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花椒属落叶灌木或小乔木，根系发达，具喜温耐寒、喜光抗旱、喜肥等生长特性，是发展农村农业的生态经济型树种之一，常被誉为“摇钱树”，在我国各地区均有种植[1]。随着农业产业结构调整，花椒种植面积在山地及干旱丘陵地区不断扩大，花椒产业迅猛发展[2]。自 1999 年，重庆干花椒总产由 0.1×104 t 发展至 2016 年的 5.4×104 t，为全国花椒产业增长速度最快的省（市）[3]。但单产上，重庆市生产水平低于陕西、甘肃等其他优势产区 24%～46%[4-8]。花椒生产在面向减肥绿色高效转型的同时，仍需兼顾增产以实现产业的可持续发展。因此，解决区域花椒的增产潜力和产量差、影响增产的限制因子等问题，是促进重庆市花椒种植系统优质高产高效生产的迫切需求。
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已有研究表明，施肥过量或不足均显著降低花椒叶面积及其光合速率，从而影响新梢数量、树高及茎粗，导致花椒地上部的生长受阻及产量下降[9-10]。重庆江津区 2017 年调研发现，常年来椒园的化学氮、磷、钾肥投入均显著高于地方施肥推荐标准，滥施及过量施肥是制约花椒产业绿色可持续发展的重要限制因素之一[2]。近年来，重庆市大力实施化肥减量增效行动后，种植业化肥消费量呈明显下降趋势[11]，但椒园产量水平及施肥强度是否出现同质变化还未见报道。合理密植、分次施肥及合理整形修剪等管理举措在相当程度上也影响着花椒的产量及品质[12]。例如，杨彬等[13]和唐宇翀等[14]发现，株行距（2～2.5）m×3 m的中高等种植密度能显著提高花椒产量 3%～10%，降低花椒锈病病情指数 9%～21%。黄庆德[15]指出，花椒树体修剪不合理易导致新梢抽发后枝条的分布不匀，影响结果枝条间的通风透光及叶片光合；不修剪则易出现新梢过密、重叠、错乱等现象，极易形成徒长枝，致使花芽分化和结果减少，规范化花椒整枝管理技术需求迫切。椒园的施肥管理还应坚持“勤施薄施，少食多餐”的原则，主要把握好下枝采摘前后的月母肥及发苗肥、冬季越冬肥、春季促花壮芽肥和壮果肥等施肥策略，全年一般施肥 4～5 次为最佳[2，10，12，15-16]。
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然而，上述研究集中回答的是单一限制因素对花椒生产的定性影响问题，综合各具体影响要素对花椒产量变异的解释度（即产量的贡献率）定量研究鲜见报道。产量潜力与产量差反映了当前作物生产的发展前景，是厘清区域生产水平及指导农户科学生产的重要方法论[17]。目前，国内外有关作物系统产量潜力、产量差及其影响因素的分析主要集中在粮油作物报道上[18-19]。花椒上虽然开展了许多施肥管理和矮化密植对产量影响的研究，但尚未明晰区域花椒的产量潜力、产量差、改善影响因素及削减产量差的技术途径。本研究拟通过调研采集重庆市花椒典型种植区域的农户生产及管理数据，分析重庆市不同生产力水平下花椒的产量潜力及产量差，同时对主要产量影响因素进行分析，明确消减产量差的途径，为优化田间生产实践提供数据支撑和理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 调研区域概况
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重庆市地处我国西南部、四川盆地东部，位于东经 105°11'～110°11'、北纬 28°10'～32°13' 之间，为长江上游地区。重庆地貌以丘陵、山地为主，耕地面积 1.87×106 hm2，其中山地占 76%，地区海拔 175～2796 m。整体属于亚热带季风湿润气候，年均温 16～18℃，年降水 1000～1350 mm，无霜期 250～275 d。花椒是该区域主要的经济树种之一，栽培品种多为九叶青花椒，种植密度一般居于 1200～2000 株 /hm2 范围（ 坡地种植株行距多为 2 m×2.5 m，平地多为 2 m× 3 m 或 3 m×3 m）[2]。
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1.2 调研方法及内容
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2017～2021 年，依托于重庆市农业技术推广工作系统，由全市各区（县）协助进行典型农户的田间生产调研。本研究的调研对象为花椒，调研内容包括花椒单季的产量（以鲜重计）、种植密度、肥料用量、施肥次数及结果枝生长情况（如长度及单株结果枝条数）等，共获得有效农户生产问卷 225 份。
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1.3 数据分析
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1.3.1 产量分级标准
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本研究的作物产量分级标准参考米晓田等[20] 方法，以产量的第 5% 分位数和 95% 分位数为最低和最高限求极差值，然后以等产量间距分成低产、中产和高产 3 个产量范围。本研究中，调研农户花椒的产量介于 1.5～18.8 t/hm2 之间，90% 的农户产量集中在 2.79～15.2 t/hm2 之间，即，产量的第 5% 分位数和 95% 分位数分别为 2.79 和 15.20 t/hm2，其二者极差为 12.4 t/hm2，等产量间距则为 4.13 t/hm2。因此，本研究中花椒产量水平从低到高依次为 <6.92 t/hm2 （ 低产）、6.92～11.1 t/hm2 （ 中产）、 >11.1 t/hm2 （高产）。
