洛川縣蘋果產量差及限制因素分析

夏少杰，王 沖，張 東，楊秀山，賀敬芝

（中國農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，北京100193）

我國是蘋果第一生產大國，我國的蘋果種植面積和產量約占世界的50%[1]。陜西省以其獨特的地理優(yōu)勢，經過幾十年的發(fā)展已經成為我國的蘋果生產大省，同時也是國家蘋果優(yōu)勢產業(yè)區(qū)。全省蘋果栽培的面積與產量，分別占全國總面積和總產量的23.6%和27%，居全國第1位。陜西已經成為全國蘋果種植第一大省，蘋果產業(yè)是全省農業(yè)農村經濟發(fā)展的重要支柱[2]。洛川是陜北蘋果產業(yè)的發(fā)源地，是陜西省蘋果生產大縣。洛川縣位于陜西省中部，平均海拔有1 000 m，優(yōu)質土層的厚度最多可到200 m，晝夜溫差在15～16℃，年均降水620 mm。洛川縣氣候條件符合蘋果生產的7項氣候指標，是蘋果最佳優(yōu)生區(qū)[3]。

產量差（Yield gap）是指不同產量水平之間的差異，DATTA[4]將其定義為作物實際產量與潛在產量的差值，并將造成這種產量差值的因子定義為產量限制因子（Yield constraints），田間調查與統計分析以及作物模擬模型系統分析是主要的兩大類研究方法[5]。利用產量差分析的方法能夠確定作物增產潛力，明確造成產量差的決定因素，引導當前的發(fā)展方向，有助于揭示增產限制因子，制訂高產高效措施；邊界線分析可用來分析各種生物物理因素和產量之間的相關性，適用性較好，可用于定量化分析土壤因素、農戶管理因素等對產量的貢獻，并預測可獲得的最大單產[6]。研究表明，洛川蘋果產量與品質還有很大的提升空間，生產限制因素尚不明確，肥料的利用效率低[7]。因此，明確洛川蘋果生產中的限制因素、縮小產量差、提高洛川蘋果產量和品質，成為洛川縣蘋果產業(yè)急需解決的問題；提高當地肥料利用效率，實現蘋果提質增效對洛川縣蘋果產業(yè)發(fā)展也是非常重要的。

本研究對洛川縣主栽蘋果的5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農戶進行走訪調查，對比分析農戶間產量的差距，同時明確造成產量差的限制因素，探明其增產潛力，提出合理的施肥量，為洛川蘋果的綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 調研對象

2017年8—9 月，選取陜西省蘋果主產區(qū)中具有代表性的洛川縣的京兆鄉(xiāng)、鳳棲鎮(zhèn)、永鄉(xiāng)鎮(zhèn)、楊舒鄉(xiāng)與舊縣鎮(zhèn)5個鄉(xiāng)鎮(zhèn)進行調研（表1）；每個鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機選取2個村，在當地村委主任帶領下，每個村隨機選取6～8戶果農，調研人員到農戶果園進行實地調查與詢問農戶，并及時填寫調研信息。調研內容主要涉及蘋果栽植密度、樹齡、施肥情況、產量等。調研范圍涉及果園面積46.8hm2，總計取得71份調研問卷，其中，有效問卷68份。

表1 農戶調研區(qū)域及樣本數的分布

1.2 方法

產量等級之間的產量差（YG）＝Y1－Y2，其中，Y1，Y2代表著不同產量等級的產量。不同產量潛力的平臺會產生不同的產量差[8]。本研究采用調研區(qū)域內蘋果的4個產量平臺，依次是模擬產量潛力（YM）、高產農戶記錄產量（YB）、高產農戶產量均值（YT）和農戶平均產量（YA），相對應得出3個等級產量差：基于高產農戶的產量差（YGT＝YT－YA）、基于高產記錄的產量差（YGB＝YB－YA）和基于模型模擬的產量差（YGM＝YM－YA）（圖 1）。

