洛川縣蘋(píng)果產(chǎn)量差及限制因素分析

夏少杰，王 沖，張 東，楊秀山，賀敬芝

（中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，北京100193）

我國(guó)是蘋(píng)果第一生產(chǎn)大國(guó)，我國(guó)的蘋(píng)果種植面積和產(chǎn)量約占世界的50%[1]。陜西省以其獨(dú)特的地理優(yōu)勢(shì)，經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展已經(jīng)成為我國(guó)的蘋(píng)果生產(chǎn)大省，同時(shí)也是國(guó)家蘋(píng)果優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)區(qū)。全省蘋(píng)果栽培的面積與產(chǎn)量，分別占全國(guó)總面積和總產(chǎn)量的23.6%和27%，居全國(guó)第1位。陜西已經(jīng)成為全國(guó)蘋(píng)果種植第一大省，蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)是全省農(nóng)業(yè)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱[2]。洛川是陜北蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的發(fā)源地，是陜西省蘋(píng)果生產(chǎn)大縣。洛川縣位于陜西省中部，平均海拔有1 000 m，優(yōu)質(zhì)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(píng)果生產(chǎn)的7項(xiàng)氣候指標(biāo)，是蘋(píng)果最佳優(yōu)生區(qū)[3]。

產(chǎn)量差（Yield gap）是指不同產(chǎn)量水平之間的差異，DATTA[4]將其定義為作物實(shí)際產(chǎn)量與潛在產(chǎn)量的差值，并將造成這種產(chǎn)量差值的因子定義為產(chǎn)量限制因子（Yield constraints），田間調(diào)查與統(tǒng)計(jì)分析以及作物模擬模型系統(tǒng)分析是主要的兩大類(lèi)研究方法[5]。利用產(chǎn)量差分析的方法能夠確定作物增產(chǎn)潛力，明確造成產(chǎn)量差的決定因素，引導(dǎo)當(dāng)前的發(fā)展方向，有助于揭示增產(chǎn)限制因子，制訂高產(chǎn)高效措施；邊界線(xiàn)分析可用來(lái)分析各種生物物理因素和產(chǎn)量之間的相關(guān)性，適用性較好，可用于定量化分析土壤因素、農(nóng)戶(hù)管理因素等對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)，并預(yù)測(cè)可獲得的最大單產(chǎn)[6]。研究表明，洛川蘋(píng)果產(chǎn)量與品質(zhì)還有很大的提升空間，生產(chǎn)限制因素尚不明確，肥料的利用效率低[7]。因此，明確洛川蘋(píng)果生產(chǎn)中的限制因素、縮小產(chǎn)量差、提高洛川蘋(píng)果產(chǎn)量和品質(zhì)，成為洛川縣蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)急需解決的問(wèn)題；提高當(dāng)?shù)胤柿侠眯?，?shí)現(xiàn)蘋(píng)果提質(zhì)增效對(duì)洛川縣蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展也是非常重要的。

本研究對(duì)洛川縣主栽蘋(píng)果的5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的農(nóng)戶(hù)進(jìn)行走訪(fǎng)調(diào)查，對(duì)比分析農(nóng)戶(hù)間產(chǎn)量的差距，同時(shí)明確造成產(chǎn)量差的限制因素，探明其增產(chǎn)潛力，提出合理的施肥量，為洛川蘋(píng)果的綠色可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 調(diào)研對(duì)象

2017年8—9 月，選取陜西省蘋(píng)果主產(chǎn)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(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)進(jìn)行調(diào)研（表1）；每個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)隨機(jī)選取2個(gè)村，在當(dāng)?shù)卮逦魅螏ьI(lǐng)下，每個(gè)村隨機(jī)選取6～8戶(hù)果農(nóng)，調(diào)研人員到農(nóng)戶(hù)果園進(jìn)行實(shí)地調(diào)查與詢(xún)問(wèn)農(nóng)戶(hù)，并及時(shí)填寫(xiě)調(diào)研信息。調(diào)研內(nèi)容主要涉及蘋(píng)果栽植密度、樹(shù)齡、施肥情況、產(chǎn)量等。調(diào)研范圍涉及果園面積46.8hm2，總計(jì)取得71份調(diào)研問(wèn)卷，其中，有效問(wèn)卷68份。

