量差从9.49 Mg·hm-2降低至2.38 Mg·hm-2。

表2. 不同粮油作物基础地力及地力贡献率Table 2 Inherent soil productivity and contribution rate of soil productivity for grain and oil crops

图2 基础地力产量对地力贡献率的影响Fig. 2 Effect of inherent soil productivity on contribution rate of soil productivity

图3 基础地力对粮油作物施肥产量的影响Fig. 3 Effect of inherent soil productivity on fertilization yield of grain and oil crops

表3 基础地力与施肥产量的直线拟合和边界线分析Table 3 Linear fitting and boundary line analysis of inherent soil productivity and fertilization yield

图4 基础地力对作物施肥产量差的影响Fig. 4 Effect of inherent soil productivity on fertilization yield gap of grain and oil crops

2.4 基础地力对作物施肥产量稳定性和可持续性的影响

作物施肥产量的稳定性和可持续性随着地力的变化而变化（图 5）。不同作物由低地力到高地力，施肥产量的可持续性指数均呈上升趋势，而稳定性指数均降低；当马铃薯基础地力由＜6 Mg·hm-2上升到＞24 Mg·hm-2时，产量稳定性指数从0.599降低至0.181，可持续性指数从0.134上升至0.656；当油菜基础地力由＜0.5 Mg·hm-2上升到＞2 Mg·hm-2时，产量稳定性指数从0.297降低至0.153，可持续性指数从0.447上升至 0.600；当玉米基础地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2时，产量稳定性指数从0.245降低至0.070，可持续性指数从0.487上升至0.788；当水稻基础地力由＜2 Mg·hm-2上升到＞8 Mg·hm-2时，产量稳定性指数从0.189降低至0.087，可持续性指数从0.667上升至0.745。表明基础地力越高，作物施肥可获得的产量稳定性和可持续性越高，有利于粮油作物的稳产和可持续生产。

3 讨论

3.1 粮油作物基础地力特征

以往对基础地力的研究主要集中于点位长期试验的土壤地力评估及地力演变分析[17,25-26]，并不能反映区域土壤基础地力的真实值；对于区域基础地力的评价主要集中于水稻、玉米和小麦三大粮食作物[16,18,27]，对于油料作物和第四大粮食作物马铃薯基础地力的评价鲜有报道。本研究对黄壤区马铃薯、油菜、玉米和水稻4种粮油作物基础地力进行了评价。结果显示，黄壤区马铃薯、油菜、玉米和水稻基础地力产量分别为10.8、1.13、4.57和5.73 Mg·hm-2，地力贡献率分别为50.8%、49.0%、59.0%和70.8%。不同作物地力贡献率以水稻最高，玉米次之，油菜的最低，此结果与夏圣益[28]开展的多点试验结果一致；这可能是由于水耕条件下水热环境更稳定，促进了土壤养分释放和水稻养分吸收，有利于水稻产量的形成[29]；同时，山地丘陵地区水稻多种植于地形低洼地，是区域水分养分的汇集区[30]，径流和灌溉等环境养分带入较多[31]，导致施肥的贡献降低，地力贡献率高于旱地作物；此外，水稻和玉米根系是须根系，毛细根发达，根表面积大，能够充分吸收土壤养分，而油菜根系为直根系，对土壤的养分吸收能力较弱[32]，因而油菜地力贡献率较低。就玉米和水稻而言，两者平均基础地力产量和平均地力贡献率均高于全国平均水平[33]，其原因一方面可能与研究区光温水条件较好、气候生产潜力较高等气候环境因素有关[34]；另一方面，黄壤区种植结构较为单一，主要以单作为主[35]，而全国其他粮油主产区复种指数较高[36]，长期的持续耕种导致土壤基础地力降低；此外，黄壤区农业气象灾害发生率较其他粮食主产区低[37]，更有利于地力的发挥和作物产量的形成。本研究对黄壤区马铃薯、油菜、玉米和水稻的础地力产量和地力贡献率的评估结果反映了区域粮油作物地力特征，为地区粮油作物的绿色生产提供了依据。但是，当前黄壤区基础地力的时空特征尚不明晰，尤其是对低基础地力土壤的空间分布分析较少，成为今后研究的重点。