模型模擬是目前較為有效的定量評估產量潛力的方法，適合于挖掘農戶短時間內的增產潛力[9]。SCHNUG等開發(fā)的Boundaryline系統，從多因素中孤立出某一個因素，分析該單因素對產量的限制程度，環(huán)境因素、農戶管理因素等都能用來分析[10-11]。

其中，Boundary line系統模擬分析中，Yp是在獨立變量X的限制下，預計可獲得的最大單產；Yatt表示可獲得的最高產量；X代表獨立的變量；K和R是常數。

化肥養(yǎng)分按照調研表記錄值進行換算，其中有機肥養(yǎng)分的計算參考《中國有機肥料養(yǎng)分志》[12]。

1.3 數據處理

采用Sigma Plot 13.0數據分析軟件進行統計和制圖，用SPSS20.0進行統計分析，并用Duncau（D）法檢驗在P＜0.05水平上的差異顯著性。

2 結果與分析

2.1 產量差分析

根據蘋果產量水平，依照四等平分法，將調研的果農分為4個等級，依次為占總數25%的最高產農戶（YTop25%），50%～75%中高產農戶（YMH50%～75%），25%～50%中產農戶（YM25%～50%）和占總數25%的最低產農戶（YL25%）（表2）。由表2可知，占總數25%的最高產農戶平均蘋果單產（YT）為38.95 t/hm2，與全部農戶平均產量（YA＝31.50 t/hm2）相比，產量差YGT達7.45 t/hm2；其中，YB為47.05 t/hm2，YGB為 15.55 t/hm2。

表2 洛川蘋果產量分級

2.2 影響產量差的生產限制因素

2.2.1 影響產量的主要限制因素 調研中發(fā)現，造成產量差的主要生產因素為氮磷鉀養(yǎng)分投入、栽種密度及樹齡。將不同等級的農戶生產因素進行分析，從表3可以看出，各產量等級農戶N的平均投入量差異顯著，YTOP25%的農戶N，P2O5平均施入量低于其他3類農戶，而K2O平均投入量明顯高于其他3類等級的農戶。由此可以得知，洛川當地農戶過度施用N是造成蘋果產量差的原因之一。因此，減少N的投入，調整N，P2O5和K2O的比例，可以提高蘋果產量，減小產量差。

同時調研還發(fā)現，當地農戶蘋果平均種植密度為709株/hm2，平均樹齡為19 a，樹齡主要集中在15～25 a，不同產量等級的農戶蘋果栽種密度較大（表3）。YL25%農戶的平均種植密度為788株/hm2，顯著高于其他3類農戶的平均種植密度（683株/hm2），YTOP25%農戶的平均種植密度為645株/hm2；YL25%農戶的果樹樹齡均值為25 a，明顯高于最高產農戶，產量隨著樹齡增加而減少；最高產農戶與YMH農戶的平均樹齡為17～19 a，顯著低于其他2類農戶。

表3 不同等級農戶生產因素平均值分布

2.2.2 生產限制因素與產量的關系 本研究中，利用Boundary line系統擬合出理論上可實現的蘋果單產（圖2），在現有施肥技術水平下模型模擬得出，當地蘋果產量潛力為 60.00 t/hm2，YGM＝28.50 t/hm2；根據N，P2O5，K2O施用量和栽種密度、樹齡與蘋果產量的函數關系方程式，得出N，P2O5，K2O最高施用量分別為 1 419.00，1 258.13，1 295.00 kg/hm2，種植密度最高825株/hm2；樹齡最大在28 a。進一步分析圖2可發(fā)現，N，P2O5施用過量、樹齡過大、種植密度過高是導致產量降低的重要因素。

圖2中產量最高值與邊界線模擬產量間的產量差異，稱為可解釋的產量差，是由變量（N，P2O5，K2O施用量和栽種密度、樹齡）不同產生的；除此之外，邊界線模擬產量和農戶實際產量之間的產量差異稱為不可解釋的產量差，是由除該變量外的其他因素造成的。

