水旱輪作模式下作物配置和肥水優(yōu)化對(duì)作物產(chǎn)量及土壤養(yǎng)分的影響

潘艷華，王攀磊，郭玉蓉，王應(yīng)學(xué)，劉樹(shù)芳，張 慶，朱紅業(yè)*，戴陸園

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境資源研究所，云南 昆明 650205；2.農(nóng)業(yè)部嵩明農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站，云南 昆明 650205；3.云南省科學(xué)技術(shù)協(xié)會(huì)，云南 昆明 650021 )

【研究意義】水旱輪作是水稻與其它旱地作物在同一田塊上有序輪換種植的一種作物種植體系[1]，在中國(guó)西南地區(qū)分布廣泛，水旱輪作面積超過(guò)300萬(wàn)hm2[2]。水旱環(huán)境的交替循環(huán)使得土壤水熱條件轉(zhuǎn)換強(qiáng)烈，直接影響土壤養(yǎng)分的轉(zhuǎn)化、遷移和積累，形成了獨(dú)特的土壤肥力[3-5]。而不同輪作作物的養(yǎng)分需求差異也增加了養(yǎng)分管理的復(fù)雜性。此外，由于西南水旱輪作區(qū)輪作作物多樣、土壤環(huán)境差異較大[6-9]，使得不同輪作模式之間作物養(yǎng)分需求、種植管理方式及土壤環(huán)境均存在較大差異，繼而影響作物生產(chǎn)力和土壤可持續(xù)發(fā)展。因此，輪作作物合理配置、養(yǎng)分資源合理管理是保證水旱輪作體系生產(chǎn)力持續(xù)提升和可持續(xù)發(fā)展的必要條件?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】近年來(lái)，眾多學(xué)者針對(duì)水旱輪作區(qū)的作物生產(chǎn)力和土壤肥力開(kāi)展了了大量工作，認(rèn)為水旱輪作生產(chǎn)力呈現(xiàn)徘徊不前的趨勢(shì)主要是由于①農(nóng)田復(fù)種指數(shù)偏高，一年多熟現(xiàn)象較普遍，用養(yǎng)地矛盾突出；②長(zhǎng)期大量施用化肥造成土壤退化；③水旱季土壤的供肥水平不一，導(dǎo)致有效供肥能力不足。【本研究切入點(diǎn)】本文通過(guò)開(kāi)展水旱輪作長(zhǎng)期定位試驗(yàn)，設(shè)置不同輪作模式及不同管理措施，統(tǒng)計(jì)作物產(chǎn)值及測(cè)定土壤肥力，比較分析輪作作物和施肥制度對(duì)作物經(jīng)濟(jì)效益和土壤養(yǎng)分的影響。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】文章擬為水旱輪作系統(tǒng)優(yōu)化養(yǎng)分管理和資源高效利用提供理論依據(jù)，以期建立高效的水旱輪作模式及科學(xué)的肥水管理方法，提高土壤持續(xù)生產(chǎn)力。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)地點(diǎn)為云南省昆明市嵩明縣小街鎮(zhèn)墩白村云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院嵩明基地(25°21′23″N，103°06′39″E)，屬亞熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫15 ℃，年均日照2200 h，年降水量1035 mm。試驗(yàn)土壤為典型山原紅壤耕地，試驗(yàn)前土壤基礎(chǔ)理化性狀如表1所示(2013年5月取樣)。試驗(yàn)從2013年開(kāi)始，夏季種植水稻，冬季種植蔬菜，并自2015年起，冬季作物固定為蠶豆、大蒜。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)為4處理3重復(fù)隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每個(gè)處理小區(qū)面積為60 m2。種植模式為稻-菜輪作，稻后通過(guò)裂區(qū)處理分別種植大蒜及鮮食蠶豆。試驗(yàn)處理如下：處理CK，空白對(duì)照；處理CF(Convention Fertilizer)，習(xí)慣處理，施肥及灌溉均與當(dāng)?shù)亓?xí)慣一致；處理OF(Optimization Fertilizer)，優(yōu)化處理，適當(dāng)增施有機(jī)肥、減少氮肥、平衡施用磷鉀肥，節(jié)水科學(xué)灌溉。處理OI(Optimization fertilizer and irrigation)，優(yōu)化處理+稻草覆蓋。各處理不同作物肥料施用量見(jiàn)表2。

