秸秆还田条件下玉米-高粱（玉米）-大豆轮作的产量与效益分析

盖志佳 刘婧琦 蔡丽君 杜佳兴 谷 维 张敬涛 吴俊江

（1 黑龙江省农业科学院博士后科研工作站，哈尔滨 150086；2 黑龙江省农业科学院佳木斯分院，佳木斯154007；3 黑龙江省农业科学院植物保护研究所，哈尔滨150086；4 黑龙江省农业科学院大豆研究所/农业农村部大豆栽培重点实验室，哈尔滨 150086）

黑龙江省是我国重要的商品粮基地，粮食总产实现十二连增，突破600 亿kg，为保障国家粮食安全作出了巨大贡献。但不能否认近年来黑龙江省粮食的大幅度增长是以扩大种植面积和连续种植高产作物实现的。受政策和市场的影响，黑龙江省的轮作体系在不断变化中，轮作形式主要经历了20 世纪50、60 年代的主谷式轮作——以大豆为中心的轮作方式；20 世纪70 年代以大豆为中心的轮作方式被打破，轮作体系受到作物布局的冲击而变得不稳定。在作物布局和作物结构变化上，以绥化为界，小麦、大豆北移情况更加明朗，20 世纪60 年代至70年代，由于玉米双交种和单交种先后被广泛采用，单位面积产量提高，作物构成逐渐发生变化，即玉米播种面积逐渐增加，高粱、谷子逐渐减少。20 世纪80年代以后主产区玉米和大豆重迎茬加剧，造成大豆重迎茬的主要原因是市场价格拉力作用，同时期水稻面积也快速增加。20世纪90年代后，大量以水稻、玉米、大豆种植为主的种植方式在原有的以玉米和小麦种植为主的地区出现，同时以水稻种植为主地区的面积显著扩大，这一变化趋势表明在某种原因的影响之下，喜暖的作物开始了北移的过程。2000年以后，水稻、玉米、大豆种植面积进一步扩大，小麦面积进一步萎缩，仅在大兴安岭地区以小麦种植为主。到2015 年黑龙江省玉米、大豆、水稻3 种作物占农作物的播种面积超过了90%。以大豆为主的轮作体系被打破，当前是主栽作物产区玉米连作或大豆连作或水稻连作与一些地区各种轮作共存的局面，新的较合理的轮作体系有待进一步完善。黑龙江省北部地区是本省大豆主产区，大豆连作现象十分突出，大豆对连作反应十分敏感，连作减产明显，连作时间越长大豆减产越明显[1-2]。玉米是调剂茬口，在轮作制中占有重要地位。由于近年来对其需求增多，导致玉米种植比例迅速扩大，连作现象明显。虽然玉米具备一定耐连作能力，但应该注意，玉米过度集中种植其抗灾能力下降，加上耕作管理不当，引起土壤有机质快速消耗，土壤肥力降低，土壤侵蚀加剧，病虫害严重，产量降低。

当前，农民只注重当年作物收益，忽视长远作物生产总收益。鉴于此，本试验以连作大豆和连作玉米为对照，对玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆两种轮作模式的产量与经济效益进行分析，为今后采取合适的轮作模式提供依据，为农业持续发展提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况本试验于2017-2019 年在黑龙江省农业科学院佳木斯分院实验基地进行（46°47′N，130°24′E），试验所在地属于寒温带大陆性季风气候，雨热同期，无霜期为130d 左右，≥10℃活动积温为2500℃左右，年平均降雨量为500mm。土壤类型为草甸黑土，肥力均匀。

1.2 试验设计试验采用大区对比法设计，设置玉米-玉米-大豆、玉米-高粱-大豆、连作玉米、连作大豆4 种轮作模式。试验小区均为12 行区，行长20m，小区面积163.2m2。2017 年建立轮作区，前茬作物为大豆，2017-2019 年的品种选择、种植方式、施肥方式、秸秆处理、播种、收获等信息见表1。

表1 2017-2019 年的品种选择、耕作方式、播种、收获等信息

1.3 测定项目大豆、玉米、高粱产量测定方法为每个处理取3 点，每点2m2，按标准水分计算产量；每个处理取3 点，每点连续取5 株，室内考种测定株（穗）粒重、百粒重。经济效益分析：详细计算投入成本，包括地租、种子、化肥、农药、整地、播种、田间管理、收获以及其他投入，最后计算总投入（成本核算以当地生产田为准），并统计经济收入，计算经济效益。

