北疆平原荒漠區(qū)糧草輪作模式經濟效益分析

張薈薈，張學洲，阿斯婭·曼力克，梁維維，朱 昊，王 璐，李學森，靳俊鵬

(新疆畜牧科學院草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

糧食安全是關系國計民生的重大國家戰(zhàn)略。自2004年到2015年的12年間，我國糧食產量實現(xiàn)了“十二連增”，但其收益增幅卻很小[1]。這意味著糧食增產的代價是高額的生產成本和資源環(huán)境的嚴重透支?；屎娃r藥的過量使用帶來的糧食安全隱患已不容忽視。另外，隨著人民生活水平不斷提高，居民膳食結構發(fā)生巨大變化，飼料糧的短缺，尤其是蛋白質飼料的短缺，也已逐漸成為我國糧食安全面臨的主要問題[2]。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)作為全世界廣泛栽培的豆科牧草，品質優(yōu)良，素有“牧草之王”之稱。紫花苜蓿具有耐干旱、耐鹽堿、耐瘠薄和高效固氮等特性[3-4]，且能為家畜生產提供豐富的蛋白質，促進家畜產業(yè)的發(fā)展，從而滿足居民膳食結構改變的需要[2]。因此，為了確保國家糧食安全，將苜蓿引入糧食作物耕作系統(tǒng)中，實行糧草輪作，“藏糧于草”，發(fā)展草地農業(yè)成為中國農業(yè)發(fā)展的必由之路[5]。目前草田輪作研究主要集中在輪作增產潛力[6]、輪作模式[7]及輪作對土壤影響[8-10]等方面。大量研究表明，草田輪作可提高作物產量和改善土壤肥力，實現(xiàn)土地可持續(xù)生產[11-12]，是解決當前飼草飼料短缺和提高整個農業(yè)系統(tǒng)生產效率的重要舉措[13]。實行糧草輪作，比單一種植糧食作物可獲得更高的生態(tài)效益和經濟效益[14]。袁寶財?shù)萚15]研究發(fā)現(xiàn)將苜蓿引入草田輪作系統(tǒng)，苜蓿后茬作物產量通常都有明顯提高，一般增產20%～30%，低產田可增產1倍以上的產量；在甘肅省臨夏縣北塬灌區(qū)，實行草田輪作后，豆科飼草茬地對春小麥(Triticumaestivum)增產效果顯著，在施肥量相同的情況下，紫花苜蓿茬地和復種箭筈豌豆(Viciasativa)茬地的小麥分別增產14.06%和11.96%[6]；董建江等[16]對4種典型耕作模式下土壤理化性狀及經濟效益進行綜合分析，認為輪作可以維護土壤肥力，促進農業(yè)增產增收。

自1963年起，新疆生產建設兵團已開始研究八區(qū)、六區(qū)草田輪作模式，將苜蓿、綠肥和草木樨(Melilotussuaveolens)引入糧食作物耕作系統(tǒng)中，增加了土壤有機質和氮素含量，作物產量穩(wěn)步上升，經濟效益顯著，并成功研制出了苜蓿-小麥等糧食作物的輪作模式[17-18]。在當前北疆平原荒漠區(qū)灌溉方式及田間管理背景下有關苜蓿-小麥輪作下其糧草效益分析的研究較少。北疆平原荒漠灌溉區(qū)的耕地為典型的中低產田，生態(tài)環(huán)境脆弱，加之近年來掠奪式開荒種植，地下水位持續(xù)下降，農藥化肥和地膜的大規(guī)模應用加劇了土壤的污染。此時對種植結構進行調整，將紫花苜蓿引入現(xiàn)有的耕作系統(tǒng)，有利于提高土地的生產效率，增加土壤肥力，遏制環(huán)境污染[2]。因此，本研究以位于北疆平原荒漠區(qū)的呼圖壁核心試驗區(qū)為研究對象，通過連續(xù)5年跟蹤調查，對比分析試驗區(qū)不同輪作模式下苜蓿-小麥產量、投入和收益的動態(tài)變化，以期為大型企業(yè)或農牧民推廣種植糧草輪作模式提供參考，也為保障國家糧食安全和生態(tài)文明建設提供重要支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于新疆呼圖壁縣國家農業(yè)部旱生牧草種子基地，地理坐標為44°14′08.47″ N，86°37′41.32″ E，海拔高度為495 m，年平均氣溫為6.7℃，年平均氣溫為6.7℃，1月和7月份的平均氣溫分別為—16.9℃和25.6℃，無霜期170 d，≥10℃積溫3 881℃，年平均降水量167 mm，年平均蒸發(fā)量為2 361.1 mm；土壤類型為灰棕色荒漠土，有機質含量為7.0 g·kg-1，全氮含量為0.54 g·kg-1，全磷含量為1.01 g·kg-1，全鉀含量為2.1%，水解性氮含量為57.2 mg·kg-1，有效磷含量為14.0 mg·kg-1，速效鉀含量為478 mg·kg-1，pH值8.8，全鹽含量為3.2 g·kg-1，土壤呈堿性，輕度鹽漬化，地勢較平坦。