1.3 試驗(yàn)實(shí)施

水稻種植季為5-10月，蠶豆、大蒜種植季為10月至次年5月。水稻收獲后，把各試驗(yàn)小區(qū)裂區(qū)，分別種植蠶豆和大蒜。蠶豆種植：水稻收獲后，在試驗(yàn)田尚濕潤(rùn)時(shí)將蠶豆種子淺按進(jìn)土壤表層下1～2 cm。大蒜種植：翻挖、晾曬、耙細(xì)后再種植。

施肥方式：水稻：20 %氮、50 %磷鉀作基肥，與有機(jī)肥一起在插秧前整地時(shí)施用，40 %氮、50 %磷鉀作分蘗肥，余40 %氮作孕穗肥。蠶豆：50 %氮、100 %磷、50 %鉀在蠶豆出苗后10～15 d施用，剩余肥料在開(kāi)花前施用，有機(jī)肥在播種后撒施。大蒜：20 %氮、50 %磷鉀作基肥，在整地時(shí)施用，40 %氮、50 %磷鉀肥料在蒜薹開(kāi)始抽生時(shí)施用，40 %氮在蒜苔抽生后30 d施用，有機(jī)肥整地后施于播種溝內(nèi)。

灌溉方法：CK和習(xí)慣處理采用常規(guī)大水漫灌方式(水稻灌水量7500 t/hm2，蠶豆、大蒜灌水300 t/hm2)，優(yōu)化處理采用節(jié)水淺薄灌，總體灌水量比習(xí)慣處理減少20 %，其中水稻OI處理在優(yōu)化處理灌水量基礎(chǔ)上再減少10 %。旱作季OI處理蠶豆、大蒜種植后在地表覆蓋干稻草3000 kg/hm2。

表1 土壤基礎(chǔ)理化性狀Table 1 Initial soil physical and chemical property

各處理不同作物農(nóng)資投入成本見(jiàn)表3。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

1.4.1 土壤養(yǎng)分測(cè)定 2013年試驗(yàn)開(kāi)始時(shí)取土測(cè)定土壤基礎(chǔ)理化性狀(表1)，每年分別在水稻、蠶豆/大蒜收獲后取土測(cè)樣。測(cè)定指標(biāo)為pH、有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀。

1.4.2 產(chǎn)量、生物量測(cè)定 水稻產(chǎn)量以稻谷干重計(jì)，蠶豆產(chǎn)量以蠶豆鮮重計(jì)，大蒜產(chǎn)量分別以蒜苔、蒜頭計(jì)。生物量均以鮮重計(jì)。

1.4.3 產(chǎn)投比計(jì)算 產(chǎn)投比=[水稻產(chǎn)值+蠶豆(大蒜)產(chǎn)值]/成本。產(chǎn)值計(jì)算：稻谷以4 元/kg計(jì)算，鮮食蠶豆3 元/kg，蒜苔及蒜頭按當(dāng)年市場(chǎng)平均價(jià)計(jì)算，2015年10 元/kg，2016-2017年12 元/kg。農(nóng)資成本按表3所示計(jì)算。

1.4.4 統(tǒng)計(jì)方法 數(shù)據(jù)處理使用SAS 9.0，方差分析多重比較檢驗(yàn)方法為Student-Newmnan-Keuls。作圖使用Origin 2017軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 基于產(chǎn)量和效益的輪作模式評(píng)價(jià)

2.1.1 產(chǎn)量、生物量 2015-2017年稻豆、稻蒜水旱輪作模式下產(chǎn)量及生物量如圖1所示。從圖看出，無(wú)論輪作模式或施肥處理，作物產(chǎn)量和生物量(水稻+蠶豆/大蒜)的差異趨勢(shì)表現(xiàn)一致。