图5 不同作物土壤基础地力对作物产量稳定性（SI）和可持续性（SYI）的影响Fig. 5 Effect of inherent soil productivity on stability indexes (SI) and sustainable yield indexes (SYI) of fertilization yield for grain and oil crops

3.2 提升土壤地力，实现区域作物绿色生产

3 515个田间试验结果分析显示，4种粮油作物施肥产量与基础地力产量呈极显著正相关关系（图3），这与李忠芳等[14]，乔磊等[27]对水稻的研究基本一致，表明基础地力在提高粮油产量上占有重要地位。缩减产量差被认为是实现粮食安全的重要途径。以往的研究表明，通过优化水肥管理[38]和先进的农业技术推广[39]等措施能够缩减产量差。本研究发现，提升土壤地力也是缩减产量差的有效途径，表现为随着基础地力产量的提升，作物获得区域高产潜力的产量差逐渐降低（图4），表明通过提升土壤地力，可以缩减产量差，实现区域作物高产，为今后缩减产量差途径研究提供了新的方向。土壤生产力的稳定性和可持续性是实现区域粮食安全的必要条件，本研究结果显示（图 5），随着地力的提升，作物施肥产量的稳定性和可持续性均提高，表明地力提升能够促进产量趋于稳定并持续生产，研究结果与梁涛等[18]对大区域的统计结果一致。提升黄壤地力对区域作物高产、稳产和可持续生产至关重要，因此寻求黄壤地力提升有效途径成为实现区域绿色生产的的关键点。研究指出，黄壤具有冷、酸、瘦（缺磷）和黏等障碍，是黄壤低地力的主要因素[40]。由此，提升黄壤地力关键是通过良好的土壤管理，进行土壤培肥，改良土壤障碍因素。进行土壤改良培肥有诸多方法，如实行合理耕作[40-41]、合理施肥[42]和施用调理剂[43]等措施在黄壤改良培肥均见诸报道。然而，以往的黄壤改良培肥研究主要针对黄壤单一或多肥力因子，鲜少有进行黄壤综合肥力提升的报道研究，缺乏造成黄壤地力低的障碍因素定量分析及长期地力演变研究，这是今后研究的重点。

4 结论

黄壤区马铃薯、油菜、玉米和水稻基础地力产量分别为10.8、1.13、4.57和5.73 Mg·hm-2，地力贡献率分别为50.8%、49.0%、59.0%和70.8%。随着基础地力的提升，作物施肥产量提升，产量差降低，地力贡献率、产量的稳定性和可持续性均提升。基础地力提升有利于作物区域高产、稳产和可持续生产。

致谢：本研究原始数据资料来自贵州、四川和重庆等省市开展的全国测土配方施肥项目，项目具体实施由各省市土壤肥料工作总站牵头，各市州县的农委、土壤肥料工作站等农技部门具体实施。在此，对这些长期在基层一线工作的农业工作者们表示感谢。

[1] TONG C L, HALL C A S, WANG H Q. Land use change in rice, wheat and maize production in China (1961-1998). Agriculture Ecosystems and Environment, 2003, 95(2/3): 523-536.

[2] PENG S B, TANG Q Y, ZOU Y B. Current status and challenges of rice production in China. Plant Production Science, 2009, 12(1): 3-8.

[3] RONDANINI D P, GOMEZ N V, AGOSTI M B, MIRALLES D J. Global trends of rapeseed grain yield stability and rapeseed-to-wheat yield ratio in the last four decades. European Journal of Agronomy, 2012, 37(1): 56-65.

[4] LI Y X, ZHANG W F, MA L, WU L, SHEN J B, DAVIES W J , OENEMA O, ZHANG F S, DOU Z X. An analysis of China's grain production: Looking back and looking forward. Food & Energy Security, 2014, 3(1): 19-32.

[5] TILMAN D, BALZER C, HILL J, BEFORT B L. Global food demand and the sustainable intensification of agriculture. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, 2011, 108(50): 20260-20264.

[6] 朱兆良, 金继运. 保障我国粮食安全的肥料问题. 植物营养与肥料学报, 2013, 19(2):259-273.

