苹果园经济学：栽培品种、种植密度及砧木的影响

史继东

TerenceL.Robinson1,LuisGonzalezNieto2,Shuay-TsyrHo3,BradleyJ.Rickard4,GemmaReig2,JaumeLordan2,GennaroFazio1,5、StephenAHoying1、MichaelJ.Fargione1、MarioMirandaSazo1

1美国纽约州日内瓦康奈尔大学康奈尔农业技术学院园艺科综合植物科学学院
2西班牙加泰罗尼亚马斯巴迪亚和莱里达农业食品研究与技术研究所（IRTA）水果生产计划
3台湾大学农业经济系，台湾台北市
4美国纽约州伊萨卡康奈尔大学戴森应用经济与管理学院
5美国农业部农业研究局植物遗传资源组，纽约州农业试验站，美国纽约州日内瓦市

关键词：苹果、果园系统、种植密度、砧木、盈利能力、净现值

本研究得到了纽约苹果研发计划的支持。
使用净现值(NPV)对三种栽培品种、四种种植系统和七种砧木的20年盈利能力进行了经济分析。2006-2016年期间在纽约州进行的两项长期栽培系统×砧木田间试验的数据进行了经济分析。与其他密度较低的系统相比，种植密度最高的高纺锤形系统的20年净现值估计值最大。其他密度系统较低。
使用净现值(NPV)对三种栽培品种、四种种植系统和七种砧木的20年盈利能力进行了经济分析。2006-2016年期间在纽约州进行的两项长期栽培系统×砧木田间试验的数据进行了经济分析。与其他密度较低的系统相比，种植密度最高的高纺锤形系统的20年净现值估计值最大。其他密度系统较低。

整形系统、栽培品种和砧木选择是种植者在种植新果园时做出的三项关键投资决定。在过去几十年中，已经开发出了几种新的整形系统，包括高纺锤形、结果墙、细长金字塔（主干疏层形）、细长轴、细长纺锤形、超级纺锤形、垂直轴、V字形和古优特形（Reig等人，2019年；Robinson，2003a；Robinson等人，2008b）。我们之前的研究表明，整形系统对果园经济效益有很大影响（GonzalezNieto等人，2023；Lordan等人，2018a，b；Reig等人，2019；Robinson等人，2007a，b）。Lordan等人（2019）在纽约州日内瓦进行的20年研究表明，高纺锤形的20年收益率最高。
一些研究记录了采用新砧木在提高果实产量和改善树体性能方面的园艺优势，但很少有研究考察新砧木的经济影响。我们之前的一项研究（Lordanetal2018b）评估了五种砧木和五种种植密度对蜜脆和麦金托什两个栽培品种的影响。我们发现，在高密度和中密度系统下，矮化砧木（M.9和B.9）在这两个栽培品种的产量和长期收益率方面优于活力更强的砧木和一种矮化砧木（G.16）。
本研究的目的是利用两个长期实验种植园的数据，评估三种苹果栽培品种（富士、嘎啦和蜜脆）在四种整形系统中七种日内瓦®（抗病）砧木（法齐奥和罗宾逊，2018；罗宾逊等人，2003b）和四种易感病传统砧木的经济效益。通过这项研究，我们旨在提供有关重要苹果栽培品种在不同砧木和不同整形系统下经济表现的信息。其次，我们试图就经济投入和产出因素的波动如何影响不同栽培品种、砧木和整形系统的净收益提供指导。

材料和方法

2006年，在纽约州的两个地点建立了两个1公顷的农场重复实验：这两个试验分别位于纽约州东南部的Dressel农场和纽约州西部的VandeWalle农场。试验比较了四种整形系统、十一种砧木和三种接穗栽培品种（“富士”、“嘎啦”和“蜜脆”）。砧木包括作为对照组的四种传统砧木和作为处理组的七种日内瓦®砧木。对照砧木包括B.9、M.7EMLA（M.7）、M.9T337（M.9）和M.26EMLA（M.26）。日内瓦®根茎包括G.11、G.16、G.30、G.41、G.935和CG.4210。四种整形系统分别为细长金字塔（主干疏层形）系统（SP）（株行距为2.44米×4.88米，每公顷种植840棵树）、垂直轴系统（纺锤形）（VA）（株行距为1.83米×4.27米，1282棵树公顷-1）、细轴（超级纺锤形）（SA）（树距为1.22米×3.66米，2244棵树公顷-1）和高纺锤形（TS）（树距为0.91米×3.35米，3262棵树公顷-1）（表1）。