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1.3.2 产量潜力与产量差
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根据曹玉贤等[21]和周一帆等[22]的测算方法，以调研收集的农户数据中产量前 5% 的均值作为区域高产记录，并记为产量潜力。产量差的计算公式为：产量差（t/hm2）= 产量潜力（t/hm2）-农户产量（t/hm2）。
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1.3.3 产量影响因素
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采用单因素最优相关性拟合分析和分组分析，分析了农户花椒产量对当前生产条件下的化肥施用量、施肥次数、种植密度、结果枝条长度和单株结果枝条数的响应，并由此确定了重庆市花椒生产的合理施肥量和施肥次数、最佳种植密度以及结果枝条长度及单株结果枝条数目的优化管护目标。同时利用随机森林模型计算施肥管理要素（包括氮、磷、钾肥施用量和施肥次数）及种植密度对花椒产量的贡献率，采用 R 语言软件包“Random Forest”进行分析[23]。
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1.3.4 施肥评价与产量优化
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经不同分析方法的比较，本研究采用“线性 + 平台”模型拟合花椒生产的施肥量及其产量的相关关系；本研究中“平台”拐点对应的施肥量记为合理施肥量，而“平台”产量则记为优化产量。其中，化肥减施潜力（%）=[农户施肥量（kg/hm2）-合理施肥量（kg/hm2）]/ 农户施肥量（kg/hm2）×100； 产量优化潜力（%）=[优化产量（t/hm2）-农户产量（t/hm2）]/ 农户产量（t/hm2）×100。
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数据采用 Excel 2019 进行汇总、计算、可视化整理；采用 SPSS 26.0 进行单因素统计分析和“线性 + 平台”相关性分析；采用 R 语言软件中的 “Random Forest”随机森林模型进行花椒产量贡献率分析。
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2 结果与分析
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2.1 重庆市花椒生产现状
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重庆市花椒农户产量水平及施肥情况如表1 所示，农户花椒产量范围为 1.5～18.8 t/hm2 （鲜重），均值为 8.66 t/hm2；高、中、低产组的平均产量分别为 13.60、8.85、4.53 t/hm2，组间差异显著。椒农的施肥差异较大，氮、磷、钾肥的平均施用量分别为 N 283 kg/hm2、P2O5 182 kg/hm2、K2O 237 kg/hm2，比例为 1∶0.64∶0.84，各高、中、低产组间肥料施用量的差异显著，且变化趋势与产量变化相匹配。
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注：同一列中不同小写字母表示产量分组间存在显著性差异（P<0.05）。下同。
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2.2 重庆市花椒产量潜力与产量差
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如图1 所示，重庆市花椒的产量潜力为 16.7 t/hm2，该区域的农户产量仅实现了花椒产量潜力的 52%（平均值），产量差达 8.02 t/hm2。高、中、低产组椒农生产水平分别实现了区域产量潜力的 81%、 53%、27%，产量差分别为 3.11、7.84、12.20 t/hm2。
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图1 重庆市花椒产量潜力及产量差
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2.3 重庆市花椒生产影响因素
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2.3.1 施肥量对花椒产量的影响
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花椒产量与施肥量的相关分析结果如图2 所示，随着氮、磷、钾肥施用量的增加，花椒产量均呈现先增加后达到平台趋于稳定的态势，由线性-平台模型拟合最优。平均而言，达到花椒产量平台的临界施肥量（即合理施肥量）分别为氮肥 N 299 kg/hm2 （图2A）、磷肥 P2O5 228 kg/hm2 （图2B）、钾肥 K2O 307 kg/hm2 （图2C），对应的产量平台值也分别为 10.7、10.4、12.0 t/hm2。
