周一帆^,, 杨林生, 孟博, 战健, 邓燕^,西南大学资源环境学院/长江经济带农业绿色发展研究中心,重庆 400715

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

通讯作者: 邓燕,E-mail：dengyancau@163.com

责任编辑: 李云霞
收稿日期:2020-08-3接受日期:2021-01-6网络出版日期:2021-06-01

基金资助:

国家现代农业产业技术体系建设专项.CARS-17

Received:2020-08-3Accepted:2021-01-6Online:2021-06-01
作者简介 About authors
周一帆,E-mail：evanzhou@email.swu.edu.cn。







摘要
【目的】对中国甘蔗主产区的产量潜力与产量差现状进行研究,进而分析讨论产量的主要影响因素及消减产量差的潜力,以期为中国甘蔗增产增效提供参考依据。【方法】基于统计数据和文献数据收集,从国家统计局获得1999—2018年各省（自治区、直辖市）及国家的甘蔗产量及种植面积数据147条;从数据库中国知网和Web of Science对1980—2019年发表的关于中国甘蔗主产区的下种量、施肥量、品种及对应产量的国内外期刊与硕、博士论文等进行检索,排除异常数据后,共获文献93篇,其中广西54篇,云南14篇,广东25篇。以不同产区试验产量数据前5%的平均值为产量潜力,以统计数据平均值为农户产量,以此计算各产区的产量差;进一步分析产量与施肥量、下种量及甘蔗品种的关系,得出各产区的推荐施肥量、下种量及高产品种,并讨论了优化施肥量、下种量和品种消减产量差的潜力。【结果】广西、云南、广东是中国三大甘蔗主产区,产量潜力分别为137.1、147.2、145.8 t·hm^-2,农户平均产量分别为74.2、62.0、78.3 t·hm^-2,分别实现产量潜力的 54.1%、42.1%和53.7%。施肥量、下种量和品种是影响甘蔗产量的主要因素,并仍有较大的优化空间。为提高甘蔗产量,广西产区推荐施肥量270 kg N·hm^-2、99 kg P₂O₅·hm^-2、208 kg K₂O·hm^-2,云南产区推荐施肥量228 kg N·hm^-2、117 kg P₂O₅·hm^-2、281 kg K₂O·hm^-2,广东产区推荐施肥量240 kg N·hm^-2、71 kg P₂O₅·hm^-2、193 kg K₂O·hm^-2;广西、云南、广东推荐下种量分别为8×10⁴—10×10⁴、10×10⁴—12×10⁴、8×10⁴—10×10⁴芽/hm²;三大产区高产品种分别是桂辐系列、桂糖系列和粤糖系列。【结论】广西、云南、广东三大产区甘蔗的增产潜力分别为62.9、85.2、67.5 t·hm^-2;优化施肥可使广西、云南、广东分别增产16.9、28.4、25.3 t·hm^-2,优化下种量可分别增产23.6、27.9、22.1 t·hm^-2,优化品种可分别增产26.8、42.4、15.1 t·hm^-2。
关键词： 甘蔗;主产区;产量差;施肥;下种量;品种;产量潜力

Abstract
【Objective】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. 【Method】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. 【Result】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^-2 in Guangxi, 228 kg N·hm^-2, 117 kg P₂O₅·hm^-2, 281 kg K₂O·hm^-2 in Yunnan, and 240 kg N·hm^-2, 71 kg P₂O₅·hm^-2, 193 kg K₂O·hm^-2 in Guangdong. The recommended planting density in Guangxi, Yunnan, Guangdong was 8×10⁴-10×10⁴, 10×10⁴-12×10⁴, 8×10⁴-10×10⁴ buds/hm², respectively, and the varieties with high yields were GF series, GT series and YT series, respectively. 【Conclusion】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^-2 for 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.
Keywords：sugarcane;main sugarcane production areas;yield gaps;fertilization;planting density;variety;potential yield


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本文引用格式
周一帆, 杨林生, 孟博, 战健, 邓燕. 中国甘蔗主产区产量差及影响因素分析[J]. 中国农业科学, 2021, 54(11): 2377-2388 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.11.011
ZHOU YiFan, YANG LinSheng, MENG Bo, ZHAN Jian, DENG Yan. Analysis of Yield Gaps and Limiting Factors in China’s Main Sugarcane Production Areas[J]. Scientia Acricultura Sinica, 2021, 54(11): 2377-2388 doi:10.3864/j.issn.0578-1752.2021.11.011


