中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量差及影響因素分析

周一帆，楊林生，孟博，戰(zhàn)健，鄧燕

中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量差及影響因素分析

周一帆，楊林生，孟博，戰(zhàn)健，鄧燕

西南大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院/長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶農(nóng)業(yè)綠色發(fā)展研究中心，重慶 400715

【】對(duì)中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量潛力與產(chǎn)量差現(xiàn)狀進(jìn)行研究，進(jìn)而分析討論產(chǎn)量的主要影響因素及消減產(chǎn)量差的潛力，以期為中國(guó)甘蔗增產(chǎn)增效提供參考依據(jù)?；诮y(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)收集，從國(guó)家統(tǒng)計(jì)局獲得1999—2018年各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）及國(guó)家的甘蔗產(chǎn)量及種植面積數(shù)據(jù)147條；從數(shù)據(jù)庫(kù)中國(guó)知網(wǎng)和Web of Science對(duì)1980—2019年發(fā)表的關(guān)于中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)的下種量、施肥量、品種及對(duì)應(yīng)產(chǎn)量的國(guó)內(nèi)外期刊與碩、博士論文等進(jìn)行檢索，排除異常數(shù)據(jù)后，共獲文獻(xiàn)93篇，其中廣西54篇，云南14篇，廣東25篇。以不同產(chǎn)區(qū)試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)前5%的平均值為產(chǎn)量潛力，以統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)平均值為農(nóng)戶產(chǎn)量，以此計(jì)算各產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量差；進(jìn)一步分析產(chǎn)量與施肥量、下種量及甘蔗品種的關(guān)系，得出各產(chǎn)區(qū)的推薦施肥量、下種量及高產(chǎn)品種，并討論了優(yōu)化施肥量、下種量和品種消減產(chǎn)量差的潛力。廣西、云南、廣東是中國(guó)三大甘蔗主產(chǎn)區(qū)，產(chǎn)量潛力分別為137.1、147.2、145.8 t·hm-2，農(nóng)戶平均產(chǎn)量分別為74.2、62.0、78.3 t·hm-2，分別實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量潛力的 54.1%、42.1%和53.7%。施肥量、下種量和品種是影響甘蔗產(chǎn)量的主要因素，并仍有較大的優(yōu)化空間。為提高甘蔗產(chǎn)量，廣西產(chǎn)區(qū)推薦施肥量270 kg N·hm-2、99 kg P2O5·hm-2、208 kg K2O·hm-2，云南產(chǎn)區(qū)推薦施肥量228 kg N·hm-2、117 kg P2O5·hm-2、281 kg K2O·hm-2，廣東產(chǎn)區(qū)推薦施肥量240 kg N·hm-2、71 kg P2O5·hm-2、193 kg K2O·hm-2；廣西、云南、廣東推薦下種量分別為8×104—10×104、10×104—12×104、8×104—10×104芽/hm2；三大產(chǎn)區(qū)高產(chǎn)品種分別是桂輻系列、桂糖系列和粵糖系列。廣西、云南、廣東三大產(chǎn)區(qū)甘蔗的增產(chǎn)潛力分別為62.9、85.2、67.5 t·hm-2；優(yōu)化施肥可使廣西、云南、廣東分別增產(chǎn)16.9、28.4、25.3 t·hm-2，優(yōu)化下種量可分別增產(chǎn)23.6、27.9、22.1 t·hm-2，優(yōu)化品種可分別增產(chǎn)26.8、42.4、15.1 t·hm-2。