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2.3.2 施肥及栽培管理对花椒产量的影响
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花椒单季种植管理中，其产量与施肥次数的关系呈极显著的线性-平台关系（图3A），达到产量平台时对应的最优施肥次数介于 4～5 次（均值为 4.78）之间。此外，该区域花椒的种植密度存在较大差异，整体而言，集中于≤ 1200、1200～1600、 1600～2000、 ＞ 2000 株 /hm2 的数据样本分别有 5%、10%、45% 和 40%（ 图3B）； 花椒产量随种植密度的增加而增加，但增长速率呈明显下降的趋势，种植密度＞ 2000 株 /hm2 的产量最高（9.83 t/hm2），比其他种植密度分组的产量水平分别高 97% （≤1200 株 /hm2）、54%（1200～1600 株 /hm2）、16% （1600～2000 株 /hm2），但在统计学上与 1600～2000 株 /hm2 分组产量（8.50 t/hm2）并无显著性差异（图3B）。
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由图3C 可知，花椒产量随着结果枝条长度的增加而显著增加。相比于≤ 1.2 m 结果枝长度分组（9.9 t/hm2），1.2～1.5 m 分组（10.6 t/hm2） 及 >1.5 m 结果枝长度分组的产量（12.1 t/hm2） 分别较其高出 7% 和 21%。此外，花椒产量与单株结果枝条总数的响应曲线符合线性-平台模型（图3D），达到产量平台（11.1 t/hm2）时对应的最优单株结果枝条数目为 47～48 条（均值为 47.7 条）。
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图2 花椒产量对化肥施用量的响应
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图3 花椒产量对（A）施肥次数、（B）种植密度、（C）结果枝条长度和（D）单株结果枝条数的响应
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此外，施肥管理要素（包括氮、磷、钾肥施用量和施肥次数）及种植密度对花椒产量的贡献率综合分析结果如图4 所示，施肥管理要素是影响花椒产量提升的绝对影响因素，其对产量的总贡献率达到 49.8%，其中氮、磷、钾肥投入和施肥次数的贡献率分别为 18.5%、16.3%、12.3% 和 2.7%。
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图4 各影响因素对花椒产量的相对贡献率
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2.4 花椒生产的减肥潜力
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比较农户实际施肥量与合理施肥量发现，花椒化肥减施潜力因其生产力水平而异（表2）。平均来看，花椒的化学氮、磷、钾肥投入均低于合理施肥量，为达平台产量（即，优化产量）水平，农户需在当前养分投入基础上增施 6% N（16 kg/hm2）、 25% P2O5（46 kg/hm2） 和 30% K2O（70 kg/hm2），整体的产量优化潜力处于 20%～39% 的范围。减肥主要对象集中于高产农户，其氮、磷和钾肥减幅分别高达 36% N（166 kg/hm2）、19% P2O5（55 kg/hm2）和 16% K2O（58 kg/hm2）。中、低产农户则表现为化肥投入不足，其中，中产农户需分别增施氮、磷、钾肥 18% N（45 kg/hm2）、64% P2O5（89 kg/hm2） 和 81% K2O（137 kg/hm2），低产农户需分别增施 65% 氮肥（118 kg/hm2）、98% 磷肥（113 kg/hm2） 和 96% 钾肥（150 kg/hm2）。对应地，中产农户的花椒产量优化潜力为 18%～36%，而低产农户的为 130%～165%；重庆市花椒产量的优化潜力巨大。
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注：FP 指农户施肥量和产量，Rec 指合理施肥量和产量，∆（%）指化肥减施和产量优化潜力。
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3 讨论
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3.1 重庆市花椒的产量潜力与生产现状