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0 引言

【研究意义】甘蔗是全球第一大糖料作物和第二大生物能源作物。目前,中国是世界第三大甘蔗生产国^[1],甘蔗糖产量占国内食糖总产量的90%左右,但国内的食糖产量只能满足70%的需求,仍有30%依赖于进口^[2]。保证国内食糖生产自给自足一直是我国甘蔗生产的主要目标。虽然中国甘蔗生产的面积和总产量水平都较高,但与甘蔗生产强国巴西、澳大利亚、美国等相比,单位面积产量与之仍有不小差距,而且单位面积的肥料投入量远高于上述国家,由此导致的施肥成本高、养分利用效率低、环境污染风险大等问题突出^[3]。当前中国农业面临向绿色生产转型的重大挑战^[4],甘蔗生产也必须实现减肥增产增效。为此,需要清楚中国甘蔗是否还能增产?增产的潜力还有多大?可以通过哪些途径实现增产?借鉴于其他作物,产量潜力和产量差研究有助于回答上述问题。【前人研究进展】根据EVANS^[5]的定义,通常的产量潜力是指在单位面积的土地上,管理条件最优时（没有水分、养分、病虫害等限制因素）,某个作物品种所能实现的最大产量。产量差就是作物的产量潜力与农户产量之间的差值^[6,7]。产量潜力与产量差反映了当前作物产量的发展前景,可以指导农户进行科学生产^[8],对当地农业科技政策的制定具有重要意义^[9]。常见的定量作物产量潜力的方法主要有四种：作物模型模拟、高产纪录、田间试验和高产农户^[10]。作物模型主要是结合作物品种、种植技术、土壤特性和气候条件等模拟光温生产潜力,为某种作物（品种）与当地光温资源匹配时所能达到的最大生产潜力,是理论值,需要构建某种作物特定的生长发育模型^[11,12,13]。相较于澳大利亚和巴西比较成熟的甘蔗生长发育模型应用,我国甘蔗生产的生长发育模型研究还很少。王雪丽等^[14]通过AEZ模型模拟计算出广西甘蔗的光温生产潜力为154.2—200.8 t·hm^-2,但其研究范围仅为广西产区,且其准确性仍有待验证, 因此用模型模拟定量我国甘蔗产量潜力尚不成熟。另外三种方法中,田间试验的差异较大^[15],高产农户数据需要开展调研获取^[10],只有高产纪录的数据可以通过文献资料搜索获得,比较适合基于文献总结的产量潜力分析。魏志标等^[8]评估我国苜蓿、黑麦草和燕麦草的产量潜力,以及曹玉贤等^[16]分析中国再生稻产量潜力都以高产纪录数据为产量潜力,即文献数据中产量前5%的平均值。作物产量是自身遗传因素和环境条件综合作用的结果。在农业生产系统中,某地的气候条件一般是难以调节的,人为活动主要通过品种、种植密度、施肥、灌溉等农艺因素的管理来实现对作物生产的干预,因此这些因素通常也是影响作物产量潜力实现程度的主要因素。例如,曹玉贤等^[16]分析了品种、施肥、种植密度、留桩高度、种植和收割方式对再生稻产量的影响,明确了优化这些因素消减产量差的潜力,有助于指导再生稻的生产。【本研究切入点】国内有关产量潜力、产量差及其影响因素的分析在玉米、小麦、水稻等作物上已有大量报道,且已发展到针对不同研究尺度进行精准分析^[10]。相比之下,甘蔗上虽然开展了许多关于品种和施肥管理对产量影响的研究^[17,18,19],但并未明确各主产区甘蔗产量潜力、产量差及主要影响因素消减产量差的潜力。【拟解决的关键问题】本研究通过收集中国甘蔗的田间试验数据和统计数据,分析中国不同甘蔗主产区的产量潜力和产量差,并对主要产量影响因素进行分析,尝试找出消减产量差的途径,为生产实践提供参考。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本文收集的数据包括两大类。第一类是1999—2018年各省（自治区、直辖市）及国家的甘蔗产量及种植面积数据,来源于国家统计局（https://data.stats.gov.cn/easyquery.htm?cn=A01）^[20],共收集数据147条。第二类是甘蔗施肥量、下种量（每公顷下种总芽数）、品种及对应的产量等数据,来源于已发表的文章,利用文献数据库（中国知网和Web of Science）对1980—2019年发表的关于中国甘蔗主产区的施肥量、下种量、品种及对应产量的国内外期刊和硕、博士论文进行检索,输入关键词或主题词“甘蔗 施肥”“甘蔗产量”“Sugarcane yield China”等获得相关文献。为保证本研究数据具有代表性,文献搜索所建立的数据库必须满足以下初步筛选条件：（1）试验为大田试验;（2）试验有具体的时间、地点和试验方案;（3）试验数据必须包含下种量、产量和氮磷钾肥料的施用量;（4）试验地点在中国国内,且甘蔗品种为商用品种。经文献筛选,确定广西、云南和广东为我国甘蔗主产区。