甘蔗；主產(chǎn)區(qū)；產(chǎn)量差；施肥；下種量；品種；產(chǎn)量潛力

0 引言

【研究意義】甘蔗是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物。目前，中國(guó)是世界第三大甘蔗生產(chǎn)國(guó)[1]，甘蔗糖產(chǎn)量占國(guó)內(nèi)食糖總產(chǎn)量的90%左右，但國(guó)內(nèi)的食糖產(chǎn)量只能滿足70%的需求，仍有30%依賴于進(jìn)口[2]。保證國(guó)內(nèi)食糖生產(chǎn)自給自足一直是我國(guó)甘蔗生產(chǎn)的主要目標(biāo)。雖然中國(guó)甘蔗生產(chǎn)的面積和總產(chǎn)量水平都較高，但與甘蔗生產(chǎn)強(qiáng)國(guó)巴西、澳大利亞、美國(guó)等相比，單位面積產(chǎn)量與之仍有不小差距，而且單位面積的肥料投入量遠(yuǎn)高于上述國(guó)家，由此導(dǎo)致的施肥成本高、養(yǎng)分利用效率低、環(huán)境污染風(fēng)險(xiǎn)大等問(wèn)題突出[3]。當(dāng)前中國(guó)農(nóng)業(yè)面臨向綠色生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的重大挑戰(zhàn)[4]，甘蔗生產(chǎn)也必須實(shí)現(xiàn)減肥增產(chǎn)增效。為此，需要清楚中國(guó)甘蔗是否還能增產(chǎn)？增產(chǎn)的潛力還有多大？可以通過(guò)哪些途徑實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)？借鑒于其他作物，產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差研究有助于回答上述問(wèn)題。【前人研究進(jìn)展】根據(jù)EVANS[5]的定義，通常的產(chǎn)量潛力是指在單位面積的土地上，管理?xiàng)l件最優(yōu)時(shí)（沒(méi)有水分、養(yǎng)分、病蟲(chóng)害等限制因素），某個(gè)作物品種所能實(shí)現(xiàn)的最大產(chǎn)量。產(chǎn)量差就是作物的產(chǎn)量潛力與農(nóng)戶產(chǎn)量之間的差值[6-7]。產(chǎn)量潛力與產(chǎn)量差反映了當(dāng)前作物產(chǎn)量的發(fā)展前景，可以指導(dǎo)農(nóng)戶進(jìn)行科學(xué)生產(chǎn)[8]，對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)科技政策的制定具有重要意義[9]。常見(jiàn)的定量作物產(chǎn)量潛力的方法主要有四種：作物模型模擬、高產(chǎn)紀(jì)錄、田間試驗(yàn)和高產(chǎn)農(nóng)戶[10]。作物模型主要是結(jié)合作物品種、種植技術(shù)、土壤特性和氣候條件等模擬光溫生產(chǎn)潛力，為某種作物（品種）與當(dāng)?shù)毓鉁刭Y源匹配時(shí)所能達(dá)到的最大生產(chǎn)潛力，是理論值，需要構(gòu)建某種作物特定的生長(zhǎng)發(fā)育模型[11-13]。相較于澳大利亞和巴西比較成熟的甘蔗生長(zhǎng)發(fā)育模型應(yīng)用，我國(guó)甘蔗生產(chǎn)的生長(zhǎng)發(fā)育模型研究還很少。王雪麗等[14]通過(guò)AEZ模型模擬計(jì)算出廣西甘蔗的光溫生產(chǎn)潛力為154.2—200.8 t·hm-2，但其研究范圍僅為廣西產(chǎn)區(qū)，且其準(zhǔn)確性仍有待驗(yàn)證, 因此用模型模擬定量我國(guó)甘蔗產(chǎn)量潛力尚不成熟。另外三種方法中，田間試驗(yàn)的差異較大[15]，高產(chǎn)農(nóng)戶數(shù)據(jù)需要開(kāi)展調(diào)研獲取[10]，只有高產(chǎn)紀(jì)錄的數(shù)據(jù)可以通過(guò)文獻(xiàn)資料搜索獲得，比較適合基于文獻(xiàn)總結(jié)的產(chǎn)量潛力分析。魏志標(biāo)等[8]評(píng)估我國(guó)苜蓿、黑麥草和燕麥草的產(chǎn)量潛力，以及曹玉賢等[16]分析中國(guó)再生稻產(chǎn)量潛力都以高產(chǎn)紀(jì)錄數(shù)據(jù)為產(chǎn)量潛力，即文獻(xiàn)數(shù)據(jù)中產(chǎn)量前5%的平均值。作物產(chǎn)量是自身遺傳因素和環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中，某地的氣候條件一般是難以調(diào)節(jié)的，人為活動(dòng)主要通過(guò)品種、種植密度、施肥、灌溉等農(nóng)藝因素的管理來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)作物生產(chǎn)的干預(yù)，因此這些因素通常也是影響作物產(chǎn)量潛力實(shí)現(xiàn)程度的主要因素。例如，曹玉賢等[16]分析了品種、施肥、種植密度、留樁高度、種植和收割方式對(duì)再生稻產(chǎn)量的影響，明確了優(yōu)化這些因素消減產(chǎn)量差的潛力，有助于指導(dǎo)再生稻的生產(chǎn)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】國(guó)內(nèi)有關(guān)產(chǎn)量潛力、產(chǎn)量差及其影響因素的分析在玉米、小麥、水稻等作物上已有大量報(bào)道，且已發(fā)展到針對(duì)不同研究尺度進(jìn)行精準(zhǔn)分析[10]。相比之下，甘蔗上雖然開(kāi)展了許多關(guān)于品種和施肥管理對(duì)產(chǎn)量影響的研究[17-19]，但并未明確各主產(chǎn)區(qū)甘蔗產(chǎn)量潛力、產(chǎn)量差及主要影響因素消減產(chǎn)量差的潛力?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】本研究通過(guò)收集中國(guó)甘蔗的田間試驗(yàn)數(shù)據(jù)和統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析中國(guó)不同甘蔗主產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差，并對(duì)主要產(chǎn)量影響因素進(jìn)行分析，嘗試找出消減產(chǎn)量差的途徑，為生產(chǎn)實(shí)踐提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文收集的數(shù)據(jù)包括兩大類(lèi)。第一類(lèi)是1999—2018年各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）及國(guó)家的甘蔗產(chǎn)量及種植面積數(shù)據(jù)，來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局（https://data.stats. gov.cn/easyquery.htm?cn=A01）[20]，共收集數(shù)據(jù)147條。第二類(lèi)是甘蔗施肥量、下種量（每公頃下種總芽數(shù)）、品種及對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量等數(shù)據(jù)，來(lái)源于已發(fā)表的文章，利用文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)（中國(guó)知網(wǎng)和Web of Science）對(duì)1980—2019年發(fā)表的關(guān)于中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)的施肥量、下種量、品種及對(duì)應(yīng)產(chǎn)量的國(guó)內(nèi)外期刊和碩、博士論文進(jìn)行檢索，輸入關(guān)鍵詞或主題詞“甘蔗 施肥”“甘蔗產(chǎn)量”“Sugarcane yield China”等獲得相關(guān)文獻(xiàn)。為保證本研究數(shù)據(jù)具有代表性，文獻(xiàn)搜索所建立的數(shù)據(jù)庫(kù)必須滿足以下初步篩選條件：（1）試驗(yàn)為大田試驗(yàn)；（2）試驗(yàn)有具體的時(shí)間、地點(diǎn)和試驗(yàn)方案；（3）試驗(yàn)數(shù)據(jù)必須包含下種量、產(chǎn)量和氮磷鉀肥料的施用量；（4）試驗(yàn)地點(diǎn)在中國(guó)國(guó)內(nèi)，且甘蔗品種為商用品種。經(jīng)文獻(xiàn)篩選，確定廣西、云南和廣東為我國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)。

符合上述篩選標(biāo)準(zhǔn)的文章共136篇。數(shù)據(jù)初步分析后對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)一步篩選，排除異常數(shù)據(jù)（不施肥比施肥產(chǎn)量高），最終建立的有效數(shù)據(jù)庫(kù)文章共93篇（附錄）。其中包含廣西54篇，云南14篇，廣東25篇。文中提到的氮磷鉀肥施用量不經(jīng)特殊說(shuō)明，均指N、P2O5、K2O的量。

