水稻是世界上的重要粮食作物之一，无论是考古的结果还是 DNA 分析，都表明水稻起源于中国，之后才传到其他国家^[1]。我国水稻的种植历史可追溯到 7000 年前^[2]，最初的水稻要在短日光下才能开花结实，一年只能种一季，品种单一；后经过不断地研究和创新，品种越来越多，其中最著名的就是袁隆平院士推广的杂交水稻，同时在这个过程中水稻也被分为了多种类型。例如根据播种期、生长期和成熟期的不同可以分为早稻、中稻和晚稻，根据外观形态的不同可以分为籼稻和粳稻，根据制种方式的不同可以分为常规稻和杂交稻。

我国是世界上第二大水稻种植国，种植面积和产量均居世界前列^[2]。2020 年，我国水稻种植面积为 3007.6 万 hm²，水稻总产量为 2.12 亿 t，单产达到 7044.0 kg·hm^-2。与以往相比，水稻种植面积呈恢复增长状态，但单产水平略有下降^[3]。我国用不到世界上 9% 的土地养活世界近 20% 的人口^[4]。水稻的存在不仅解决了人们基本的生存问题，同时也是社会发展的重要支柱。因此，发展水稻生产、增加水稻产量是保障我国粮食安全的重要途径^[5]。

我国水稻种植区域主要可分为东北稻区、华南稻区、西南稻区和长江中下游稻区^[6]。东北稻区主要位于辽东半岛和长城以北，该地区以单季稻为主，水稻类型以粳稻为主，水稻种植面积占全国水稻种植面积的 3%，该地区是我国资源最丰厚，土壤最肥沃的地区；华南稻区主要位于南岭以南，该地区以种植双季稻为主，水稻类型以籼稻为主，稻作面积居全国第三位，占全国水稻种植面积的 22%； 西南稻区主要位于云贵和青藏高原，水稻种植面积占全国水稻种植面积的 8%；长江中下游稻区地势平坦，降水丰富，是我国重要的稻区，水稻的种植品种多种多样，受当地气候、栽培条件等因素的影响。

水稻产量受到各种因素的影响，主要可分为内在因素和外在因素，内在因素是指水稻品种等遗传特性，外在因素可分为自然因素和人为因素，自然因素包括温度、光照、二氧化碳含量等，人为因素包括施肥、水稻的栽培方式等^[7]。一直以来，人们将施用化肥作为水稻产量提升的重点，忽略了土壤自身地力对水稻产量的影响，缺乏对土壤肥力的客观认识和估计。土壤基础地力也被称作土壤基础生产力，是指土壤内在的支撑作物生产以及提供各种生态服务功能的能力，是土壤理化性质以及生物特性的综合反映指标，通常可用不施肥条件下的作物产量来进行估计^[8]，衡量土壤基础地力对作物生产的贡献程度一般用基础地力贡献率表示，基础地力贡献率为不施肥作物产量与施肥作物产量的比值，其值与作物类型、气候及土壤特性有关^[9]，可以用来衡量作物在生长过程中对土壤养分的依赖能力。自 20 世纪 80 年代起，国内学者针对基础地力贡献率进行了一些研究^[10-13]，但大都局限于某一区域内作物的基础地力贡献率，结果仅在特定的地区和气候条件下有意义，难以全面说明我国基础地力贡献率的现状和影响因素。本研究以全国范围内水稻基础地力贡献率为研究对象，并从种植区域、种植时间、水稻类型以及土壤基础地力 4 个不同层面来探究稻田基础地力贡献率的演变趋势及特征，为稻田土壤的合理培肥和提高水稻产量提供一定的理论基础。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究以“水稻产量”“水稻施肥”“3414 试验”及其组合为关键词，在中国知网按照每 10 年 20 篇文献的标准挑选 1970 年以来公开发表的文献，文献需满足以下条件：（1）文中试验必须是在中国境内的大田试验，供试作物为水稻；（2）文中需包含施肥处理和不施肥处理以及试验的重复数； （3）施肥处理必需氮磷钾肥同时施用；（4）包含试验年份、水稻品种、水稻种植时间或其中一项，经过筛选一共获得 176 篇文章。将每一个处理的不施肥产量与施肥产量的比值作为一组数据，若文献中包含多年、多品种水稻、多地的试验，则将每一个不同水稻种植年限、种植区域和水稻品种的不施肥产量与施肥产量作为一组数据，一共得到 1086 组数据。