符合上述筛选标准的文章共136篇。数据初步分析后对文献进一步筛选,排除异常数据（不施肥比施肥产量高）,最终建立的有效数据库文章共93篇（附录）。其中包含广西54篇,云南14篇,广东25篇。文中提到的氮磷钾肥施用量不经特殊说明,均指N、P₂O₅、K₂O的量。

1.2 数据分析

1.2.1 产量潜力与产量差 本研究分析了广西、云南和广东三大主产区的甘蔗产量潜力与产量差。根据魏志标等^[8]和曹玉贤等^[16]的方法,本研究使用高产纪录进行产量潜力的定量。根据收集的数据,以各主产区大田试验数据库中产量前5%的平均值为高产纪录,即为产量潜力,以2010—2018年各主产区甘蔗统计数据单产平均值为农户产量。产量差的计算公式为：产量差（t·hm^-2）=产量潜力（t·hm^-2）-农户产量（t·hm^-2）。

1.2.2 施肥量 根据数据库收集的甘蔗施肥量与产量的数据,分别对广西、云南、广东甘蔗生产的施肥量与产量进行相关性拟合分析,经过不同分析方法的比较,本研究采用“线性+平台”模型进行拟合,由此确定了3个产区的甘蔗最佳氮磷钾推荐用量。

1.2.3 下种量 根据数据库中甘蔗下种量的变异范围,广西甘蔗下种量划分为5个梯度,分别是<6×10⁴、6×10⁴—8×10⁴、8×10⁴—10×10⁴、10×10⁴— 12×10⁴、>12×10⁴芽/hm²;云南甘蔗下种量划分为4个梯度,分别是<10×10⁴、10×10⁴—12×10⁴、12×10⁴—14×10⁴、>14×10⁴芽/hm²;广东甘蔗下种量划分为5个梯度,分别是<4×10⁴、4×10⁴—6×10⁴、6×10⁴—8×10⁴、8×10⁴—10×10⁴、>10×10⁴芽/hm²。分析下种量与产量之间的关系,得出各产区的推荐下种量。

1.2.4 品系 根据数据库中甘蔗的品种信息,广西甘蔗品种划分为新台糖系列（n=157）、桂糖系列（n=131）、粤糖系列（n=45）、柳城系列（n=30）、桂辐系列（n=25）、B系列（n=15）、赣蔗系列（n=10）、其他（n=31）;云南甘蔗品种划分为云蔗系列（n=40）、陇垦系列（n=36）、新台糖系列（n=17）、赣蔗系列（n=10）、桂糖系列（n=10）、良种系列（n=5）、其他（n=16）;广东甘蔗品种划分为粤糖系列（n=128）、新台糖系列（n=85）、柳城系列（n=13）、沙滘系列（n=9）、桂糖系列（n=6）。分析品系与产量之间的关系,得出各产区的推荐品系。

利用SAS 9.4进行“线性+平台”相关性分析,利用Excel 2016进行制图。

2 结果

2.1 中国甘蔗生产现状

从国家尺度来看,中国近20年甘蔗的种植面积呈现波浪形变化（图1）,1999—2008年甘蔗种植面积呈波浪递增的趋势,2008—2013年面积趋于稳定,2013—2018年则逐年递减。总体来看,我国甘蔗产量变化趋势与种植面积变化基本保持一致,2008年甘蔗产量达到最高,为12 152.06×10⁴ t。单位面积产量可以衡量国家现阶段的种植水平,2010年前我国甘蔗单产较不稳定,2010年后随着甘蔗田间管理体系的日渐完备,单产逐年提高,2018年增至76.9 t·hm^-2。

