我国水稻优势产区生产格局及施肥现状研究

严如玉 甘国渝 赵希梅 殷大聪 李燕丽 金慧芳 朱海 李继福*

（1 长江大学 农学院/农业资源与环境分析测试中心，湖北 荆州 434025；2 长江科学院/流域水资源与生态环境科学湖北省重点实验室，武汉 430010；第一作者：201804340@yangtzeu.edu.cn；*通讯作者：jifuli@yangtzeu.edu.cn）

水稻作为我国第二大粮食作物，常年种植面积约3 000 万hm2，有力保障了国家粮食安全[1]。水稻在我国广泛种植，优势产区主要为东北平原、长江流域上游、中游、下游和东南沿海5 个地区。2020 年，黑龙江在全国各省份中水稻总产量最高，达2 896.2 万t；湖南次之，为2 638.9 万t；西藏水稻总产量最低，仅0.5 万t[2]。随着人口数量的增加和人们生活水平的提高，国内市场对水稻产量和品质的要求逐步提高。施肥是水稻增产的重要栽培措施。然而，在水稻生产过程中，过量、盲目施肥的现象依然存在，不仅导致养分利用率和水稻产量降低，也造成了农业面源污染[3-4]。

国家“十三五”重点研发项目“作物减肥减药”实施以来，各水稻主产区积极开展化肥农药减量增效工作[5]，取得了一些进展，为实现化肥施用“零增长”提供了技术和经验。目前我国化肥减量途径主要包括秸秆还田、测土配方施肥、水肥一体化和有机肥资源化利用等[6]。张小祥等[7]研究发现，在江苏省迟熟中粳稻种植区，常规施氮水平上减氮10.0%是一种兼顾产量的理想减施策略。聂鑫等[8]在湖南省开展氮钾肥减施研究，发现氮钾减施20.0%时翻压紫云英30 000 kg/hm2可显著提高水稻生物量及氮素积累量。宫亮等[9]研究了辽宁省减施氮肥对水稻产量的影响，发现比农民习惯施氮（260 kg/hm2）减施10.0%～13.0%氮肥有利于长期稳产增效。

目前，我国对水稻的研究主要集中在栽培技术和新品种选育上，对水稻主产区产量变化及施肥现状的整体分析较少。本研究通过农业农村部种植业管理司提供的科学施肥指导意见、中国农村统计年鉴以及中国知网提供的文献可视化计量分析功能，对我国水稻生产和科学施肥情况进行统计分析，以期为水稻生产科学施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

数据源于中国知网（CNKI）、2021 年国家科学施肥指导意见和中国农村统计年鉴（2012—2021 年）。检索文献选择以“高级检索”进行，检索标准为：主题=“水稻产量”和全文=“施肥”，时间跨度=“2011-01-01”至“2021-12-31”，不勾选“中英文扩展”，学科领域=“全选”，以保证检索文献的全面性与准确性。

1.2 研究方法

文献计量分析采用数理统计方法，对文献的研究机构、发表期刊、出版年份和关键词等信息进行描述和评价，以获取某学术领域的研究现状，并预测其发展趋势[10-11]。为了解我国水稻优势产区产量变化及施肥现状，本研究基于CNKI 的计量可视化分析视角，对国内水稻施肥研究的文献增长规律、文献的学科领域分布情况等进行统计，同时，查找《中国农村统计年鉴》中水稻优势产区的产量和种植面积、《2021 年春季主要农作物科学施肥指导意见》中各产量水平及对应的肥料用量，并运用Microsoft Excel 2019、VOSviewer 1.6.10 和Origin 9.0 等软件对数据进行整理、分析和图形绘制。

2 结果与分析

2.1 我国水稻优势产区种植现状

2.1.1 水稻播种面积及产量变化

从图1 可见，2011 年我国水稻种植面积为3 005.7万hm2，总产20 100.0 万t，单产6 687.0 kg/hm2。2017年水稻种植面积达到最大值，为3 074.7 万hm2，与2011 年相比，增幅2.0%，水稻总产量和单产分别达到21 267.6 万t 和6 916.9 kg/hm2；2021 年水稻总产量和单产分别达到21 284.3 万t 和7 113.4 kg/hm2，较2017年分别增长了0.08%和2.8%，创历史新高。整体来看，2011—2016 年我国水稻种植面积呈稳定状态，2017 年达到历史高点，2018—2021 年间水稻种植面积呈减少趋势；2011—2021 年间，我国水稻总产量和单产均有不同程度的波动，但仍表现为稳步增加的趋势。