ZHU Z L, JIN J Y. Fertilizer use and food security in China. Plant Nutrition and Fertilizer Science, 2013, 19(2): 259-273. (in Chinese)

[7] 刘彦随, 王介勇, 郭丽英. 中国粮食生产与耕地变化的时空动态.中国农业科学, 2009, 42(12): 4269-4274.

LIU Y S, WANG J Y, GUO L Y. The spatial-temporal changes of grain production and arable land in China. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(12): 4269-4274. (in Chinese)

[8] FAN M S, CHRISTIE P, ZHANG W F, ZHANG F S. Crop productivity, fertilizer use, and soil quality in China//LAL R, STEWART B A. Advances in Soil Science: Food Security and Soil Quality. USA: CRC Press, 2010: 87-107.

[9] 张福锁, 王激清, 张卫峰, 崔振岭, 马文奇, 陈新平, 江荣风. 中国主要粮食作物肥料利用率现状与提高途径. 土壤学报, 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)

[10] 林治安, 赵秉强, 袁亮, HWAT BING-SO. 长期定位施肥对土壤养分与作物产量的影响. 中国农业科学, 2009, 42(8): 2809-2819.

LIN Z A, ZHAO B Q, YUAN L, HWAT B S. Effects of organic manure and fertilizers long-term located application on soil fertility and crop yield. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(8): 2809-2819. (in Chinese)

[11] 王艳群, 彭正萍, 薛世川, 杨云马, 周亚鹏, 赵立宾. 过量施肥对设施农田土壤生态环境的影响. 农业环境科学学报, 2005, 24(增刊): 81-84.

WANG Y Q, PENG Z P, XUE S C, YANG Y M, ZHOU Y P, ZHAO L B. Effect of excessive fertilization on soil ecological environment inthe facility farmland. Journal of Agro-Environment Science, 2005, 24(Suppl.): 81-84. (in Chinese)

[12] LIU Q P, GUO Y L, GIESY J P. Assessment on ecological safety of farmland fertilization of China. Advanced Materials Research, 2014, 962-965: 2170-2174.

[13] 高祥照, 马文奇, 杜森, 张福锁, 毛达如. 我国施肥中存在问题的分析. 土壤通报, 2001, 32(6): 258-261.

GAO X Z, MA W Q, DU S, ZHANG F S, MAO D R. Current status and problems of fertilization in China. Chinese Journal of Soil Science, 2001, 32(6): 258-261. (in Chinese)

[14] 李忠芳, 徐明岗, 张会民, 张文菊, 高静. 长期施肥下中国主要粮食作物产量的变化. 中国农业科学, 2009, 42(7): 2407-2414.

LI Z F, XU M G, ZHANG H M, ZHANG W J, GAO J. Grain yield trends of different food crops under long-term fertilization in China. Scientia Agricultura Sinica, 2009, 42(7): 2407-2414. (in Chinese)

[15] 曾祥明, 韩宝吉, 徐芳森, 黄见良, 蔡红梅, 石磊. 不同基础地力土壤优化施肥对水稻产量和氮肥利用率的影响. 中国农业科学, 2012, 45(14): 2886-2894.

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. (in Chinese)

[16] FAN M S, LAL R, CAO J, QIAO L, SU Y S, JIANG R F, ZHANG F S. Plant-based assessment of inherent soil productivity and contributions to China’s cereal crop yield increase since 1980. PLoS ONE, 2013, 8(9): e74617.

[17] 李忠芳, 张水清, 李慧, 孙楠, 逄焕成, 娄翼来, 徐明岗. 长期施肥下我国水稻土基础地力变化趋势. 植物营养与肥料学报, 2015, 21(6): 1394-1402.

LI Z F, ZHANG S Q, LI H, SUN N, PANG H C, LOU Y L, XU M G. Trends of basic soil productivity in paddy soil under long-term fertilization in China. Journal of Plant Nutrition and Fertilizer, 2015, 21(6): 1394-1402. (in Chinese)

[18] 梁涛, 陈轩敬, 赵亚南, 黄兴成, 李鸿, 石孝均, 张跃强. 四川盆地水稻产量对基础地力与施肥的响应. 中国农业科学, 2015, 48(23): 4759-4768. LIANG T, CHEN X J, ZHAO Y N, HUANG X C, LI H, SHI X J, ZHANG Y Q. Response of rice yield to inherent soil productivity of paddies and fertilization in Sichuan basin. Scientia Agricultura Sinica, 2015, 48(23): 4759-4768. (in Chinese)

[19] 中华人民共和国农业部. 测土配方施肥技术规范(试行). 2006. [2016-12-16].http://www.natesc.org.cn/Html/2006_06_06/52871_537 41_2006_06_06_75460.html.

