北疆平原荒漠区粮草轮作模式经济效益分析

2021-09-17张荟荟张学洲阿斯娅曼力克梁维维李学森靳俊鹏

草地学报 2021年5期

张荟荟，张学洲，阿斯娅·曼力克，梁维维，朱昊，王璐，李学森，靳俊鹏

(新疆畜牧科学院草业研究所，新疆乌鲁木齐 830000)

粮食安全是关系国计民生的重大国家战略。自2004年到2015年的12年间，我国粮食产量实现了“十二连增”，但其收益增幅却很小[1]。这意味着粮食增产的代价是高额的生产成本和资源环境的严重透支。化肥和农药的过量使用带来的粮食安全隐患已不容忽视。另外，随着人民生活水平不断提高，居民膳食结构发生巨大变化，饲料粮的短缺，尤其是蛋白质饲料的短缺，也已逐渐成为我国粮食安全面临的主要问题[2]。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)作为全世界广泛栽培的豆科牧草，品质优良，素有“牧草之王”之称。紫花苜蓿具有耐干旱、耐盐碱、耐瘠薄和高效固氮等特性[3-4]，且能为家畜生产提供丰富的蛋白质，促进家畜产业的发展，从而满足居民膳食结构改变的需要[2]。因此，为了确保国家粮食安全，将苜蓿引入粮食作物耕作系统中，实行粮草轮作，“藏粮于草”，发展草地农业成为中国农业发展的必由之路[5]。目前草田轮作研究主要集中在轮作增产潜力[6]、轮作模式[7]及轮作对土壤影响[8-10]等方面。大量研究表明，草田轮作可提高作物产量和改善土壤肥力，实现土地可持续生产[11-12]，是解决当前饲草饲料短缺和提高整个农业系统生产效率的重要举措[13]。实行粮草轮作，比单一种植粮食作物可获得更高的生态效益和经济效益[14]。袁宝财等[15]研究发现将苜蓿引入草田轮作系统，苜蓿后茬作物产量通常都有明显提高，一般增产20%～30%，低产田可增产1倍以上的产量；在甘肃省临夏县北塬灌区，实行草田轮作后，豆科饲草茬地对春小麦(Triticumaestivum)增产效果显著，在施肥量相同的情况下，紫花苜蓿茬地和复种箭筈豌豆(Viciasativa)茬地的小麦分别增产14.06%和11.96%[6]；董建江等[16]对4种典型耕作模式下土壤理化性状及经济效益进行综合分析，认为轮作可以维护土壤肥力，促进农业增产增收。

自1963年起，新疆生产建设兵团已开始研究八区、六区草田轮作模式，将苜蓿、绿肥和草木樨(Melilotussuaveolens)引入粮食作物耕作系统中，增加了土壤有机质和氮素含量，作物产量稳步上升，经济效益显著，并成功研制出了苜蓿-小麦等粮食作物的轮作模式[17-18]。在当前北疆平原荒漠区灌溉方式及田间管理背景下有关苜蓿-小麦轮作下其粮草效益分析的研究较少。北疆平原荒漠灌溉区的耕地为典型的中低产田，生态环境脆弱，加之近年来掠夺式开荒种植，地下水位持续下降，农药化肥和地膜的大规模应用加剧了土壤的污染。此时对种植结构进行调整，将紫花苜蓿引入现有的耕作系统，有利于提高土地的生产效率，增加土壤肥力，遏制环境污染[2]。因此，本研究以位于北疆平原荒漠区的呼图壁核心试验区为研究对象，通过连续5年跟踪调查，对比分析试验区不同轮作模式下苜蓿-小麦产量、投入和收益的动态变化，以期为大型企业或农牧民推广种植粮草轮作模式提供参考，也为保障国家粮食安全和生态文明建设提供重要支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地位于新疆呼图壁县国家农业部旱生牧草种子基地，地理坐标为44°14′08.47″ N，86°37′41.32″ E，海拔高度为495 m，年平均气温为6.7℃，年平均气温为6.7℃，1月和7月份的平均气温分别为—16.9℃和25.6℃，无霜期170 d，≥10℃积温3 881℃，年平均降水量167 mm，年平均蒸发量为2 361.1 mm；土壤类型为灰棕色荒漠土，有机质含量为7.0 g·kg-1，全氮含量为0.54 g·kg-1，全磷含量为1.01 g·kg-1，全钾含量为2.1%，水解性氮含量为57.2 mg·kg-1，有效磷含量为14.0 mg·kg-1，速效钾含量为478 mg·kg-1，pH值8.8，全盐含量为3.2 g·kg-1，土壤呈碱性，轻度盐渍化，地势较平坦。

