轮作对黑土区作物产量及土壤理化性质的影响

2022-09-21宋昌海杨会娜焦玉光

农业科技通讯 2022年9期

王娜王璐宋昌海杨会娜肖健焦玉光

（呼伦贝尔市农牧技术推广中心内蒙古呼伦贝尔 021008）

轮作是一种用地养地相结合的种植模式，有利于均衡利用土壤养分，防止病、虫、草害发生，改善土壤的理化性状，调节土壤肥力[1-3]。发展作物轮作是大兴安岭南麓地区黑土地保护的重要措施之一，《东北黑土地保护规划纲要（2017-2030年）》明确要求在内蒙古北部冷凉区，适度压缩籽粒玉米的种植规模，推广玉米与大豆轮作，调整优化结构。相关研究表明，较玉米连作，玉米—大豆轮作可以提高黑土层有机质含量，有利于黑土地保护，增加玉米和大豆产量[4-5]。大兴安岭南麓地区为国家东北黑土地保护示范区，是我国重要的大豆生产基地，大豆为该地区的主栽作物。但随着现代高效作物生产手段的使用和作物经济效益的驱动，2005年以后，玉米种植面积不断扩大，大豆面积缩减，在2005-2015年的10年间玉米面积增加了41.63万hm2，增幅275.73%，大豆面积减少了28.10万hm2，减幅37.86%，豆科作物轮作的作用受到了削弱[6-7]。前期已开展的研究大都是在不同耕作方式、不同肥料水平下设置试验处理，研究轮作对作物产量和土壤养分含量的影响[8-11]，实际农业生产中轮作对作物产量和土壤养分的影响，尚未见报道。在农业生产过程中，农户采用的耕作措施、施肥量均与试验处理中不同。本文作者利用耕地提升项目在大兴安岭南麓地区设置的定位监测点，进行大豆—玉米不同轮作模式下作物产量及土壤理化性质的研究，明确实际农业生产中轮作对作物产量和土壤理化性质的影响。

1 材料与方法

结合耕地质量提升项目，利用该项目在扎兰屯市、阿荣旗、莫力达瓦自治旗3个旗（市）布设的1 310个定位监测点，进行大豆—玉米轮作效应研究。该3个旗（市）为东北黑土地保护利用项目区，推广使用测土配方施肥、秸秆还田、保护性耕作、配施有机肥等技术多年，已形成相对成熟的种植模式。通过整理分析2017-2020年监测点的田间数据和土壤样品分析数据，并利用SPSS 19.0统计分析不同种植模式下2020年大豆、玉米产量，以及2017年与2020年土壤pH、全氮、有效磷和速效钾含量。

2 结果与分析

2.1 不同轮作模式下大豆产量

由图1可知，2020年不同轮作模式下大豆产量依次为玉米—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）>大豆连作（1 877.06 kg/hm2）。其中，玉米—玉米—玉米—大豆轮作模式下大豆产量显著高于其他轮作模式，大豆连作模式下大豆产量显著低于其他轮作模式，玉米—大豆与大豆—玉米—玉米—大豆轮作模式下大豆产量差异不显著。

图1 不同轮作模式下大豆产量

2.2 不同轮作模式下玉米产量

由图2可知，2020年不同轮作模式下玉米产量依次为大豆—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）>玉米连作（6 941.61 kg/hm2）。其中，玉米4年连作模式下玉米产量显著低于其他轮作模式，大豆—大豆—大豆—玉米轮作模式下玉米产量显著高于其他模式，玉米—大豆—大豆—玉米与大豆—玉米2种轮作模式下玉米产量差异不显著。

图2 不同轮作模式下玉米产量

2.3 不同轮作模式下土壤pH

统计分析2017-2020年不同轮作模式下土壤pH变化（图3），结果表明，不同轮作模式下土壤pH均升高，上升幅度依次为S4（0.37）>C2S2（0.36）>C3S1（0.35）>C1S3（0.34）>C4（0.30），土壤pH变化差异不明显。

图3 不同轮作模式下土壤pH

2.4 不同轮作模式下土壤全氮含量

统计分析2017-2020年不同轮作模式下土壤全氮含量变化（图4），结果表明，不同轮作模式下土壤全氮含量均下降，下降幅度依次为C1S3（15.50%）>S4（14.26%）>C2S2（7.74%）>C3S1（4.41%）>C4（2.06%）。