表1 農(nóng)戶(hù)調(diào)研區(qū)域及樣本數(shù)的分布

1.2 方法

產(chǎn)量等級(jí)之間的產(chǎn)量差（YG）＝Y(jié)1－Y2，其中，Y1，Y2代表著不同產(chǎn)量等級(jí)的產(chǎn)量。不同產(chǎn)量潛力的平臺(tái)會(huì)產(chǎn)生不同的產(chǎn)量差[8]。本研究采用調(diào)研區(qū)域內(nèi)蘋(píng)果的4個(gè)產(chǎn)量平臺(tái)，依次是模擬產(chǎn)量潛力（YM）、高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)記錄產(chǎn)量（YB）、高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)產(chǎn)量均值（YT）和農(nóng)戶(hù)平均產(chǎn)量（YA），相對(duì)應(yīng)得出3個(gè)等級(jí)產(chǎn)量差：基于高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)的產(chǎn)量差（YGT＝Y(jié)T－YA）、基于高產(chǎn)記錄的產(chǎn)量差（YGB＝Y(jié)B－YA）和基于模型模擬的產(chǎn)量差（YGM＝Y(jié)M－YA）（圖 1）。

模型模擬是目前較為有效的定量評(píng)估產(chǎn)量潛力的方法，適合于挖掘農(nóng)戶(hù)短時(shí)間內(nèi)的增產(chǎn)潛力[9]。SCHNUG等開(kāi)發(fā)的Boundaryline系統(tǒng)，從多因素中孤立出某一個(gè)因素，分析該單因素對(duì)產(chǎn)量的限制程度，環(huán)境因素、農(nóng)戶(hù)管理因素等都能用來(lái)分析[10-11]。

其中，Boundary line系統(tǒng)模擬分析中，Yp是在獨(dú)立變量X的限制下，預(yù)計(jì)可獲得的最大單產(chǎn)；Yatt表示可獲得的最高產(chǎn)量；X代表獨(dú)立的變量；K和R是常數(shù)。

化肥養(yǎng)分按照調(diào)研表記錄值進(jìn)行換算，其中有機(jī)肥養(yǎng)分的計(jì)算參考《中國(guó)有機(jī)肥料養(yǎng)分志》[12]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Sigma Plot 13.0數(shù)據(jù)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和制圖，用SPSS20.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并用Duncau（D）法檢驗(yàn)在P＜0.05水平上的差異顯著性。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量差分析

根據(jù)蘋(píng)果產(chǎn)量水平，依照四等平分法，將調(diào)研的果農(nóng)分為4個(gè)等級(jí)，依次為占總數(shù)25%的最高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)（YTop25%），50%～75%中高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)（YMH50%～75%），25%～50%中產(chǎn)農(nóng)戶(hù)（YM25%～50%）和占總數(shù)25%的最低產(chǎn)農(nóng)戶(hù)（YL25%）（表2）。由表2可知，占總數(shù)25%的最高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)平均蘋(píng)果單產(chǎn)（YT）為38.95 t/hm2，與全部農(nóng)戶(hù)平均產(chǎn)量（YA＝31.50 t/hm2）相比，產(chǎn)量差YGT達(dá)7.45 t/hm2；其中，YB為47.05 t/hm2，YGB為 15.55 t/hm2。

表2 洛川蘋(píng)果產(chǎn)量分級(jí)

