農(nóng)作物輪作的國內(nèi)外現(xiàn)狀分析

一、國內(nèi)輪作研究現(xiàn)狀

我國早在《戰(zhàn)國策》和《憧約》中，已反映出戰(zhàn)國時的韓國和漢初的四川很可能就出現(xiàn)了大豆（Glycine max）和冬麥的輪作。在輪作的作用與機制方面，樊軍等（2003）研究表明， 輪作比連作更有利于微生物量碳氮的提高。輪作與有機肥的施用能顯著提高微生物量碳氮含量，是提高土壤肥力的主要途徑。劉小虎等研究了長期輪作施肥對土壤有機質及其組分的影響，結果表明，在不施肥種條件下，通過糧豆輪作，基本可以維持土壤有機質的平衡。張廣娜、陳利軍、陳振華、張玉蘭（2008）在《大豆輪作與連作對黑鈣土酶活性和動力學特性的影響》中提出，相比大豆連作，大豆-玉米輪作對土壤酶活性的提高效果較好，能夠顯著提高β-半乳糖苷酶、β-葡糖苷酶和蛋白酶的活性；顯著提高β-葡糖苷酶和磷酸二酯酶的親合力。顯著提高蛋白酶和磷酸單酯酶的最大反應速率以及磷酸單酯酶、磷酸二酯酶和芳基硫酸酯酶的催化能力。大豆-高粱輪作制度下除β-半乳糖苷酶活性顯著低于大豆連作外，其它均與連作方式無顯著差異；對比大豆-玉米輪作大豆-高粱輪作制度可以顯著提高土壤酶的催化能力。梁堯（2012）在《小麥-玉米-大豆輪作下黑土農(nóng)田土壤呼吸與碳平衡》一文中，通過對輪作體系下黑土農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的碳平衡狀況的估算，提出東北黑土區(qū)小麥-玉米-大豆輪作系統(tǒng)中，主要農(nóng)作物固碳量的高低表現(xiàn)為： 玉米>大豆>小麥。通過對小麥-玉米-大豆輪作體系下農(nóng)田凈生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力（NEP）的估算表明，黑土農(nóng)田土壤-作物系統(tǒng)在通常情況下為大氣 CO2的“匯”， 以玉米生態(tài)系統(tǒng)的碳匯強度最高，其次為小麥，大豆最低。聶良鵬（2015）在《輪耕對小麥–玉米兩熟農(nóng)田耕層構造及作物產(chǎn)量與品質的影響》中提出，小麥季耕作和玉米季耕作的交互效應是各層次土壤毛管孔隙度的決定因素，玉米季耕作的獨立效應是土壤各層次非毛管孔隙度的決定因素。與全年免耕處理相比，各種輪耕措施都能提高土壤孔隙度，提高作物產(chǎn)量、改善營養(yǎng)品質。小麥季深松+玉米季深松處理是改善土壤耕層構造、提高作物產(chǎn)量、品質的最佳輪耕模式，其次是小麥季深松+玉米季免耕處理。何進等指出深松能降低玉米季土壤容重。侯賢清的研究表明，與傳統(tǒng)翻耕相比，免耕-深松-免耕和深松–免耕–深松模式顯著降低土壤容重，改善土壤的孔隙狀況。段舜山（1988）在其發(fā)表的期刊《草地農(nóng)業(yè)與生態(tài)農(nóng)業(yè)淺識》中就已經(jīng)提到草田輪作具有提高土壤肥力、增加作物產(chǎn)量、減少病蟲危害、保持水土以及提高單位面積土地經(jīng)濟收益等一系列優(yōu)點。而“易田制”等輪荒性質的土地耕作形式，是與當時生產(chǎn)技術以及人地關系相適應的。韓茂莉（2000）在《中國古代農(nóng)作物種植制度略論》中提出，為了保證地力的恢復，人們在對土地進行施肥的同時，開始考慮農(nóng)耕技術上的改進與合理輪作。戴明宏（2008）在《不同氮肥管理對春玉米干物質生產(chǎn)、分配及轉運的影響》研究中表明，在高肥力土壤條件下，第一年推薦和經(jīng)驗施氮同不施氮相比，春玉米在干物質生產(chǎn)、葉面積指數(shù)等方面沒有顯著差異；徐麗娜（2012）在《不同氮肥模式對夏玉米冠層結構及部分生理和農(nóng)藝性狀的影響》研究施氮模式對玉米冠層結構和農(nóng)藝性狀影響表明，基肥適當減少有改善冠層結構、提高灌漿初期葉片葉綠素相對含量等優(yōu)勢。