1.2 數(shù)據(jù)分析

1.2.1 產(chǎn)量潛力與產(chǎn)量差 本研究分析了廣西、云南和廣東三大主產(chǎn)區(qū)的甘蔗產(chǎn)量潛力與產(chǎn)量差。根據(jù)魏志標(biāo)等[8]和曹玉賢等[16]的方法，本研究使用高產(chǎn)紀(jì)錄進(jìn)行產(chǎn)量潛力的定量。根據(jù)收集的數(shù)據(jù)，以各主產(chǎn)區(qū)大田試驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中產(chǎn)量前5%的平均值為高產(chǎn)紀(jì)錄，即為產(chǎn)量潛力，以2010—2018年各主產(chǎn)區(qū)甘蔗統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)單產(chǎn)平均值為農(nóng)戶產(chǎn)量。產(chǎn)量差的計(jì)算公式為：產(chǎn)量差（t·hm-2）=產(chǎn)量潛力（t·hm-2）-農(nóng)戶產(chǎn)量（t·hm-2）。

1.2.2 施肥量 根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)收集的甘蔗施肥量與產(chǎn)量的數(shù)據(jù)，分別對(duì)廣西、云南、廣東甘蔗生產(chǎn)的施肥量與產(chǎn)量進(jìn)行相關(guān)性擬合分析，經(jīng)過(guò)不同分析方法的比較，本研究采用“線性+平臺(tái)”模型進(jìn)行擬合，由此確定了3個(gè)產(chǎn)區(qū)的甘蔗最佳氮磷鉀推薦用量。

1.2.3 下種量 根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中甘蔗下種量的變異范圍，廣西甘蔗下種量劃分為5個(gè)梯度，分別是＜6×104、6×104—8×104、8×104—10×104、10×104— 12×104、＞12×104芽/hm2；云南甘蔗下種量劃分為4個(gè)梯度，分別是＜10×104、10×104—12×104、12×104—14×104、＞14×104芽/hm2；廣東甘蔗下種量劃分為5個(gè)梯度，分別是＜4×104、4×104—6×104、6×104—8×104、8×104—10×104、＞10×104芽/hm2。分析下種量與產(chǎn)量之間的關(guān)系，得出各產(chǎn)區(qū)的推薦下種量。

1.2.4 品系 根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中甘蔗的品種信息，廣西甘蔗品種劃分為新臺(tái)糖系列（n=157）、桂糖系列（n=131）、粵糖系列（n=45）、柳城系列（n=30）、桂輻系列（n=25）、B系列（n=15）、贛蔗系列（n=10）、其他（n=31）；云南甘蔗品種劃分為云蔗系列（n=40）、隴墾系列（n=36）、新臺(tái)糖系列（n=17）、贛蔗系列（n=10）、桂糖系列（n=10）、良種系列（n=5）、其他（n=16）；廣東甘蔗品種劃分為粵糖系列（n=128）、新臺(tái)糖系列（n=85）、柳城系列（n=13）、沙滘系列（n=9）、桂糖系列（n=6）。分析品系與產(chǎn)量之間的關(guān)系，得出各產(chǎn)區(qū)的推薦品系。

利用SAS 9.4進(jìn)行“線性+平臺(tái)”相關(guān)性分析，利用Excel 2016進(jìn)行制圖。

2 結(jié)果

2.1 中國(guó)甘蔗生產(chǎn)現(xiàn)狀

從國(guó)家尺度來(lái)看，中國(guó)近20年甘蔗的種植面積呈現(xiàn)波浪形變化（圖1），1999—2008年甘蔗種植面積呈波浪遞增的趨勢(shì)，2008—2013年面積趨于穩(wěn)定，2013—2018年則逐年遞減?？傮w來(lái)看，我國(guó)甘蔗產(chǎn)量變化趨勢(shì)與種植面積變化基本保持一致，2008年甘蔗產(chǎn)量達(dá)到最高，為12 152.06×104t。單位面積產(chǎn)量可以衡量國(guó)家現(xiàn)階段的種植水平，2010年前我國(guó)甘蔗單產(chǎn)較不穩(wěn)定，2010年后隨著甘蔗田間管理體系的日漸完備，單產(chǎn)逐年提高，2018年增至76.9 t·hm-2。

作為中國(guó)糖料的主要作物，甘蔗在全國(guó)17個(gè)省（自治區(qū)、直轄市）均有種植（表1）。其中，廣西、云南、廣東是中國(guó)甘蔗的三大主產(chǎn)區(qū)，2018年種植面積分別為886.4×103、260.1×103、172.6×103hm2，分別占全國(guó)總種植面積的63.0%、18.5%和12.3%。產(chǎn)量方面，廣西、云南、廣東位列前三?？傮w來(lái)看，各產(chǎn)區(qū)單產(chǎn)水平差異較大，單產(chǎn)最高的為廣西，達(dá)到82.3 t·hm-2，最低的是陜西，僅有25.0 t·hm-2，不足廣西的1/3。單產(chǎn)最高的3個(gè)產(chǎn)區(qū)是廣西、廣東、河南，分別為82.3、81.9、75.8 t·hm-2，廣西和廣東單產(chǎn)水平超過(guò)全國(guó)平均水平。種植面積第二大的產(chǎn)區(qū)云南，平均單產(chǎn)僅有63.1 t·hm-2。

表1 中國(guó)各?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）甘蔗的種植情況

數(shù)據(jù)來(lái)源于中國(guó)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局2018[20]Data are from China National Bureau of Statistics 2018[20]