1.2 試驗材料

試驗苜蓿品種為‘WL343HQ’，來自北京正道公司。小麥品種為‘新冬22號’，為當?shù)刂魍破贩N。

1.3 試驗設計

試驗設置兩種耕作模式：模式A為苜蓿第3茬后翻耕(2014年)→當年冬小麥(2014年)→次年秋播冬小麥(2015年)→連續(xù)秋播冬小麥(2016年)→秋季小麥收獲后種植苜蓿(2017年)→苜蓿(2018年)，2014年苜蓿收獲3茬，2018年收獲4茬；模式B為小麥收獲后翻耕種植苜蓿(2014年)→連續(xù)種植苜蓿(2015—2018年)，2015—2017年收獲4茬苜蓿，2014年和2018年收獲3茬苜蓿。模式A和模式B試驗區(qū)面積均為7 hm2，苜蓿播量27 kg·hm-2(包衣種子)，行距20 cm，灌溉方式為淺埋式滴灌，毛管鋪設間距60 cm，埋深8～10 cm，小麥播種量480 kg·hm-2，地表滴灌。小麥和苜蓿播種時均施入底肥粒狀重過磷酸鈣(總磷≥46%)300 kg·hm-2，小麥追肥尿素(總氮≥46.4%)300 kg·hm-2，除模式A中2018年苜蓿追肥磷酸一銨(N+P2O5+K2O≥61%)90 kg·hm-2，其余生長期內均未追肥。

1.4 測定項目和方法

1.4.1產量及成本收益計算 小麥成熟期收獲1次，一般苜蓿每年收獲4茬，但倒茬種植冬小麥的當年苜蓿收獲3茬，現(xiàn)蕾或初花期進行刈割，糧草產量以每年出售的實際過磅數(shù)為準，按小麥和苜蓿市場價平均值和實際補貼計算產值和利潤，公式如下[19]:

利潤=總收入-總成本

產投比=總收入/總成本×100%

成本利潤率=利潤/總成本×100%

按照呼圖壁基地實際支出統(tǒng)計成本，主要包括種子費、肥料費、整地費、播種費、材料費、安裝費、電費、水資源費、人工費、收割打捆費和拉運裝卸費等19項，無地租費。

1.4.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計 利用WPS 2019表格處理軟件對兩種模式下生產成本、糧草產量和經濟效益等數(shù)據(jù)進行整理與統(tǒng)計分析，列表比較數(shù)據(jù)均值。

2 結果與分析

2.1 兩種種植模式總成本分析

對不同種植模式下苜蓿和小麥的生產成本進行比較，結果顯示，兩種種植模式下5年的總成本中，模式A的種植成本相對較大，為60 740 元·hm-2，模式B為46 377 元·hm-2，模式A較B高出30.97%。這主要是因為種植小麥年投入成本高，每年投入12 748 元·hm-2以上，而種植苜蓿，除第1年成本較高外，剩余年份其投入相對較低，在5 949 元·hm-2以下，年均投入成本為小麥的65.95%(表1)。由兩種模式下的施肥成本可看出，種植小麥每年的肥料成本為2 100 元·hm-2左右，而苜?；旧现皇┤氲追?。