2.2.3 各生產因素對蘋果產量的貢獻 可解釋的產量差可以定量計算出某一具體因素對產量差的貢獻量，可解釋的產量差占最高產量的比例可以用來分析這一因素對產量差的貢獻率（圖3）。利用Boundary line系統分析得出，樹齡、種植密度和N，P2O5，K2O的施用量對產量差的貢獻率分別為23.6%，21.2%，6.1%，7.4%和4.8%。

3 討論

3.1 生產限制因素對蘋果產量差的影響

本研究在LOBELL等[13]的量化模型基礎上，結合洛川縣蘋果主產區(qū)的生產情況，構建了基于YGT，YGB和YGM3個產量差分析模型，進一步分析得出，蘋果產量與栽種密度、水肥等密切相關[14]。研究結果得出，當地蘋果栽種密度以645株/hm2為宜，但一般生產上推薦密度為833株/hm2。因而，此后還應根據當地實際情況推薦合適的栽種密度，推薦栽植密度為645～833株/hm2。但針對老果園可以采取間伐減少老果園種植密度，增加果園通光，可以減少病蟲害的暴發(fā)，進而提高果實品質和產量[15-16]。本研究對蘋果樹齡進行研究，得出樹齡一般需要控制在17～19 a，這與前人研究一致[17-18]。

3.2 養(yǎng)分管理對蘋果產量和養(yǎng)分效率的影響

本研究農戶施肥N，P2O5，K2O配比中往往K2O偏低，造成蘋果減產，這一研究結果與前人試驗結論相一致[19-21]。因而，建議采用大配方小調整的施肥準則[22-23]，需要考慮到當地的肥料試驗推薦施肥數據及占總數25%的最高產農戶（YTOP25%）施肥數據，同時結合Boundary line系統模擬出的當地N，P2O5，K2O最高施用量，調整肥料的投入[24]。化肥投入量大，產量低，致使養(yǎng)分效率低下。同時大量的養(yǎng)分投入，特別是氮、磷，對環(huán)境造成不利影響[25]。因此，提高蘋果產量和降低養(yǎng)分的投入量，是提高養(yǎng)分效率的重要途徑[26-27]，這也是當今實現蘋果產量提質增效和綠色發(fā)展的要求，同時重視秋施基肥和施用腐熟好的有機肥，能有效提高果園土壤的有機質含量，更有利于生產出優(yōu)質蘋果[28]。蘋果園土壤養(yǎng)分含量會隨著時間和管理方式的不同發(fā)生改變[29]，所以，需要對土壤養(yǎng)分進行實時監(jiān)控，可以通過測土配方，提出合理的施肥方案，從而提高肥料的養(yǎng)分效率，節(jié)約資源和保護土壤環(huán)境。

4 結論

本研究結合洛川縣蘋果主產區(qū)的生產情況，利用產量差分析得出洛川縣不同蘋果產量等級中存在顯著的產量差，其中，最高產與最低產之間的產量差（YGB）為15.55 t/hm2。本研究還得出，樹齡、種植密度和N，P2O5，K2O對產量差的貢獻率分別為23.6%，21.2%，6.1%，7.4%和4.8%。分析得出，洛川縣當地農戶過度施用N，P2O5肥料與蘋果樹樹齡過大、栽種密度過高是造成蘋果產量差的重要原因。因此，減少N，P2O5的投入同時合理密植、合理控制蘋果樹的豐產期，可以提高蘋果產量，進而減小產量差。此外，今后進行蘋果生產研究時，還應根據洛川當地具體情況來調整蘋果種植株行距、栽培模式；重視洛川蘋果的合理施肥、提高肥料利用率、大力推廣高產高效施肥技術，對洛川蘋果產業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出合理化的規(guī)劃安排，進而促進洛川縣蘋果產業(yè)快速健康發(fā)展。