1.2 数据分类

本研究试验地点覆盖了中国的 24 个省市，涉及到的水稻种植面积占全国水稻种植面积的大半，并涉及到不同的种植年限、种植区域、水稻类型及地力水平，故分别按照种植年限、种植区域、水稻类型和地力水平进行分类，进而细致地阐述水稻基础地力贡献率、变化趋势及影响因素。

分类标准为：水稻种植区域主要划分为四大区域，分别为华南稻区（包括福建、广东、广西和海南），西南稻区（包括云南、四川、重庆和贵州），长江中下游稻区（包括湖北、湖南、江西、安徽、江苏、上海和浙江）以及东北稻区（包括吉林、辽宁和黑龙江）^[1]。3 月底至 4 月初播种的水稻为早稻，4 月初至 5 月底播种的水稻为中稻，6 月中下旬及之后播种的水稻为晚稻；土壤的基础地力水平用作物的不施肥产量表示，不施肥产量低于 4 t·hm^-2 为低地力水平，不施肥产量为 4～6 t·hm^-2 为中低地力水平，不施肥产量为 6～8 t·hm^-2 为中高地力水平，不施肥产量高于 8 t·hm^-2 为高地力水平。

1.3 数据分析方法及研究方法

基础地力贡献率（C）为不施肥时的作物产量与施肥情况下的作物产量之比：

${\mathrm{C}}_{\text{soil}}\left(\mathrm{\%}\right)={\mathrm{Y}}_{\mathrm{C}\mathrm{K}}/{\mathrm{Y}}_{\mathrm{N}\mathrm{P}\mathrm{K}}\times 100$

其中：Y_CK 表示不施肥处理的作物产量，Y_NPK 表示氮磷钾全施处理的作物产量。

1.4 数据处理

本研究采用 Excel2007 对数据进行整理分析，用 Origin 2021 绘制图表。

2 结果与分析

2.1 土壤基础地力对水稻产量的贡献率

将 1086 个基础地力贡献率数据按照从小到大的顺序排列，从图1 中可以看出，我国水稻基础地力贡献率数据变异性较大，高至 99.74%，低至 15.39%，平均值为 71.92%。基础地力贡献率较低，可能与该试验地点的土壤养分较低，不能提供水稻生长所需的养分有关，导致不施肥处理产量低，施肥带来的增产效果明显，故基础地力贡献率较低；基础地力贡献率较高，可能与该处理施用的氮肥水平较低有关，本研究的平均氮施肥量为 167.3 kg·hm^-2，而该处理的氮肥施用量为 45.0 kg·hm^-2，远低于本研究的平均氮施肥水平。氮肥作为提高水稻产量的重要影响因子，在这种施肥情况下，施肥处理产量较不施肥处理水稻产量增加幅度不明显，故此时的基础地力贡献率高。

将试验样本的基础地力贡献率数据按照不同级别进行分类（图2），可以看出，我国水稻基础地力贡献率数据分布最多的是在 70%～80% 的范围内，占比达到了 33.61%；基础地力贡献率数据分布最少的是小于 50% 和大于 90% 的范围，占比均为 6.91%。可见，水稻是一种对地力依赖程度较大的作物。