每个地点都种植了两个品种。嘎啦“和”富士“种植在德雷斯勒试验点，而”嘎啦“和”蜜脆"则种植在范德瓦尔试验点。两项试验都使用了全羽化苗木。在这两个试验点，对四种整形系统进行了比较，但各种砧木在各系统中的分配并不均衡（表1）。低密度细金字塔（主干疏层形）系统包括三种砧木G.30、G.210和M.7，这三种砧木因其较高的活力特性与高密度系统不相适应而未在其他系统下进行研究。

德雷斯勒种植基地的树木每年都通过滴灌管进行灌溉，而范德瓦尔种植基地的树木则没有灌溉。两个地点的树木都由格架系统支撑。修剪、疏花疏果管理、灌溉、施肥、叶面微量营养元素和植物检疫处理均按照行业标准进行。

我们对种植后十一年（2006-2016年）的树木园艺表现进行了评估。根据产量数据，我们计算了每种接穗-砧木-整形系统组合每年的模拟产量。我们利用2021年纽约州苹果产业的全州平均价格，为模拟产量中的每种果实大小和质量类别分配了货币价值。总体而言，这些价格表明，无论等级和果实大小如何，蜜脆都是收入最高的栽培品种。对每个类别的经济价值进行加总，计算出每棵树和每公顷的作物价值，然后用于经济和敏感性分析。

每年的修剪劳动时间都有记录。数据缺失的年份采用平均值。修剪和整形成本按熟练工15美元/小时计算，收获成本则取自全州平均值，“蜜脆”为0.11美元/公斤，“嘎啦”和“富士”为0.08美元/公斤（表2）。农场主/管理者的管理成本和整个农场的管理费用也被列为固定成本（表2）。表2中的基准参数值用于完成净现值（NPV）的计算和不同假设情况下的经济分析，包括水果价格、产量水平、劳动力成本、土地价值和贴现率的变化。大多数参数并不因栽培品种而异，但蜜脆的采摘成本较高。病虫害防治、疾病防治、杂草防治、施肥和化学疏花疏果的其他成本取自纽约州苹果种植者的全州平均值。病虫害管理、果实营养和果树维护的可变成本、IPM和营养成本并不因栽培品种而异，但随着时间的推移而增加。疏花疏果成本因栽培品种而异，第5年后保持平稳。嘎啦的疏花疏果成本最高，蜜脆的疏花疏果成本最低。

表1.纽约州两次试验中评估的整形系统、密度和砧木。

表2.经济分析中使用的成本和参数。 作物净收入的计算方法是从作物总收入中减去储存和包装相关成本。然后，从作物净收入中减去成本，计算出每年的年利润，再对每个栽培品种、砧木和整形系统20年的年利润进行折现。20年分析包括种植前一年以及从2006年到2016年的11年的实际成本和产量，然后是第12-20年的预计成本和产量。第12-20年的预计产量是根据研究最后四年（2013年和2016年）的实际产量和质量预测的；例如，第12年的收益是2013年至2016年（4年）收益的平均值，其余年份的收益以同样的方法计算为移动平均值。经济分析使用贴现年度现金流考虑了资金的时间价值（现在的钱比未来相同金额的钱更值钱）。净现值按20年的贴现年度现金流总和计算，采用固定贴现率。贴现率是通过从当前利率中减去通货膨胀率得出实际利率。与Lordan等人（2018b；2019）类似，我们在进行基本比较时使用了5%的贴现率。
使用SAS9.4（SASInstituteInc.,2009年）的线性混合效应模型对数据进行方差分析，在同一分析中包括每个栽培品种的所有整形系统和砧木（主要处理）。在P<0.05时，使用FishersLSD检验来估算每个试验地点处理对每个栽培品种累积净现值影响的统计学意义。回归分析用于确定每个苹果品种和地点在果园生命周期中选定年份的净现值与种植密度之间的关系。

