輪作對黑土區作物產量及土壤理化性質的影響

王 娜 王 璐 宋昌海 楊會娜 肖 健 焦玉光

（呼倫貝爾市農牧技術推廣中心 內蒙古 呼倫貝爾 021008）

輪作是一種用地養地相結合的種植模式，有利于均衡利用土壤養分，防止病、蟲、草害發生，改善土壤的理化性狀，調節土壤肥力[1-3]。發展作物輪作是大興安嶺南麓地區黑土地保護的重要措施之一，《東北黑土地保護規劃綱要（2017-2030年）》明確要求在內蒙古北部冷涼區，適度壓縮籽粒玉米的種植規模，推廣玉米與大豆輪作，調整優化結構。相關研究表明，較玉米連作，玉米—大豆輪作可以提高黑土層有機質含量，有利于黑土地保護，增加玉米和大豆產量[4-5]。大興安嶺南麓地區為國家東北黑土地保護示范區，是我國重要的大豆生產基地，大豆為該地區的主栽作物。但隨著現代高效作物生產手段的使用和作物經濟效益的驅動，2005年以后，玉米種植面積不斷擴大，大豆面積縮減，在2005-2015年的10年間玉米面積增加了41.63萬hm2，增幅275.73%，大豆面積減少了28.10萬hm2，減幅37.86%，豆科作物輪作的作用受到了削弱[6-7]。前期已開展的研究大都是在不同耕作方式、不同肥料水平下設置試驗處理，研究輪作對作物產量和土壤養分含量的影響[8-11]，實際農業生產中輪作對作物產量和土壤養分的影響，尚未見報道。在農業生產過程中，農戶采用的耕作措施、施肥量均與試驗處理中不同。本文作者利用耕地提升項目在大興安嶺南麓地區設置的定位監測點，進行大豆—玉米不同輪作模式下作物產量及土壤理化性質的研究，明確實際農業生產中輪作對作物產量和土壤理化性質的影響。

1 材料與方法

結合耕地質量提升項目，利用該項目在扎蘭屯市、阿榮旗、莫力達瓦自治旗3個旗（市）布設的1 310個定位監測點，進行大豆—玉米輪作效應研究。該3個旗（市）為東北黑土地保護利用項目區，推廣使用測土配方施肥、秸稈還田、保護性耕作、配施有機肥等技術多年，已形成相對成熟的種植模式。通過整理分析2017-2020年監測點的田間數據和土壤樣品分析數據，并利用SPSS 19.0統計分析不同種植模式下2020年大豆、玉米產量，以及2017年與2020年土壤pH、全氮、有效磷和速效鉀含量。

2 結果與分析

2.1 不同輪作模式下大豆產量

由圖1可知，2020年不同輪作模式下大豆產量依次為玉米—玉米—玉米—大豆（2 262.87 kg/hm2）>玉米—大豆（2 077.81 kg/hm2）>大豆—玉米—玉米—大豆（2 058.71 kg/hm2）>大豆連作（1 877.06 kg/hm2）。其中，玉米—玉米—玉米—大豆輪作模式下大豆產量顯著高于其他輪作模式，大豆連作模式下大豆產量顯著低于其他輪作模式，玉米—大豆與大豆—玉米—玉米—大豆輪作模式下大豆產量差異不顯著。

圖1 不同輪作模式下大豆產量

2.2 不同輪作模式下玉米產量

由圖2可知，2020年不同輪作模式下玉米產量依次為大豆—大豆—大豆—玉米（7 903.23 kg/hm2）>玉米—大豆—大豆—玉米（7 691.19 kg/hm2）>大豆—玉米（7 518.79 kg/hm2）>玉米連作（6 941.61 kg/hm2）。其中，玉米4年連作模式下玉米產量顯著低于其他輪作模式，大豆—大豆—大豆—玉米輪作模式下玉米產量顯著高于其他模式，玉米—大豆—大豆—玉米與大豆—玉米2種輪作模式下玉米產量差異不顯著。

圖2 不同輪作模式下玉米產量

2.3 不同輪作模式下土壤pH

統計分析2017-2020年不同輪作模式下土壤pH變化（圖3），結果表明，不同輪作模式下土壤pH均升高，上升幅度依次為S4（0.37）>C2S2（0.36）>C3S1（0.35）>C1S3（0.34）>C4（0.30），土壤pH變化差異不明顯。

圖3 不同輪作模式下土壤pH

2.4 不同輪作模式下土壤全氮含量

統計分析2017-2020年不同輪作模式下土壤全氮含量變化（圖4），結果表明，不同輪作模式下土壤全氮含量均下降，下降幅度依次為C1S3（15.50%）>S4（14.26%）>C2S2（7.74%）>C3S1（4.41%）>C4（2.06%）。