結(jié)果表明，在相同輪作模式下，施肥處理輪作作物(水稻+蠶豆、水稻+大蒜)的產(chǎn)量、生物量顯著高于未施肥處理。2015-2017年施肥處理的稻豆產(chǎn)量在27.04～36.29 t/hm2，顯著高于CK的15.88～20.10 t/hm2(P<0.05)；施肥處理的稻蒜產(chǎn)量在15.68～22.05 t/hm2，顯著高于CK的12.59～13.78 t/hm2(P<0.05)，可見(jiàn)施肥可顯著提高作物產(chǎn)量。此外，常規(guī)施肥處理CF和優(yōu)化施肥處理OF的作物產(chǎn)量、生物量均高于OI處理，但差異不顯著(P>0.05)?？梢?jiàn)，在減少氮磷化肥施用量及灌水量20 %，總體成本比習(xí)慣生產(chǎn)降低的情況下，適當(dāng)增施有機(jī)肥，仍然能維持較高的水稻產(chǎn)量，但灌水量比優(yōu)化處理再減少10 %的OI，水稻產(chǎn)量卻受到較大影響，產(chǎn)量平均比習(xí)慣及優(yōu)化處理減產(chǎn)11 %以上，說(shuō)明適宜的灌水量才能保障水稻獲得正常產(chǎn)量，這與水稻的生理特性密切相關(guān)。

從輪作模式來(lái)看，稻豆輪作作物產(chǎn)量、生物量均顯著高于稻蒜輪作，與作物特性和利用方式有關(guān)，蠶豆植株比大蒜高大且以鮮食利用計(jì)產(chǎn)，所以產(chǎn)量、生物量高于大蒜。以常規(guī)處理CF為例，2015-2017年稻豆作物平均產(chǎn)量為34.27 t/hm2，而稻蒜平均產(chǎn)量為20.36 t/hm2，顯著低于稻豆輪作(P<0.05)。

表2 各處理水稻、蠶豆、大蒜施肥量Table 2 Fertilization of rice, broad bean, and garlic planting with different treatments

表3 各處理化肥、有機(jī)肥、農(nóng)藥及灌水成本Table 3 The cost of chemical fertilizer, organic fertilizer, pesticide and irrigation with different treatments

注：純N、P2O5按5元/kg計(jì)，K2O按6元/kg計(jì)，有機(jī)肥按500元/t計(jì)，灌溉水按0.5元/t計(jì)。
Note:The cost of chemical fertilizer was calculated by 5 yuan/kg of N, P2O5and 6 yuan/kg of K2O. The cost of irrigation was calculated by 0.5 Yuan/t.

不同年份產(chǎn)量、生物量由于年際氣候不同有一定差異，但不同輪作模式及施肥處理下作物產(chǎn)量、生物量總體趨勢(shì)大體相同，3年平均大小順序?yàn)镃F>OF>OI>CK。

2.1.2 產(chǎn)值、產(chǎn)投比 2015-2017年稻豆、稻蒜輪作模式下產(chǎn)值、產(chǎn)投比如圖1所示。①產(chǎn)值。從各施肥處理間的產(chǎn)值差異來(lái)看，在相同輪作模式下，施肥處理輪作作物的產(chǎn)值顯著高于未施肥處理，常規(guī)施肥處理CF和優(yōu)化施肥處理OF之間作物產(chǎn)值相近，均略高于OI處理，但差異不顯著。具體而言，2015-2017年施肥處理的稻豆產(chǎn)值在8.89～11.70 萬(wàn)元/hm2，顯著高于CK的5.21～6.59 t/hm2(P<0.05)，平均產(chǎn)值增加81.00 %；稻蒜產(chǎn)值在13.73～18.79 萬(wàn)元/hm2，顯著高于CK的11.14～11.88 萬(wàn)元/hm2(P<0.05)，平均產(chǎn)值增加47.39 %。不同輪作模式的產(chǎn)值差異較大，與產(chǎn)量和生物量的差異相反，稻蒜輪作產(chǎn)值均顯著高于稻豆輪作。同樣以常規(guī)處理CF為例，2015-2017年稻蒜平均產(chǎn)值為17.55 萬(wàn)元/hm2，顯著高于稻豆產(chǎn)值11.20 萬(wàn)元/hm2(P<0.05)，同比增加56.70 %。②產(chǎn)投比。結(jié)果顯示，相同輪作模式下，未施肥處理輪作作物的產(chǎn)投比顯著高于施肥處理，而施肥處理間差異不顯著。具體而言，2015-2017年施肥處理的稻豆產(chǎn)投比在8.59～10.93，低于CK的12.40～15.69(P<0.05)；而施肥處理的稻蒜產(chǎn)投比在11.98～15.97，低于CK的15.0～27.35(P<0.05)。其主要原因在于CK產(chǎn)量雖低于施肥處理，但由于未投入農(nóng)資，成本較低，因此產(chǎn)投比反而高于施肥處理。但農(nóng)作物種植的目的，是通過(guò)合理的投入，獲得相應(yīng)的產(chǎn)出，沒(méi)有投入的生產(chǎn)模式不可持續(xù)，也不符合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)習(xí)慣。稻蒜輪作的產(chǎn)投比顯著高于稻豆輪作。以常規(guī)處理CF為例，2015-2017年稻蒜平均產(chǎn)投比為14.55，顯著高于稻豆產(chǎn)投比9.99(P<0.05)，同比增加45.65 %。