注：括号内数值为样本数。下同。

2.2 不同时期土壤基础地力对水稻产量的贡献率

选取 3 个影响基础地力较大的事件对不同时间下水稻基础地力贡献率进行探讨，第一个事件是 1996 年颁布的秸秆还田农业政策，第二个事件是 2005 年颁布的测土配方施肥技术，第三个事件是 2017 年用有机肥替代化肥的技术。这 3 项技术都在一定程度上提高了土壤的基础地力水平，影响了水稻的基础地力贡献率。图3 显示我国的基础地力贡献率呈现上升的趋势，由最初的 66.63%（34.19%～99.69%）到如今的 74.58% （54.74%～95.12%）。不同时期下种植的水稻，其基础地力贡献率随着时间的推移而逐渐升高，这是长期施肥引起土壤养分提高的缘故^[14]，在 1996 年以前，水稻的基础地力水平为 4.3 t·hm^-2，1996— 2005 年水稻的基础地力水平为 5.8 t·hm^-2，在 2005— 2017 年水稻的基础地力水平为 6.0 t·hm^-2，2017 年至今水稻的基础地力水平为 6.9 t·hm^-2。并且在一系列的土地改革政策下，土壤中的养分逐渐合理化，土地也越来越肥沃。

注：箱体中的“—”和“□”分别代表中值和均值，箱体的上下边界线分别代表75% 和 25% 的点位，连接在箱体外的上下横线分别代表95% 和 5% 的点位，箱体外的“●”代表极端异常值点。下同。

2.3 不同区域土壤基础地力对产量的贡献率

有研究显示，作物的基础地力贡献率与种植的地理位置存在显著的相关关系^[9]，将水稻基础地力贡献率数据按照不同种植区域进行分类研究。图4 显示，不同水稻种植区域的基础地力贡献率有所不同，其根本原因是不同水稻种植区域的土壤养分含量存在差异，自身肥力水平不同。其中以东北稻区的基础地力贡献率最大，平均为 73.62% （60.71%～93.81%），其次为西南稻区，平均基础地力贡献率为 73.33%（53.17%～92.16%），而后是华南稻区，平均基础地力贡献率为 71.93% （53.65%～91.16%），长江中下游稻区的基础地力贡献率最低，平均为 69.84%（46.34%～94.10%）。东北稻区以黑土地为主，土壤肥沃，养分含量丰富，故而基础地力贡献率较大；有研究显示长江中下游稻区近些年来土壤的养分含量有所上升，但土壤 pH 的下降已经成为土壤生产能力的限制因素^[15]，长江中下游稻区的基础地力贡献率低也有可能是因为 pH 下降导致土壤酸化造成的。

2.4 稻田地力等级水平对基础地力贡献率的影响

基础地力贡献率是评价基础地力对水稻产量贡献的指标，土壤自身的养分含量即地力水平也是基础地力贡献率的一个重要影响因素，稻田的地力水平可以用不施肥处理的产量来进行衡量^[16]。本研究中稻田的基础地力水平高至 11.3 t·hm^-2，低至 1.8 t·hm^-2。为了探究稻田地力水平与基础地力贡献率之间的关系，将基础地力贡献率数据按照地力水平进行分级。由图5 可知，稻田的地力水平越高，其基础地力贡献率就越高，二者之间呈现显著的正相关关系，当稻田地力水平从小于 4 t·hm^-2增长到大于 8 t·hm^-2 时，其平均基础地力贡献率就从 55.31%（32.71%～90.32%）增长到了 83.68% （15.39%～98.92%）。基础地力贡献率随着稻田地力水平的提高而提高，说明在高地力水平土壤上种植的水稻，其基础地力贡献率就高，产量对肥料的依赖程度就有所降低^[8]。