圖4 不同輪作模式下土壤全氮含量

2.5 不同輪作模式下土壤有效磷含量

統計分析2017-2020年不同輪作模式下土壤有效磷含量變化（圖5），結果表明，不同輪作模式下土壤有效磷含量均上升，上升幅度依次為C4（39.02%）>C3S1（19.20%）>C1S3（18.22%）>C2S2（16.85%）>S4（16.36%）。

圖5 不同輪作模式下土壤有效磷含量

2.6 不同輪作模式下土壤速效鉀含量

統計分析2017-2020年不同輪作模式下土壤速效鉀含量變化（圖6），結果表明，不同輪作模式下土壤速效鉀含量變化不同，C4、C3S1、C2S2這3種輪作模式下土壤速效鉀含量上升，分別上升了20.35%、8.51%、4.49%，C1S3、S4這2種輪作模式下土壤速效鉀含量下降，分別下降了4.54%、4.63%。

圖6 不同輪作模式下土壤速效鉀含量

3 討論

3.1 不同輪作模式對作物產量的影響

輪作有利于均衡利用土壤養分，增加作物產量。玉米—大豆輪作可利用大豆的固氮作用，為下茬作物玉米提供氮素營養；玉米收獲后創造的土壤環境有利于促進大豆的生物固氮[12]，能夠互促增產，提高作物產量和品質。有研究表明，在豆科與禾本科作物輪作體系中，與玉米和大豆連作相比，玉米—大豆輪作下玉米和大豆產量分別增加1.0 t/hm2和0.4 t/hm2[5]。本試驗結果與前人的研究一致，大豆、玉米產量均在連作模式下最低，且前茬作物連作年限影響輪作的作物產量，前茬連作年限長，輪作作物產量高。農業生產中，農民在多年種植大豆后，倒茬種植玉米地塊往往會加大化肥和有機肥施用量，以彌補大豆生產期被帶走的土壤養分，因此玉米產量增加。有研究表明，長期使用化肥條件下，玉米連作多年，土壤肥力下降不明顯[13]。本研究中玉米連作土壤全氮含量小幅減少，磷、鉀含量增加，磷可促進大豆營養體和生殖器官的生長發育，鉀可增加大豆莢數、百粒重，促進大豆高產。玉米連作多年后土壤環境利于大豆生長，大豆產量增加明顯。

大豆、玉米多年連作后，產量下降明顯。這是由于連作加重病蟲害發生，土壤營養元素不均衡，土壤微生物菌群失衡導致作物生長環境惡劣，作物產量下降。

3.2 不同輪作模式對土壤理化性質的影響

劉株秀等[14]通過長期定位試驗發現，大豆長期連作下，土壤pH、全碳、全氮、速效氮、速效鉀含量增加，土壤養分含量和多樣性指數升高，這與本試驗結果不一致。大豆連作模式下，土壤全氮含量大幅下降，速效鉀含量小幅下降，有效磷含量增加。這可能與當地農民種植習慣有關，試驗田一般采用測土配方施肥，足量均衡施肥以滿足生長需要，而農業生產中農民往往根據收益進行投入。大豆單產與玉米相比較低，大豆單產增加也不如玉米明顯，且玉米大豆價格比不合理導致大豆收益少于玉米，大豆種植期農民投入積極性不高，施肥量不足甚至不施肥，土壤養分含量下降；玉米相對大豆收益高，采用合理耕作措施和施用足量肥料后，玉米增產明顯，農民投入積極性高，在長期施用有機肥和化肥的條件下，土壤養分下降不明顯。

王洋等[15]對德惠市12個鄉鎮長期連作玉米的黑土進行采樣分析化驗，結果表明，由于根茬還田，長期連作玉米黑土地力沒有下降，黑土農田肥力較高，保肥、耐肥能力強。2000年，全國農業技術推廣中心分析了東北地區10年的土壤監測數據，發現在常規施肥和管理水平下，玉米連作土壤有機質和全氮基本穩定，有效磷呈上升趨勢，堿解氮和速效鉀下降趨勢明顯，大豆—玉米輪作模式下土壤養分呈下降趨勢，主要原因是施肥量的影響，表現出的農田養分平衡狀況是磷有余而鉀不足。本地區通過多年實施測土配方施肥、玉米秸稈還田、有機肥配施綜合技術，磷、鉀肥整體用量較高，土壤全氮含量保持平衡，土壤磷、鉀含量增加。

4 結論

（1）長期連作下作物產量明顯下降，大豆—玉米輪作模式作物產量提高，不同輪作模式下增產效果不同。

（2）不同作物種植模式，土壤理化性質變化不同，大豆長期連作下土壤養分含量明顯下降，玉米—大豆輪作模式土壤養分含量小幅下降，玉米長期連作下土壤養分含量基本無變化。