在輪作的技術支撐方面，李鋒瑞（2002）在《Soil conservation effectiveness and energy efficiency of alternative rotations and continuous wheat cropping in the Loess Plateau of northwest China[》研究和實踐表明，增加采用輪作措施，作物組分，具有保持水土、培肥地力，充分利用環(huán)境資源、協(xié)調(diào)農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)、提高產(chǎn)量、增加收入等綜合效果。于舜章（2004）在《冬小麥期覆蓋秸稈對夏玉米土壤水分動態(tài)變化及產(chǎn)量的影響》中提出實施免耕、秸稈覆蓋等保護性耕作可以提高水分利用效率。韓曉增（2012）在《小麥-玉米-大豆輪作下黑土農(nóng)田土壤呼吸與碳平衡》中通過計算得出結論，認為長期均衡施用氮、磷、鉀化肥或氮、磷、鉀化肥配施有機肥后， 小麥、玉米和大豆農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的固碳量和土壤 CO2排放總量均明顯增加， 并在氮、磷、鉀配施有機肥處理下達到最高?？傮w表現(xiàn)為化肥均衡施用下 NEP 值較高， 而化肥與有機肥配施下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的 NEP 值較低。

在輪作的保護措施方面，劉方2002 年對連作煙田土壤養(yǎng)分變化的研究表明，在正常施肥條件下，連作煙田土壤全氮、全磷和緩效鉀含量變化不大，而有效養(yǎng)分則出現(xiàn)不同程度的積累，其中有效磷和有效硫明顯富集，并隨著連作年限的延長而增加；交換性鉀和交換性鎂呈現(xiàn)一定程度富集，而有效氮和交換性鈣積累不明顯；各種有效養(yǎng)分含量的變化順序為磷>硫>鉀>氮>鎂>鈣。另外，李天福（2006）在《云南烤煙輪作現(xiàn)狀與對策分析》中解釋道根據(jù)生物多樣性理論，層次結構單一，生物多樣性減少，生態(tài)功能差的煙田環(huán)境不能滿足生態(tài)平衡的要求。因此，要求進行烤煙和多種其他作物的合理輪作，利用生物多樣性來保護煙田環(huán)境，從而提高煙葉產(chǎn)質量。并提出加快農(nóng)田基本建設，特別是水利設施建設是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎。現(xiàn)代信息管理系統(tǒng)是提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力的一項重要基礎工程。劉秀芬（1996）在研究《根際他感化學物質的分離鑒定與生物活性的研究》中指出，連作多年后作物的根系、葉片、植物殘體會造成土壤有毒物質，如有機酸、酚類、萜烯類等根系分泌物的累積，從而抑制作物的生長和發(fā)育。分考慮氣候和土地資源，有意識地把烤煙種植集中到適宜和最適宜地區(qū)，由高海拔地區(qū)轉移到中低海拔地區(qū)，由生產(chǎn)技術較差的地區(qū)向生產(chǎn)技術較好的地區(qū)轉移，做到資源的優(yōu)化配置與煙葉生產(chǎn)的合理布局。在進行烤煙輪作規(guī)劃時，要因地制宜地制定以煙為主的耕作制度，調(diào)整作物種植結構， 改善交通運輸條件，提高整體生產(chǎn)水平和效益，搞好基本田規(guī)劃和建設。