2.2 影響產(chǎn)量差的生產(chǎn)限制因素

2.2.1 影響產(chǎn)量的主要限制因素 調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，造成產(chǎn)量差的主要生產(chǎn)因素為氮磷鉀養(yǎng)分投入、栽種密度及樹(shù)齡。將不同等級(jí)的農(nóng)戶(hù)生產(chǎn)因素進(jìn)行分析，從表3可以看出，各產(chǎn)量等級(jí)農(nóng)戶(hù)N的平均投入量差異顯著，YTOP25%的農(nóng)戶(hù)N，P2O5平均施入量低于其他3類(lèi)農(nóng)戶(hù)，而K2O平均投入量明顯高于其他3類(lèi)等級(jí)的農(nóng)戶(hù)。由此可以得知，洛川當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)過(guò)度施用N是造成蘋(píng)果產(chǎn)量差的原因之一。因此，減少N的投入，調(diào)整N，P2O5和K2O的比例，可以提高蘋(píng)果產(chǎn)量，減小產(chǎn)量差。

同時(shí)調(diào)研還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)蘋(píng)果平均種植密度為709株/hm2，平均樹(shù)齡為19 a，樹(shù)齡主要集中在15～25 a，不同產(chǎn)量等級(jí)的農(nóng)戶(hù)蘋(píng)果栽種密度較大（表3）。YL25%農(nóng)戶(hù)的平均種植密度為788株/hm2，顯著高于其他3類(lèi)農(nóng)戶(hù)的平均種植密度（683株/hm2），YTOP25%農(nóng)戶(hù)的平均種植密度為645株/hm2；YL25%農(nóng)戶(hù)的果樹(shù)樹(shù)齡均值為25 a，明顯高于最高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)，產(chǎn)量隨著樹(shù)齡增加而減少；最高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)與YMH農(nóng)戶(hù)的平均樹(shù)齡為17～19 a，顯著低于其他2類(lèi)農(nóng)戶(hù)。

表3 不同等級(jí)農(nóng)戶(hù)生產(chǎn)因素平均值分布

2.2.2 生產(chǎn)限制因素與產(chǎn)量的關(guān)系 本研究中，利用Boundary line系統(tǒng)擬合出理論上可實(shí)現(xiàn)的蘋(píng)果單產(chǎn)（圖2），在現(xiàn)有施肥技術(shù)水平下模型模擬得出，當(dāng)?shù)靥O(píng)果產(chǎn)量潛力為 60.00 t/hm2，YGM＝28.50 t/hm2；根據(jù)N，P2O5，K2O施用量和栽種密度、樹(shù)齡與蘋(píng)果產(chǎn)量的函數(shù)關(guān)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(shù)齡最大在28 a。進(jìn)一步分析圖2可發(fā)現(xiàn)，N，P2O5施用過(guò)量、樹(shù)齡過(guò)大、種植密度過(guò)高是導(dǎo)致產(chǎn)量降低的重要因素。

圖2中產(chǎn)量最高值與邊界線(xiàn)模擬產(chǎn)量間的產(chǎn)量差異，稱(chēng)為可解釋的產(chǎn)量差，是由變量（N，P2O5，K2O施用量和栽種密度、樹(shù)齡）不同產(chǎn)生的；除此之外，邊界線(xiàn)模擬產(chǎn)量和農(nóng)戶(hù)實(shí)際產(chǎn)量之間的產(chǎn)量差異稱(chēng)為不可解釋的產(chǎn)量差，是由除該變量外的其他因素造成的。

2.2.3 各生產(chǎn)因素對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量的貢獻(xiàn) 可解釋的產(chǎn)量差可以定量計(jì)算出某一具體因素對(duì)產(chǎn)量差的貢獻(xiàn)量，可解釋的產(chǎn)量差占最高產(chǎn)量的比例可以用來(lái)分析這一因素對(duì)產(chǎn)量差的貢獻(xiàn)率（圖3）。利用Boundary line系統(tǒng)分析得出，樹(shù)齡、種植密度和N，P2O5，K2O的施用量對(duì)產(chǎn)量差的貢獻(xiàn)率分別為23.6%，21.2%，6.1%，7.4%和4.8%。

