晋北地区不同粮草轮作模式的产量及经济效益分析

侯东来，刘建宁，石永红，张 婷，方志红，贾会丽，吴欣明，池惠武

（1.山西省畜牧技术推广服务中心，山西 太原 030001；2.山西农业大学 草业学院，山西 太原 030032）

实施粮草轮作，对合理利用土地资源，改善土壤肥力，实现农牧业的可持续生产具有重要意义[1-3]。合理的粮草轮作不仅能改善土壤结构，提高土壤肥力，平衡土壤养分[4-7]，减少杂草生长，减轻病虫害发生[8-9]，还能提高水分利用率，增加粮食产量[10-13]。我国粮草轮作历史悠久，已形成了诸如南方地区“多花黑麦草—水稻”[14]和“多花黑麦草+光叶苕子—玉米”[15]轮作系统、甘肃省陇东“冬小麦—豆科牧草—玉米”[16]、陕西关中“豆科绿肥—小麦”[17]、山西 晋 南“苜 蓿—冬 小 麦”[18]、东 北 平 原区“玉米—向日葵—草木樨”[19]等许多有效的粮草轮作模式。山西晋北地广人稀，广种薄收，农作物以玉米等禾谷类为主，长期连作导致土壤板结、肥力下降、病虫害频发、增产后劲不足。据统计，2015年山西省大同市和朔州市玉米播种面积为32.15万hm2，占到农作物种植面积的50%[20]。晋北地区种植模式单一，缺乏科学的轮作模式，长期连作导致土壤肥力下降、根系分泌物的自毒作用增强、病原微生物数量增加，致使作物生长受阻、产量下降[21]。

本试验以青贮玉米、燕麦、毛苕子、大豆、谷子等5种适宜晋北地区种植的作物为对象，设计8个粮草轮作模式，以单位面积地上生物产量和经济效益为主要指标，旨在筛选出适合晋北农牧交错区推广的粮草轮作模式，为今后粮草轮作大面积推广应用提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2017—2019年在山西省朔州市红旗牧场二分场（39°12′N，112°27′E）进行，试验点海拔1 130 m，年降水量423 mm，无霜期130 d，年平均气温6.9℃，试验地土壤为灰褐土，土壤有机质14.62 g/kg，全氮0.69 g/kg，速效磷4.46 mg/kg，速效钾104.51 mg/kg，pH值8.6，前茬作物为玉米。

1.2 试验材料

试验用青贮玉米品种为大京九23号（郑州大京九种业有限公司提供），燕麦品种为牧王（朔州市春华草业科技有限公司提供），毛苕子品种为毛叶紫花苕子（郑州开元草业有限公司提供），大豆品种为长豆006（金三鼎农业科技有限公司提供），谷子品种为晋谷21号（山西省农业科学院作物研究所提供）。

1.3 试验设计

试验共设8个粮草轮作模式（表1），分别为燕麦—毛苕子—青贮玉米（O-H-C）、燕麦—毛苕子—谷子（O-H-M）、燕麦—毛苕子—燕麦（O-H-O）、燕麦—大豆—青贮玉米（O-S-C）、燕麦—大豆—谷子（O-S-M）、燕麦—大豆—燕麦（O-S-O）、燕麦—燕麦—青贮玉米（O-O-C）、燕麦—燕麦—谷子（OO-M）。试验采用大区生产试验设计，不设重复，采取三点取样法取样测产。试验地面积2 900 m2（145 m×20 m）。燕麦、毛苕子、大豆、谷子的播种量分别为187.5、60.0、60.0、7.5 kg/hm2，青贮玉米种植密度为6.0万株/hm2，均按照当地种植习惯播种和管理。

表1 轮作试验处理Tab.1 Treatment of rotation experiment

1.4 测定项目及方法

1.4.1 物候期观察播种后每5 d观察一次，以50%的植株达到某一生育阶段为标准，在接近某一物候期时，每天进行观测，分别记录其各个生育时期。

1.4.2 产量测定毛苕子、燕麦和青贮玉米分别于开花期、乳熟期和蜡熟期测定饲草产量；大豆、谷子于成熟期测定籽粒及秸秆产量。燕麦、大豆、谷子、毛苕子随机选取3个3 m2的样方刈割测产，测产时每个样方随机取样1.0 kg。青贮玉米随机选取3个样方，每个样方选取代表性的10株刈割测产，每个样方取生长均匀的植株1株留作分析样品。测产时刈割留茬高度为10 cm。试验样品带回实验室在105℃条件下杀青30 min，然后在65℃条件下烘干至恒质量，称量干质量，计算干鲜比，并折算作物产量。

1.4.3 经济效益测算以实际测定的干草产量、粮食产量分别乘以当年饲草和粮食的市场价格，计算出单位面积总收入（2017—2019年朔州市燕麦、毛 苕 子 干 草1 400元/t，青 贮 玉 米330元/t，大 豆3 600元/t，谷子4 800元/t，谷子、大豆秸秆500元/t）。

1.5 数据处理

试验采用SPSS 20.0软件进行P<0.05的显著性分析，并采用Microsoft Excel 2010软件进行数据统计和制图。

2 结果与分析

2.1 不同饲草品种的物候期比较

2017、2018、2019年试验作物物候期如表2—4所示，参试品种在朔城区均能正常生长。毛苕子生育期较长，在当地不能结实，可作为饲草和绿肥利用；青贮玉米、大豆、谷子在当地能完全成熟，并能充分利用生长季；燕麦在当地7月下旬或8月上旬即可达到乳熟期，从出苗到收割（乳熟期）生长期约60 d。

