秸稈還田條件下玉米-高粱（玉米）-大豆輪作的產(chǎn)量與效益分析

蓋志佳 劉婧琦 蔡麗君 杜佳興 谷 維 張敬濤 吳俊江

（1 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院博士后科研工作站，哈爾濱 150086；2 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院，佳木斯154007；3 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所，哈爾濱150086；4 黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大豆研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部大豆栽培重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，哈爾濱 150086）

黑龍江省是我國重要的商品糧基地，糧食總產(chǎn)實(shí)現(xiàn)十二連增，突破600 億kg，為保障國家糧食安全作出了巨大貢獻(xiàn)。但不能否認(rèn)近年來黑龍江省糧食的大幅度增長是以擴(kuò)大種植面積和連續(xù)種植高產(chǎn)作物實(shí)現(xiàn)的。受政策和市場的影響，黑龍江省的輪作體系在不斷變化中，輪作形式主要經(jīng)歷了20 世紀(jì)50、60 年代的主谷式輪作——以大豆為中心的輪作方式；20 世紀(jì)70 年代以大豆為中心的輪作方式被打破，輪作體系受到作物布局的沖擊而變得不穩(wěn)定。在作物布局和作物結(jié)構(gòu)變化上，以綏化為界，小麥、大豆北移情況更加明朗，20 世紀(jì)60 年代至70年代，由于玉米雙交種和單交種先后被廣泛采用，單位面積產(chǎn)量提高，作物構(gòu)成逐漸發(fā)生變化，即玉米播種面積逐漸增加，高粱、谷子逐漸減少。20 世紀(jì)80年代以后主產(chǎn)區(qū)玉米和大豆重迎茬加劇，造成大豆重迎茬的主要原因是市場價(jià)格拉力作用，同時(shí)期水稻面積也快速增加。20世紀(jì)90年代后，大量以水稻、玉米、大豆種植為主的種植方式在原有的以玉米和小麥種植為主的地區(qū)出現(xiàn)，同時(shí)以水稻種植為主地區(qū)的面積顯著擴(kuò)大，這一變化趨勢表明在某種原因的影響之下，喜暖的作物開始了北移的過程。2000年以后，水稻、玉米、大豆種植面積進(jìn)一步擴(kuò)大，小麥面積進(jìn)一步萎縮，僅在大興安嶺地區(qū)以小麥種植為主。到2015 年黑龍江省玉米、大豆、水稻3 種作物占農(nóng)作物的播種面積超過了90%。以大豆為主的輪作體系被打破，當(dāng)前是主栽作物產(chǎn)區(qū)玉米連作或大豆連作或水稻連作與一些地區(qū)各種輪作共存的局面，新的較合理的輪作體系有待進(jìn)一步完善。黑龍江省北部地區(qū)是本省大豆主產(chǎn)區(qū)，大豆連作現(xiàn)象十分突出，大豆對(duì)連作反應(yīng)十分敏感，連作減產(chǎn)明顯，連作時(shí)間越長大豆減產(chǎn)越明顯[1-2]。玉米是調(diào)劑茬口，在輪作制中占有重要地位。由于近年來對(duì)其需求增多，導(dǎo)致玉米種植比例迅速擴(kuò)大，連作現(xiàn)象明顯。雖然玉米具備一定耐連作能力，但應(yīng)該注意，玉米過度集中種植其抗災(zāi)能力下降，加上耕作管理不當(dāng)，引起土壤有機(jī)質(zhì)快速消耗，土壤肥力降低，土壤侵蝕加劇，病蟲害嚴(yán)重，產(chǎn)量降低。

當(dāng)前，農(nóng)民只注重當(dāng)年作物收益，忽視長遠(yuǎn)作物生產(chǎn)總收益。鑒于此，本試驗(yàn)以連作大豆和連作玉米為對(duì)照，對(duì)玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆兩種輪作模式的產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行分析，為今后采取合適的輪作模式提供依據(jù)，為農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況本試驗(yàn)于2017-2019 年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院佳木斯分院實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行（46°47′N，130°24′E），試驗(yàn)所在地屬于寒溫帶大陸性季風(fēng)氣候，雨熱同期，無霜期為130d 左右，≥10℃活動(dòng)積溫為2500℃左右，年平均降雨量為500mm。土壤類型為草甸黑土，肥力均勻。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)采用大區(qū)對(duì)比法設(shè)計(jì)，設(shè)置玉米-玉米-大豆、玉米-高粱-大豆、連作玉米、連作大豆4 種輪作模式。試驗(yàn)小區(qū)均為12 行區(qū)，行長20m，小區(qū)面積163.2m2。2017 年建立輪作區(qū)，前茬作物為大豆，2017-2019 年的品種選擇、種植方式、施肥方式、秸稈處理、播種、收獲等信息見表1。

表1 2017-2019 年的品種選擇、耕作方式、播種、收獲等信息

1.3 測定項(xiàng)目大豆、玉米、高粱產(chǎn)量測定方法為每個(gè)處理取3 點(diǎn)，每點(diǎn)2m2，按標(biāo)準(zhǔn)水分計(jì)算產(chǎn)量；每個(gè)處理取3 點(diǎn)，每點(diǎn)連續(xù)取5 株，室內(nèi)考種測定株（穗）粒重、百粒重。經(jīng)濟(jì)效益分析：詳細(xì)計(jì)算投入成本，包括地租、種子、化肥、農(nóng)藥、整地、播種、田間管理、收獲以及其他投入，最后計(jì)算總投入（成本核算以當(dāng)?shù)厣a(chǎn)田為準(zhǔn)），并統(tǒng)計(jì)經(jīng)濟(jì)收入，計(jì)算經(jīng)濟(jì)效益。