图1

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图1中国1999—2018年甘蔗生产情况

Fig. 1Sugarcane production in China from 1999 to 2018



作为中国糖料的主要作物,甘蔗在全国17个省（自治区、直辖市）均有种植（表1）。其中,广西、云南、广东是中国甘蔗的三大主产区,2018年种植面积分别为886.4×10³、260.1×10³、172.6×10³ hm²,分别占全国总种植面积的63.0%、18.5%和12.3%。产量方面,广西、云南、广东位列前三。总体来看,各产区单产水平差异较大,单产最高的为广西,达到82.3 t·hm^-2,最低的是陕西,仅有25.0 t·hm^-2,不足广西的1/3。单产最高的3个产区是广西、广东、河南,分别为82.3、81.9、75.8 t·hm^-2,广西和广东单产水平超过全国平均水平。种植面积第二大的产区云南,平均单产仅有63.1 t·hm^-2。

Table 1
表1
表1中国各省（自治区、直辖市）甘蔗的种植情况
Table 1Sugarcane planting in different provinces (autonomous regions, municipalities) in China

省（自治区、直辖市） Province (autonomous region, municipality)		产量 Yield (×104 t)	种植面积 Planting area (×103 hm2)	单位产量 Unit yield (t·hm-2)
广西	Guangxi	7292.8	886.4	82.3
云南	Yunnan	1640.1	260.1	63.1
广东	Guangdong	1412.7	172.6	81.9
海南	Hainan	132.5	20.8	63.8
江西	Jiangxi	64.6	14.3	45.0
贵州	Guizhou	62.5	10.6	59.1
浙江	Zhejiang	40.6	6.2	66.0
四川	Sichuan	36.2	9.3	38.7
湖南	Hunan	33.8	7.4	45.8
湖北	Hubei	27.7	6.5	43.0
福建	Fujian	26.1	4.9	53.3
河南	Henan	15.4	2.0	75.8
安徽	Anhui	10.1	1.7	58.1
重庆	Chongqing	9.1	2.2	41.5
江苏	Jiangsu	5.3	0.9	61.9
上海	Shanghai	0.2	0.1	34.3
陕西	Shaanxi	0.1	0.0	25.0

数据来源于中国国家统计局2018[20]
Data are from China National Bureau of Statistics 2018[20]

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2.2 甘蔗主产区产量潜力与产量差

进一步对广西、云南、广东三大主产区2010—2018年的单产情况进行分析,结果如图2所示。广西近9年单产逐年递增,从2010年66.6 t·hm^-2增至2018年82.3 t·hm^-2,增幅23.6%;广东的单产水平一直较高,近9年变化不大;而云南的甘蔗单产一直维持在62.0 t·hm^-2左右。将广西、云南、广东文献数据库中产量前5%的平均值定为产量潜力,以2010—2018年统计数据计算的单产平均值为农户产量,得出广西产区的甘蔗产量潜力为137.1 t·hm^-2,农户产量为74.2 t·hm^-2,产量差为62.9 t·hm^-2;云南产区甘蔗产量潜力为147.2 t·hm^-2,农户产量为62.0 t·hm^-2,产量差为85.2 t·hm^-2;广东产区甘蔗产量潜力为145.8 t·hm^-2,农户产量为78.3 t·hm^-2,产量差为67.5 t·hm^-2（图3）。当前,广西、云南、广东3个产区的农户产量分别实现产量潜力的54.1%、42.1%和53.7%。

图2

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图2中国甘蔗主产区2010—2018单产变化

Fig. 2Sugarcane yield changes in China’s main sugarcane production areas from 2010 to 2018

图3

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图3中国甘蔗主产区产量潜力和农户产量

农户产量为统计数据,广西、云南、广东3个产区的产量潜力均为文献数据前5%的平均值
Fig. 3Yield potentials and farmer’s yields of main sugarcane production areas in China

Farmers’ yield is calculated from statistical data, while the potential yields of Guangxi, Yunnan and Guangdong are the average of the top 5% of the literature yield data