Ministry of Agriculture of the Peple’s Republic of China. Technical specification of soil testing and fertilizer recommendation(trial). 2006.[2016-12-16].http://www.natesc.org.cn/Html/2006_06_06/52871 _53741_2006_06_06_75460.html. (in Chinese)

[20] WEBB R A. Use of the boundary line in the analysis of biological data. Journal of Horticultural Science, 47(3): 309-319.

[21] SCHNUG E, HEYM J, ACHWAN F. Establishing critical values for soil and plant analysis by means of the boundary line development system (bolides). Communications in Soil Science and Plant Analysis, 2008, 27(13): 2739-2748.

[22] FERMONT A M, ASTEN P J A, TITTONELL P, WIJK M T, GILLER K E. Closing the cassava yield gap: An analysis from smallholder farms in East Africa. Field Crops Research, 2009, 112(1): 24-36.

[23] WANG N, JASSOGNE L, ASTEN P J A, MUKASA D, WANYAMA I, KAGEZI G, GILLER K E. Evaluating coffee yield gaps and important biotic, abiotic, and management factors limiting coffee production in Uganda. European Journal of Agronomy, 2015, 63(63): 1-11.

[24] PAN G X, SMITH P, PAN W N. The role of soil organic matter in maintaining the productivity and yield stability of cereals in China. Agriculture Ecosystems and Environment, 2009, 129(1/3): 344-348.

[25] 贡付飞, 查燕, 武雪萍, 黄绍敏, 徐明岗, 张会民, 刘海龙, 姜志伟,王小彬, 蔡典雄. 长期不同施肥措施下潮土冬小麦农田基础地力演变分析. 农业工程学报, 2013, 29(12): 120-129.

GONG F F, ZHA Y, WU X P, HUANG S M, XU M G, ZHANG H M, LIU H L, JIANG Z W, WANG X B, CAI D X. Analysis on basic soil productivity change of winter wheat in fluvo-aquic soil under long-term fertilization. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2013, 29(12): 120-129. (in Chinese)

[26] 鲁艳红, 廖育林, 周兴, 聂军, 谢坚, 杨曾平. 长期不同施肥对红壤性水稻土产量及基础地力的影响. 土壤学报, 2015, 52(3): 597-606.

LU Y H, LIAO Y L, ZHOU X, NIE J, XIE J, YANG Z P. Effect of long-term fertilization on rice yield and basic soil productivity in red paddy soil under double-rice system. Acta Pedologica Sinica, 2015, 52(3): 597-606. (in Chinese)

[27] 乔磊, 江荣风, 张福锁, 范明生. 土壤基础地力对水稻体系的增产与稳产作用研究. 中国科技论文, 2016, 11(9): 1031-1034.

QIAO L, JIANG R F, ZHANG F S, FAN M S. Improving inherent soil productivity enhances yield and resilience of rice farming systems. China Sciencepaper, 2016, 11(9): 1031-1034. (in Chinese)

[28] 夏圣益. 土壤基础地力, 施肥水平与农作物产量的关系. 上海农业科技, 1998(1): 6-8.

XIA S Y. Relation of soil fertility with applying fertilizer quantity andcrop yields. Shanghai Agricultural Science and Technology, 1998(1): 6-8. (in Chinese)

[29] 汤勇华, 黄耀. 中国大陆主要粮食作物地力贡献率及其影响因素的统计分析. 农业环境科学学报, 2008, 27(4): 1283-1289.

TANG Y H, HUANG Y. Statistical analysis of the percentage of soil fertility contribution to grain crop yield and driving factors in mainland China. Journal of Agro-Environment Science, 2008, 27(4): 1283-1289. (in Chinese)

[30] 黄兴成, 颜家均, 刘洪斌, 陈心佩, 宋美霞. 低山丘陵区农田土壤有机质预测性制图. 西南师范大学学报(自然科学版), 2013, 38(5): 142-149.