图4 不同轮作模式下土壤全氮含量

2.5 不同轮作模式下土壤有效磷含量

统计分析2017-2020年不同轮作模式下土壤有效磷含量变化（图5），结果表明，不同轮作模式下土壤有效磷含量均上升，上升幅度依次为C4（39.02%）>C3S1（19.20%）>C1S3（18.22%）>C2S2（16.85%）>S4（16.36%）。

图5 不同轮作模式下土壤有效磷含量

2.6 不同轮作模式下土壤速效钾含量

统计分析2017-2020年不同轮作模式下土壤速效钾含量变化（图6），结果表明，不同轮作模式下土壤速效钾含量变化不同，C4、C3S1、C2S2这3种轮作模式下土壤速效钾含量上升，分别上升了20.35%、8.51%、4.49%，C1S3、S4这2种轮作模式下土壤速效钾含量下降，分别下降了4.54%、4.63%。

图6 不同轮作模式下土壤速效钾含量

3 讨论

3.1 不同轮作模式对作物产量的影响

轮作有利于均衡利用土壤养分，增加作物产量。玉米—大豆轮作可利用大豆的固氮作用，为下茬作物玉米提供氮素营养；玉米收获后创造的土壤环境有利于促进大豆的生物固氮[12]，能够互促增产，提高作物产量和品质。有研究表明，在豆科与禾本科作物轮作体系中，与玉米和大豆连作相比，玉米—大豆轮作下玉米和大豆产量分别增加1.0 t/hm2和0.4 t/hm2[5]。本试验结果与前人的研究一致，大豆、玉米产量均在连作模式下最低，且前茬作物连作年限影响轮作的作物产量，前茬连作年限长，轮作作物产量高。农业生产中，农民在多年种植大豆后，倒茬种植玉米地块往往会加大化肥和有机肥施用量，以弥补大豆生产期被带走的土壤养分，因此玉米产量增加。有研究表明，长期使用化肥条件下，玉米连作多年，土壤肥力下降不明显[13]。本研究中玉米连作土壤全氮含量小幅减少，磷、钾含量增加，磷可促进大豆营养体和生殖器官的生长发育，钾可增加大豆荚数、百粒重，促进大豆高产。玉米连作多年后土壤环境利于大豆生长，大豆产量增加明显。

大豆、玉米多年连作后，产量下降明显。这是由于连作加重病虫害发生，土壤营养元素不均衡，土壤微生物菌群失衡导致作物生长环境恶劣，作物产量下降。

3.2 不同轮作模式对土壤理化性质的影响

刘株秀等[14]通过长期定位试验发现，大豆长期连作下，土壤pH、全碳、全氮、速效氮、速效钾含量增加，土壤养分含量和多样性指数升高，这与本试验结果不一致。大豆连作模式下，土壤全氮含量大幅下降，速效钾含量小幅下降，有效磷含量增加。这可能与当地农民种植习惯有关，试验田一般采用测土配方施肥，足量均衡施肥以满足生长需要，而农业生产中农民往往根据收益进行投入。大豆单产与玉米相比较低，大豆单产增加也不如玉米明显，且玉米大豆价格比不合理导致大豆收益少于玉米，大豆种植期农民投入积极性不高，施肥量不足甚至不施肥，土壤养分含量下降；玉米相对大豆收益高，采用合理耕作措施和施用足量肥料后，玉米增产明显，农民投入积极性高，在长期施用有机肥和化肥的条件下，土壤养分下降不明显。

王洋等[15]对德惠市12个乡镇长期连作玉米的黑土进行采样分析化验，结果表明，由于根茬还田，长期连作玉米黑土地力没有下降，黑土农田肥力较高，保肥、耐肥能力强。2000年，全国农业技术推广中心分析了东北地区10年的土壤监测数据，发现在常规施肥和管理水平下，玉米连作土壤有机质和全氮基本稳定，有效磷呈上升趋势，碱解氮和速效钾下降趋势明显，大豆—玉米轮作模式下土壤养分呈下降趋势，主要原因是施肥量的影响，表现出的农田养分平衡状况是磷有余而钾不足。本地区通过多年实施测土配方施肥、玉米秸秆还田、有机肥配施综合技术，磷、钾肥整体用量较高，土壤全氮含量保持平衡，土壤磷、钾含量增加。