2.3 影响甘蔗产量差的因素

2.3.1 施肥量对甘蔗产量差的影响

2.3.1.1 施肥量对广西甘蔗产量差的影响 广西产区施肥量与产量的相关分析结果如图4所示。总体来说,氮、磷、钾用量与产量的关系呈“线性+平台”的趋势,即施用量小于某一临界值时,甘蔗产量随施用量增加而增加,大于这一临界值则保持稳定趋势,这一临界值对应的施肥量和产量可以作为推荐施肥量及对应的可实现产量。从图中可知,氮肥（N）推荐量为270 kg·hm^-2（图4-a）,磷肥（P₂O₅）推荐量为99 kg·hm^-2（图4-b）,钾肥（K₂O）推荐量为208 kg·hm^-2（图4-c）。推荐的氮、磷、钾的施用量最高可使广西甘蔗产量达到91.1 t·hm^-2,消减产量差16.9 t·hm^-2。

图4

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图4广西甘蔗施肥量与产量的关系

Fig. 4Relationships between fertilization rates and sugarcane yields in Guangxi



2.3.1.2 施肥量对云南甘蔗产量差的影响 云南产区氮、磷、钾肥用量与甘蔗产量之间的“线性+平台”拟合关系见图5,由此确定的氮、磷、钾肥推荐量分别为228 kg·hm^-2（N）（图5-a）、117 kg·hm^-2（P₂O₅）（图5-b）、281 kg·hm^-2（K₂O）（图5-c）。推荐的氮、磷、钾的施用量最高可使云南甘蔗产量达到90.4 t·hm^-2,可消减产量差28.4 t·hm^-2。

图5

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图5云南甘蔗施肥量与产量的关系

Fig. 5Relationships between fertilization rates and sugarcane yields in Yunnan



2.3.1.3 施肥量对广东甘蔗产量差的影响 广东产区甘蔗施肥量与产量的“线性+平台”分析的拟合度优于广西和云南（图6）。基于各自拟合的方程,可得出广东甘蔗生产的推荐施肥量分别为N 240 kg·hm^-2、P₂O₅ 71 kg·hm^-2、K₂O 193 kg·hm^-2。推荐的氮、磷、钾施用量最高可使广东甘蔗产量达到103.6 t·hm^-2,可消减产量差25.3 t·hm^-2。

图6

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图6广东甘蔗施肥量与产量的关系

Fig. 6Relationships between fertilization rates and sugarcane yields in Guangdong



2.3.2 下种量对甘蔗产量差的影响 不同产区的甘蔗下种量存在较大差异,三大主产区随下种量增加的甘蔗产量变化如图7所示。广西产区共收集下种量数据292条,42%的样本数据集中在10×10⁴—12×10⁴芽/hm²（图7-a）。整体来说,广西产区甘蔗产量随下种量增加大致呈先升后降的趋势,下种量在8×10⁴— 10×10⁴芽/hm²时产量达到最高,为97.8 t·hm^-2,对比农户平均产量可增产23.6 t·hm^-2。基于此,广西甘蔗的下种量推荐为8×10⁴—10×10⁴芽/hm²。

图7

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图7中国甘蔗主产区下种量与甘蔗产量的关系

Fig. 7Relationships between planting density and sugarcane yield in main sugarcane production areas in China



云南产区共收集下种量数据103条,大部分数据集中在10×10⁴—12×10⁴芽/hm²（图7-b）。下种量>14×10⁴芽/hm²时虽然产量水平高,但数据量过少,不具有代表性。因此,推荐下种量为10×10⁴—12×10⁴芽/hm²,此时的产量为89.9 t·hm^-2,与农户当前平均产量水平相比可增产27.9 t·hm^-2。

广东产区下种量对甘蔗产量的影响较大（图7-c）。共收集下种量数据144条,总体密度水平低于广西和云南,其中<4×10⁴芽/hm²的样本数比例较大。随下种量的增加,广东蔗区的甘蔗产量表现出明显的先增后降的变化趋势。当下种量在6×10⁴—8×10⁴芽/hm²时,产量达到最高值,但样本数据量较少,不具代表性。综合数据量,本研究认为广东产区推荐的下种量为8×10⁴—10×10⁴芽/hm²,此时产量水平为100.4 t·hm^-2,与农户当前平均产量水平相比可实现增产22.1 t·hm^-2。