图1 2011—2020 年我国水稻播种面积、总产和单产变化

2.1.2 水稻优势产区生产格局变化

由《中国农村统计年鉴》可知，2017—2020 年间，我国水稻年平均总产量为21 157.0 万t，其中，东北平原地区（黑龙江、吉林、辽宁）总产量占全国总产量的18.2%，长江流域上游地区（重庆、云南、贵州、陕西和四川）占14.2%，长江流域中游地区（湖北、湖南、江西和安徽）占39.2%，长江流域下游地区（江苏、浙江和上海）占11.8%，东南沿海（广东、广西、海南和福建）地区占12.3%。这五大地区的水稻总产量占到全国的95.7%，被划分为水稻种植优势产区。

由表1 可见，2017—2020 年东北平原、长江流域上游、长江流域中游、长江流域下游和东南沿海的水稻年平均种植面积分别为519.1、417.7、1 233.1、294.8 和441.2 万hm2，年平均总产量分别为3 859.8、2 998.7、8 284.0、2 492.9 和2 593.4 万t，长江流域中游地区的水稻年种植面积最大、年总产量最高。按省份来看，黑龙江、湖南、江西的水稻年种植面积和年总产量位居全国前三。就水稻单产而言，长江流域下游地区的水稻单产（平均为8 142.9 kg/hm2，江苏达8 798.4 kg/hm2）最高，其次是东北平原、长江流域上游、长江流域中游和东南沿海地区，长江流域上游和中游差异不明显。从变异系数来看，2017—2020 年间，东北平原、长江流域中游和长江流域下游水稻主产区的种植规模和产量表现稳定，而长江流域上游水稻主产区的陕西省种植规模和东南沿海水稻主产区的海南省单产变幅较大。

2.2 水稻产量与施肥研究进展

2.2.1 施肥研究文献发表情况

由CNKI 统计数据可知，2011 年全国发表的有关水稻产量与施肥研究的文献数量为609 篇，2012 年621 篇，2013—2021 年每年均保持在700 篇以上，2019年达到最大值为922 篇，整体发文量呈现出缓慢上升后下降的趋势。五大水稻主产区中长江流域中游地区发文数最多，除2012 年和2013 年发文量较低外，其他年份年均篇数保持在100 篇以上。

2.2.2 施肥研究机构分布情况

由CNKI 计量可视化分析得出（表2），2011—2021年，东北平原科研机构累计发表相关文献1 186 篇，占全国发文量的28.0%，其中，东北农业大学、沈阳农业大学和黑龙江八一农垦大学的相关发文量较大。2011—2021 年，长江流域上游累计发表相关文献265篇，占全国发文量的6.0%，其中，四川农业大学、贵州大学和西南大学相关发文量较大，特别是四川农业大学的相关发文量在长江流域上游占显著优势。2011—2021 年，长江流域中游累计发表相关文献1 373 篇，占全国发文量的33.0%，华中农业大学、湖南农业大学、安徽农业大学和江西农业大学的相关发文量均在125篇以上，其中湖南农业大学发文量高达370 篇，占全国发文量的8.9%，相关发文量位居我国前列。2011—2021 年，长江流域下游累计发表相关文献1 187 篇，占全国发文量的28.0%，其中，扬州大学的相关发文量占全国发文量的9.5%（位居我国研究机构首位），南京农业大学相关发文量占全国发文量的7.9%。2011—2021 年，东南沿海地区累计发表相关文献165 篇，仅占全国发文量的4.0%，主要由华南农业大学、福建农林大学和广西大学发表。

2.2.3 文献发表期刊和研究层次

由图2 可知，发表水稻产量与施肥文献数量居前十位的期刊依次为《现代农业科技》《农民致富之友》《扬州大学学报》《中国稻米》《现代化农业》《北方水稻》《上海农业科技》《南京农业大学学报》《安徽农学通报》和《农技服务》，文献占比分别为10.0%、6.7%、5.6%、5.0%、4.8%、4.8%、4.6%、4.3%、4.0%和4.0%。从期刊类型发文占比来看（图3A），大多数以应用型期刊为主，主要包括基础与应用基础研究、工程技术、专业实用技术和行业技术指导等领域。这表明水稻产量与施肥的研究主要用于指导生产实践。从项目资金分布情况（图3B）来看，主要集中在国家自然科学基金、国家重点研发计划和国家科技支撑计划，三者资助研究文献数量合计占到总量的68.1%，其中国家自然科学基金资助研究文献数量占比最高，达25.5%。除此之外，还有“973”计划、现代农业产业技术体系建设专项资金、江苏省自然科学基金、“863”计划、四川省科技攻关计划等项目支持。说明提高水稻产量与水稻科学施肥技术及养分管理受到国家及地方政府的极大重视。