结果

为了了解果园生命周期内累积净现值的发展动态，我们利用试验数据绘制了第1年至第11年的累积净现值曲线，然后预测了第12年至第20年的数据。这些累积净现值曲线显示，在果园生命周期的前三年，由于建立果园所需的投资，净现值最初会出现典型的下降，之后所有系统和砧木的净现值曲线都呈现上升斜率（图1-4）。SP系统在前3年的负净现值最小，其次是VA系统，然后是SA系统，而TS系统在前3年的负净现值最大。不过，与其他低密度系统相比，高纺锤形系统的累积净现值从最负值开始上升最快。与万德瓦勒农场相比，德雷斯勒农场的累积净现值曲线每年的变化更大。德雷斯尔农场的累积净现值曲线在第8年（2012年）出现下滑，原因是当年的春季霜冻导致产量大幅下降。这与“嘎啦”相比，“富士”的减产更为明显。第11年后，由于第12-20年的数据是估计值，因此曲线显示出恒定的斜率。
到试验结束时（11年），凡德瓦勒试验点的所有种植密度、砧木和栽培品种组合都有利可图（净现值为正），但在德雷斯勒试验点，砧木和种植密度与“富士”的七种组合以及与“嘎啦”的两种组合都无利可图（图1-4）。从第11年到第20年的盈利预测显示，到第11年年底还没有盈利的砧木和种植密度组合，到第19年或更早都已盈利。