2.2 水旱輪作土壤養(yǎng)分變化規(guī)律

2.2.1 pH 土壤pH結(jié)果表明不同施肥處理間無(wú)顯著差異，而水旱季間差異顯著。具體而言，水稻種植季土壤pH顯著高于旱季土壤，2017年水稻種植季土壤pH均值7.45，顯著高于蠶豆6.70及大蒜6.32(P<0.05)。蠶豆和大蒜土壤pH無(wú)顯著差異(P>0.05)。就年際變化來(lái)看，土壤pH呈下降趨勢(shì)，旱季土壤pH值從2013年的6.84降至2017年的6.32(圖2)。

2.2.2 有機(jī)質(zhì) 5年水旱輪作結(jié)果表明，長(zhǎng)期施用有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)(圖2)。2017年土壤有機(jī)質(zhì)數(shù)據(jù)顯示，水稻季OF土壤有機(jī)質(zhì)為39.23 g/kg，高于CK、CF、OI的37.64～37.89 g/kg；蠶豆種植土壤OF、OI的土壤有機(jī)質(zhì)分別為41.91、41.34 g/kg，高于CK、CF的39.04、40.43 g/kg；大蒜種植土壤OF、OI的土壤有機(jī)質(zhì)分別為42.73、43.00 g/kg，高于CK、CF的39.21、42.53 g/kg。但差異均不顯著(P>0.05)。

就水旱輪作交替期土壤有機(jī)質(zhì)變化規(guī)律而言，在同等施肥條件下，旱季土壤(無(wú)論蠶豆、大蒜)有機(jī)質(zhì)略高于水稻種植季土壤。2017年蠶豆、大蒜種植土壤有機(jī)質(zhì)平均含量分別為40.68 和41.87 g/kg，高于水稻種植季的38.11 g/kg，但方差分析結(jié)果差異不顯著(P>0.05)。就年際間土壤有機(jī)質(zhì)變化趨勢(shì)看，2013-2017年土壤有機(jī)質(zhì)整體呈先降低后增加的趨勢(shì)，2013年5-10月，土壤有機(jī)質(zhì)由43.06 g/kg降至33.61～36.21 g/kg，此后有機(jī)質(zhì)含量逐步升高，2017年5月增至39.13～42.32 g/kg。

2.2.3 氮 不同處理的土壤速效氮含量在177.48～191.93 mg/kg。整體而言，無(wú)論水季、旱季，不同施肥處理?xiàng)l件下土壤速效氮含量無(wú)顯著差異，各處理速效氮含量高低差異表現(xiàn)為：水稻季OF>CK、CF、OI，蠶豆季OF、OI>CK、CF，大蒜季CF、OF、OI>CK，差異不顯著(P>0.05,圖2)。

周年水旱季土壤速效氮含量差異表現(xiàn)為：旱季(大蒜>蠶豆)>水季(水稻)，三者速效氮平均含量分別為207.77、167.63和129.85 mg/kg，其中大蒜土壤速效氮含量顯著高于水稻(P<0.05)。從年際間土壤速效氮變化趨勢(shì)來(lái)看，土壤速效氮含量整體呈先降低后增加的趨勢(shì)，在試驗(yàn)初期水稻種植季土壤速效氮急劇降低，由156.77 mg/kg降至110.58～121.02 mg/kg，隨后速效氮逐年升高，2017年5月增至177.48～191.93 mg/kg，施肥處理平均增加了21.25 %。常規(guī)施肥處理土壤全氮含量增加了30.31 %，優(yōu)化處理平均增加了36.18 %。