3 討論

3.1 生產(chǎn)限制因素對(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量差的影響

本研究在LOBELL等[13]的量化模型基礎(chǔ)上，結(jié)合洛川縣蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)情況，構(gòu)建了基于YGT，YGB和YGM3個(gè)產(chǎn)量差分析模型，進(jìn)一步分析得出，蘋(píng)果產(chǎn)量與栽種密度、水肥等密切相關(guān)[14]。研究結(jié)果得出，當(dāng)?shù)靥O(píng)果栽種密度以645株/hm2為宜，但一般生產(chǎn)上推薦密度為833株/hm2。因而，此后還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)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(duì)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(chóng)害的暴發(fā)，進(jìn)而提高果實(shí)品質(zhì)和產(chǎn)量[15-16]。本研究對(duì)蘋(píng)果樹(shù)齡進(jìn)行研究，得出樹(shù)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(duì)蘋(píng)果產(chǎn)量和養(yǎng)分效率的影響

本研究農(nóng)戶(hù)施肥N，P2O5，K2O配比中往往K2O偏低，造成蘋(píng)果減產(chǎn)，這一研究結(jié)果與前人試驗(yàn)結(jié)論相一致[19-21]。因而，建議采用大配方小調(diào)整的施肥準(zhǔn)則[22-23]，需要考慮到當(dāng)?shù)氐姆柿显囼?yàn)推薦施肥數(shù)據(jù)及占總數(shù)25%的最高產(chǎn)農(nóng)戶(hù)（YTOP25%）施肥數(shù)據(jù)，同時(shí)結(jié)合Boundary line系統(tǒng)模擬出的當(dāng)?shù)豊，P2O5，K2O最高施用量，調(diào)整肥料的投入[24]?；释度肓看螅a(chǎn)量低，致使養(yǎng)分效率低下。同時(shí)大量的養(yǎng)分投入，特別是氮、磷，對(duì)環(huán)境造成不利影響[25]。因此，提高蘋(píng)果產(chǎn)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(dāng)今實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果產(chǎn)量提質(zhì)增效和綠色發(fā)展的要求，同時(shí)重視秋施基肥和施用腐熟好的有機(jī)肥，能有效提高果園土壤的有機(jī)質(zhì)含量，更有利于生產(chǎn)出優(yōu)質(zhì)蘋(píng)果[28]。蘋(píng)果園土壤養(yǎng)分含量會(huì)隨著時(shí)間和管理方式的不同發(fā)生改變[29]，所以，需要對(duì)土壤養(yǎng)分進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以通過(guò)測(cè)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(hù)土壤環(huán)境。

4 結(jié)論

本研究結(jié)合洛川縣蘋(píng)果主產(chǎn)區(qū)的生產(chǎn)情況，利用產(chǎn)量差分析得出洛川縣不同蘋(píng)果產(chǎn)量等級(jí)中存在顯著的產(chǎn)量差，其中，最高產(chǎn)與最低產(chǎn)之間的產(chǎn)量差（YGB）為15.55 t/hm2。本研究還得出，樹(shù)齡、種植密度和N，P2O5，K2O對(duì)產(chǎn)量差的貢獻(xiàn)率分別為23.6%，21.2%，6.1%，7.4%和4.8%。分析得出，洛川縣當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)過(guò)度施用N，P2O5肥料與蘋(píng)果樹(shù)樹(shù)齡過(guò)大、栽種密度過(guò)高是造成蘋(píng)果產(chǎn)量差的重要原因。因此，減少N，P2O5的投入同時(shí)合理密植、合理控制蘋(píng)果樹(shù)的豐產(chǎn)期，可以提高蘋(píng)果產(chǎn)量，進(jìn)而減小產(chǎn)量差。此外，今后進(jìn)行蘋(píng)果生產(chǎn)研究時(shí)，還應(yīng)根據(jù)洛川當(dāng)?shù)鼐唧w情況來(lái)調(diào)整蘋(píng)果種植株行距、栽培模式；重視洛川蘋(píng)果的合理施肥、提高肥料利用率、大力推廣高產(chǎn)高效施肥技術(shù)，對(duì)洛川蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出合理化的規(guī)劃安排，進(jìn)而促進(jìn)洛川縣蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)快速健康發(fā)展。