我國水稻優勢產區生產格局及施肥現狀研究

嚴如玉 甘國渝 趙希梅 殷大聰 李燕麗 金慧芳 朱海 李繼福*

（1 長江大學 農學院/農業資源與環境分析測試中心，湖北 荊州 434025；2 長江科學院/流域水資源與生態環境科學湖北省重點實驗室，武漢 430010；第一作者：201804340@yangtzeu.edu.cn；*通訊作者：jifuli@yangtzeu.edu.cn）

水稻作為我國第二大糧食作物，常年種植面積約3 000 萬hm2，有力保障了國家糧食安全[1]。水稻在我國廣泛種植，優勢產區主要為東北平原、長江流域上游、中游、下游和東南沿海5 個地區。2020 年，黑龍江在全國各省份中水稻總產量最高，達2 896.2 萬t；湖南次之，為2 638.9 萬t；西藏水稻總產量最低，僅0.5 萬t[2]。隨著人口數量的增加和人們生活水平的提高，國內市場對水稻產量和品質的要求逐步提高。施肥是水稻增產的重要栽培措施。然而，在水稻生產過程中，過量、盲目施肥的現象依然存在，不僅導致養分利用率和水稻產量降低，也造成了農業面源污染[3-4]。

國家“十三五”重點研發項目“作物減肥減藥”實施以來，各水稻主產區積極開展化肥農藥減量增效工作[5]，取得了一些進展，為實現化肥施用“零增長”提供了技術和經驗。目前我國化肥減量途徑主要包括秸稈還田、測土配方施肥、水肥一體化和有機肥資源化利用等[6]。張小祥等[7]研究發現，在江蘇省遲熟中粳稻種植區，常規施氮水平上減氮10.0%是一種兼顧產量的理想減施策略。聶鑫等[8]在湖南省開展氮鉀肥減施研究，發現氮鉀減施20.0%時翻壓紫云英30 000 kg/hm2可顯著提高水稻生物量及氮素積累量。宮亮等[9]研究了遼寧省減施氮肥對水稻產量的影響，發現比農民習慣施氮（260 kg/hm2）減施10.0%～13.0%氮肥有利于長期穩產增效。

目前，我國對水稻的研究主要集中在栽培技術和新品種選育上，對水稻主產區產量變化及施肥現狀的整體分析較少。本研究通過農業農村部種植業管理司提供的科學施肥指導意見、中國農村統計年鑒以及中國知網提供的文獻可視化計量分析功能，對我國水稻生產和科學施肥情況進行統計分析，以期為水稻生產科學施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 數據來源

數據源于中國知網（CNKI）、2021 年國家科學施肥指導意見和中國農村統計年鑒（2012—2021 年）。檢索文獻選擇以“高級檢索”進行，檢索標準為：主題=“水稻產量”和全文=“施肥”，時間跨度=“2011-01-01”至“2021-12-31”，不勾選“中英文擴展”，學科領域=“全選”，以保證檢索文獻的全面性與準確性。

1.2 研究方法

文獻計量分析采用數理統計方法，對文獻的研究機構、發表期刊、出版年份和關鍵詞等信息進行描述和評價，以獲取某學術領域的研究現狀，并預測其發展趨勢[10-11]。為了解我國水稻優勢產區產量變化及施肥現狀，本研究基于CNKI 的計量可視化分析視角，對國內水稻施肥研究的文獻增長規律、文獻的學科領域分布情況等進行統計，同時，查找《中國農村統計年鑒》中水稻優勢產區的產量和種植面積、《2021 年春季主要農作物科學施肥指導意見》中各產量水平及對應的肥料用量，并運用Microsoft Excel 2019、VOSviewer 1.6.10 和Origin 9.0 等軟件對數據進行整理、分析和圖形繪制。

