洛川县苹果产量差及限制因素分析

夏少杰，王 冲，张 东，杨秀山，贺敬芝

（中国农业大学资源与环境学院，北京100193）

我国是苹果第一生产大国，我国的苹果种植面积和产量约占世界的50%[1]。陕西省以其独特的地理优势，经过几十年的发展已经成为我国的苹果生产大省，同时也是国家苹果优势产业区。全省苹果栽培的面积与产量，分别占全国总面积和总产量的23.6%和27%，居全国第1位。陕西已经成为全国苹果种植第一大省，苹果产业是全省农业农村经济发展的重要支柱[2]。洛川是陕北苹果产业的发源地，是陕西省苹果生产大县。洛川县位于陕西省中部，平均海拔有1 000 m，优质土层的厚度最多可到200 m，昼夜温差在15～16℃，年均降水620 mm。洛川县气候条件符合苹果生产的7项气候指标，是苹果最佳优生区[3]。

产量差（Yield gap）是指不同产量水平之间的差异，DATTA[4]将其定义为作物实际产量与潜在产量的差值，并将造成这种产量差值的因子定义为产量限制因子（Yield constraints），田间调查与统计分析以及作物模拟模型系统分析是主要的两大类研究方法[5]。利用产量差分析的方法能够确定作物增产潜力，明确造成产量差的决定因素，引导当前的发展方向，有助于揭示增产限制因子，制订高产高效措施；边界线分析可用来分析各种生物物理因素和产量之间的相关性，适用性较好，可用于定量化分析土壤因素、农户管理因素等对产量的贡献，并预测可获得的最大单产[6]。研究表明，洛川苹果产量与品质还有很大的提升空间，生产限制因素尚不明确，肥料的利用效率低[7]。因此，明确洛川苹果生产中的限制因素、缩小产量差、提高洛川苹果产量和品质，成为洛川县苹果产业急需解决的问题；提高当地肥料利用效率，实现苹果提质增效对洛川县苹果产业发展也是非常重要的。

本研究对洛川县主栽苹果的5个乡镇的农户进行走访调查，对比分析农户间产量的差距，同时明确造成产量差的限制因素，探明其增产潜力，提出合理的施肥量，为洛川苹果的绿色可持续发展提供科学依据。

1 材料和方法

1.1 调研对象

2017年8—9 月，选取陕西省苹果主产区中具有代表性的洛川县的京兆乡、凤栖镇、永乡镇、杨舒乡与旧县镇5个乡镇进行调研（表1）；每个乡镇随机选取2个村，在当地村委主任带领下，每个村随机选取6～8户果农，调研人员到农户果园进行实地调查与询问农户，并及时填写调研信息。调研内容主要涉及苹果栽植密度、树龄、施肥情况、产量等。调研范围涉及果园面积46.8hm2，总计取得71份调研问卷，其中，有效问卷68份。

表1 农户调研区域及样本数的分布

1.2 方法

产量等级之间的产量差（YG）＝Y1－Y2，其中，Y1，Y2代表着不同产量等级的产量。不同产量潜力的平台会产生不同的产量差[8]。本研究采用调研区域内苹果的4个产量平台，依次是模拟产量潜力（YM）、高产农户记录产量（YB）、高产农户产量均值（YT）和农户平均产量（YA），相对应得出3个等级产量差：基于高产农户的产量差（YGT＝YT－YA）、基于高产记录的产量差（YGB＝YB－YA）和基于模型模拟的产量差（YGM＝YM－YA）（图 1）。

模型模拟是目前较为有效的定量评估产量潜力的方法，适合于挖掘农户短时间内的增产潜力[9]。SCHNUG等开发的Boundaryline系统，从多因素中孤立出某一个因素，分析该单因素对产量的限制程度，环境因素、农户管理因素等都能用来分析[10-11]。

其中，Boundary line系统模拟分析中，Yp是在独立变量X的限制下，预计可获得的最大单产；Yatt表示可获得的最高产量；X代表独立的变量；K和R是常数。

化肥养分按照调研表记录值进行换算，其中有机肥养分的计算参考《中国有机肥料养分志》[12]。

1.3 数据处理

采用Sigma Plot 13.0数据分析软件进行统计和制图，用SPSS20.0进行统计分析，并用Duncau（D）法检验在P＜0.05水平上的差异显著性。

2 结果与分析

2.1 产量差分析

根据苹果产量水平，依照四等平分法，将调研的果农分为4个等级，依次为占总数25%的最高产农户（YTop25%），50%～75%中高产农户（YMH50%～75%），25%～50%中产农户（YM25%～50%）和占总数25%的最低产农户（YL25%）（表2）。由表2可知，占总数25%的最高产农户平均苹果单产（YT）为38.95 t/hm2，与全部农户平均产量（YA＝31.50 t/hm2）相比，产量差YGT达7.45 t/hm2；其中，YB为47.05 t/hm2，YGB为 15.55 t/hm2。

表2 洛川苹果产量分级

2.2 影响产量差的生产限制因素

2.2.1 影响产量的主要限制因素 调研中发现，造成产量差的主要生产因素为氮磷钾养分投入、栽种密度及树龄。将不同等级的农户生产因素进行分析，从表3可以看出，各产量等级农户N的平均投入量差异显著，YTOP25%的农户N，P2O5平均施入量低于其他3类农户，而K2O平均投入量明显高于其他3类等级的农户。由此可以得知，洛川当地农户过度施用N是造成苹果产量差的原因之一。因此，减少N的投入，调整N，P2O5和K2O的比例，可以提高苹果产量，减小产量差。