2.2 甘蔗主產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量潛力與產(chǎn)量差

進(jìn)一步對(duì)廣西、云南、廣東三大主產(chǎn)區(qū)2010—2018年的單產(chǎn)情況進(jìn)行分析，結(jié)果如圖2所示。廣西近9年單產(chǎn)逐年遞增，從2010年66.6 t·hm-2增至2018年82.3 t·hm-2，增幅23.6%；廣東的單產(chǎn)水平一直較高，近9年變化不大；而云南的甘蔗單產(chǎn)一直維持在62.0 t·hm-2左右。將廣西、云南、廣東文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫(kù)中產(chǎn)量前5%的平均值定為產(chǎn)量潛力，以2010—2018年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算的單產(chǎn)平均值為農(nóng)戶產(chǎn)量，得出廣西產(chǎn)區(qū)的甘蔗產(chǎn)量潛力為137.1 t·hm-2，農(nóng)戶產(chǎn)量為74.2 t·hm-2，產(chǎn)量差為62.9 t·hm-2；云南產(chǎn)區(qū)甘蔗產(chǎn)量潛力為147.2 t·hm-2，農(nóng)戶產(chǎn)量為62.0 t·hm-2，產(chǎn)量差為85.2 t·hm-2；廣東產(chǎn)區(qū)甘蔗產(chǎn)量潛力為145.8 t·hm-2，農(nóng)戶產(chǎn)量為78.3 t·hm-2，產(chǎn)量差為67.5 t·hm-2（圖3）。當(dāng)前，廣西、云南、廣東3個(gè)產(chǎn)區(qū)的農(nóng)戶產(chǎn)量分別實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量潛力的54.1%、42.1%和53.7%。

圖2 中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)2010—2018單產(chǎn)變化

農(nóng)戶產(chǎn)量為統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，廣西、云南、廣東3個(gè)產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量潛力均為文獻(xiàn)數(shù)據(jù)前5%的平均值

2.3 影響甘蔗產(chǎn)量差的因素

2.3.1 施肥量對(duì)甘蔗產(chǎn)量差的影響

2.3.1.1 施肥量對(duì)廣西甘蔗產(chǎn)量差的影響 廣西產(chǎn)區(qū)施肥量與產(chǎn)量的相關(guān)分析結(jié)果如圖4所示?？傮w來(lái)說(shuō)，氮、磷、鉀用量與產(chǎn)量的關(guān)系呈“線性+平臺(tái)”的趨勢(shì)，即施用量小于某一臨界值時(shí)，甘蔗產(chǎn)量隨施用量增加而增加，大于這一臨界值則保持穩(wěn)定趨勢(shì)，這一臨界值對(duì)應(yīng)的施肥量和產(chǎn)量可以作為推薦施肥量及對(duì)應(yīng)的可實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量。從圖中可知，氮肥（N）推薦量為270 kg·hm-2（圖4-a），磷肥（P2O5）推薦量為99 kg·hm-2（圖4-b），鉀肥（K2O）推薦量為208 kg·hm-2（圖4-c）。推薦的氮、磷、鉀的施用量最高可使廣西甘蔗產(chǎn)量達(dá)到91.1 t·hm-2，消減產(chǎn)量差16.9 t·hm-2。

2.3.1.2 施肥量對(duì)云南甘蔗產(chǎn)量差的影響 云南產(chǎn)區(qū)氮、磷、鉀肥用量與甘蔗產(chǎn)量之間的“線性+平臺(tái)”擬合關(guān)系見(jiàn)圖5，由此確定的氮、磷、鉀肥推薦量分別為228 kg·hm-2（N）（圖5-a）、117 kg·hm-2（P2O5）（圖5-b）、281 kg·hm-2（K2O）（圖5-c）。推薦的氮、磷、鉀的施用量最高可使云南甘蔗產(chǎn)量達(dá)到90.4 t·hm-2，可消減產(chǎn)量差28.4 t·hm-2。

圖4 廣西甘蔗施肥量與產(chǎn)量的關(guān)系

圖5 云南甘蔗施肥量與產(chǎn)量的關(guān)系

2.3.1.3 施肥量對(duì)廣東甘蔗產(chǎn)量差的影響 廣東產(chǎn)區(qū)甘蔗施肥量與產(chǎn)量的“線性+平臺(tái)”分析的擬合度優(yōu)于廣西和云南（圖6）?；诟髯詳M合的方程，可得出廣東甘蔗生產(chǎn)的推薦施肥量分別為N240 kg·hm-2、P2O571 kg·hm-2、K2O 193 kg·hm-2。推薦的氮、磷、鉀施用量最高可使廣東甘蔗產(chǎn)量達(dá)到103.6 t·hm-2，可消減產(chǎn)量差25.3 t·hm-2。

2.3.2 下種量對(duì)甘蔗產(chǎn)量差的影響 不同產(chǎn)區(qū)的甘蔗下種量存在較大差異，三大主產(chǎn)區(qū)隨下種量增加的甘蔗產(chǎn)量變化如圖7所示。廣西產(chǎn)區(qū)共收集下種量數(shù)據(jù)292條，42%的樣本數(shù)據(jù)集中在10×104—12×104芽/hm2（圖7-a）。整體來(lái)說(shuō)，廣西產(chǎn)區(qū)甘蔗產(chǎn)量隨下種量增加大致呈先升后降的趨勢(shì)，下種量在8×104— 10×104芽/hm2時(shí)產(chǎn)量達(dá)到最高，為97.8 t·hm-2，對(duì)比農(nóng)戶平均產(chǎn)量可增產(chǎn)23.6 t·hm-2?；诖耍瑥V西甘蔗的下種量推薦為8×104—10×104芽/hm2。

