【摘要】【目的】探究近15—20年我国小麦和玉米相对产量差的时空变异特征、影响因素以及不同地力水平下相对产量差对氮肥的响应，为氮肥的合理施用及实现小麦和玉米的高产稳产提供理论依据。【方法】基于农业农村部耕地土壤质量监测数据，用施肥区与无肥区作物产量之差代表由肥料投入和由此引起的土壤性质改变所贡献的相对产量（RY），利用高产农户统计法获取最高相对产量（HRY）、平均相对产量（ARY）和相对产量差（G_(RY)），根据无肥区产量划分低、中、高基础地力水平，量化不同基础地力水平下小麦、玉米相对产量差与氮肥用量的关系，并结合随机森林模型探讨施肥和土壤因素对相对产量差影响的重要程度。【结果】全国小麦的HRY为3.83—6.75 t·hm~(-2),ARY为2.10—3.42 t·hm~(-2),G_(RY)为1.73—3.33 t·hm~(-2)，相对产量差占最高相对产量的44.64%—49.06%。小麦HRY、ARY和G_(RY)均是华北区>长江中下游区>西北区>西南区。玉米的HRY为6.53—8.20 t·hm~(-2),ARY为3.37—4.12 t·hm~(-2),G_(RY)为3.16—4.08 t·hm~(-2)，相对产量差占最高相对产量的44.78%—50.52%。玉米HRY、ARY和G_(RY)均是东北区>华北区>西南区>西北区。除华北区外，各个区域HRY和G_(RY)均随监测时间的延长呈上升趋势。除西北区外，在低、中地力土壤上G_(RY)随着氮肥施用量的增加而降低，而在高地力土壤上，下降不显著。华北区小麦和玉米、长江中下游区小麦和东北区玉米在低、中地力土壤均出现了氮肥施用平衡点。整体而言，在低、中地力土壤上，氮肥施用量和土壤有机质含量是影响小麦和玉米G_(RY)相对重要的因子；高地力土壤上，钾肥用量对长江中下游和华北区的G_(RY)影响较大，有机质含量对西北和西南区的G_(RY)影响显著。【结论】土壤地力水平越高，施用氮肥降低相对产量差的效应越低，高地力土壤应适当减施氮肥。为保证作物增产的同时避免氮肥的浪费和环境风险，建议氮肥施用量不宜超过其平衡点，即华北平原低、中地力土壤上小麦氮肥推荐施用量分别为260.6和159.2 kg·hm~(-2)，玉米分别为262.6和246.0 kg·hm~(-2)；长江中下游区低、中地力土壤上小麦分别为199.5和187.5 kg·hm~(-2)；东北区低、中地力水平土壤上玉米分别为259.5和228.0 kg·hm~(-2)。西南区低、中地力和西北区低地力土壤，应适当增加氮肥投入。此外，长江中下游和华北区高地力土壤上还应注重施用钾肥，西北、西南区应当将提升土壤有机质作为增产的主要措施。