2 結果與分析

2.1 我國水稻優勢產區種植現狀

2.1.1 水稻播種面積及產量變化

從圖1 可見，2011 年我國水稻種植面積為3 005.7萬hm2，總產20 100.0 萬t，單產6 687.0 kg/hm2。2017年水稻種植面積達到最大值，為3 074.7 萬hm2，與2011 年相比，增幅2.0%，水稻總產量和單產分別達到21 267.6 萬t 和6 916.9 kg/hm2；2021 年水稻總產量和單產分別達到21 284.3 萬t 和7 113.4 kg/hm2，較2017年分別增長了0.08%和2.8%，創歷史新高。整體來看，2011—2016 年我國水稻種植面積呈穩定狀態，2017 年達到歷史高點，2018—2021 年間水稻種植面積呈減少趨勢；2011—2021 年間，我國水稻總產量和單產均有不同程度的波動，但仍表現為穩步增加的趨勢。

圖1 2011—2020 年我國水稻播種面積、總產和單產變化

2.1.2 水稻優勢產區生產格局變化

由《中國農村統計年鑒》可知，2017—2020 年間，我國水稻年平均總產量為21 157.0 萬t，其中，東北平原地區（黑龍江、吉林、遼寧）總產量占全國總產量的18.2%，長江流域上游地區（重慶、云南、貴州、陜西和四川）占14.2%，長江流域中游地區（湖北、湖南、江西和安徽）占39.2%，長江流域下游地區（江蘇、浙江和上海）占11.8%，東南沿海（廣東、廣西、海南和福建）地區占12.3%。這五大地區的水稻總產量占到全國的95.7%，被劃分為水稻種植優勢產區。

由表1 可見，2017—2020 年東北平原、長江流域上游、長江流域中游、長江流域下游和東南沿海的水稻年平均種植面積分別為519.1、417.7、1 233.1、294.8 和441.2 萬hm2，年平均總產量分別為3 859.8、2 998.7、8 284.0、2 492.9 和2 593.4 萬t，長江流域中游地區的水稻年種植面積最大、年總產量最高。按省份來看，黑龍江、湖南、江西的水稻年種植面積和年總產量位居全國前三。就水稻單產而言，長江流域下游地區的水稻單產（平均為8 142.9 kg/hm2，江蘇達8 798.4 kg/hm2）最高，其次是東北平原、長江流域上游、長江流域中游和東南沿海地區，長江流域上游和中游差異不明顯。從變異系數來看，2017—2020 年間，東北平原、長江流域中游和長江流域下游水稻主產區的種植規模和產量表現穩定，而長江流域上游水稻主產區的陜西省種植規模和東南沿海水稻主產區的海南省單產變幅較大。

2.2 水稻產量與施肥研究進展

2.2.1 施肥研究文獻發表情況

由CNKI 統計數據可知，2011 年全國發表的有關水稻產量與施肥研究的文獻數量為609 篇，2012 年621 篇，2013—2021 年每年均保持在700 篇以上，2019年達到最大值為922 篇，整體發文量呈現出緩慢上升后下降的趨勢。五大水稻主產區中長江流域中游地區發文數最多，除2012 年和2013 年發文量較低外，其他年份年均篇數保持在100 篇以上。

2.2.2 施肥研究機構分布情況

由CNKI 計量可視化分析得出（表2），2011—2021年，東北平原科研機構累計發表相關文獻1 186 篇，占全國發文量的28.0%，其中，東北農業大學、沈陽農業大學和黑龍江八一農墾大學的相關發文量較大。2011—2021 年，長江流域上游累計發表相關文獻265篇，占全國發文量的6.0%，其中，四川農業大學、貴州大學和西南大學相關發文量較大，特別是四川農業大學的相關發文量在長江流域上游占顯著優勢。2011—2021 年，長江流域中游累計發表相關文獻1 373 篇，占全國發文量的33.0%，華中農業大學、湖南農業大學、安徽農業大學和江西農業大學的相關發文量均在125篇以上，其中湖南農業大學發文量高達370 篇，占全國發文量的8.9%，相關發文量位居我國前列。2011—2021 年，長江流域下游累計發表相關文獻1 187 篇，占全國發文量的28.0%，其中，揚州大學的相關發文量占全國發文量的9.5%（位居我國研究機構首位），南京農業大學相關發文量占全國發文量的7.9%。2011—2021 年，東南沿海地區累計發表相關文獻165 篇，僅占全國發文量的4.0%，主要由華南農業大學、福建農林大學和廣西大學發表。