云南產(chǎn)區(qū)共收集下種量數(shù)據(jù)103條，大部分?jǐn)?shù)據(jù)集中在10×104—12×104芽/hm2（圖7-b）。下種量＞14×104芽/hm2時(shí)雖然產(chǎn)量水平高，但數(shù)據(jù)量過(guò)少，不具有代表性。因此，推薦下種量為10×104—12×104芽/hm2，此時(shí)的產(chǎn)量為89.9 t·hm-2，與農(nóng)戶當(dāng)前平均產(chǎn)量水平相比可增產(chǎn)27.9 t·hm-2。

廣東產(chǎn)區(qū)下種量對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響較大（圖7-c）。共收集下種量數(shù)據(jù)144條，總體密度水平低于廣西和云南，其中＜4×104芽/hm2的樣本數(shù)比例較大。隨下種量的增加，廣東蔗區(qū)的甘蔗產(chǎn)量表現(xiàn)出明顯的先增后降的變化趨勢(shì)。當(dāng)下種量在6×104—8×104芽/hm2時(shí)，產(chǎn)量達(dá)到最高值，但樣本數(shù)據(jù)量較少，不具代表性。綜合數(shù)據(jù)量，本研究認(rèn)為廣東產(chǎn)區(qū)推薦的下種量為8×104—10×104芽/hm2，此時(shí)產(chǎn)量水平為100.4 t·hm-2，與農(nóng)戶當(dāng)前平均產(chǎn)量水平相比可實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)22.1 t·hm-2。

2.3.3 品種對(duì)甘蔗產(chǎn)量差的影響 廣西產(chǎn)區(qū)甘蔗品種較多（共收集品種數(shù)據(jù)444條，包含28個(gè)品種），且相同品系間的產(chǎn)量變異較大（圖8-a）。其中，贛蔗系列產(chǎn)量水平較高，但數(shù)據(jù)量較小，沒(méi)有代表性；桂輻系列產(chǎn)量水平與贛蔗系列相當(dāng)，比較適合推廣。桂輻系列（主要是桂輻98/296）的平均產(chǎn)量為101.0 t·hm-2，對(duì)比當(dāng)前農(nóng)戶平均產(chǎn)量水平可增產(chǎn)26.8 t·hm-2。云南產(chǎn)區(qū)的甘蔗品種也較多（共收集品種數(shù)據(jù)134條，涉及21個(gè)品種），對(duì)產(chǎn)量的影響較大（圖8-b）。對(duì)比來(lái)看，云南產(chǎn)區(qū)的桂糖系列品種產(chǎn)量較高，且產(chǎn)量變異較其他品種來(lái)說(shuō)相對(duì)較小，可作為主推品種；桂糖系列品種的平均產(chǎn)量可達(dá)104.4 t·hm-2，對(duì)比農(nóng)戶平均產(chǎn)量水平可增加產(chǎn)量42.4 t·hm-2。廣東蔗區(qū)的甘蔗品種相對(duì)較少（收集品種數(shù)據(jù)241條，共有13個(gè)品種），而且品種對(duì)產(chǎn)量影響不明顯（圖8-c）。其中，粵糖系列數(shù)據(jù)量最大，平均產(chǎn)量水平也高，是廣東蔗區(qū)主要推廣品種?；浱窍盗械钠骄a(chǎn)量可以達(dá)到93.4 t·hm-2，種植這一系列品種可比農(nóng)戶當(dāng)前水平增產(chǎn)15.1 t·hm-2。

圖6 廣東甘蔗施肥量與產(chǎn)量的關(guān)系

圖7 中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)下種量與甘蔗產(chǎn)量的關(guān)系

圖8 中國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)品種與產(chǎn)量的關(guān)系

3 討論

3.1 中國(guó)甘蔗的產(chǎn)量潛力與農(nóng)戶產(chǎn)量現(xiàn)狀

研究作物的產(chǎn)量潛力和產(chǎn)量差是探索作物產(chǎn)量限制因素的重要方法。據(jù)FAO[21]的數(shù)據(jù)，2019年我國(guó)甘蔗平均單產(chǎn)水平為76.9 t·hm-2，與甘蔗種植單產(chǎn)第一的秘魯（121.4 t·hm-2）相比，相差36.7%，增產(chǎn)潛力達(dá)44.5 t·hm-2，總體增產(chǎn)潛力巨大。本研究通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和文獻(xiàn)數(shù)據(jù)的收集分析，進(jìn)一步對(duì)中國(guó)甘蔗各主產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量潛力及產(chǎn)量差進(jìn)行分析。

從分析結(jié)果可知，廣西蔗區(qū)甘蔗生產(chǎn)潛力可達(dá)137.1 t·hm-2，當(dāng)前農(nóng)戶單產(chǎn)水平為74.2 t·hm-2，產(chǎn)量差為62.9 t·hm-2。目前農(nóng)戶的平均產(chǎn)量?jī)H實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量潛力的54.1%，說(shuō)明廣西蔗區(qū)的甘蔗生產(chǎn)還有很大的增產(chǎn)空間。王雪麗等[14]研究表明，廣西甘蔗的光溫潛力均值為175.5 t·hm-2，理論值范圍為154.2—200.8 t·hm-2，這也表明田間高產(chǎn)紀(jì)錄與甘蔗的理論最高產(chǎn)量仍有不小差距。云南蔗區(qū)的甘蔗生產(chǎn)潛力為147.2 t·hm-2，當(dāng)前農(nóng)戶平均單產(chǎn)為62.0 t·hm-2，產(chǎn)量差高達(dá)85.2 t·hm-2，增產(chǎn)潛力巨大。云南雖是全國(guó)第二大甘蔗種植區(qū)，但單產(chǎn)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于其他主產(chǎn)區(qū)。鄧軍等[22]分析認(rèn)為影響云南甘蔗單產(chǎn)增加的主要原因有：一是云南鮮花、水果等競(jìng)爭(zhēng)性作物面積不斷增加，導(dǎo)致甘蔗種植面積難以增加，影響農(nóng)民種植積極性；二是云南蔗區(qū)生產(chǎn)條件較差，農(nóng)戶仍然“靠天吃飯”，一旦遇到干旱等自然災(zāi)害無(wú)法補(bǔ)救；三是生產(chǎn)成本持續(xù)增加，機(jī)械化進(jìn)程慢，農(nóng)戶收益降低而管理粗放。廣東產(chǎn)區(qū)甘蔗生產(chǎn)潛力為145.8 t·hm-2，當(dāng)前農(nóng)戶平均單產(chǎn)為78.3 t·hm-2，產(chǎn)量差達(dá)67.5 t·hm-2，還有46.3%的增產(chǎn)潛力。