2.5 不同类型水稻基础地力贡献率的差异

不同品种的水稻对于稻田肥力的敏感度不同，因而基础地力贡献率也会因品种的不同而有差异。图6 是不同水稻类型的基础地力贡献率数据，由图6 可知，在早稻、中稻和晚稻中，早稻的基础地力贡献率最大，平均为 73.29%（15.39%～98.20%），其次是中稻的基础地力贡献率，平均为 71.34% （41.49%～99.74%），基础地力贡献率最小的是晚稻，平均为 70.25%（36.28%～98.07%）；有研究显示，早稻较晚稻含有更多的氮素和钾素，这需要从土壤中吸收更多的养分，导致早稻产量对土壤肥力的依赖性更强，故早稻的土壤基础地力贡献率更高，但晚稻较小^[17]。在杂交稻和常规稻中，杂交稻的基础地力贡献率大于常规稻，杂交稻的平均基础地力贡献率为 73.32% （15.39%～99.74%），常规稻的平均基础地力贡献率为 70.99%（40.41%～98.07%）；有研究显示，杂交稻产量比常规稻高，主要是因为杂交稻对土壤养分的损耗比常规稻强，吸收的土壤养分多，更加依赖土壤中的养分，因而其基础地力贡献率较常规稻要高^[18]。在籼稻和粳稻中，籼稻的基础地力贡献率大于粳稻，籼稻的平均基础地力贡献率为 73.58%（15.39%～99.74%），粳稻的平均基础地力贡献率为 66.73%（40.41%～98.07%）；有研究显示，籼稻和粳稻的自身基因存在差异，其产物会影响到水稻根际微生物的聚集与分布，籼稻的根际有较多利于氮素吸收利用的微生物，从而能够较好的吸收土壤中的养分，提升产量^[19]，故籼稻较粳稻更加依赖土壤中的养分，其基础地力贡献率就高于粳稻的基础地力贡献率。

3 讨论

大量的试验研究结果表明，作物产量与土壤基础地力密切相关，基础地力贡献率是衡量土壤基础地力的重要因素^[8，20-21]，基础地力贡献率与肥料贡献率呈现显著的负相关关系，提高土壤基础地力和基础地力贡献率可以有效降低肥料贡献率，减少作物对肥料的依赖，实现作物的稳产高产。本研究结果显示我国水稻的平均基础地力贡献率为 71.92%，说明水稻产量很大一部分受到土壤自身肥力的影响，施肥能够带来的增产效果有限，基础地力贡献率远高于肥料贡献率，造成这一现象的原因可能与水稻氮素的来源有关，氮素作为水稻产量的重要影响因子，其含量与水稻产量在一定范围内存在正相关关系，陶其骧等^[22]的研究结果说明，水稻中 70% 氮素都来自于土壤中有机氮的矿化，即在水稻植株吸收的氮素中有 70% 都来自于土壤，同样本研究结果显示水稻地力贡献率也在 70% 左右，与其结果类似。除水稻的基础地力贡献率外，学者们还研究了我国其他作物的基础地力贡献率及影响因素，如小麦和玉米的基础地力贡献率分别为 70.6% 和 71.6%^[23]，其值均小于水稻的基础地力贡献率，可能的原因是水稻为喜温作物，适宜的温光条件促进了土壤养分的释放和作物的吸收，同时水稻的长期淹水环境也提高了土壤的供磷能力^[24]，土壤充足的养分来源导致水稻产量很大一部分依赖于土壤自身肥力。