图2 期刊发表水稻产量与施肥研究文献占比

图3 发表水稻产量与施肥研究文献的期刊类型和资助项目分布

2.2.4 关键词共现网络情况

由图4A 可知，2011—2015 年期刊论文的共现网络关键词为“水稻”“水稻产量”“测土配方施肥”和“氮肥利用率”等，这表明2011—2015 年间，水稻施肥的研究核心以提高水稻产量、提高氮肥利用率、合理科学施肥以及改善传统的施肥方式等研究为主；同时，肥料效应、土壤肥力对施肥量的影响也极为重要。由图4B 可以看出，2016—2021 年间，期刊论文的中心节点关键词为“水稻”“水稻产量”“秸秆还田”“栽培技术”“有机肥”和“品质”等，其中水稻施肥研究涉及“秸秆还田”“有机肥”“紫云英”“绿肥”和“化肥减量”等关键词较多，这表明优化施肥模式、减肥增效和优化栽培技术成为学者们的研究重点。

图4 2011—2021 年期刊论文关键词共现情况

2.3 水稻推荐施肥与现状

2.3.1 水稻优势产区的国家推荐施肥量

2021 年3 月，农业农村部种植业管理司、全国农业技术推广服务中心和农业农村部科学施肥专家指导组联合发布了春季主要农作物科学施肥指导意见[12]。根据产区分布，水稻施肥用量划分东北吉辽蒙单季稻区、长江上游单季稻区、长江中游双季稻区、长江下游单季稻区以及华南平原丘陵双季早稻区进行推荐，具体施肥用量见表3。由表3 可知，2021 年水稻主产区国家推荐施肥用量主要根据地区和产量水平而定，具体特点如下：1）东北吉辽蒙单季稻区与长江下游单季稻区产量水平一致，在高产（＞9 000 kg/hm2）条件下，长江下游单季稻区氮、磷和钾肥用量比东北吉辽蒙单季稻区分别高出31.5%、12.0%和20.0%；2）长江中游单双季稻区与华南平原丘陵双季早稻区各产量水平一致情况下，华南平原丘陵双季早稻区氮肥用量普遍高于长江中游单双季稻区，而磷、钾肥的推荐用量则普遍低于长江中游单双季稻区。就2021 年水稻种植区国家推荐施肥用量整体来看，长江下游单季稻区推荐的氮肥用量最高，达270 kg/hm2；长江中游单双季稻区磷肥推荐用量最高，达105 kg/hm2；而钾肥的推荐用量中长江上游单季稻区普遍高于其他地区。除氮、磷、钾肥之外，各水稻产区可根据当地土壤肥力情况适量增施锌肥（硫酸锌），用量一般以15～30 kg/hm2为宜。

表3 2021 年水稻种植区国家推荐施肥用量 （单位：kg/hm2）

2.3.2 文献研究中水稻产量与实际肥料用量情况

以2021 年水稻施肥指导意见中的水稻种植区为依据，对水稻优势产区2011—2021 年在CNKI 发表的水稻产量与施肥用量数据进行整合分析，得到五大水稻优势产区不同产量水平下的施肥现状（图5）。具体分析如下：1）东北地区水稻平均产量为9 345 kg/hm2，N、P2O5、K2O 的平均施用量分别为168.2、75.1 和76.1 kg/hm2。2）长江流域上游水稻平均产量为9 787 kg/hm2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分别为159.7、77.7 和105.9 kg/hm2。3）长江流域中游水稻平均产量为9 301 kg/hm2，N、P2O5和K2O 的平均施用量分别为171.3、82.7 和119.2kg/hm2。4）长江流域下游水稻平均产量为9 489 kg/hm2，N、P2O5和K2O的 平 均 施 用 量 分 别 为235.7、80.7 和132.6 kg/hm2。5）东南沿海水稻平均产量为7 966 kg/hm2，N、P2O5、K2O 的平均施用量分别为181.1、76.4 和141.5 kg/hm2。

图5 2011—2021 年文献研究中水稻产量与实际肥料用量

其中，孙永健等[13]在四川开展水稻施肥研究，发现在N、P2O5、K2O 用量分别为150.0、75.0 和150.0 kg/hm2时，稻谷产量可达到10 466.7 kg/hm2；王强等[14]在浙江地区开展缓释氮肥一次性施用对单季稻产量的影响研究发现，在N、P2O5、K2O 用量分别为225.0、60.0、90.0 kg/hm2时，单季稻产量为7 524.0 kg/hm2。朱勇勇等[15]在广东省开展氮肥减施对水稻产量的影响研究，发现在N、P2O5、K2O用量分别为194.4、112.5、112.5 kg/hm2时，水稻产量可达到12 543.8 kg/hm2。