3.2 施肥、下種量和品種對(duì)甘蔗產(chǎn)量的影響

氮磷鉀是甘蔗生長(zhǎng)重要的必需營(yíng)養(yǎng)元素，也是施肥投入的主要養(yǎng)分。當(dāng)前生產(chǎn)中過(guò)量施肥或某種肥料投入相對(duì)不足的現(xiàn)象普遍存在，亟需科學(xué)的施肥管理指導(dǎo)農(nóng)戶生產(chǎn)。基于田間試驗(yàn)進(jìn)行施肥量與產(chǎn)量的相關(guān)性擬合分析是確定施肥推薦量的一種常用方法[23]。本研究中，我們利用“線性+平臺(tái)”的擬合分析，得出三大主產(chǎn)區(qū)的推薦施肥量分別為：廣西270 kg N·hm-2、99 kg P2O5·hm-2、208 kg K2O·hm-2，云南228 kg N·hm-2、 117 kg P2O5·hm-2、281 kg K2O·hm-2，廣東240 kg N·hm-2、71 kg P2O5·hm-2、193 kg K2O·hm-2。王繼華等報(bào)道當(dāng)前我國(guó)甘蔗生產(chǎn)的平均施氮量為360 kg·hm-2，氮肥利用率僅有10%，而甘蔗生產(chǎn)先進(jìn)的澳大利亞甘蔗施氮量近年來(lái)穩(wěn)定在170 kg·hm-2，氮肥利用率保持在50%—60%[3]。本研究得出的推薦施氮量比當(dāng)前平均施用量減少90—132 kg·hm-2，減肥效果明顯，但與澳大利亞的施氮量相比還有較大的減肥空間。需要注意的是，本研究的推薦施肥量是以省/自治區(qū)為研究尺度進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析所得，與具體試驗(yàn)點(diǎn)開(kāi)展試驗(yàn)所得的推薦施肥量結(jié)論有一定差異。例如，李瑞民等[24]通過(guò)“3414”試驗(yàn)得出廣東雷州市甘蔗的氮磷鉀最佳施肥量分別為354 kg N·hm-2、207 kg P2O5·hm-2、191 kg K2O·hm-2，與本研究結(jié)果相比氮肥用量偏高，這反映了具體試驗(yàn)地塊的肥力水平、品種和栽培管理措施的影響。

廣西的推薦施氮量高于云南和廣東，這可能與廣西土壤堿解氮含量有關(guān)，ZENG等[25]通過(guò)改進(jìn)的Nemerow肥力綜合指數(shù)法對(duì)廣西3006個(gè)樣點(diǎn)進(jìn)行肥力評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示廣西堿解氮水平偏低。廣東的推薦施磷量較廣西、云南偏少，其原因一方面可能因?yàn)閺V東產(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量水平較高，另一方面也與甘蔗品種有關(guān)。數(shù)據(jù)庫(kù)中廣西、云南和廣東數(shù)據(jù)量最大的品種分別是新臺(tái)糖系列、云蔗系列、粵糖系列。馮學(xué)娟等[26]通過(guò)不同品種甘蔗的肥料試驗(yàn)表明，新臺(tái)糖25號(hào)在192 kg·hm-2的施磷條件下產(chǎn)量最高，而粵糖00236則在81 kg·hm-2的施磷條件下產(chǎn)量最高，說(shuō)明相較于新臺(tái)糖系列，粵糖系列對(duì)磷的需求量較少，因而導(dǎo)致廣東推薦施磷量最小。廣西、廣東推薦施鉀量分別為208、193 kg·hm-2，比較接近，而云南推薦施鉀量為281 kg·hm-2。郭家文等[27-28]調(diào)研分析了云南甘蔗主產(chǎn)區(qū)土壤全鉀和速效鉀含量狀況，發(fā)現(xiàn)全鉀含量總體處于低水平以下，速效鉀含量也以中等偏下水平為主，說(shuō)明土壤速效鉀含量是限制云南甘蔗高產(chǎn)的因素之一。

下種量會(huì)影響甘蔗的芽高、莖粗等農(nóng)學(xué)性狀[29]，對(duì)產(chǎn)量的影響很大。過(guò)高的下種量會(huì)導(dǎo)致蔗莖過(guò)密，蔗葉光合作用降低，蔗莖變低變細(xì)，進(jìn)而導(dǎo)致減產(chǎn)；相反，若下種量過(guò)少，會(huì)導(dǎo)致蔗莖有效數(shù)不足，也影響產(chǎn)量[30]。經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中下種量與產(chǎn)量的分析，我們得出廣西的推薦下種量為8×104—10×104芽/hm2，云南的推薦下種量為10×104—12×104芽/hm2，廣東的推薦下種量為8×104—10×104芽/hm2。適宜的下種量可使廣西、云南、廣東分別增產(chǎn)23.6、27.9、22.1 t·hm-2。云南產(chǎn)區(qū)的下種量整體較高，下種量變化所造成的產(chǎn)量差較大，說(shuō)明優(yōu)化下種量是消減云南甘蔗產(chǎn)量差的重要途徑。陸建勛等[31]的甘蔗密度試驗(yàn)表明，即使是同一產(chǎn)區(qū)，不同甘蔗品種的最佳下種量也不同。由于數(shù)據(jù)量的限制，本研究的下種量?jī)H對(duì)各產(chǎn)區(qū)進(jìn)行大范圍分析，并未結(jié)合各品種進(jìn)一步分析，這也是本研究的限制以及未來(lái)的研究方向。