2.2 兩種模式下糧草產量與收入分析

從兩種輪作模式下作物產量及收入來看(表2)，模式A中，秋季老苜蓿地翻耕后種植冬小麥，次年其籽粒產量最高，前兩年均產可達7 875 kg·hm-2，連作第3年產量出現(xiàn)降低，當年秋季倒茬種植苜蓿，次年(2018年)苜蓿產量可達到18 000 kg·hm-2；模式B中，秋季在冬小麥收獲后倒茬種植苜蓿，連作4年，苜蓿產量逐年降低，年均干草產量為14 438 kg·hm-2，其中2014年小麥籽粒產量較低，主要是由于該地塊為低產田，前茬一直多年連作小麥。

從兩種模式下的糧草收益來看(表2)，糧草種植過程中其總收入由作物收入和補貼兩部分構成，模式A中5年總收入為99 708 元·hm-2，糧草收入為87 048 元·hm-2，其中種植冬小麥的補貼較高，在3 500 元·hm-2以上，占當年收入的16.50%左右；而模式B中5年總收入92 637 元·hm-2，糧草收入為84 822 元·hm-2，其苜蓿的補貼相對較低，為1 500 元·hm-2，占當年收入的7.00%～10.00%，隨著苜蓿連作年限的延長，產值逐漸降低。綜合比較兩種模式下5年的總收入還可看出，模式A略高于B，但差距不大。從糧草的價格上可以看出，北疆地區(qū)苜蓿的市場價格較全國水平總體偏低，在很大程度上影響了農牧民的收入，而小麥作為人類的口糧，價格相對穩(wěn)定，其收入隨籽粒產量呈現(xiàn)上下波動。

表2 兩種輪作模式下糧草產量及收入分析

2.3 兩種模式下糧草經濟效益分析

對比分析兩種模式下經濟效益(表3)發(fā)現(xiàn)，模式A的5年總利潤為38 968 元·hm-2，年均收益7 794 元·hm-2，其中2015—2017年連作3年冬小麥，糧草年均總利潤為9 653 元·hm-2，前兩年籽粒收入較高，年均糧草利潤可達6 414 元·hm-2；模式B的5年總利潤為46 260 元·hm-2，年均收益9 252 元·hm-2，兩種模式下總利潤相差7 292 元·hm-2，當除去補貼后，模式B下糧草年均利潤較模式A高出46%。

由投入產出比的分析可知(表3)，模式B的年均總投入產出比為239%，高于模式A，主要是由于兩模式中苜蓿和小麥輪作年限不同，收益差距較大。除此之外，發(fā)現(xiàn)模式A中連作3年小麥(2015—2017年)的年均糧草產投比為146%，模式B中連作4年苜蓿(2015—2018年)的年均糧草產投比為242%，說明種植小麥的投入成本高，產出少，而苜蓿除第1年投入資金較多外，其余年份均為低成本高產出。成本利潤率的分析表明，模式B的年均總成本利潤率和糧草成本利潤率分別為139%和118%，基本上是模式A的2倍多。另外，連作3年小麥和4年苜蓿的年均糧草成本利潤率分別為46%和142%，二者相差3倍，這也再次驗證了種植苜蓿的利潤明顯高于小麥，因此，將紫花苜蓿納入糧食耕作系統(tǒng)，不僅可以提高土地生產效率，填補蛋白質飼料短缺的缺口，還有助于增加收入[2]。

表3 兩種種植模式經濟效益分析

3 討論

不同地區(qū)選擇不同的連作或輪作模式，決定該地區(qū)的種植總成本與最終收獲的產量[19]，苜蓿-小麥糧草輪作常見于新疆北疆地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，在滴灌條件下，每年種植冬小麥的投入成本相對較為穩(wěn)定，為12 883 元·hm-2，而種植苜蓿除第1年投入成本較高外，其余年份較低，苜蓿輪作4年的年均投入成本為8 407 元·hm-2，較冬小麥種植成本減少4 476 元·hm-2，主要是因為在核心試驗區(qū)苜蓿后期管理過程中僅需投入電費、水資源費、人工費、收割費和打捆費等成本，且苜蓿自身具有固氮作用，可向土壤中提供氮素營養(yǎng)，減少了尿素的施入量[20]，而在農牧民種植過程所投入的水資源費和人工費會相應減少，成本自然也會再次降低。因此，在小麥耕作系統(tǒng)中引入低成本的苜?？山档洼喿鞯某杀?，減少化肥的施入量，有利于提高農牧民的經濟效益[18]。