2 结果与分析

2.1 轮作方式对作物产量及产量构成因子的影响2017 年是轮作模式研究的第1 年，前茬作物为大豆。方差分析表明，玉米-玉米-大豆、玉米-高粱-大豆、连作玉米中玉米籽粒产量、百粒重以及穗粒重差异不显著（表2）。2018 年为轮作模式研究的第2年，玉米-玉米-大豆与连作玉米中玉米籽粒产量、百粒重以及穗粒重差异不显著。对比分析发现，2018 年连作大豆产量比2017 年连作大豆产量低175.20kg/hm2，减产率为6.51%。

表2 轮作方式对作物产量及产量构成因子的影响

2019 年为轮作模式研究的第3 年。方差分析显示，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆、连作大豆中的大豆株粒重以及籽粒产量差异达到显著水平，且玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆模式中大豆籽粒产量显著高于连作大豆籽粒产量。通过计算发现，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆中大豆籽粒产量较连作大豆籽粒产量分别增加23.88%和17.55%，这说明玉米-高粱-大豆比玉米-玉米-大豆轮作模式更有利于大豆籽粒产量的增加。

2.2 不同轮作模式的投入、产出及经济效益分析从表3 可知，3 年连作玉米田间作业成本最高为5740 元/hm2，3 年连作大豆田间作业成本最低为4890 元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式的田间作业总成本处于中间水平，连作玉米田间作业成本高主要是由于玉米收获费用高于高粱和大豆。3 年连作玉米农资成本最高为7800 元/hm2，3 年连作大豆农资成本最低为3830元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式的农资成本处于中间水平，连作玉米农资成本高主要是由于化肥和玉米种子费用要明显高于高粱和大豆。3 年连作玉米总成本最高为34540 元/hm2，3 年连作大豆总成本最低为29720元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式的农资成本处于中间水平。不同轮作模式的总收益按照作物产量与当年谷物单价计算而来，玉米-高粱-大豆轮作模式3 年总收益最高为37547 元/hm2，玉米-玉米-大豆和3 年连作玉米差异不明显，3 年连作大豆总收益最低为28171元/hm2。玉米-高粱-大豆轮作模式3 年净收益最高为5287 元/hm2，玉米-玉米-大豆收益为2163元/hm2，3年连作玉米净收益为1154 元/hm2，3 年连作大豆净收益为-1549 元/hm2。通过计算发现，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式年净收益比连作玉米分别增效1378 元/hm2和336元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式年净收益比连作大豆分别增效2279 元/hm2和1237 元/hm2。

表3 2017-2019 年轮作模式的投入、产出及经济效益分析 （元/hm2）

3 结论与讨论

黑龙江省是我国重要的商品粮基地和国家粮食安全的压仓石[3]。当前存在的问题是黑龙江省部分地区连作玉米、黑龙江北部冷凉区连作大豆问题尤为突出，严重制约了黑龙江农业持续发展，不利于黑龙江省粮食稳产以及国家粮食安全。对农民而言，作物效益是否采取轮作起到决定性的因素，合理轮作是一项长期的行之有效的管理措施，对改善和平衡作物生长发育的养分以及促进作物生长和高产尤为重要，实行合理轮作有利于实现农机、化肥、农药等生产资源有机配合，并形成一套高产增收的轮作技术体系[4]。本研究结果显示，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆轮作模式中大豆籽粒产量较连作大豆籽粒产量分别增加23.88%和17.55%；玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式年净收益比连作玉米分别增效1377 元/hm2和336元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆轮作模式年净收益比连作大豆分别增效2279 元/hm2和1237 元/hm2。因此，从长远经济效益来看，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆比连作玉米和连作大豆增收明显，符合农民利益，同时也有利于建立合理的农业种植结构。但是，当前黑龙江省高粱种植面积较少，无法充分实现玉米-高粱-大豆轮作模式，只能进行玉米-玉米-大豆轮作种植模式。为提高玉米-高粱-大豆轮作模式的应用面积，直接有效的方法是提高高粱种植面积；间接办法是增加高粱加工企业（酒厂）的数量，减费降税，激发企业活力，实现高粱订单生产，进而增加高粱种植面积。此外，应培育适宜黑龙江省北部区域早熟玉米和高粱品种，打破黑龙江冷凉区连作大豆障碍，实现合理轮作。