图1.不同砧木和树形系统嫁接富士的净现金收益累计净现值，纽约州东南部的德雷塞尔农场。 将“蜜脆”嫁接到G.11、G.16或M.9作为TS栽培的组合上，达到净现值为零（盈亏平衡年）的最短时间为4年，而在德雷斯勒农场使用富士/B.9/TS观察到的最长时间为19年（表3）。细金字塔（主干疏层形）系统使用砧木“富士”的盈亏平衡年限为9至16年，具体取决于砧木。垂直轴（纺锤形）系统的盈亏平衡年为9-13年，细轴系统（超纺锤形）的盈亏平衡年为8-12年，高纺锤形系统的盈亏平衡年为6-19年。在德雷斯尔农场的“Gala”中，细金字塔（主干疏层形）的盈亏平衡年为9-12年，而垂直轴（纺锤形）的盈亏平衡年为6-14年。细轴（超纺锤形）的盈亏平衡年限为6-9年，高纺锤形的盈亏平衡年限为6-8年。对于VandeWalle农场的“Gala”，细金字塔（主干疏层形）和垂直轴的盈亏平衡年限为7-8年，而细轴线（超纺锤形）和高纺锤形的盈亏平衡年限为5-7年。蜜脆"四种系统的盈亏平衡年限均为4-7年。总的来说，无论采用哪种系统或砧木，“蜜脆”都比“嘎啦”或“富士”更快实现盈亏平衡。此外、一般来说，种植密度较低的系统的盈亏平衡年要晚于密度较高的系统。
利用12-20年的估计产量和果实质量，20年的预测盈利能力显示，品种、树形系统和砧木都对20年的NPV值有显著影响（德雷塞尔农场表4和VandeWalle农场表5）。在所有品种中，“蜜脆”的净限值最高，而“富士”的平均净现值最低。“Gala”的NPV为中等，但范德瓦尔网站的“Gall”的NPV高于德雷塞尔网站。在训练系统中，SP系统始终是利润最低的，而高主轴系统始终是利润最高的（表4和表5）。
总体而言，在高纺锤形系统中，砧木G.16与富士的组合最有利可图，但与其他几种砧木相比并无明显优势（表4）。德雷斯尔农场的“嘎啦”最赚钱的组合是高纺锤形系统中的G.41，但并没有明显优于其他几种砧木（表4）。VandeWalle农场的“Gala”在高纺锤形系统中最赚钱的组合是M.9，但并没有明显优于其他几种砧木（表5）。对于蜜脆，高纺锤形系统中最赚钱的组合是G.11，但与其他几种砧木相比并无明显优势（表5）。因此，对所有栽培品种而言，高纺锤形系统的累积净现值最高，但对每个栽培品种而言，都有不同的砧木位居榜首（表4和表5）。G.41G.935、G.16、M.9、M.7、M.26和B.9的表现并不一致，而G.11无论在哪种整形系统或地点都一直是最优秀的砧木之一。G.30的表现也很稳定，但由于只在低密度的细金字塔（主干疏层形）系统中种植，所以不在最佳砧木之列。 图2.纽约州东南部德雷塞尔农场各种砧木和整形系统下“Gala”的累计现金回报净现值。 我们计算了果园生活中不同时间点与垂直轴（纺锤形）、细长轴（超纺锤形）和高纺锤形系统共有的三种砧木（M.9、G.41和G.16）的种植密度和NPV的关系（图5和图6）。在种植后的第一年年底，种植密度与净现值呈显著负相关，所有系统的净现值均为负，而高密度系统（TS）的净现值最为负。种植5年后，种植密度与净现值的关系呈平坦或轻微的正坡度，但除TS、SA和VA系统的“蜜脆”外，所有系统的净现值仍为负。在种植后的10年、15年和20年，几乎所有病例中的关系都是积极的。关系一般为二次方，最优在2500到3000树/公顷之间。
对所有三个栽培品种而言，果实价格和产量水平的变化是影响累积净现值的最大因素。果实价格下降导致累积净现值减少。在大多数情况下，果实价格下降导致的净现值减少幅度远远大于果实价格下降的幅度。对于富士来说，果实价格下降25%会使净现值降低68-259%，具体取决于系统和砧木。一般来说，富士果实价格的下降对低密度和高密度系统都有类似的巨大负面影响。德雷斯尔农场的嘎啦果实价格降低25%，净现值降低51-212%。总的来说，在德累斯顿农场，嘎啦果实价格的下降对种植密度最低的系统影响最大。就VandeWalle农场的Gala而言，果价下降25%会使净现值降低37-53%，具体取决于系统和砧木。对于蜜脆来说，果价降低25%会使净现值降低32-40%。总的来说，果价下降对范德瓦尔农场净现值的相对影响小于德雷斯尔农场，对蜜脆净现值的相对影响较小，对嘎啦净现值的影响居中，而对富士净现值的影响最大。对蜜脆来说砧木或整形系统对价格下降的敏感性差异不大。 图3。在纽约州西部的范德瓦勒农场的各种根木和培训系统下，“Gall”的净现金回报的累积净现值 图4.纽约州西部VandeWalle农场不同砧木和整形系统下蜜脆净现金回报的累积净现值 产量的变化对净现值影响很大。富士"增产40%，净现值增加33-88%，具体取决于系统和砧木。对于德雷斯尔农场的“嘎啦”，增产40%可使净现值增加69-283%。一般来说，在德雷斯尔农场，产量增加对种植密度最低的系统影响最大。对于VandeWalle农场的“Gala”，增产40%可使净现值增加55-80%，具体取决于系统和砧木。蜜脆增产40%，净现值增加48-64%。总体而言，增产对范德瓦勒农场净现值的相对影响小于德雷斯尔农场，对蜜脆净现值的相对影响较小，对嘎啦净现值的影响居中，对富士净现值的影响最大。不同砧木或整形系统对蜜脆增产的敏感性差异不大。
树价的变化对累积净现值的影响相对较小（8%-35%），即使树价增加了50%。劳动力成本增加50%，会使富士的净现值减少47%-245%。德雷斯尔农场的嘎啦净现值降低了26-188%。在VandeWalle农场，劳动力成本增加50%，嘎啦的净现值降低了15-30%；劳动力成本增加50%，蜜脆的净现值降低了8-21%。一般来说，劳动力成本增加对蜜脆的影响较小，对嘎啦的影响居中，而对富士的影响最大。与低密度系统相比，高密度系统受劳动力成本增加的影响较小。 表3.苹果栽培品种、整形系统、砧木和果园位置不同组合产生正净现值的盈亏平衡年。在每个栽培品种中，整形系统按树木种植密度增加的顺序排列。因此，对于不止一种密度的砧木，密度的影响可以通过不同系统间盈亏平衡年的变化来观察。绿色和黄色单元的盈亏平衡年限较短，橙色和蓝色单元的盈亏平衡年限居中，粉色和红色单元的盈亏平衡年限较长。 表4.“富士”和“Gala”在纽约州东南部的德雷塞尔农场不同砧木和树形系统组合下20年净现金收益的净现值。 表5.纽约西部VandeWalle农场不同组合下的“嘎啦”和“蜜脆”20年净现金回报的净现值