2.3.3 品种对甘蔗产量差的影响 广西产区甘蔗品种较多（共收集品种数据444条,包含28个品种）,且相同品系间的产量变异较大（图8-a）。其中,赣蔗系列产量水平较高,但数据量较小,没有代表性;桂辐系列产量水平与赣蔗系列相当,比较适合推广。桂辐系列（主要是桂辐98/296）的平均产量为101.0 t·hm^-2,对比当前农户平均产量水平可增产26.8 t·hm^-2。云南产区的甘蔗品种也较多（共收集品种数据134条,涉及21个品种）,对产量的影响较大（图8-b）。对比来看,云南产区的桂糖系列品种产量较高,且产量变异较其他品种来说相对较小,可作为主推品种;桂糖系列品种的平均产量可达104.4 t·hm^-2,对比农户平均产量水平可增加产量42.4 t·hm^-2。广东蔗区的甘蔗品种相对较少（收集品种数据241条,共有13个品种）,而且品种对产量影响不明显（图8-c）。

图8

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图8中国甘蔗主产区品种与产量的关系

Fig. 8Relationship between varieties and sugarcane yield in main sugarcane production areas in China



其中,粤糖系列数据量最大,平均产量水平也高,是广东蔗区主要推广品种。粤糖系列的平均产量可以达到93.4 t·hm^-2,种植这一系列品种可比农户当前水平增产15.1 t·hm^-2。

3 讨论

3.1 中国甘蔗的产量潜力与农户产量现状

研究作物的产量潜力和产量差是探索作物产量限制因素的重要方法。据FAO^[21]的数据,2019年我国甘蔗平均单产水平为76.9 t·hm^-2,与甘蔗种植单产第一的秘鲁（121.4 t·hm^-2）相比,相差36.7%,增产潜力达44.5 t·hm^-2,总体增产潜力巨大。本研究通过对国内统计数据和文献数据的收集分析,进一步对中国甘蔗各主产区的产量潜力及产量差进行分析。

从分析结果可知,广西蔗区甘蔗生产潜力可达137.1 t·hm^-2,当前农户单产水平为74.2 t·hm^-2,产量差为62.9 t·hm^-2。目前农户的平均产量仅实现产量潜力的54.1%,说明广西蔗区的甘蔗生产还有很大的增产空间。王雪丽等^[14]研究表明,广西甘蔗的光温潜力均值为175.5 t·hm^-2,理论值范围为154.2—200.8 t·hm^-2,这也表明田间高产纪录与甘蔗的理论最高产量仍有不小差距。云南蔗区的甘蔗生产潜力为147.2 t·hm^-2,当前农户平均单产为62.0 t·hm^-2,产量差高达85.2 t·hm^-2,增产潜力巨大。云南虽是全国第二大甘蔗种植区,但单产水平远远落后于其他主产区。邓军等^[22]分析认为影响云南甘蔗单产增加的主要原因有：一是云南鲜花、水果等竞争性作物面积不断增加,导致甘蔗种植面积难以增加,影响农民种植积极性;二是云南蔗区生产条件较差,农户仍然“靠天吃饭”,一旦遇到干旱等自然灾害无法补救;三是生产成本持续增加,机械化进程慢,农户收益降低而管理粗放。广东产区甘蔗生产潜力为145.8 t·hm^-2,当前农户平均单产为78.3 t·hm^-2,产量差达67.5 t·hm^-2,还有46.3%的增产潜力。