眾多學者的研究實踐證明苜蓿田輪作小麥種植模式對后茬作物小麥產量及生理指標有明顯的促進作用[7]。在山西運城地區(qū)，苜蓿后作的小麥增產66.9%；陜西關中地區(qū)，苜蓿后茬小麥可連續(xù)增產3年，增產幅度30%～50%[21]；趙豐等[18]對新疆六區(qū)草田輪作制的研究發(fā)現(xiàn)，草田輪作區(qū)經過一個輪作周期，作物產量大幅度提高，小麥平均產量比對照農田可增產37.74%。本研究結果表明，苜蓿—小麥輪作模式中，在前茬老苜蓿地翻耕種植冬小麥后，次年其籽粒產量最高，前兩年均產可達7 875 kg·hm-2，較低產田小麥連作增產25%，這與前人研究結論一致[22]。苜蓿-小麥輪作除了能增產，還能顯著影響土壤微生物組成，降低自毒物質含量，有效改善土壤環(huán)境，且輪作2年小麥對土壤的解毒效果更為明顯[9]。在小麥—苜蓿輪作模式研究中，冬小麥收獲后倒茬連作4年苜蓿，其干草產量逐年降低，年均值為14 438 kg·hm-2，第4年產量較第一年減產35%，主要是因為地下鋪設的滴灌帶遭到車輛碾壓和老鼠啃食等破壞，田間灌水的均勻度大幅度下降，致使苜蓿減產，因此，在北疆平原荒漠灌區(qū)的苜蓿-小麥輪作過程中，苜蓿的利用年限不能太長，3～4年較為適宜。

糧草的投入成本、產量和價格是決定輪作模式經濟效益的關鍵因素[23]。兩種輪作模式下經濟效益的分析結果表明，苜蓿—小麥—小麥—小麥—苜蓿的種植模式下5年的總利潤為38 968 元·hm-2，年均收益7 794 元·hm-2，而小麥—苜蓿—苜?！俎！俎７N植模式下，5年總利潤為46 260 元·hm-2，年均收益9 252 元·hm-2，兩種模式下總利潤相差7 292 元·hm-2，說明在糧草輪作過程中，適當延長苜蓿的種植時間可增加農牧民的收入，朱志明[20]等學者也認為加強苜蓿草場的管理，延長其利用時間，是進一步降低生產成本的關鍵。研究還發(fā)現(xiàn)，當去除糧草補貼后，老苜蓿地倒茬種植小麥的前2年糧食年均利潤可達6 414 元·hm-2，成本利潤率在46%以上，而小麥倒茬輪作3～4年苜蓿的干草年均利潤為9 050 元·hm-2，成本利潤率為140%左右，且種植苜蓿的糧草產投比是小麥的3倍，這也再次證實了種植小麥為高投入，低產出類型，而苜蓿除第一年投入資金較多外，其余年份均為低成本高產出，這與趙豐等[18]的研究結果一致，因此將苜蓿引入糧食耕作系統(tǒng)中，可直接提高輪作的利潤，解決蛋白質飼料短缺的問題。但由于近年來，新疆苜蓿價格一直維持在1.2元左右，較全國水平總體偏低，致使農牧民種草的積極性不高。

4 結論

在北疆平原荒漠灌區(qū)的當前管理水平下實行苜?！←溳喿骺稍黾雍蟛缱魑锏漠a量，前兩年較為明顯。小麥耕作系統(tǒng)中引入低成本的苜蓿，可提高輪作的收入，且苜蓿生長的3～4年干草產量較高，利潤可觀，但由于新疆苜蓿價格較低，農牧民種植的積極性不高。