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与之前调研及报道的西南地区花椒产量 （1.63～18.70 t/hm2）相比[2，4，12-16]，近年来重庆市全域花椒产量居于稳产水平（1.50～18.80 t/hm2，表1）。值得注意的是，重庆市花椒稳产态势的获得建立于自 2015 年重庆市大力实施农业化肥减量增效行动背景[11]，并以氮肥 283 kg/hm2、磷肥 182 kg/hm2、钾肥 237 kg/hm2 的投入达 8.7 t/hm2 单产水平（表1）； 虽比 2017 年调查的区域平均产量 9.87 t/hm2 低 12%，但化学氮、磷和钾肥的平均投入量同样各降低了 17%、16% 和 16%[2]。上述结果说明，基于相关农业政策改革要求及推进，重庆市花椒园施肥强度呈明显降低趋势，与种植业化肥消费总量呈同质变化。
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当前，重庆市花椒的产量潜力为 16.7 t/hm2 （图1），平均而言，全市花椒生产存在 8.0 t/hm2 的产量差；生产水平分组下，高、中、低产组的产量差分别为 3.1、7.8、12.2 t/hm2。这与杨红艳等[4]的研究结果一致，常年以来重庆市花椒的单产水平并不高，随着椒农的栽培和管理水平得到显著提高，花椒生产水平大幅上涨；但农户间产量差异仍较大，重庆市花椒单产水平仍具有较大地提升空间。黄庆德[15]总结了此前重庆市花椒产量不高的可能原因主要包括栽培管理不当（包括劳动力缺乏、施肥不当、修剪不合理、病虫害防治弱和除草剂使用过量等）、环境条件恶劣（包括降雨量大、低光寡照、排水设施不完善和土壤板结等）以及病虫危害严重 （病害主要为锈病，虫害包括红蜘蛛、半附线螨和吉丁虫等）等。大量研究已表明，花椒及其他作物的高产栽培管理均应坚持少量多次施肥的原则，全年一般施肥 4～5 次为最佳[2，18-22]；尤其要把握好下枝采摘前后的月母肥及发苗肥、冬季越冬肥、春季促花壮芽肥和壮果肥等供肥策略[2，10，12，15-16]，本文研究结果与其一致（图3A）。
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3.2 重庆市花椒生产的化肥减施潜力
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长期以来，受“多投入多产出”传统观念的影响，集约化耕作下的种植业系统普遍存在过量施用或滥用肥料的生产问题[18-20，24-26]。然而，本研究结果表明，当前重庆市花椒生产系统的肥料投入情况并非如此（表2）。相较于模型拟合的合理施肥量，当前区域花椒生产的氮、磷、钾肥减施潜力分别-5.7%、-25%、-30%，表现为肥料投入不足。种植业化肥减量增效行动大面积铺开背景下[24]，椒农未能接收足够、及时的科学减施知识、高产高效栽培技术等生产培训服务可能是导致区域花椒生产肥料过量减施、产量降低的重要原因。总体而言，优化椒园管理、适当增施氮、磷、钾肥能显著增加花椒产量 20%～39%（表2）。值得注意的是，高产水平组花椒过量施肥问题依旧突出，其氮、磷、钾肥仍分别有 36%、19%、16% 的减施潜力（表2）；这与米晓田等[20]研究指出农作物减肥重点在中低产组农户的结果并不一致，该差异可能由作物产量分组间的合理施肥量算法差异所致，本研究的合理施肥量由高产模型拟合获得，而后者则是基于作物产量建成的养分需求平衡法换算得到。
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本研究不足之处为由于花椒为多年生木本植物，重庆市花椒养分需求规律研究尚浅，每生产 100 kg 籽粒的养分需求量参数不全；本研究仅以一个高产模型拟合取值作为合理施肥量标准评价不同农户的施肥情况，忽略了作物产量水平不同对养分的需求量也存有差异这一问题，可能会导致对低产水平作物养分需求的高估，从而使评估结果中低产组农户施肥不足比例升高[20，27]。但基于高产模型拟合的合理施肥推荐对高产花椒体系建设及其科学施肥仍有较强指导意义。综上所述，提升农户科学施肥认识是有效实施化肥减施行动的基础，而明确作物生育期养分需求规律是实现农业绿色高效可持续发展的关键[17-22]；因此，加强区域花椒养分需求规律研究应引起更多重视，所以，在区域花椒生产上开展连续性的定点生产调查需求迫切。
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3.3 削减花椒产量差的有效途径及展望
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本研究中，采用“线性 + 平台”模型拟合、分组分析及随机森林模型方法着重分析了施肥管理、种植密度和整枝管理对花椒产量的影响。其中，施肥管理对产量的相对贡献率约达 50%（图4），这与国际植物营养学上的传统认识是一致的，即集约化农业高产栽培体系下氮、磷、钾肥施用量对作物产量的贡献率一般在 30%～50% 的范围[26]，化肥的施用是作物获得高产的常规措施。图2 结果表明，当前重庆花椒的推荐施肥量分别为 N 299 kg/hm2、 P2O5 228 kg/hm2、K2O 307 kg/hm2；施氮量与杨林生[2]对花椒高产高效管理分组（产量 11.3 t/hm2，氮肥偏生产力 42.6 kg/kg）农户分析结果相近，产量水平也一致；但最优磷、钾肥投入较后者分别高出 39%、39%，分析该差异可能由研究区域的异质性所致，后者研究维度限于县域尺度，而本研究属市域尺度调研，影响因子的变异系数更高。其次，就产量响应而言，优化施磷能有效构建高产体系下作物适宜的群体数量，从而保障更多的光合产物运移至籽粒[28]；而钾作为品质元素，在花椒果实中的累积量往往比当季抽生的枝条及叶片钾累积量要高[2]，适当提高磷钾肥供应水平能明显提高作物产量。本研究有效支撑了上述产量建成理论，适当提高磷、钾肥施用量能在过去高产高效生产[2]的基础上提高花椒产量 6.1%（图2B、C），但其产量平台值距离花椒产量潜力仍存 4.6～6.3 t/hm2 的产量差 （图1、2）。