甘蔗品種是直接影響甘蔗產(chǎn)量的重要因素之一。本研究分析認(rèn)為廣西、云南、廣東的高產(chǎn)品系分別是桂輻系列、桂糖系列、粵糖系列，對(duì)比農(nóng)戶當(dāng)前水平可分別實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)26.8、42.4、15.1 t·hm-2。由于廣西長(zhǎng)期推廣新臺(tái)糖系列，其宿根性及抗逆性均嚴(yán)重退化。黃曲燕等[32]及覃新福[33]的品種試驗(yàn)表明，桂輻98/296的產(chǎn)量明顯優(yōu)于其他品種，其在中后期的抗倒伏能力不如桂糖系列，但其分蘗發(fā)芽能力較強(qiáng)，含糖量也較高，因此桂輻98/296宜前中期收獲，桂糖系列可在中后期收獲?；浱窍盗杏兄弋a(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、高糖早熟、抗逆性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，該品種適宜在廣東蔗區(qū)進(jìn)行推廣[36-37]。值得注意的是，本研究所推薦的高產(chǎn)品種是根據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)中的產(chǎn)量所得出的結(jié)果，但在實(shí)際生產(chǎn)中，種植時(shí)品種的挑選應(yīng)結(jié)合其宿根性[34]、抗病性、抗旱性、抗倒伏能力、高產(chǎn)高糖等因素綜合考量，選擇適宜的品種進(jìn)行種植。例如，近年廣西種植面積較廣的桂糖42號(hào)因其抗風(fēng)抗倒抗干旱能力強(qiáng)而備受農(nóng)民歡迎[35]。因此，在未來(lái)的高產(chǎn)甘蔗育種工作中，也應(yīng)著眼于當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件，針對(duì)廣西廣東多臺(tái)風(fēng)而選育抗風(fēng)抗倒伏的高產(chǎn)高糖品種；針對(duì)云南易發(fā)生干旱研發(fā)抗旱品種；針對(duì)甘蔗的共性問(wèn)題如葉萎病、鉆心蟲(chóng)而選育對(duì)應(yīng)的抗病抗蟲(chóng)高產(chǎn)高糖品種。

3.3 消減甘蔗產(chǎn)量差的途徑及展望

基于本研究的分析，我國(guó)甘蔗主產(chǎn)區(qū)廣西、云南、廣東已分別實(shí)現(xiàn)了54.1%、42.1%、53.7%的產(chǎn)量潛力，但尚有45.9%、57.9%、46.3%的產(chǎn)量潛力有待開(kāi)發(fā)，因此，如何消減產(chǎn)量差是一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)上述肥料、下種量、品種與產(chǎn)量關(guān)系的探索，以及生產(chǎn)實(shí)踐需求，本研究認(rèn)為消減產(chǎn)量差的途徑有以下幾種：

一是優(yōu)化甘蔗施肥管理。合理施肥應(yīng)根據(jù)甘蔗的養(yǎng)分需求控制肥料用量，本研究通過(guò)對(duì)廣西、云南、廣東的施肥量與產(chǎn)量關(guān)系的擬合分析，得出3個(gè)主產(chǎn)區(qū)的推薦施肥量，優(yōu)化施肥量可分別消減廣西、云南、廣東產(chǎn)量差16.9、28.4、25.3 t·hm-2。為了進(jìn)一步提質(zhì)增產(chǎn)增效，研發(fā)甘蔗專用緩釋控釋肥等新型肥料[36]、改進(jìn)施肥方式（如以深施覆土代替撒施[27, 37]）、合理利用甘蔗生產(chǎn)的廢棄物（如蔗葉蔗渣還田施用[38]）等養(yǎng)分綜合管理技術(shù)也應(yīng)重視。二是優(yōu)化甘蔗下種量。甘蔗的下種量應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐墓鉁貤l件和栽培措施確定，一味追求高密度并不能增加產(chǎn)量。本研究確定的廣西、云南、廣東推薦下種量可分別消減廣西、云南、廣東產(chǎn)量差23.6、27.9、22.1 t·hm-2，尤其對(duì)云南產(chǎn)區(qū)的增產(chǎn)效果明顯。三是優(yōu)化甘蔗品種。甘蔗品種的選擇應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貧夂驐l件，選擇高產(chǎn)高糖、抗逆抗倒伏的品種。本研究得出廣西、云南、廣東的高產(chǎn)品種分別為桂輻系列、桂糖系列和粵糖系列，可分別增產(chǎn)26.8、42.4、15.1 t·hm-2。四是加強(qiáng)甘蔗的規(guī)?；N植。由于目前我國(guó)甘蔗種植還是小農(nóng)戶為主，不同地塊農(nóng)戶種植成本投入、技術(shù)使用和管理水平參差不齊，導(dǎo)致各田塊的產(chǎn)量差異較大。張躍彬[39]指出，我國(guó)蔗糖行業(yè)的核心問(wèn)題是傳統(tǒng)人工生產(chǎn)方式的高成本問(wèn)題，必須靠甘蔗規(guī)?；?jīng)營(yíng)來(lái)引導(dǎo)。因此，加強(qiáng)甘蔗種植的集中化，統(tǒng)一管理，有利于甘蔗產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。五是加強(qiáng)甘蔗種植的機(jī)械化[40]。近年來(lái)由于人工成本越來(lái)越高，肥料成本也越來(lái)越高，導(dǎo)致農(nóng)戶種植甘蔗的收益逐年下降[41]，加強(qiáng)甘蔗種植的機(jī)械化是甘蔗產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然選擇，且機(jī)械化發(fā)展有利于實(shí)現(xiàn)甘蔗生產(chǎn)的規(guī)?；痆39]。