2.2.4 磷 就不同施肥處理來(lái)看，水稻、蠶豆、大蒜種植季施肥土壤的有效磷含量均高于對(duì)照，且蠶豆、大蒜之間呈顯著差異(P<0.05)。不同處理的土壤有效磷含量在8.69～16.59 mg/kg，其中施肥處理(CF、OF、OI)平均含量為16.03 mg/kg，CK平均含量為8.69 mg/kg(圖2)。

周年內(nèi)水旱季土壤有效磷含量差異表現(xiàn)趨勢(shì)與速效氮一致，即：旱季(大蒜>蠶豆)>水季(水稻)，三者有效磷平均含量分別為16.05、12.34和9.30 mg/kg，其中大蒜和水稻土壤有效磷含量呈顯著差異(P<0.05)。從年際變化趨勢(shì)來(lái)看，2013-2016年土壤有效磷含量基本保持穩(wěn)定，變化趨勢(shì)不明顯，但2017年施肥處理略有上升，總體而言，5年間施肥處理的土壤有效磷含量由9.84 mg/kg增至15.74～16.59 mg/kg，施肥處理平均增加了62.91 %。全磷含量無(wú)明顯變化。

圖1 2015-2017年稻豆、稻蒜輪作模式下作物產(chǎn)量、生物量、產(chǎn)值及產(chǎn)投比Fig.1 Crop yield, biomass, output value and VCR under rice-broad bean and rice-garlic rotation between 2015-2017

2.2.5 鉀 不同處理的土壤速效鉀含量在122.46～254.29 mg/kg。結(jié)果顯示，施肥處理的土壤速效鉀含量高于對(duì)照。不同種植季，不同施肥處理的土壤速效鉀含量差異表現(xiàn)不一致。在水稻種植季，OF土壤速效鉀含量高于其它處理，為160 mg/kg，而其余處理均在130.00～138.60 mg/kg，但差異不顯著(P>0.05)；蠶豆、大蒜種植季施肥處理間無(wú)顯著差異，速效鉀含量分別在138.56～177.80 mg/kg和199.94～254.29 mg/kg，均高于對(duì)照的122.46和142.58 mg/kg，但差異亦不顯著(P>0.05,圖2)。

水旱季土壤速效鉀含量差異表現(xiàn)趨勢(shì)與速效氮、有效磷一致，即：旱季(大蒜>蠶豆)>水季(水稻)，三者速效鉀平均含量分別為200.70 、147.61和141.90 mg/kg，差異不顯著(P>0.05)。從年際變化趨勢(shì)來(lái)看，2013-2017年土壤速效鉀含量整體呈增加趨勢(shì)，旱季土壤速效鉀含量由2013年100 mg/kg 升至2017的132.52～202.96 mg/kg?？傮w而言，5年間土壤速效鉀含量增加了32.52 %，施肥處理平均增加了88.04 %。全鉀含量增加了27.64 %。

2.3 小 結(jié)

(1)施肥可顯著提高作物產(chǎn)量、產(chǎn)值，相比于對(duì)照，施肥處理的稻豆產(chǎn)量增加82.66 %，產(chǎn)值增加81.00 %，稻蒜產(chǎn)量增加49.92 %，產(chǎn)值增加47.39 %；在適當(dāng)減少氮肥施用量及灌水量的情況下增施有機(jī)肥，水旱輪作的作物產(chǎn)量、產(chǎn)值、產(chǎn)投比基本不受影響，但灌水量相比習(xí)慣處理減少超過(guò)20 %時(shí)，水稻產(chǎn)量不同程度受影響，2015年影響最明顯，其次是2017年，OI處理水稻產(chǎn)量相比習(xí)慣及優(yōu)化處理平均減產(chǎn)約10 %，這與水稻的生理特性有關(guān)，說(shuō)明適當(dāng)?shù)墓嗨坎拍鼙Ｕ纤镜恼ＩL(zhǎng)。稻草覆蓋對(duì)作物產(chǎn)量也有負(fù)面影響，稻草覆蓋后，無(wú)論大蒜或蠶豆，產(chǎn)量均比相同施肥灌溉條件下不覆蓋的處理降低，蠶豆、大蒜減產(chǎn)幅度接近10 %，可能與試驗(yàn)點(diǎn)冬季氣溫較低，覆蓋后影響土壤積溫有關(guān)。從土壤養(yǎng)分看，施肥可提高速效氮、有效磷和速效鉀含量，施用有機(jī)肥可提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；相比于對(duì)照，施肥處理速效氮、有效磷和速效鉀含量分別增加了5.65 %、66.98 %和28.30 %，施用有機(jī)肥土壤有機(jī)質(zhì)提高了6.85 %。