讨论

栽培品种、整形系统和砧木的选择对新建果园的长期经济效益影响很大。在栽培品种中，蜜脆的盈利能力明显高于嘎啦，而富士的盈利能力则明显低于嘎啦。其他研究也表明，蜜脆的收益率高于麦金托什（Lordan等人，2018b），嘎啦的收益率高于富士（Lordan等人，2019）。在本研究中，富士和嘎啦之间的关键差异在于嘎啦的累积产量明显更高（Reig等人，2019），而嘎啦和蜜脆之间的关键差异在于蜜脆的果实价格要高得多。

我们的主要目标是评估我们试用的四种系统的经济可行性。总体而言，高纺锤形系统的表现优于其他三种低密度系统。Lordan等人（2018b，2019年）也显示了类似的结果，他们发现在与高纺锤形系统相似的密度下，盈利能力最佳。在目前的研究中，高纺锤形与超纺锤形之间的差异在某些情况下并不具有统计学意义。不过，由于两种系统的种植密度不同（这是一个连续变量），我们采用回归分析法，通过确定树木密度与收益率之间的关系来估算两种系统之间的差异。在本研究中，对于所有栽培品种和系统（G.41上的富士除外），植树密度与累积净现值的关系都是二次方关系，斜率为正，最高可达2500-3000棵/公顷。Lordan等人（2018b）的研究也表明，在尚普兰山谷，蜜脆和麦金托什的植树密度与累积净现值之间呈正线性关系。然而，Lordan等人（2019年）在另一项研究中使用的密度范围（较低和较高）比我们在这项研究中和Lordan等人（2018b）在第一项研究中使用的密度范围要大得多。他们的第二项研究结果表明，植树密度与累积净现值之间呈曲线关系，最佳密度为每公顷约3000棵树，密度越低、越高，盈利能力越低，这与本研究的结果类似。他们将其结果解释为收益递减规律的证据，即植树密度的增加会导致累积净现值的增加，直至达到经济上的最佳密度，超过该密度后，植树密度的增加会导致累积净现值的减少，尽管累积产量会继续增加，直至他们评估的最大密度。在本研究中，我们评估的最大密度接近他们研究中的最佳密度。

在砧木中，种植密度与栽培品种之间存在显著的交互作用，因此，并非每种栽培品种和每种系统中的同一种砧木都是最有利可图的。不过，无论砧木选择如何，该系统的经济效益似乎主要受种植密度的影响。我们在高纺锤形系统中评估的每一种砧木（B.9、G.11、G.16、G.41和M.9）以前都被证明具有很高的产量效率（Autio等人，2020a；Autio等人，2020b；Marini等人，2006；Reig等人，2018；Robinson等人，2008a），因此它们在本研究中都具有很高的经济绩效是合理的。本研究与之前报告在表现上的一个具体差异是G.16砧木，它在本研究中属于表现较好的砧木组，而Lordan等人（2018b）发现，在北方寒冷气候条件下，G.16与M.9和B.9相比，在高密度和中密度系统下，麦金托什和蜜脆这两个栽培品种的长期盈利能力表现较差。总体而言，在本试验中，砧木的选择对投资回报有重要影响，意大利的Dallabetta等人（2021年）也证明了这一点。

这项研究的一个显著结果是，几种砧木的表现并不一致。马里尼等人（2006年、2012年）的研究表明，不同地点的土壤、气候和管理方法不同，砧木的表现也会大相径庭。在本研究中，两个试验地点的结果大相径庭，VandeWalle试验地点的表现优于Dressel试验地点。这种差异证明，在设计新果园时，应用“designer”砧木原则是正确的（Fazio和Robinson，2021年）。

我们研究的另一个目的是估算每种砧木、整形系统和栽培品种达到正净现值的盈亏平衡年。这些计算表明，每种砧木、树种和栽培品种的盈亏平衡年差异很大。Lordan等人（2019年）也发现了类似的变化。在栽培品种中，我们的结果表明投资回报最快的是蜜脆，其次是嘎啦和富士。Lordan等人（2019年）的一项研究表明，嘎啦和富士达到盈亏平衡年的时间较长，而Lordan等人（2018b）的另一项研究表明，蜜脆的盈亏平衡时间比麦金托什短。Badiu等人（2015年）观察到高密度种植的投资回收期与我们的结果相似。同样，Hassan等人（2020b）报告称，高密度种植的投资回收期为5年，而印度和意大利传统密度种植的投资回收期为11-12年。在新西兰，Cahn和Goedegebure（1992年）得出结论认为，较高的树木密度更有利于长期盈利和较早实现盈亏平衡。在砧木中，无论采用哪种系统或栽培品种，G.11的盈亏平衡年限都是最短的。在各种系统中，高纺锤形的盈亏平衡年最短，这与其他研究（Lordan等人，2018b；2019年）相似，表明了这种高密度系统的商业价值。