3.4 本研究的不足之處

本研究主要基于統(tǒng)計(jì)和試驗(yàn)數(shù)據(jù)的收集分析，由于不同產(chǎn)區(qū)試驗(yàn)田塊的氣候條件、種植模式、管理水平、技術(shù)和成本投入等具有較大差異，建立的數(shù)據(jù)庫(kù)中沒(méi)有完整的各項(xiàng)因素信息，數(shù)據(jù)分析未能考慮施肥、下種量、品種之外其他因素的影響，也沒(méi)有分析不同因素的交互作用對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)。一方面，施肥推薦應(yīng)結(jié)合土壤肥力水平、主栽品種需肥特性和施肥技術(shù)發(fā)展等進(jìn)行不同產(chǎn)區(qū)的進(jìn)一步優(yōu)化。另一方面，為降低人工成本增加市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，機(jī)械化種植收獲是甘蔗生產(chǎn)發(fā)展的必然趨勢(shì)，這需要種植的品種、下種量與不同產(chǎn)區(qū)推廣使用的機(jī)械之間相互配套，本研究主要從產(chǎn)量水平高低來(lái)推薦下種量和高產(chǎn)品種，這是否滿足生產(chǎn)中機(jī)械化發(fā)展的現(xiàn)實(shí)需求還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。

4 結(jié)論

中國(guó)廣西、云南、廣東三大甘蔗主產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量潛力為137.1、147.2、145.8 t·hm-2，分別有45.9%、57.9%、46.3%的產(chǎn)量潛力有待開(kāi)發(fā)，我國(guó)的甘蔗增產(chǎn)潛力巨大。通過(guò)優(yōu)化施肥可使廣西、云南、廣東分別增產(chǎn)16.9、28.4、25.3 t·hm-2，通過(guò)優(yōu)化下種量可使廣西、云南、廣東分別增產(chǎn)23.6、27.9、22.1 t·hm-2，通過(guò)優(yōu)化品種可使廣西、云南、廣東分別增產(chǎn)26.8、42.4、15.1 t·hm-2。

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Analysis of Yield Gaps and Limiting Factors in China’s Main Sugarcane Production Areas

ZHOU YiFan, YANG LinSheng, MENG Bo, ZHAN Jian, DENG Yan

College of Resources and Environment, Southwest University/Interdisciplinary Research Center for Agricultural Green Development in Yangtze River Basin,Chongqing 400715

【】Although China is the third biggest country in sugarcane planting areas and total production in the world, the sugarcane yield per hectare in China is much lower than the other high-yield sugarcane producing countries. This paper studied sugarcane yield potentials and current yield gaps in different sugarcane producing areas in China, and then the potential to reduce yield gap by optimizing yield-limiting factors was discussed, and thus to provide reference for increasing yield and efficiency in sugarcane production.【】This study was based on data collection including statistical data and experiment data from literatures. A total of 147 data sets of sugarcane yield and planting areas from 1999 to 2018 in different provinces (autonomous regions, cities) were obtained from the national statistics database. Based on the database of CNKI and Web of Science, experiment data about planting density, fertilization rate, variety and yield from 93 papers were collected for main sugarcane producing areas, including 54 papers in Guangxi, 14 papers in Yunnan, and 25 papers in Guangdong. In each producing area, the mean of upper 5% experimental yields was used as yield potential, and the mean of statistical data as farmer’s yield, and yield gap was calculated as the difference between yield potential and farmer’s yield. Then the relationships between yield and fertilization rate, planting density and variety were analyzed, and therefore recommendations of optimized fertilization rate, planting density, variety and the potential to reduce yield gap were obtained.【】Guangxi, Yunnan and Guangdong were the three main sugarcane producing areas in China. The sugarcane yield potentials were 137.1 t·hm-2in Guangxi, 147.2 t·hm-2in Yunnan, and 145.8 t·hm-2in Guangdong, respectively; while farmer’s yield were 74.2, 62.0, 78.3 t·hm-2, respectively, only achieving 54.1%, 42.1%, and 53.7% yield potential for each area, respectively. Fertilization rate, planting density and variety had significant effects on sugarcane yield, and there was big potential to optimize these yield-limiting factors. The fertilization recommendations were 270 kg N·hm-2, 99 kg P2O5·hm-2, 208 kg K2O·hm-2in Guangxi, 228 kg N·hm-2, 117 kg P2O5·hm-2, 281 kg K2O·hm-2in Yunnan, and 240 kg N·hm-2, 71 kg P2O5·hm-2, 193 kg K2O·hm-2in Guangdong. The recommended planting density in Guangxi, Yunnan, Guangdong was 8×104-10×104, 10×104-12×104, 8×104-10×104buds/hm2, respectively, and the varieties with high yields were GF series, GT series and YT series, respectively.【】According to the results, the potentials of yield increase in Guangxi, Yunnan, Guangdong were 62.9, 85.2, and 67.5 t·hm-2, respectively. Fertilization optimization could increase yield 16.9, 28.4, and 25.3 t·hm-2for each area. Optimizing planting density could increase yield 23.6, 27.9, 22.1 t·hm-2, and optimizing sugarcane variety could increase yield 26.8, 42.4, and 15.1 t·hm-2, respectively.

sugarcane; main sugarcane production areas; yield gaps; fertilization; planting density; variety; potential yield

10.3864/j.issn.0578-1752.2021.11.011

2020-08-03；

2021-01-06

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)（CARS-17）

周一帆，E-mail：evanzhou@email.swu.edu.cn。通信作者鄧燕，E-mail：dengyancau@163.com

（責(zé)任編輯 李云霞）