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进一步改善整枝管理技术（图4）、种植密度 （图4）、椒园土壤质量[29-32]等举措是削减花椒产量差的有效途径。狄彩霞等[12]基于花椒喜光特性提出花椒的整枝管理应以新梢摘心、疏除直立及过密遮光枝和树冠撑、拉别、坠等修剪原则改善椒林光照条件及减少多余养分消耗；本研究结果也表明，高产体系下花椒的合理结果枝长度应为 1.5 m 左右（图3C），最优单株结果枝条数为 47～48 条（图3D）。此外，杨彬等[13]研究发现，株行距 2～2.5 m×3 m 的中高种植密度（即，1666～2000 株 /hm2）能有效提高花椒产量 3%～10%；本研究结果与其一致，本地区高种植密度的花椒产量平均比低种植密度的高 16%～97%（图3B），合理密植是削减其产量差的另一重要栽培举措。
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椒园土壤肥力也是影响花椒产量的主要因素之一[30，32]。尽管重庆市中高等肥力水平椒园占比高达 93%[32]，但椒园管理仍多以清耕及轻有机肥投入等粗放管理模式为主；据全市耕地质量监测，椒园土壤有机质的平均含量仅为 16.6 g/kg，为重庆市各种植业系统的最低值。Lal[33]总结了耕地土壤有机质提升的重要举措，包括如下 4 点：（1）作物残茬还田，（2）种植绿肥，（3）有机-无机肥料配施，（4）减耕或免耕。协同践行各项管理策略将有效提高椒园土壤有机质含量，从而改善园区土壤质量。然而，定量化描述上述举措对花椒生产的增产效应及具体贡献率仍有待进一步研究。
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4 结论
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重庆市花椒产量和施肥量较之前年份的调研结果有所降低，但农户间差异仍然较大。区域花椒的产量潜力为 16.7 t/hm2，农户产量仅实现了产量潜力的 52%，产量差达 8.02 t/hm2。优化施肥量（氮肥 299 kg/hm2，磷肥 228 kg/hm2，钾肥 307 kg/hm2）、施肥次数（4～5 次）、种植密度（密植，2000 株 /hm2 以上）和整枝管理（结果枝长度 1.5 m 以上，单株结果枝条数 47～48 条 / 株）能有效削减花椒产量差 15.4%～43.3%；前三者对花椒产量的贡献率共计 52%。对比高产模型拟合下的合理施肥量，当前花椒平均施肥量表现稍有不足，但高产组的氮、磷、钾肥施用量具有较大减施潜力，分别为 36%、 19%、16%。
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摘要
基于重庆市 2017 年以来的 225 份调研数据，以产量数据前 5% 的平均值为产量潜力，产量水平为分类依据，分析当前小农户生产的施肥现状、产量差及其影响因素、化肥减施潜力，以期为区域花椒生产增产增效提供参考依据。重庆花椒平均产量为 8.66 t/hm2 ，产量潜力为 16.7 t/hm2 ，产量差达 8.02 t/hm2 ，当前椒农平均生产水平仅实现了产量潜力的 52%，高、中、低产农户的产量差分别为 3.11、7.84、12.2 t/hm2 ；椒园氮、磷、钾化肥用量分别为 N 283 kg/hm2 、P2O5 182 kg/hm2 、K2O 237 kg /hm2 。高产组椒农的化肥减施潜力大，其氮、磷和钾肥可分别减施 36%、19% 和 16%；农户平均施肥以及中、低产组农户施肥水平均低于线性-平台模型拟合的合理施肥量，高产组农户是化肥减量和效益提升的主要对象。当前生产条件下，优化施肥量（氮肥 N 299 kg/hm2 ，磷肥 P2O5 228 kg/hm2 ，钾肥 K2O 307 kg/hm2 ）、施肥次数（4 ～ 5 次）、种植密度（密植，2000 株 /hm2 以上）和整枝管理（果枝长度 1.5 m 以上，单株结果枝条数 47 ～ 48 条 / 株）能有效削减花椒产量差 15.4% ～ 43.3%；其中，施肥量、施肥次数和种植密度是影响花椒产量的主要因素，三者的贡献率高达 52%。综上所述，重庆花椒生产上农户间产量、施肥量差异较大，提升农户科学施肥认识、整枝管理水平、耕地保护意识以及合理密植观念有利于削减花椒产量差和提高花椒生产效率，同时助力农业可持续发展。
Abstract