2.2.3 文獻發表期刊和研究層次

由圖2 可知，發表水稻產量與施肥文獻數量居前十位的期刊依次為《現代農業科技》《農民致富之友》《揚州大學學報》《中國稻米》《現代化農業》《北方水稻》《上海農業科技》《南京農業大學學報》《安徽農學通報》和《農技服務》，文獻占比分別為10.0%、6.7%、5.6%、5.0%、4.8%、4.8%、4.6%、4.3%、4.0%和4.0%。從期刊類型發文占比來看（圖3A），大多數以應用型期刊為主，主要包括基礎與應用基礎研究、工程技術、專業實用技術和行業技術指導等領域。這表明水稻產量與施肥的研究主要用于指導生產實踐。從項目資金分布情況（圖3B）來看，主要集中在國家自然科學基金、國家重點研發計劃和國家科技支撐計劃，三者資助研究文獻數量合計占到總量的68.1%，其中國家自然科學基金資助研究文獻數量占比最高，達25.5%。除此之外，還有“973”計劃、現代農業產業技術體系建設專項資金、江蘇省自然科學基金、“863”計劃、四川省科技攻關計劃等項目支持。說明提高水稻產量與水稻科學施肥技術及養分管理受到國家及地方政府的極大重視。

圖2 期刊發表水稻產量與施肥研究文獻占比

圖3 發表水稻產量與施肥研究文獻的期刊類型和資助項目分布

2.2.4 關鍵詞共現網絡情況

由圖4A 可知，2011—2015 年期刊論文的共現網絡關鍵詞為“水稻”“水稻產量”“測土配方施肥”和“氮肥利用率”等，這表明2011—2015 年間，水稻施肥的研究核心以提高水稻產量、提高氮肥利用率、合理科學施肥以及改善傳統的施肥方式等研究為主；同時，肥料效應、土壤肥力對施肥量的影響也極為重要。由圖4B 可以看出，2016—2021 年間，期刊論文的中心節點關鍵詞為“水稻”“水稻產量”“秸稈還田”“栽培技術”“有機肥”和“品質”等，其中水稻施肥研究涉及“秸稈還田”“有機肥”“紫云英”“綠肥”和“化肥減量”等關鍵詞較多，這表明優化施肥模式、減肥增效和優化栽培技術成為學者們的研究重點。

圖4 2011—2021 年期刊論文關鍵詞共現情況

2.3 水稻推薦施肥與現狀

2.3.1 水稻優勢產區的國家推薦施肥量

2021 年3 月，農業農村部種植業管理司、全國農業技術推廣服務中心和農業農村部科學施肥專家指導組聯合發布了春季主要農作物科學施肥指導意見[12]。根據產區分布，水稻施肥用量劃分東北吉遼蒙單季稻區、長江上游單季稻區、長江中游雙季稻區、長江下游單季稻區以及華南平原丘陵雙季早稻區進行推薦，具體施肥用量見表3。由表3 可知，2021 年水稻主產區國家推薦施肥用量主要根據地區和產量水平而定，具體特點如下：1）東北吉遼蒙單季稻區與長江下游單季稻區產量水平一致，在高產（＞9 000 kg/hm2）條件下，長江下游單季稻區氮、磷和鉀肥用量比東北吉遼蒙單季稻區分別高出31.5%、12.0%和20.0%；2）長江中游單雙季稻區與華南平原丘陵雙季早稻區各產量水平一致情況下，華南平原丘陵雙季早稻區氮肥用量普遍高于長江中游單雙季稻區，而磷、鉀肥的推薦用量則普遍低于長江中游單雙季稻區。就2021 年水稻種植區國家推薦施肥用量整體來看，長江下游單季稻區推薦的氮肥用量最高，達270 kg/hm2；長江中游單雙季稻區磷肥推薦用量最高，達105 kg/hm2；而鉀肥的推薦用量中長江上游單季稻區普遍高于其他地區。除氮、磷、鉀肥之外，各水稻產區可根據當地土壤肥力情況適量增施鋅肥（硫酸鋅），用量一般以15～30 kg/hm2為宜。