3.2 施肥、下种量和品种对甘蔗产量的影响

氮磷钾是甘蔗生长重要的必需营养元素,也是施肥投入的主要养分。当前生产中过量施肥或某种肥料投入相对不足的现象普遍存在,亟需科学的施肥管理指导农户生产。基于田间试验进行施肥量与产量的相关性拟合分析是确定施肥推荐量的一种常用方法^[23]。本研究中,我们利用“线性+平台”的拟合分析,得出三大主产区的推荐施肥量分别为：广西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,广东240 kg N·hm^-2、71 kg P₂O₅·hm^-2、193 kg K₂O·hm^-2。王继华等报道当前我国甘蔗生产的平均施氮量为360 kg·hm^-2,氮肥利用率仅有10%,而甘蔗生产先进的澳大利亚甘蔗施氮量近年来稳定在170 kg·hm^-2,氮肥利用率保持在50%—60%^[3]。本研究得出的推荐施氮量比当前平均施用量减少90—132 kg·hm^-2,减肥效果明显,但与澳大利亚的施氮量相比还有较大的减肥空间。需要注意的是,本研究的推荐施肥量是以省/自治区为研究尺度进行数据统计分析所得,与具体试验点开展试验所得的推荐施肥量结论有一定差异。例如,李瑞民等^[24]通过“3414”试验得出广东雷州市甘蔗的氮磷钾最佳施肥量分别为354 kg N·hm^-2、207 kg P₂O₅·hm^-2、191 kg K₂O·hm^-2,与本研究结果相比氮肥用量偏高,这反映了具体试验地块的肥力水平、品种和栽培管理措施的影响。

广西的推荐施氮量高于云南和广东,这可能与广西土壤碱解氮含量有关,ZENG等^[25]通过改进的Nemerow肥力综合指数法对广西3006个样点进行肥力评价,结果显示广西碱解氮水平偏低。广东的推荐施磷量较广西、云南偏少,其原因一方面可能因为广东产区土壤有效磷含量水平较高,另一方面也与甘蔗品种有关。数据库中广西、云南和广东数据量最大的品种分别是新台糖系列、云蔗系列、粤糖系列。冯学娟等^[26]通过不同品种甘蔗的肥料试验表明,新台糖25号在192 kg·hm^-2的施磷条件下产量最高,而粤糖00236则在81 kg·hm^-2的施磷条件下产量最高,说明相较于新台糖系列,粤糖系列对磷的需求量较少,因而导致广东推荐施磷量最小。广西、广东推荐施钾量分别为208、193 kg·hm^-2,比较接近,而云南推荐施钾量为281 kg·hm^-2。郭家文等^[27,28]调研分析了云南甘蔗主产区土壤全钾和速效钾含量状况,发现全钾含量总体处于低水平以下,速效钾含量也以中等偏下水平为主,说明土壤速效钾含量是限制云南甘蔗高产的因素之一。

下种量会影响甘蔗的芽高、茎粗等农学性状^[29],对产量的影响很大。过高的下种量会导致蔗茎过密,蔗叶光合作用降低,蔗茎变低变细,进而导致减产;相反,若下种量过少,会导致蔗茎有效数不足,也影响产量^[30]。经过对数据库中下种量与产量的分析,我们得出广西的推荐下种量为8×10⁴—10×10⁴芽/hm²,云南的推荐下种量为10×10⁴—12×10⁴芽/hm²,广东的推荐下种量为8×10⁴—10×10⁴芽/hm²。适宜的下种量可使广西、云南、广东分别增产23.6、27.9、22.1 t·hm^-2。云南产区的下种量整体较高,下种量变化所造成的产量差较大,说明优化下种量是消减云南甘蔗产量差的重要途径。陆建勋等^[31]的甘蔗密度试验表明,即使是同一产区,不同甘蔗品种的最佳下种量也不同。由于数据量的限制,本研究的下种量仅对各产区进行大范围分析,并未结合各品种进一步分析,这也是本研究的限制以及未来的研究方向。

甘蔗品种是直接影响甘蔗产量的重要因素之一。本研究分析认为广西、云南、广东的高产品系分别是桂辐系列、桂糖系列、粤糖系列,对比农户当前水平可分别实现增产26.8、42.4、15.1 t·hm^-2。由于广西长期推广新台糖系列,其宿根性及抗逆性均严重退化。黄曲燕等^[32]及覃新福^[33]的品种试验表明,桂辐98/296的产量明显优于其他品种,其在中后期的抗倒伏能力不如桂糖系列,但其分蘖发芽能力较强,含糖量也较高,因此桂辐98/296宜前中期收获,桂糖系列可在中后期收获。粤糖系列有着高产稳产、高糖早熟、抗逆性强的优点,该品种适宜在广东蔗区进行推广^[36,37]。值得注意的是,本研究所推荐的高产品种是根据数据库中的产量所得出的结果,但在实际生产中,种植时品种的挑选应结合其宿根性^[34]、抗病性、抗旱性、抗倒伏能力、高产高糖等因素综合考量,选择适宜的品种进行种植。例如,近年广西种植面积较广的桂糖42号因其抗风抗倒抗干旱能力强而备受农民欢迎^[35]。因此,在未来的高产甘蔗育种工作中,也应着眼于当地的气候条件,针对广西广东多台风而选育抗风抗倒伏的高产高糖品种;针对云南易发生干旱研发抗旱品种;针对甘蔗的共性问题如叶萎病、钻心虫而选育对应的抗病抗虫高产高糖品种。