二、國外輪作相關研究分析

在加拿大艾伯塔省萊斯布里奇半干旱大草原的一項長期研究中發(fā)現(xiàn)，雜草密度和物種組成受幾年內(nèi)不同的輪作、耕作及抽樣時間影響。在所有的輪作系統(tǒng)中，休耕地和傳統(tǒng)耕作地中存在更多的雜草（Blackshaw R E，Larney F O，Waynelindwall C，et al.Crop rotation and tillage effects on weed populations on the semi-aridCanadian[J].Weed Technology，1994，8：231-237.玉米同大豆輪作不但可以消除連作對2種作物的不利影響，而且由于大豆可以進行生物固氮，種植大豆后在土壤中存留的氮素供后茬玉米利用，以減少對氮肥的依賴（Stella A E， Max DC，Effect of soybean plant populations in a soybean and maize rotation[J]. Agronomy Journal，2001，93：396-403）。草田輪作在歐洲、美國、澳大利亞等國家被廣泛采用（Hobbs J A.Yields and protein contents of crops in various rotations[J].Agronomy Journal，1971，63：832-836）。Carter 的研究（Carter M R， Peters R D， Sanderson J B. Influence of conservation tillage and rotation length on potato productivity， tuber disease， and soil quality parameters on a fine sandy loam in eastern Canada. Soil Till Res， 2001， 63： 1–13）表明， 輪作時間、輪作方式及馬鈴薯的種植頻率與土壤有機質動態(tài)變化和土壤健康密切相關。在加拿大， 被公認的有機馬鈴薯生產(chǎn)系統(tǒng)中，最突出特點就是延長輪作時間， 并且使用豆科作物覆蓋來補充馬鈴薯對氮素的需求（Lynch D H， Zheng Z， Zebarth B J， Martin R C. Organic amendments effects on tuber yield， plant N uptake and soil mineral N under organic potato production. Renew Agric Food Syst， 2008， 23， 250–259）。Ojaghian （Ojaghian MR， Cui Z Q，Xie G L， Li B， Zhang J Z. Brassica green manure rotation crops reduce potato stem rot caused by Sclerotinia sclerotium. Aust Plant Pathol， 2012， 41： 347–349）通過對甘藍-馬鈴薯輪作模式研究發(fā)現(xiàn)， 此輪作方式可以明顯降低馬鈴薯的發(fā)病率和植株的死亡率。García-Préchac等（García-Préchac F，Ernst O，Siri-Prieto G，et al.Integrating no-till into crop-pasture rotations in Uruguay[J].Soil and Till-age Research，2004，77：1-13.）綜合烏拉圭大量長期試驗發(fā)現(xiàn)，將休耕整合到草田輪作系統(tǒng)中，與連續(xù)休耕相比，雖然連續(xù)休耕可以更大限度地降低土壤侵蝕程度，但是再加上輪作系統(tǒng)將會使土壤中氮和水分得到最優(yōu)化的利用，并且可以保持和增加土壤有機碳的含量，更具經(jīng)濟和生態(tài)效益。Ahmad（Ahmad T， Hafeez F Y， Mahmood T， Malik K A. Residual effect of nitrogen fixed by mungbean （Vigna radiata） and blackgram （Vigna mungo） on subsequent rice and wheat crops[J]. Australian Journal of Experimental Agriculture， 2001， 41（2）： 245–248. ）發(fā)現(xiàn)，種植兩季綠豆和黑綠豆后小麥產(chǎn)量較連作增加600 ～ 1100 kg/hm2，增產(chǎn)率16.7% ～ 30.6%。Kuma等，也證明種植一季三葉草、紫花豌豆后，小麥產(chǎn)量較連作增加1070 ～ 3030 kg/hm2。