1.2 试验材料

试验苜蓿品种为‘WL343HQ’，来自北京正道公司。小麦品种为‘新冬22号’，为当地主推品种。

1.3 试验设计

试验设置两种耕作模式：模式A为苜蓿第3茬后翻耕(2014年)→当年冬小麦(2014年)→次年秋播冬小麦(2015年)→连续秋播冬小麦(2016年)→秋季小麦收获后种植苜蓿(2017年)→苜蓿(2018年)，2014年苜蓿收获3茬，2018年收获4茬；模式B为小麦收获后翻耕种植苜蓿(2014年)→连续种植苜蓿(2015—2018年)，2015—2017年收获4茬苜蓿，2014年和2018年收获3茬苜蓿。模式A和模式B试验区面积均为7 hm2，苜蓿播量27 kg·hm-2(包衣种子)，行距20 cm，灌溉方式为浅埋式滴灌，毛管铺设间距60 cm，埋深8～10 cm，小麦播种量480 kg·hm-2，地表滴灌。小麦和苜蓿播种时均施入底肥粒状重过磷酸钙(总磷≥46%)300 kg·hm-2，小麦追肥尿素(总氮≥46.4%)300 kg·hm-2，除模式A中2018年苜蓿追肥磷酸一铵(N+P2O5+K2O≥61%)90 kg·hm-2，其余生长期内均未追肥。

1.4 测定项目和方法

1.4.1产量及成本收益计算小麦成熟期收获1次，一般苜蓿每年收获4茬，但倒茬种植冬小麦的当年苜蓿收获3茬，现蕾或初花期进行刈割，粮草产量以每年出售的实际过磅数为准，按小麦和苜蓿市场价平均值和实际补贴计算产值和利润，公式如下[19]:

利润=总收入-总成本

产投比=总收入/总成本×100%

成本利润率=利润/总成本×100%

按照呼图壁基地实际支出统计成本，主要包括种子费、肥料费、整地费、播种费、材料费、安装费、电费、水资源费、人工费、收割打捆费和拉运装卸费等19项，无地租费。

1.4.2数据统计利用WPS 2019表格处理软件对两种模式下生产成本、粮草产量和经济效益等数据进行整理与统计分析，列表比较数据均值。

2 结果与分析

2.1 两种种植模式总成本分析

对不同种植模式下苜蓿和小麦的生产成本进行比较，结果显示，两种种植模式下5年的总成本中，模式A的种植成本相对较大，为60 740 元·hm-2，模式B为46 377 元·hm-2，模式A较B高出30.97%。这主要是因为种植小麦年投入成本高，每年投入12 748 元·hm-2以上，而种植苜蓿，除第1年成本较高外，剩余年份其投入相对较低，在5 949 元·hm-2以下，年均投入成本为小麦的65.95%(表1)。由两种模式下的施肥成本可看出，种植小麦每年的肥料成本为2 100 元·hm-2左右，而苜蓿基本上只施入底肥。

2.2 两种模式下粮草产量与收入分析

从两种轮作模式下作物产量及收入来看(表2)，模式A中，秋季老苜蓿地翻耕后种植冬小麦，次年其籽粒产量最高，前两年均产可达7 875 kg·hm-2，连作第3年产量出现降低，当年秋季倒茬种植苜蓿，次年(2018年)苜蓿产量可达到18 000 kg·hm-2；模式B中，秋季在冬小麦收获后倒茬种植苜蓿，连作4年，苜蓿产量逐年降低，年均干草产量为14 438 kg·hm-2，其中2014年小麦籽粒产量较低，主要是由于该地块为低产田，前茬一直多年连作小麦。

从两种模式下的粮草收益来看(表2)，粮草种植过程中其总收入由作物收入和补贴两部分构成，模式A中5年总收入为99 708 元·hm-2，粮草收入为87 048 元·hm-2，其中种植冬小麦的补贴较高，在3 500 元·hm-2以上，占当年收入的16.50%左右；而模式B中5年总收入92 637 元·hm-2，粮草收入为84 822 元·hm-2，其苜蓿的补贴相对较低，为1 500 元·hm-2，占当年收入的7.00%～10.00%，随着苜蓿连作年限的延长，产值逐渐降低。综合比较两种模式下5年的总收入还可看出，模式A略高于B，但差距不大。从粮草的价格上可以看出，北疆地区苜蓿的市场价格较全国水平总体偏低，在很大程度上影响了农牧民的收入，而小麦作为人类的口粮，价格相对稳定，其收入随籽粒产量呈现上下波动。

表2 两种轮作模式下粮草产量及收入分析

2.3 两种模式下粮草经济效益分析

对比分析两种模式下经济效益(表3)发现，模式A的5年总利润为38 968 元·hm-2，年均收益7 794 元·hm-2，其中2015—2017年连作3年冬小麦，粮草年均总利润为9 653 元·hm-2，前两年籽粒收入较高，年均粮草利润可达6 414 元·hm-2；模式B的5年总利润为46 260 元·hm-2，年均收益9 252 元·hm-2，两种模式下总利润相差7 292 元·hm-2，当除去补贴后，模式B下粮草年均利润较模式A高出46%。