同时调研还发现，当地农户苹果平均种植密度为709株/hm2，平均树龄为19 a，树龄主要集中在15～25 a，不同产量等级的农户苹果栽种密度较大（表3）。YL25%农户的平均种植密度为788株/hm2，显著高于其他3类农户的平均种植密度（683株/hm2），YTOP25%农户的平均种植密度为645株/hm2；YL25%农户的果树树龄均值为25 a，明显高于最高产农户，产量随着树龄增加而减少；最高产农户与YMH农户的平均树龄为17～19 a，显著低于其他2类农户。

表3 不同等级农户生产因素平均值分布

2.2.2 生产限制因素与产量的关系 本研究中，利用Boundary line系统拟合出理论上可实现的苹果单产（图2），在现有施肥技术水平下模型模拟得出，当地苹果产量潜力为 60.00 t/hm2，YGM＝28.50 t/hm2；根据N，P2O5，K2O施用量和栽种密度、树龄与苹果产量的函数关系方程式，得出N，P2O5，K2O最高施用量分别为 1 419.00，1 258.13，1 295.00 kg/hm2，种植密度最高825株/hm2；树龄最大在28 a。进一步分析图2可发现，N，P2O5施用过量、树龄过大、种植密度过高是导致产量降低的重要因素。

图2中产量最高值与边界线模拟产量间的产量差异，称为可解释的产量差，是由变量（N，P2O5，K2O施用量和栽种密度、树龄）不同产生的；除此之外，边界线模拟产量和农户实际产量之间的产量差异称为不可解释的产量差，是由除该变量外的其他因素造成的。

2.2.3 各生产因素对苹果产量的贡献 可解释的产量差可以定量计算出某一具体因素对产量差的贡献量，可解释的产量差占最高产量的比例可以用来分析这一因素对产量差的贡献率（图3）。利用Boundary line系统分析得出，树龄、种植密度和N，P2O5，K2O的施用量对产量差的贡献率分别为23.6%，21.2%，6.1%，7.4%和4.8%。

3 讨论

3.1 生产限制因素对苹果产量差的影响

本研究在LOBELL等[13]的量化模型基础上，结合洛川县苹果主产区的生产情况，构建了基于YGT，YGB和YGM3个产量差分析模型，进一步分析得出，苹果产量与栽种密度、水肥等密切相关[14]。研究结果得出，当地苹果栽种密度以645株/hm2为宜，但一般生产上推荐密度为833株/hm2。因而，此后还应根据当地实际情况推荐合适的栽种密度，推荐栽植密度为645～833株/hm2。但针对老果园可以采取间伐减少老果园种植密度，增加果园通光，可以减少病虫害的暴发，进而提高果实品质和产量[15-16]。本研究对苹果树龄进行研究，得出树龄一般需要控制在17～19 a，这与前人研究一致[17-18]。

3.2 养分管理对苹果产量和养分效率的影响

本研究农户施肥N，P2O5，K2O配比中往往K2O偏低，造成苹果减产，这一研究结果与前人试验结论相一致[19-21]。因而，建议采用大配方小调整的施肥准则[22-23]，需要考虑到当地的肥料试验推荐施肥数据及占总数25%的最高产农户（YTOP25%）施肥数据，同时结合Boundary line系统模拟出的当地N，P2O5，K2O最高施用量，调整肥料的投入[24]。化肥投入量大，产量低，致使养分效率低下。同时大量的养分投入，特别是氮、磷，对环境造成不利影响[25]。因此，提高苹果产量和降低养分的投入量，是提高养分效率的重要途径[26-27]，这也是当今实现苹果产量提质增效和绿色发展的要求，同时重视秋施基肥和施用腐熟好的有机肥，能有效提高果园土壤的有机质含量，更有利于生产出优质苹果[28]。苹果园土壤养分含量会随着时间和管理方式的不同发生改变[29]，所以，需要对土壤养分进行实时监控，可以通过测土配方，提出合理的施肥方案，从而提高肥料的养分效率，节约资源和保护土壤环境。

4 结论

本研究结合洛川县苹果主产区的生产情况，利用产量差分析得出洛川县不同苹果产量等级中存在显著的产量差，其中，最高产与最低产之间的产量差（YGB）为15.55 t/hm2。本研究还得出，树龄、种植密度和N，P2O5，K2O对产量差的贡献率分别为23.6%，21.2%，6.1%，7.4%和4.8%。分析得出，洛川县当地农户过度施用N，P2O5肥料与苹果树树龄过大、栽种密度过高是造成苹果产量差的重要原因。因此，减少N，P2O5的投入同时合理密植、合理控制苹果树的丰产期，可以提高苹果产量，进而减小产量差。此外，今后进行苹果生产研究时，还应根据洛川当地具体情况来调整苹果种植株行距、栽培模式；重视洛川苹果的合理施肥、提高肥料利用率、大力推广高产高效施肥技术，对洛川苹果产业的可持续发展做出合理化的规划安排，进而促进洛川县苹果产业快速健康发展。