地力贡献作为作物产量的重要影响因子，具有个异性、持续性、相关性和稳定性的特点^[13]，同样，基础地力贡献率的高低也受到许多因素的影响。有研究表明基础地力贡献率的高低取决于土壤、气候、作物类型和作物品种，其中对基础地力贡献率影响较大的是品种因素^[7]，在本研究不同类型水稻基础地力贡献率的差异结果中，不同品种水稻之间的基础地力贡献率存在明显差异。除品种因素，基础地力贡献率的高低也由环境因子决定^[8]，主要指的是土壤自身的养分供给能力，土壤自身的全氮、全磷和有机质含量对基础地力贡献率有较大的影响，如水稻基础地力贡献率主要与土壤的供磷能力有关，小麦和玉米的基础地力贡献率主要与土壤的供钾能力有关^[8]。鲁艳红等^[25]的研究表明，土壤中的有机质、全氮、有效磷、速效钾是土壤主要的养分供应因子，决定着土壤自身肥力，土壤的养分供应能力越强，基础肥力就越高，基础地力贡献率也就越高。在本研究稻田地力对地力贡献率影响的结果中，基础地力贡献率的大小随着土壤自身肥力大小的改变而改变，主要表现为基础地力贡献率随着土壤自身肥力的提升而升高，究其根本原因为不同肥力土壤的养分供给能力不同所致。近几年，随着一系列农业措施的实施及长期施肥，我国土壤养分得到了有效提高^[13]，同时，每年都会有大量植物根系残存在土壤中，增加了土壤的有机质含量^[26]，因此我国土壤自身肥力随着时间的推移得到了提高，本研究中不同时期土壤基础地力贡献率的结果显示我国水稻地力贡献率呈现逐年上升的趋势，与已有研究结果基本一致。

地理位置对基础地力贡献率的高低也有显著影响，王迎男等^[16]通过大量的田间试验表明，内蒙古地区内不同马铃薯主产区的基础地力贡献率存在差异，在阴山南麓区、阴山北麓区、燕山丘陵区、大兴安岭北麓区的基础地力贡献率分别为 57.6%、 62.7%、63.9%、66.2%，在内蒙古地区平均基础地力贡献率为 62.69%。然而，黄兴成等^[27]的研究表明，在贵州、四川、重庆等地区马铃薯的基础地力贡献率为 50.8%，与王迎男等^[16]的研究结果差异较大，造成该现象的原因是二者试验研究所处的地理环境不同、气候不同，影响了土壤中养分的释放能力。另外，在不同地理位置下土壤的理化性质和质地也不同，对基础地力贡献率也会存在一定的影响，例如土壤中的粘粒含量会影响我国水稻的基础地力贡献率^[9]。本研究中，不同区域内水稻的基础地力贡献率也存在明显差异，与前人的研究结果基本一致。

水稻在我国的粮食安全体系中具有举足轻重的地位，所以对于水稻的研究，尤其是对于水稻产量和产量影响因子的研究层出不穷。然而，近几年来，我国的可耕种面积呈现下降趋势^[3]，水稻单产水平略有下降，因此水稻产量亟待提高。本研究指出，在水稻产量的影响因素中，基础地力贡献占到 71.92%，这一结果说明，相较于施肥，提高稻田的土壤肥力，从而提高稻田基础地力贡献率是提高水稻产量的一个有效途径。另有研究表明，土壤越肥沃，作物产量的稳定性与持续性也会增加^[28]，因此土壤培肥不仅是提高基础地力贡献率的重要举措，还有助于水稻产量的提升，对于水稻的稳产也有重要意义。

4 结论

我国水稻基础地力贡献率的变异性较大，高至 99.74%，低至 15.39%，平均值为 71.92%。水稻基础地力贡献率受时间、区域、地力和水稻类型多种因素的影响。我国水稻基础地力贡献率随着时间的推移呈现上升的趋势；水稻基础地力贡献率在不同水稻种植区域之间差异较大，主要表现为东北稻区（73.62%）>西南稻区（73.33%）>华南稻区（71.93%）>长江中下游稻区（69.84%）；水稻基础地力贡献率的大小与土壤的基础地力大小具有明显的正相关关系，随着稻田基础地力的提高而呈现上升的趋势；水稻基础地力贡献率在不同水稻类型之间也有所不同，具体表现为早稻（73.29%）>中稻 （71.34%）>晚稻（70.25%）、杂交稻（73.32%）>常规稻（70.99%）、籼稻（73.58%）>粳稻（66.73%）。

参考文献