表2 2017年燕麦物候期Tab.2 Phenophase of oat in 2017 月-日

表3 2018年牧草饲料作物生育时期Tab.3 Growth period of forage crops in 2018 月-日

表4 2019年牧草饲料作物生育时期Tab.4 Growth period of forage crops in 2019 月-日

2.2 不同粮草轮作模式的生物产量比较

从表5可以看出，8个粮草轮作模式2017—2019年生物产量变化幅度较大。总的趋势是有青贮玉米的3个轮作模式（O-H-C、O-S-C、O-O-C）生物产量较高，平均为25 845.7 kg/hm2；有毛苕子的3个轮作模式（O-H-C、O-H-M、O-H-O）次之，平均生物产量为24 320.2 kg/hm2；有谷子的3个轮作模式（O-H-M、O-S-M、O-O-M）和有大豆的3个轮作模式（O-S-C、O-S-M、O-S-O）的生物产量较低，平均值分别为20 978.1、20 504.5 kg/hm2；以燕麦为主体的4个轮作模式（O-H-O、O-S-O、O-O-C、O-O-M）的生物产量最低，平均为19 641.0 kg/hm2。多重比较结果表明，O-H-C生物产量显著高于OS-C、O-H-M和O-O-C，O-S-C、O-H-M和O-OC显著高于O-S-M、O-H-O、O-O-M和O-S-O（P<0.05）。

表5 不同轮作模式的生物产量比较Tab.5 Comparison of biological yield of different rotation patterns kg/hm2

2.3 不同粮草轮作模式的经济效益分析

从表6可以看出，8个粮草轮作模式2017—2019年总收入差异较大。有谷子的3个轮作模式（O-H-M、O-S-M、O-O-M）总收入较高，平均为43 564元/hm2；有大豆的3个轮作模式（O-S-C、OS-M、O-S-O）和有青贮玉米的3个轮作模式（OH-C、O-S-C、O-O-C）总收入居中，平均收入分别为38 455、36 576元/hm2；以燕麦为主体的4个轮作模式（O-H-O、O-S-O、O-O-C、O-O-M）总收入最低，平均为32 721元/hm2。多重比较结果表明，OS-M、O-H-M显著高于O-S-C、O-O-M，O-S-C、O-O-M显著高于O-O-C，O-H-C、O-O-C显著高于O-S-O、O-H-O，O-H-C和O-O-C、O-S-O和O-H-O间差异均不显著。

表6 不同轮作模式总收入比较Tab.6 Comparison of total income from different rotation patterns

由表7可知，8个粮草轮作模式总成本以O-SM最高，为24 112元/hm2，O-H-O和O-S-O较低，平均为21 674元/hm2。O-S-M显著高于O-H-O和O-S-O，与其他5个轮作模式间差异不显著。

表7 不同轮作模式生产成本比较Tab.7 Comparison of production costs of different rotation patterns 元/hm2

由 图1可 知，O-H-M和O-S-M总 利 润 较 高，并显著高于其他6个处理，O-O-M、O-S-C和OH-C居中，且显著高于O-O-C，O-O-C显著高于O-S-O和O-H-O。从 图2可 以 看 出，O-H-M和O-S-M产投比较高，并显著高于O-O-M、O-S-C和O-H-C，O-O-M、O-S-C和O-H-C均与O-SO间差异不显著，但均显著高于O-H-O。

图1 不同轮作模式的投入与产出比较Fig.1 Comparison of inputs and outputs of different rotation patterns

图2 不同轮作模式的产投比比较Fig.2 Comparison of ratio of output to input of different rotation patterns

3 结论与讨论

农区草牧业的出路在于引草入田，实行粮草轮作，部分农田拿出来种草，不但不会降低粮食产量，反而可以提高粮食产量[22]。本研究表明，O-H-C、O-H-M、O-H-O、O-S-C、O-S-M、O-S-O、O-OC、O-O-M等8个粮草轮作模式生物产量差异较大，凡有青贮玉米的轮作模式生物产量均较高，其中，O-H-C生物产量最高，达到28 502 kg/hm2。OH-O、O-S-O和O-O-M等以燕麦为主体的轮作模式生物产量较低，平均为18 185 kg/hm2。本研究中饲草燕麦仅种植一茬，生长期60 d左右，燕麦收割后还有50～60 d的有效生长季，还可复种一茬饲草燕麦或其他短生育期作物，这是导致本研究中以燕麦为主体轮作模式生物产量较低的主要原因之一。

粮草轮作、间作和套种，是充分利用农田资源，提高复种指数的重要途径。收获牧草既可解决农区草食畜禽的饲料来源，又可增产粮食和提高经济效益[23]。本研究表明，有谷子的O-S-M和O-H-M轮作模式总收入较高，以饲草燕麦为主体的4个轮作模式（O-H-O、O-S-O、O-O-C、O-O-M）总收入较低。从总体经济效益和产投比来看，O-H-M和O-S-M总利润和产投比均较高，O-O-M、O-S-C、O-H-C和O-O-C次 之，O-S-O和O-H-O较 低。因此，晋北地区应将谷子、大豆引入种植体系，进行粮草轮作，不仅可以获得较高的生物产量和经济效益，还可克服玉米连作障碍。

本研究结果表明，燕麦—毛苕子—谷子（O-HM）、燕麦—大豆—青贮玉米（O-S-C）、燕麦—毛苕子—青贮玉米（O-H-C）、燕麦—大豆—谷子（OS-M）等4个粮草轮作模式生物产量和经济效益较高，是晋北地区比较理想的粮草轮作模式。