由此可见，在同等产量水平下，水稻主产区的实际氮、磷和钾肥用量与2021 年水稻种植区国家推荐施肥用量仍存在一定差异。就文献研究中五大优势产区平均施肥量与产量来看，长江流域上游的氮肥用量比国家推荐施肥量低11.0%～24.0%；长江流域下游的钾肥用量要比国家推荐施肥量高出10.0%～37.0%；东南沿海地区的磷钾肥则分别高出国家推荐施肥量的17.0%～29.0%和32.0%～49.0%。同时，也不排除产量水平及施肥量的差异受种植管理、农田环境、地力和水稻种植品种等因素影响。

3 讨论

由《中国农村统计年鉴》数据可知，我国水稻种植规模2019 年下降趋势最大，与2017 年最大种植规模相比，黑龙江、江西、湖南三省均下降10 万hm2以上，其中湖南省下降幅度最大，约38 万hm2。虽种植规模有所下降，但由于单产的不断增加，总产量仍处于上升趋势。与2017 年相比，2019 年上海、江苏、福建、湖南、海南、云南地区的单产均提高了230 kg/hm2，其中江苏、海南单产提高幅度达500 kg/hm2。研究表明，这与我国水稻生长期气候总体适宜及种植结构调整有关。由于我国部分地区水土资源匮乏，通过种植结构的调整可以使水稻产量增加，弥补因种植面积下降造成的产量下降，以维持水稻供求[16]。总体而言，2011—2020 年，中国水稻生产格局基本处于稳定状态，有力保障了我国粮食安全。

随着居民生活水平的提高，人们不再一味追求产量，而是在追求产量的同时更加注重品质，并逐渐向优质、食味等转变[17]。同时，在水稻的生产过程中也更加注重减少对环境的污染、提高肥料利用率等。已有研究表明，适宜的施氮水平可提高水稻各生育期氮、磷和钾吸收量并且提高水稻产量构成因子的有效穗数和穗粒数，从而提高水稻产量。但是，氮肥用量并非越多越好，水稻产量会随着施氮量增加呈现先增加后降低的趋势[18]。宫亮等[4]对辽宁省水稻主产区化肥用量进行调查，发现农户盲目施用氮、磷、钾肥的现象依然存在。氮肥高低施用量相差4 倍，2.5%的农户不施用钾肥，个别农户不施磷肥，P2O5和K2O 最高施用量分别达到294.5和225.0 kg/hm2，远远高出国家推荐施肥用量标准，说明辽宁省个别地区施肥用量有下调潜力。周泽弘等[19]研究发现，在四川部分地区，翻压山黧豆与氮肥减施30.0%可使水稻产量提高13.8%。黄蕊等[20]在湖南省开展增施硅肥结合化肥减施对水稻产量影响的研究表明，在减肥30.0%情况下增施硅肥能显著提高水稻产量和稻米品质。宋蝶等[21]在江苏开展试验发现，专家推荐施肥量（N 250、P2O575 和K2O 120 kg/hm2）的水稻产量较农民习惯施肥量（N 354、P2O578 和K2O 78 kg/hm2）下增产2.2%，这与本研究中长江流域下游应减施10.0%～37.0%的钾肥用量相一致，专家推荐施肥量与国家推荐施肥量相一致，说明长江流域下游地区氮、磷和钾肥用量仍有下降潜力。柳瑞等[22]研究发现，在广东省减氮40.0%（108 kg/hm2）配施生物炭并且施用磷肥（75 kg/hm2）和钾肥（120 kg/hm2）可改善土壤物理性质，使早稻增产18.1%，但磷、钾肥用量与国家推荐施肥用量相比仍然较高，说明东南沿海地区的氮、磷、钾肥依然有减施的空间。

4 结论

2011—2021 年间，我国水稻种植面积除2017 年、2019 年有所波动外，其余年间均处于稳定状态，水稻总产量和单产呈现出动态稳步增加趋势，其中，长江流域中游是水稻年种植面积最广、年总产量最高的地区。

优化水稻施肥模式、减肥增效及改良栽培技术仍是当前研究重点。2013—2021 年，全国有关水稻施肥研究文献年均保持在700 篇以上，整体发文量呈缓慢上升后下降趋势。水稻产量与施肥主要研究机构中，长江流域中游累计发表相关文献最多，综合优势表现更明显。

2011—2021 年，在同等产量水平下，水稻优势产区实际肥料用量与国家推荐施用量仍存在一定差异。其中，长江流域上游的氮肥用量比国家推荐施肥量低11.0%～24.0%；长江流域下游的钾肥用量比国家推荐施肥量高10.0%～37.0%；东南沿海地区的磷、钾肥则分别高出国家推荐施肥量的17.0%～29.0%和32.0%～49.0%。因此，不断探索新的栽培方式、轻简化施肥模式，提高养分资源利用效率，达到稳产增收是当前水稻产量与施肥技术研究的关键。