HUANG X C, YAN J J, LIU H B, CHEN X P, SONG M X. On predictive mapping of farmland soil organic matter in hilly areas. Journal of Southwest China Normal University(Natural Science Edition), 2013, 38(5): 142-149. (in Chinese)

[31] 李忠芳. 长期施肥下我国典型农田作物产量演变特征和机制[D].北京: 中国农业科学院, 2009.

LI Z F. Characteristics and its mechanism of grain yield in typical cropland under long-term fertilization in China[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2009. (in Chinese)

[32] 王立德, 廖红, 王秀荣, 严小龙. 植物根毛的发生、发育及养分吸收. 植物学报, 2004, 21(6): 649-659.

WANG L D, LIAO H, WANG X R, YAN X L. Root hair initiation and development and nutrient uptake in plants. Chinese Bulletin of Botany, 2004, 21(6): 649- 659. (in Chinese)

[33] 汤勇华, 黄耀. 中国大陆主要粮食作物地力贡献率和基础产量的空间分布特征. 农业环境科学学报, 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)

[34] 侯光良, 刘允芬. 我国气候生产潜力及其分区. 资源科学, 1985(3): 52-59.

HOU G L, LIU Y F. Climatic production potential and its division in China. Resources Science, 1985(3): 52-59. (in Chinese)

[35] 刘珍环, 杨鹏, 吴文斌, 李正国, 游良志. 近30年中国农作物种植结构时空变化分析. 地理学报, 2016, 71(5): 840-851.

LIU Z H, YANG P, WU W B, LI Z G, YOU L Z. Spatio-temporal changes in Chinese crop patterns over the past three decades. Acta Geographica Sinica, 2016, 71(5): 840-851. (in Chinese)

[36] 丁明军, 陈倩, 辛良杰, 李兰晖, 李秀彬. 1999-2013年中国耕地复种指数的时空演变格局. 地理学报, 2015, 70(7): 1080-1090.

DING M J, CHEN Q, XIN L J, LI L H, LI X B. Spatial and temporal variations of multiple cropping index in China based on SPOT-NDVI during 1999-2013. Acta Geographica Sinica, 2015, 70(7): 1080-1090. (in Chinese)

[37] 姚亚庆. 1950-2015年我国农业气象灾害时空特征研究[D]. 杨凌:西北农林科技大学, 2016.

YAO Y Q. The Spatial and temporal characteristics of agrometeorological disasters during 1950-2015 in China[D]. Yangling: Northwest Agriculture and Forestry University, 2016. (in Chinese)

[38] MUELLER N D, GERBER J S, JOHNSTON M, RAY D K, RAMANKUTTY N, FOLEY J A. Closing yield gaps through nutrient and water management. Nature, 2012, 490(7419): 254-260.

[39] ZHANG W F, CAO G X, LI X L, ZHANG H Y, WANG C, LIU Q Q, CHEN X P, CUI Z L, SHEN J B, JIANG R F, MI G H, MIAO Y X, ZHANG F S, DOU Z X. Closing yield gaps in China by empowering smallholder farmers. Nature, 537(7622): 671-674.

[40] 曹文藻. 黄壤改良. 贵阳：贵州人民出版社, 1981.

CAO W Z. Yellow Soil Improvement. Guiyang: Guizhou People's Publishing House, 1981. (in Chinese)

[41] 胡岗, 秦松, 范成五, 赵欢, 张邦喜, 严莲英. 3种不同管理措施黄壤坡耕地的有机碳与氮养分. 西南农业学报, 2015, 28(6): 2630-2636.

HU G, QIN S, FAN C W, ZHAO H, ZHANG B X, YAN L Y. Organic carbon and nitrogen nutrients in yellow soil of slope cropland under three different management measures. Southwest China Journal of Agricultural Sciences, 2015, 28(6): 2630-2636. (in Chinese)

[42] 张文安, 芶久兰, 李剑, 肖厚军, 秦松. 黄壤旱地长期不同耕作与施肥对玉米产量及施肥效益的影响. 贵州农业科学, 2008, 36(2):105-107.