(2)稻后種植不同作物，產(chǎn)值量差異較大。稻豆輪作作物產(chǎn)量高于稻蒜輪作，但產(chǎn)值、產(chǎn)投比均低于稻蒜輪作。稻豆輪作作物產(chǎn)量相比稻蒜增加68.32 %，而稻蒜輪作產(chǎn)值比稻豆輪作增加56.70 %，產(chǎn)投比增加45.65 %。從土壤養(yǎng)分看，稻蒜輪作土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀含量均高于稻豆輪作，分別增加了2.93 %、23.94 %、30.09 %和35.96 %。而pH值相對(duì)較低為6.32，低于稻豆輪作的6.70。因此稻后作物種類的優(yōu)化選擇，因地制宜配置附加值較高的作物，是提高水旱輪作系統(tǒng)生產(chǎn)力，獲得水旱輪作系統(tǒng)周年高效益的前提。

圖2稻豆、稻蒜輪作土壤理化性質(zhì)及變化趨勢(shì)Fig.2 Soil physical and chemical properties and variation trend under rice-broad bean and rice-garlic rotation

(3)水旱輪作交替可顯著影響土壤pH、有機(jī)質(zhì)及速效氮磷鉀含量。旱季土壤有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀含量相比水季分別增加8.31 %、44.55 %、52.61 %和22.73 %，主要因?yàn)榈炯窘涤炅看?，土壤水分滲漏多，加之徑流流失影響，導(dǎo)致養(yǎng)分流失較旱季大。而旱季pH值相對(duì)較低，平均值為6.51，低于水季的7.45，主要與稻田灌水后土壤H+離子稀釋有關(guān)。

(4)經(jīng)過(guò)5年水旱輪作后，有明顯變化趨勢(shì)的土壤肥力指標(biāo)有：土壤pH下降，旱季土壤pH值從6.84降至6.32；優(yōu)化處理土壤有機(jī)質(zhì)含量保持不變，常規(guī)施肥處理有機(jī)質(zhì)降低了3.67 %，說(shuō)明增施有機(jī)肥能提高土壤有機(jī)質(zhì)含量；施肥處理土壤速效氮、有效磷、速效鉀含量分別增加了21.25 %、62.91 %和88.04 %；全氮、全鉀含量分別增加了33.24 %和27.64 %，施肥能提高相應(yīng)營(yíng)養(yǎng)元素含量。

3 討 論

3.1 水旱輪作對(duì)土壤養(yǎng)分的影響

水旱輪作體系中，隨著季節(jié)性的干濕交替及氧化還原過(guò)程更替進(jìn)行，土壤中一些變價(jià)元素的形態(tài)和有效性也隨之發(fā)生變化，從而影響土壤養(yǎng)分含量[10]。本試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，旱季土壤的有機(jī)質(zhì)、速效氮、有效磷、速效鉀含量相比水季均有所增加。