Understanding the situation of fertilizer input，management and yield level of smallholders cultivating Chinese prickly ash（Zanthoxylum bungeanum Maxim.）could be helpful to guiding scientific fertilization and production management. Since 2017，a questionnaire survey was conducted on the Chinese prickly ash production in Chongqing city，and a total of 225 questionnaires were obtained. The mean of the upper 5% of investigation yields was used as the yield potential. The yield level was grouped as the classification basis，and the fertilization status，yield gaps，their influencing factors，and the potential of smallholder fertilizer reduction were studied. Currently，the average yield of Chinese prickly ash in Chongqing was 8.66 t/hm2 ，and the regional yield potential was 16.7 t/hm2 ，the average yield gap was 8.02 t/hm2 . The current production level of smallholders only achieved 52% of yield potential meanly，and the yield gap was 3.11，7.84，12.2 t/hm2 for the high，medium，and low yield groups，respectively. The application rates of nitrogen，phosphorus，and potassium fertilizer were N 283 kg/hm2 ，P2O5 182 kg/hm2 and K2O 237 kg/hm2 ，respectively. Compared with the reasonable fertilization fitted by the linear-plateau model，the high-yield group had the greater potential of chemical fertilizers reduction，which were 36%，19% and 16% for nitrogen，phosphorus，and potassium reduction proportions，respectively. In contrast，the fertilizer rate of average level，medium and low yield groups of Chinese prickly ash were slightly deficient. Besides，optimizing fertilization rates（N 299 kg/hm2 ；P2O5 228 kg/hm2 ；K2O 307 kg/hm2 ），frequency of fertilizer split application（4 ～ 5 times），planting density（close planting，≥ 2000 plants/hm2 ） and fruit-setting branch management（single-length ≥ 1.5 m/branch；the amount of fruit-setting branch = 47 ～ 48 strip/plant） effectively reduced the yield gaps of Chinese prickly ash by 15.4% ～ 43.3%，and the contribution rate of fertilization management （i.e.，application rate and split application）and planting density to the regional Chinese prickly ash production was 52% based on the random forest model analysis. To sum up，the Chinese prickly ash production management levels of smallholders in Chongqing varied greatly，and the mean target of fertilizer reduction and benefit improvement was smallholder with highyielding level. Improving the farmers’awareness and level of scientific fertilization，optimized field-grown management， the quality protection of arable land and rational planting density were conducive to closing the yield gaps and improving the production efficiency of Chinese prickly ash，thus contributing to the sustainable development of agriculture.