3.3 消减甘蔗产量差的途径及展望

基于本研究的分析,我国甘蔗主产区广西、云南、广东已分别实现了54.1%、42.1%、53.7%的产量潜力,但尚有45.9%、57.9%、46.3%的产量潜力有待开发,因此,如何消减产量差是一个亟需解决的问题。经过上述肥料、下种量、品种与产量关系的探索,以及生产实践需求,本研究认为消减产量差的途径有以下几种：

一是优化甘蔗施肥管理。合理施肥应根据甘蔗的养分需求控制肥料用量,本研究通过对广西、云南、广东的施肥量与产量关系的拟合分析,得出3个主产区的推荐施肥量,优化施肥量可分别消减广西、云南、广东产量差16.9、28.4、25.3 t·hm^-2。为了进一步提质增产增效,研发甘蔗专用缓释控释肥等新型肥料^[36]、改进施肥方式（如以深施覆土代替撒施^{[27, 37]}）、合理利用甘蔗生产的废弃物（如蔗叶蔗渣还田施用^[38]）等养分综合管理技术也应重视。二是优化甘蔗下种量。甘蔗的下种量应结合当地的光温条件和栽培措施确定,一味追求高密度并不能增加产量。本研究确定的广西、云南、广东推荐下种量可分别消减广西、云南、广东产量差23.6、27.9、22.1 t·hm^-2,尤其对云南产区的增产效果明显。三是优化甘蔗品种。甘蔗品种的选择应结合当地气候条件,选择高产高糖、抗逆抗倒伏的品种。本研究得出广西、云南、广东的高产品种分别为桂辐系列、桂糖系列和粤糖系列,可分别增产26.8、42.4、15.1 t·hm^-2。四是加强甘蔗的规模化种植。由于目前我国甘蔗种植还是小农户为主,不同地块农户种植成本投入、技术使用和管理水平参差不齐,导致各田块的产量差异较大。张跃彬^[39]指出,我国蔗糖行业的核心问题是传统人工生产方式的高成本问题,必须靠甘蔗规模化经营来引导。因此,加强甘蔗种植的集中化,统一管理,有利于甘蔗产业的发展。五是加强甘蔗种植的机械化^[40]。近年来由于人工成本越来越高,肥料成本也越来越高,导致农户种植甘蔗的收益逐年下降^[41],加强甘蔗种植的机械化是甘蔗产业发展的必然选择,且机械化发展有利于实现甘蔗生产的规模化^[39]。

3.4 本研究的不足之处

本研究主要基于统计和试验数据的收集分析,由于不同产区试验田块的气候条件、种植模式、管理水平、技术和成本投入等具有较大差异,建立的数据库中没有完整的各项因素信息,数据分析未能考虑施肥、下种量、品种之外其他因素的影响,也没有分析不同因素的交互作用对产量的贡献。一方面,施肥推荐应结合土壤肥力水平、主栽品种需肥特性和施肥技术发展等进行不同产区的进一步优化。另一方面,为降低人工成本增加市场竞争力,机械化种植收获是甘蔗生产发展的必然趋势,这需要种植的品种、下种量与不同产区推广使用的机械之间相互配套,本研究主要从产量水平高低来推荐下种量和高产品种,这是否满足生产中机械化发展的现实需求还需要进一步验证。

4 结论

中国广西、云南、广东三大甘蔗主产区的产量潜力为137.1、147.2、145.8 t·hm^-2,分别有45.9%、57.9%、46.3%的产量潜力有待开发,我国的甘蔗增产潜力巨大。通过优化施肥可使广西、云南、广东分别增产16.9、28.4、25.3 t·hm^-2,通过优化下种量可使广西、云南、广东分别增产23.6、27.9、22.1 t·hm^-2,通过优化品种可使广西、云南、广东分别增产26.8、42.4、15.1 t·hm^-2。

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