表3 2021 年水稻種植區國家推薦施肥用量 （單位：kg/hm2）

2.3.2 文獻研究中水稻產量與實際肥料用量情況

以2021 年水稻施肥指導意見中的水稻種植區為依據，對水稻優勢產區2011—2021 年在CNKI 發表的水稻產量與施肥用量數據進行整合分析，得到五大水稻優勢產區不同產量水平下的施肥現狀（圖5）。具體分析如下：1）東北地區水稻平均產量為9 345 kg/hm2，N、P2O5、K2O 的平均施用量分別為168.2、75.1 和76.1 kg/hm2。2）長江流域上游水稻平均產量為9 787 kg/hm2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為159.7、77.7 和105.9 kg/hm2。3）長江流域中游水稻平均產量為9 301 kg/hm2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分別為171.3、82.7 和119.2kg/hm2。4）長江流域下游水稻平均產量為9 489 kg/hm2，N、P2O5和K2O的 平 均 施 用 量 分 別 為235.7、80.7 和132.6 kg/hm2。5）東南沿海水稻平均產量為7 966 kg/hm2，N、P2O5、K2O 的平均施用量分別為181.1、76.4 和141.5 kg/hm2。

圖5 2011—2021 年文獻研究中水稻產量與實際肥料用量

其中，孫永健等[13]在四川開展水稻施肥研究，發現在N、P2O5、K2O 用量分別為150.0、75.0 和150.0 kg/hm2時，稻谷產量可達到10 466.7 kg/hm2；王強等[14]在浙江地區開展緩釋氮肥一次性施用對單季稻產量的影響研究發現，在N、P2O5、K2O 用量分別為225.0、60.0、90.0 kg/hm2時，單季稻產量為7 524.0 kg/hm2。朱勇勇等[15]在廣東省開展氮肥減施對水稻產量的影響研究，發現在N、P2O5、K2O用量分別為194.4、112.5、112.5 kg/hm2時，水稻產量可達到12 543.8 kg/hm2。

由此可見，在同等產量水平下，水稻主產區的實際氮、磷和鉀肥用量與2021 年水稻種植區國家推薦施肥用量仍存在一定差異。就文獻研究中五大優勢產區平均施肥量與產量來看，長江流域上游的氮肥用量比國家推薦施肥量低11.0%～24.0%；長江流域下游的鉀肥用量要比國家推薦施肥量高出10.0%～37.0%；東南沿海地區的磷鉀肥則分別高出國家推薦施肥量的17.0%～29.0%和32.0%～49.0%。同時，也不排除產量水平及施肥量的差異受種植管理、農田環境、地力和水稻種植品種等因素影響。

3 討論

由《中國農村統計年鑒》數據可知，我國水稻種植規模2019 年下降趨勢最大，與2017 年最大種植規模相比，黑龍江、江西、湖南三省均下降10 萬hm2以上，其中湖南省下降幅度最大，約38 萬hm2。雖種植規模有所下降，但由于單產的不斷增加，總產量仍處于上升趨勢。與2017 年相比，2019 年上海、江蘇、福建、湖南、海南、云南地區的單產均提高了230 kg/hm2，其中江蘇、海南單產提高幅度達500 kg/hm2。研究表明，這與我國水稻生長期氣候總體適宜及種植結構調整有關。由于我國部分地區水土資源匱乏，通過種植結構的調整可以使水稻產量增加，彌補因種植面積下降造成的產量下降，以維持水稻供求[16]。總體而言，2011—2020 年，中國水稻生產格局基本處于穩定狀態，有力保障了我國糧食安全。