對(duì)于水旱輪作土壤有機(jī)質(zhì)的分解和累積規(guī)律，可能受多種因素影響，而最終表現(xiàn)出有機(jī)質(zhì)含量的降低或增加，則是多種因素綜合作用下平衡的結(jié)果。可能存在的一種因素是水旱條件改變了土壤的氧化還原狀態(tài)，在旱作氧化狀態(tài)下利于有機(jī)質(zhì)的分解，而在水作還原條件下土壤還原菌占優(yōu)勢(shì)，有機(jī)物質(zhì)進(jìn)行嫌氣分解，腐殖化系數(shù)較高，利于有機(jī)質(zhì)的累積[11]。根據(jù)范明生等人[10]的研究，另一種存在因素是人為耕作，即在水季稻田耕作在移栽水稻前進(jìn)行帶水耕耙，將耕層土壤打漿使大土粒分散成微團(tuán)?；蚣?xì)小粘粒，這種過(guò)程破壞了土壤的團(tuán)聚體結(jié)構(gòu)，促進(jìn)土壤有機(jī)質(zhì)的分解。此外，稻季高溫、高濕，利于有機(jī)質(zhì)分解，而旱季降雨量少，溫度低，微生物活性較低，利于有機(jī)質(zhì)累積，從本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，旱季土壤有機(jī)質(zhì)高于水季。

3.2 增施有機(jī)肥對(duì)作物經(jīng)濟(jì)效益及土壤養(yǎng)分的影響

在適當(dāng)減少氮磷化肥施用量及灌水量的情況下增施有機(jī)肥，不僅不會(huì)影響作物產(chǎn)量，還有利于土壤有機(jī)質(zhì)積累，和李忠芳[7-8]等人的研究結(jié)果一致。而淺薄灌水處理可能由于灌水較少，土壤水分含量較低，利于土壤有機(jī)質(zhì)分解，因此有機(jī)質(zhì)含量略低于優(yōu)化處理。

3.3 水旱輪作作物配置的經(jīng)濟(jì)效益及土壤養(yǎng)分

稻-菜輪作是生產(chǎn)中普遍存在的種植方式，稻后種植不同作物，產(chǎn)量/值差異較大。稻后作物種類的優(yōu)化選擇，是提高水旱輪作系統(tǒng)生產(chǎn)力，獲得高產(chǎn)值的前提。本試驗(yàn)結(jié)果表明，稻蒜輪作的經(jīng)濟(jì)效益高于稻豆輪作。大蒜施肥量較蠶豆高，但產(chǎn)量?jī)H為蠶豆的一半，然而由于大蒜單價(jià)較高，市場(chǎng)平均價(jià)則達(dá)10～12元/kg，此外大蒜蒜頭和蒜苔均可以售賣(mài)，而鮮食蠶豆市均價(jià)相對(duì)大蒜較低，平均僅3元/kg，因此，雖然大蒜產(chǎn)量遠(yuǎn)不及蠶豆，但產(chǎn)值卻遠(yuǎn)高于蠶豆。如以追求高產(chǎn)高效為目的，則可以選擇稻后種植大蒜代替目前生產(chǎn)中較多的蠶豆種植方式。

稻蒜輪作的土壤速效氮、有效磷、速效鉀含量均高于稻豆輪作，這主要和種植兩種作物的施肥量有關(guān)，大蒜化肥施肥量相比蠶豆高出50 %左右，因此稻蒜輪作土壤養(yǎng)分含量高于稻豆輪作。

3.4 水肥優(yōu)化及覆蓋對(duì)水旱輪作周年效益的影響

①化肥減量效應(yīng)。在氮肥施用量比習(xí)慣生產(chǎn)減少約20 %，并適當(dāng)增施有機(jī)肥，平衡施用磷鉀肥的前提下，并不影響作物產(chǎn)量。②節(jié)水效應(yīng)。在正常氣候條件下，無(wú)論是水稻季、還是旱作季，減少水分灌溉量20 %，并采用科學(xué)的灌溉方式，并不會(huì)影響作物產(chǎn)量，但水分減量超過(guò)20 %時(shí)，會(huì)造成水稻10 %左右的減產(chǎn)。③覆蓋影響。在氣候冷涼的地區(qū)，冬季覆蓋對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)值有一定負(fù)面影響，當(dāng)季作物產(chǎn)量/值降低10 %左右。但隨著年限增加，稻草不斷分解，對(duì)土壤有機(jī)質(zhì)的累積有積極作用，并能有效改善土壤結(jié)構(gòu)。綜上所述，水肥優(yōu)化處理增施有機(jī)肥增加了一定成本，但總體成本仍然小于習(xí)慣處理，而且單季與周年均能獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量，從而獲得較高的產(chǎn)值和經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié) 論