2 結(jié)果與分析

2.1 輪作方式對(duì)作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響2017 年是輪作模式研究的第1 年，前茬作物為大豆。方差分析表明，玉米-玉米-大豆、玉米-高粱-大豆、連作玉米中玉米籽粒產(chǎn)量、百粒重以及穗粒重差異不顯著（表2）。2018 年為輪作模式研究的第2年，玉米-玉米-大豆與連作玉米中玉米籽粒產(chǎn)量、百粒重以及穗粒重差異不顯著。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，2018 年連作大豆產(chǎn)量比2017 年連作大豆產(chǎn)量低175.20kg/hm2，減產(chǎn)率為6.51%。

表2 輪作方式對(duì)作物產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因子的影響

2019 年為輪作模式研究的第3 年。方差分析顯示，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆、連作大豆中的大豆株粒重以及籽粒產(chǎn)量差異達(dá)到顯著水平，且玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆模式中大豆籽粒產(chǎn)量顯著高于連作大豆籽粒產(chǎn)量。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆中大豆籽粒產(chǎn)量較連作大豆籽粒產(chǎn)量分別增加23.88%和17.55%，這說明玉米-高粱-大豆比玉米-玉米-大豆輪作模式更有利于大豆籽粒產(chǎn)量的增加。

2.2 不同輪作模式的投入、產(chǎn)出及經(jīng)濟(jì)效益分析從表3 可知，3 年連作玉米田間作業(yè)成本最高為5740 元/hm2，3 年連作大豆田間作業(yè)成本最低為4890 元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式的田間作業(yè)總成本處于中間水平，連作玉米田間作業(yè)成本高主要是由于玉米收獲費(fèi)用高于高粱和大豆。3 年連作玉米農(nóng)資成本最高為7800 元/hm2，3 年連作大豆農(nóng)資成本最低為3830元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式的農(nóng)資成本處于中間水平，連作玉米農(nóng)資成本高主要是由于化肥和玉米種子費(fèi)用要明顯高于高粱和大豆。3 年連作玉米總成本最高為34540 元/hm2，3 年連作大豆總成本最低為29720元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式的農(nóng)資成本處于中間水平。不同輪作模式的總收益按照作物產(chǎn)量與當(dāng)年谷物單價(jià)計(jì)算而來，玉米-高粱-大豆輪作模式3 年總收益最高為37547 元/hm2，玉米-玉米-大豆和3 年連作玉米差異不明顯，3 年連作大豆總收益最低為28171元/hm2。玉米-高粱-大豆輪作模式3 年凈收益最高為5287 元/hm2，玉米-玉米-大豆收益為2163元/hm2，3年連作玉米凈收益為1154 元/hm2，3 年連作大豆凈收益為-1549 元/hm2。通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作玉米分別增效1378 元/hm2和336元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作大豆分別增效2279 元/hm2和1237 元/hm2。

表3 2017-2019 年輪作模式的投入、產(chǎn)出及經(jīng)濟(jì)效益分析 （元/hm2）

3 結(jié)論與討論

黑龍江省是我國重要的商品糧基地和國家糧食安全的壓倉石[3]。當(dāng)前存在的問題是黑龍江省部分地區(qū)連作玉米、黑龍江北部冷涼區(qū)連作大豆問題尤為突出，嚴(yán)重制約了黑龍江農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展，不利于黑龍江省糧食穩(wěn)產(chǎn)以及國家糧食安全。對(duì)農(nóng)民而言，作物效益是否采取輪作起到?jīng)Q定性的因素，合理輪作是一項(xiàng)長期的行之有效的管理措施，對(duì)改善和平衡作物生長發(fā)育的養(yǎng)分以及促進(jìn)作物生長和高產(chǎn)尤為重要，實(shí)行合理輪作有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)機(jī)、化肥、農(nóng)藥等生產(chǎn)資源有機(jī)配合，并形成一套高產(chǎn)增收的輪作技術(shù)體系[4]。本研究結(jié)果顯示，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆輪作模式中大豆籽粒產(chǎn)量較連作大豆籽粒產(chǎn)量分別增加23.88%和17.55%；玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作玉米分別增效1377 元/hm2和336元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作大豆分別增效2279 元/hm2和1237 元/hm2。因此，從長遠(yuǎn)經(jīng)濟(jì)效益來看，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆比連作玉米和連作大豆增收明顯，符合農(nóng)民利益，同時(shí)也有利于建立合理的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)。但是，當(dāng)前黑龍江省高粱種植面積較少，無法充分實(shí)現(xiàn)玉米-高粱-大豆輪作模式，只能進(jìn)行玉米-玉米-大豆輪作種植模式。為提高玉米-高粱-大豆輪作模式的應(yīng)用面積，直接有效的方法是提高高粱種植面積；間接辦法是增加高粱加工企業(yè)（酒廠）的數(shù)量，減費(fèi)降稅，激發(fā)企業(yè)活力，實(shí)現(xiàn)高粱訂單生產(chǎn)，進(jìn)而增加高粱種植面積。此外，應(yīng)培育適宜黑龍江省北部區(qū)域早熟玉米和高粱品種，打破黑龍江冷涼區(qū)連作大豆障礙，實(shí)現(xiàn)合理輪作。