隨著居民生活水平的提高，人們不再一味追求產量，而是在追求產量的同時更加注重品質，并逐漸向優質、食味等轉變[17]。同時，在水稻的生產過程中也更加注重減少對環境的污染、提高肥料利用率等。已有研究表明，適宜的施氮水平可提高水稻各生育期氮、磷和鉀吸收量并且提高水稻產量構成因子的有效穗數和穗粒數，從而提高水稻產量。但是，氮肥用量并非越多越好，水稻產量會隨著施氮量增加呈現先增加后降低的趨勢[18]。宮亮等[4]對遼寧省水稻主產區化肥用量進行調查，發現農戶盲目施用氮、磷、鉀肥的現象依然存在。氮肥高低施用量相差4 倍，2.5%的農戶不施用鉀肥，個別農戶不施磷肥，P2O5和K2O 最高施用量分別達到294.5和225.0 kg/hm2，遠遠高出國家推薦施肥用量標準，說明遼寧省個別地區施肥用量有下調潛力。周澤弘等[19]研究發現，在四川部分地區，翻壓山黧豆與氮肥減施30.0%可使水稻產量提高13.8%。黃蕊等[20]在湖南省開展增施硅肥結合化肥減施對水稻產量影響的研究表明，在減肥30.0%情況下增施硅肥能顯著提高水稻產量和稻米品質。宋蝶等[21]在江蘇開展試驗發現，專家推薦施肥量（N 250、P2O575 和K2O 120 kg/hm2）的水稻產量較農民習慣施肥量（N 354、P2O578 和K2O 78 kg/hm2）下增產2.2%，這與本研究中長江流域下游應減施10.0%～37.0%的鉀肥用量相一致，專家推薦施肥量與國家推薦施肥量相一致，說明長江流域下游地區氮、磷和鉀肥用量仍有下降潛力。柳瑞等[22]研究發現，在廣東省減氮40.0%（108 kg/hm2）配施生物炭并且施用磷肥（75 kg/hm2）和鉀肥（120 kg/hm2）可改善土壤物理性質，使早稻增產18.1%，但磷、鉀肥用量與國家推薦施肥用量相比仍然較高，說明東南沿海地區的氮、磷、鉀肥依然有減施的空間。

4 結論

2011—2021 年間，我國水稻種植面積除2017 年、2019 年有所波動外，其余年間均處于穩定狀態，水稻總產量和單產呈現出動態穩步增加趨勢，其中，長江流域中游是水稻年種植面積最廣、年總產量最高的地區。

優化水稻施肥模式、減肥增效及改良栽培技術仍是當前研究重點。2013—2021 年，全國有關水稻施肥研究文獻年均保持在700 篇以上，整體發文量呈緩慢上升后下降趨勢。水稻產量與施肥主要研究機構中，長江流域中游累計發表相關文獻最多，綜合優勢表現更明顯。

2011—2021 年，在同等產量水平下，水稻優勢產區實際肥料用量與國家推薦施用量仍存在一定差異。其中，長江流域上游的氮肥用量比國家推薦施肥量低11.0%～24.0%；長江流域下游的鉀肥用量比國家推薦施肥量高10.0%～37.0%；東南沿海地區的磷、鉀肥則分別高出國家推薦施肥量的17.0%～29.0%和32.0%～49.0%。因此，不斷探索新的栽培方式、輕簡化施肥模式，提高養分資源利用效率，達到穩產增收是當前水稻產量與施肥技術研究的關鍵。