图5.纽约州德雷塞尔农场不同时间点内每个品种（富士和嘎啦）和三个系统（1280树、2240树、3280树）的植树密度和累积净现值（NPV）的二次回归。 我们的敏感性分析表明，在影响果园长期盈利能力的经济参数中，果实价格和产量比其他因素重要得多，这与新西兰的Cahn等人（1996年）和斯洛伐克的Ucar等人2016年的研究结果一致。果实的质量会极大地影响果实的价格和上市份额，而果实的质量又会受到砧木选择的影响，蜜脆的砧木诱发苦痘病就是一个例子（Islam等人，2022年）。对于单个种植者来说，价格和产量并无关联，但对于整个苹果产业来说，由于供求关系的影响，产量和价格是相互关联的。因此，某一栽培品种的所有种植者提高产量可能会导致价格和利润下降。然而，就单个种植者而言，种植新果园的投资决策受预期价格和预期产量的影响最大。Bravin等人（2009年）得出结论，水果价格和产量是成功的决定性起点。与我们的研究类似，Lordan等人（2018b）报告说，影响果园净现值的最重要变量是水果价格和产量。同样，Hassan等人（2020a）也得出结论，每公顷产量是评估农作物绩效的最重要参数之一。Ekinci等人（2020）的研究也表明，水果价格和产量对果园盈利能力的影响最大。在我们的研究中，栽培品种富士（果实价格最低）比嘎啦或蜜脆对果实价格和产量更敏感。我们的研究结果还表明，砧木之间对价格和产量变化的敏感度小于栽培品种之间。 图6.新范德瓦勒农场不同时间点内每个品种（嘎啦和蜜脆）和三个砧木（M.9、G41和G.16）（1280树、2240树、3280）的二次回归。 中等重要的是贴现率。贴现率的巨大影响是由于它适用于果园20年内每年的利润。我们的结果表明，当贴现率提高时，果园的盈利能力显著降低。与Gala和蜜脆相比，富士的盈利能力对贴现率更高。Robison等人(2007a，b）和加利纳托和加拉多（2020）也显示了贴现率对盈利能力的巨大影响。
劳动力成本对净现值有很大影响，但其重要性远远低于水果价格、产量和贴现率。Reig等人的研究表明，高密度系统的劳动力成本高于低密度系统，但从投资角度来看，高密度系统增加的产量大大抵消了增加的劳动力成本。Lordan等人（2019年）还发现，劳动力成本对累积净现值有显著影响，因为在果园的生命周期中，每年的总收入都要计入劳动力成本。树木成本和土地成本的重要性要低得多。Robinson等人（2007a,b）也报告说，土地和树木价格对高密度果园的盈利能力有显著但微小的影响。这些因素只出现在果园运营的第一年，因此可以预计它们对净现值的总体影响不大。累积净现值对树木价格的敏感度较低，这为在不考虑成本的情况下扩大使用不同砧木提供了机会。

结论

栽培品种的选择对利润影响很大，因为栽培品种的果实价格是影响利润的最重要因素。蜜脆等果实价格高的栽培品种，投资风险较小，因为盈亏平衡时间较短。同样，在矮化砧木上高密度种植高纺锤形系统（树木密度约为3000棵/公顷）的风险也较小，因为盈亏平衡时间较短。由于收回投资的年限较短，种植者可以灵活应对栽培品种需求的变化。低密度种植需要的初始投资较少，看似风险较小，因为投入的资金较少，但产量较低，达到盈亏平衡的年份较晚，因此实际上比高密度种植风险更大。从实际角度来看，我们的研究表明，新果园最有利可图的选择是在5种矮化高效砧木中的任何一种上种植3230棵/公顷的高纺锤形。