水旱輪作系統(tǒng)中，稻后種植大蒜代替目前生產(chǎn)中較多的種植蠶豆方式，可獲得較高經(jīng)濟(jì)效益，提高水旱輪作系統(tǒng)周年生產(chǎn)力。在正常氣候條件下，無(wú)論是水稻季、還是旱作季，采用科學(xué)的灌溉方式，減少水分用量20 %，并不會(huì)影響作物產(chǎn)量。在適當(dāng)增施有機(jī)肥的前提下，減少氮肥用量20 %，并根據(jù)作物特性平衡施用磷鉀肥，對(duì)作物產(chǎn)量產(chǎn)值無(wú)明顯影響，還能增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，長(zhǎng)期堅(jiān)持，能改善土壤質(zhì)量，保護(hù)環(huán)境，維持耕地高效持續(xù)生產(chǎn)力。

[1]周超亞.南方耕作制度[M].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社, 1996.

[2]云南省統(tǒng)計(jì)局.云南統(tǒng)計(jì)年鑒2014[M].昆明:中國(guó)統(tǒng)計(jì)出版社, 2014.

[3]馬毅杰,陳家坊.水稻土物質(zhì)變化與生態(tài)環(huán)境[M].北京:科學(xué)出版社, 1999.

[4]石孝均.水旱輪作體系中的養(yǎng)分循環(huán)特征[D].北京:中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué), 2003.

[5]張維樂(lè),戴志剛,任 濤,等.不同水旱輪作體系秸稈還田與氮肥運(yùn)籌對(duì)作物產(chǎn)量及養(yǎng)分吸收利用的影響[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(7):1254-1266.

[6]虞光復(fù),陳永森.論云南土壤的地理分布規(guī)律[J].云南大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版, 1998(1):55-58.

[7]李忠芳,婁翼來(lái),李 慧,等.長(zhǎng)期施肥下我國(guó)南方不同輪作制度水稻的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性分析[J].土壤, 2015, 47(5):830-835.

[8]劉益仁,李 想,郁 潔,等.有機(jī)無(wú)機(jī)肥配施提高麥-稻輪作系統(tǒng)中水稻氮肥利用率的機(jī)制[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2012, 23(1):81-86.

[9]孫 波,王興祥,張?zhí)伊?紅壤養(yǎng)分淋失的影響因子[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào), 2003(3):257-262.

[10]范明生,江榮風(fēng),張福鎖,等.水旱輪作系統(tǒng)作物養(yǎng)分管理策略[J].應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2008(2):424-432.

[11]Sahrawat K L. Organic matter accumulation in submerged soils[J]. Advances in Agronomy, 2003, 81(3):169-201.

[12]趙 營(yíng),郭鑫年,冀宏杰,等.施肥對(duì)水旱輪作作物產(chǎn)量、土壤無(wú)機(jī)氮?dú)埩艏暗仄胶獾挠绊慬J].土壤通報(bào), 2015(4):940-947.

[13]Ponnamperuma F N. The Chemistry of Submerged Soils[J]. Advances in Agronomy, 1972, 24:29-96.

[14]婁希鳳.水旱輪作制度下磷肥施用對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響[D]. 武漢:華中農(nóng)業(yè)大學(xué), 2012:15-17.

[15]李忠佩,李德成,張?zhí)伊?等.紅壤水稻土肥力性狀的演變特征[J].土壤學(xué)報(bào), 2003(6):870-878.

[16]Ladha J K, Fischer K S, Hossain M, et al. Improving the productivity and sustainability of rice-wheat systems of the Indo-Gangetic Plains:A Synthesis of NARS-IRRI Partership Research[J]. Irri. 2013.

[17]王夢(mèng)姣,鄧百萬(wàn),彭 浩.輪作區(qū)不同品系水稻根際土壤元素變化趨勢(shì)研究[J].西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2017, 30(8):1814-1821.

[18]Swarup A, Singh K N. Effect of 12 years' rice/wheat cropping sequence and fertilizer use on soil properties and crop yields in a sodic soil[J]. Field Crops Research.， 1989, 21(3):277-287.