ZHANG W A, GOU J L, LI J, XIAO H J, QIN S. Effects of long-term different farming and fertilizer methods on maize yield and fertilizer efficiency in the upland field with yellow soil. Guizhou Agricultural Sciences, 2008, 36(2): 105-107. (in Chinese)

[43] 肖厚军, 王正银, 何佳芳, 苟久兰. 磷石膏改良强酸性黄壤的效应研究. 水土保持学报, 2008, 22(6): 62-66.

XIAO H J, WANG Z Y, HE J F, GOU J L. Effects of phosphogypsum on nutrient balance of broomcorn grown in strongly acidic yellow soil. Journal of Soil and Water Conservation, 2008, 22(6):62-66. (in Chinese)

（责任编辑 杨鑫浩）

Effect of the Inherent Soil Productivity on High, Stable and Sustainable Yield of Grain and Oil Crops in Yellow Soil Region

HUANG XingCheng1,2, SHI XiaoJun3, LI Yu1,2, ZHANG YaRong1,2, LIU YanLing1,2, ZHANG WenAn1,2, JIANG TaiMing2,4
(1Guizhou Institute of Soil and Fertilizer, Guiyang 550006;2Scientific Observing and Experimental Station of Arable Land Conservation and Agricultural Environment (Guizhou), Ministry of Agriculture, Guiyang 550006;3College of Resources and Environmental, Southwest University, Chongqing 400716;4Guizhou Academy of Agricultural Sciences, Guiyang 550006)

【Objective】Yellow soil is an important zonal soil in China. High, stable and sustainable yield of grain and oil crops are fundamental to food security, economic development and people's livelihood for yellow soil region. This paper studied the characteristics of inherent soil productivity for grain and oil crops in yellow soil region in order to evaluate the effect of inherent soil productivity on high, stable and sustainable yield of grain and oil crops. The results of this study will provide a theoretical basis for cultivating land conservation and producing green crops in yellow soil region. 【Method】The assessment was conducted based on data-set derived from National Soil Test and Fertilizer Recommendation projects during 2006 to 2013 in yellow soil region. Yields ofunfertilized control (CK) and NPK fertilization (N2P2K2) treatments in 3 515 on-farm trials (434 potato trials, 525 rapeseed trials, 1 318 maize trials, and 1 238 rice trials) were surveyed. Characteristics of inherent soil productivity and its contribution rate to fertilization yield under on-farm conditions were assessed by using a plant-based agronomic approach. The effects of inherent soil productivity on fertilization yield and yield gap were also assessed by using linear fitting and boundary line analysis. Meanwhile, the effect of stable indexes and sustainable indexes of grain and oil crops under different inherent productivities were also assessed.【Result】The average yield based on inherent soil productivity of potato, rapeseed, maize and rice were 10.8, 1.13, 4.57 and 5.73 Mg·hm-2, and the average contribution rates of inherent soil productivity were 50.8%, 49.0%, 59.0% and 70.8%, respectively. It was found that the contribution rate of inherent soil productivity was increased with improvement of inherent soil productivity. There was a significant and positive correlation between fertilization yield and inherent soil productivity, R2of linear fitting with fertilization yield and inherent soil productivity of potato, rapeseed, maize and rice were 0.476, 0.284, 0.382 and 0.366 (P＜0.001), respectively. Boundary line analysis showed that the attainable yield of potato, rapeseed, maize and rice were 42.8, 4.07, 11.8 and 12.4 Mg·hm-2, respectively. Meanwhile, it found that stability and sustainable of grain and oil crops yield were increased with improvement of inherent soil productivity. 【Conclusion】It was concluded that improving inherent soil productivity of farmland can decrease yield gap while promote high, stable and sustainable yield of grain and oil crops in yellow soil regions.

yellow soil; inherent soil productivity; boundary line analysis; yield gap; stability index; sustainable yield index

2016-10-24；接受日期：2016-12-16

国家科技支撑计划（2015BAD06B04）、国家公益性行业（农业）科研专项（201203030）、贵州省农业科学院自主创新专项（黔农科院自主创新专项）（2014007）

联系方式：黄兴成，E-mail：huangxc90@163.com。通信作者蒋太明，E-mail：jtm532@163.com