由投入产出比的分析可知(表3)，模式B的年均总投入产出比为239%，高于模式A，主要是由于两模式中苜蓿和小麦轮作年限不同，收益差距较大。除此之外，发现模式A中连作3年小麦(2015—2017年)的年均粮草产投比为146%，模式B中连作4年苜蓿(2015—2018年)的年均粮草产投比为242%，说明种植小麦的投入成本高，产出少，而苜蓿除第1年投入资金较多外，其余年份均为低成本高产出。成本利润率的分析表明，模式B的年均总成本利润率和粮草成本利润率分别为139%和118%，基本上是模式A的2倍多。另外，连作3年小麦和4年苜蓿的年均粮草成本利润率分别为46%和142%，二者相差3倍，这也再次验证了种植苜蓿的利润明显高于小麦，因此，将紫花苜蓿纳入粮食耕作系统，不仅可以提高土地生产效率，填补蛋白质饲料短缺的缺口，还有助于增加收入[2]。

表3 两种种植模式经济效益分析

3 讨论

不同地区选择不同的连作或轮作模式，决定该地区的种植总成本与最终收获的产量[19]，苜蓿-小麦粮草轮作常见于新疆北疆地区。研究发现，在滴灌条件下，每年种植冬小麦的投入成本相对较为稳定，为12 883 元·hm-2，而种植苜蓿除第1年投入成本较高外，其余年份较低，苜蓿轮作4年的年均投入成本为8 407 元·hm-2，较冬小麦种植成本减少4 476 元·hm-2，主要是因为在核心试验区苜蓿后期管理过程中仅需投入电费、水资源费、人工费、收割费和打捆费等成本，且苜蓿自身具有固氮作用，可向土壤中提供氮素营养，减少了尿素的施入量[20]，而在农牧民种植过程所投入的水资源费和人工费会相应减少，成本自然也会再次降低。因此，在小麦耕作系统中引入低成本的苜蓿可降低轮作的成本，减少化肥的施入量，有利于提高农牧民的经济效益[18]。

众多学者的研究实践证明苜蓿田轮作小麦种植模式对后茬作物小麦产量及生理指标有明显的促进作用[7]。在山西运城地区，苜蓿后作的小麦增产66.9%；陕西关中地区，苜蓿后茬小麦可连续增产3年，增产幅度30%～50%[21]；赵丰等[18]对新疆六区草田轮作制的研究发现，草田轮作区经过一个轮作周期，作物产量大幅度提高，小麦平均产量比对照农田可增产37.74%。本研究结果表明，苜蓿—小麦轮作模式中，在前茬老苜蓿地翻耕种植冬小麦后，次年其籽粒产量最高，前两年均产可达7 875 kg·hm-2，较低产田小麦连作增产25%，这与前人研究结论一致[22]。苜蓿-小麦轮作除了能增产，还能显著影响土壤微生物组成，降低自毒物质含量，有效改善土壤环境，且轮作2年小麦对土壤的解毒效果更为明显[9]。在小麦—苜蓿轮作模式研究中，冬小麦收获后倒茬连作4年苜蓿，其干草产量逐年降低，年均值为14 438 kg·hm-2，第4年产量较第一年减产35%，主要是因为地下铺设的滴灌带遭到车辆碾压和老鼠啃食等破坏，田间灌水的均匀度大幅度下降，致使苜蓿减产，因此，在北疆平原荒漠灌区的苜蓿-小麦轮作过程中，苜蓿的利用年限不能太长，3～4年较为适宜。

粮草的投入成本、产量和价格是决定轮作模式经济效益的关键因素[23]。两种轮作模式下经济效益的分析结果表明，苜蓿—小麦—小麦—小麦—苜蓿的种植模式下5年的总利润为38 968 元·hm-2，年均收益7 794 元·hm-2，而小麦—苜蓿—苜蓿—苜蓿—苜蓿种植模式下，5年总利润为46 260 元·hm-2，年均收益9 252 元·hm-2，两种模式下总利润相差7 292 元·hm-2，说明在粮草轮作过程中，适当延长苜蓿的种植时间可增加农牧民的收入，朱志明[20]等学者也认为加强苜蓿草场的管理，延长其利用时间，是进一步降低生产成本的关键。研究还发现，当去除粮草补贴后，老苜蓿地倒茬种植小麦的前2年粮食年均利润可达6 414 元·hm-2，成本利润率在46%以上，而小麦倒茬轮作3～4年苜蓿的干草年均利润为9 050 元·hm-2，成本利润率为140%左右，且种植苜蓿的粮草产投比是小麦的3倍，这也再次证实了种植小麦为高投入，低产出类型，而苜蓿除第一年投入资金较多外，其余年份均为低成本高产出，这与赵丰等[18]的研究结果一致，因此将苜蓿引入粮食耕作系统中，可直接提高轮作的利润，解决蛋白质饲料短缺的问题。但由于近年来，新疆苜蓿价格一直维持在1.2元左右，较全国水平总体偏低，致使农牧民种草的积极性不高。