長(zhǎng)江中游不同復(fù)種輪作模式的資源利用率及綜合效益比較*

楊濱娟, 李新梅, 胡啟良, 劉 寧, 黃國(guó)勤

(江西農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)科學(xué)研究中心/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 南昌 330045)

輪作休耕是輪作和休耕兩者的協(xié)調(diào)統(tǒng)一, 是從輪作發(fā)展而來(lái)的耕作方式, 有特殊的內(nèi)涵。實(shí)施輪作休耕不僅有助于耕地的休養(yǎng)生息, 也有利于保護(hù)耕地資源和潛在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)能力。農(nóng)業(yè)中光、溫、水、土等資源的合理高效利用, 是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的前提和重要保障。但近年來(lái)長(zhǎng)江中游普遍存在種植制度單一, 光、溫、水資源利用率不足, 過量施用化學(xué)肥料等一系列問題, 嚴(yán)重影響了該區(qū)域的糧食生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境。提高農(nóng)業(yè)的復(fù)種指數(shù),發(fā)展多熟制可以提高農(nóng)業(yè)資源的利用效率, 而且不同的農(nóng)業(yè)種植模式有不同的資源利用效率。陳阜等提出了由“單熟制”向“多熟制”的轉(zhuǎn)變策略, 多元多熟復(fù)合種植可以獲得更高的光能利用率。李小勇研究表明, 與“冬閑-雙季稻”種植模式相比, “春玉米(Zea mays)-晚稻(Oryza sativa)”的周年土地資源利用效率、光能、溫度和自然降水表觀生物利用率分別提高9.75%、14.70%、20.40%和12.10%。另外, 綜合評(píng)價(jià)不同種植模式也是當(dāng)今開展種植制度研究的核心之一。衡量一種種植模式是否合理, 不能以產(chǎn)量作為唯一的度量標(biāo)準(zhǔn), 要綜合考慮該模式是否能最大效率地利用自然資源(光、溫、水等)和人為投入(農(nóng)藥、化肥、種子、勞動(dòng)力等), 以及在實(shí)施區(qū)域最適宜的收獲季節(jié)獲取最大產(chǎn)量的農(nóng)作物和經(jīng)濟(jì)效益的最大值。周海波等采用群決策方法, 建立綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 對(duì)雙季稻田三熟制不同種植模式的經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 結(jié)果表明 “綠肥-稻-稻”和“薯-稻-稻”是綜合效益較好的兩個(gè)模式。崔愛花等采用灰色關(guān)聯(lián)度法, 針對(duì)紅壤旱地不同復(fù)種模式, 綜合評(píng)價(jià)了經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的13個(gè)指標(biāo), 發(fā)現(xiàn)混播綠肥[油菜(Brassica napus)×紫云英(Astragalus sinicus)×肥田蘿卜(Raphanus sativus)]復(fù)種模式的加權(quán)關(guān)聯(lián)度最高, 是兼顧經(jīng)濟(jì)、生態(tài)和社會(huì)效益的較優(yōu)模式, 適宜在紅壤旱地推廣。古翼瑞通過AHP綜合效益指數(shù)評(píng)價(jià)法圍繞水稻相關(guān)種植模式的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià), “春菜-中稻-秋馬鈴薯(Solanum tuberosum)”模式綜合效益排名最高, 確保糧食高產(chǎn)量和高效益。目前, 針對(duì)種植模式的綜合評(píng)價(jià)方法主要有灰色關(guān)聯(lián)分析法、經(jīng)驗(yàn)及傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析法、加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法等。加權(quán)綜合評(píng)價(jià)法與灰色關(guān)聯(lián)分析、經(jīng)驗(yàn)及傳統(tǒng)統(tǒng)計(jì)分析法兩種方法相比, 充分考慮了指標(biāo)之間的關(guān)聯(lián)性和指標(biāo)的相對(duì)重要性, 有助于研究者充分利用試驗(yàn)提供的信息。但綜合比較長(zhǎng)江中游不同種植模式的資源利用效率以及綜合效益的研究較少, 尤其是涉及輪作休耕模式的, 少見相關(guān)報(bào)道。因此, 在雙季稻田“紫云英-早稻-晚稻”傳統(tǒng)種植模式上, 設(shè)置不同復(fù)種輪作模式, 深入研究各種植模式對(duì)資源利用率以及綜合效益的影響, 為雙季稻區(qū)推廣應(yīng)用綠色高效的復(fù)種輪作休耕模式提供科學(xué)依據(jù)和理論支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

于2017年9月至2019年11月, 在江西省鷹潭市余江區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)田(28°14′8″N,116°51′22″E)開展試驗(yàn), 試驗(yàn)地屬亞熱帶季風(fēng)濕潤(rùn)氣候, 四季分明, 降雨充沛,年降雨量1788.8 mm,年平均氣溫17.6 ℃, 太陽(yáng)年輻射總量為4542.7 kJ?m,年無(wú)霜期平均258 d。試驗(yàn)前的土壤基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況基本一致, 小區(qū)之間隨機(jī)排列, 有良好的排灌設(shè)備, 小區(qū)周邊設(shè)置保護(hù)區(qū)。試驗(yàn)地水利資源豐富, 灌溉布局合理, 田地平整, 是水稻良種繁殖的理想之地, 多為泥沙淤土, 少數(shù)為紅壤土, 土質(zhì)肥沃, 偏酸性。試驗(yàn)前土壤(0～20 cm)肥力: pH 5.07, 有機(jī)質(zhì)含量30.07 g·kg, 全氮含量1.79 g·kg, 堿解氮含量182.67 mg·kg,有效磷含量86.10 mg·kg, 速效鉀含量129.67 mg·kg。

1.2 試驗(yàn)材料與田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置5種種植模式, 每個(gè)處理3次重復(fù), 隨機(jī)區(qū)組排列, 小區(qū)面積為66.7 m, 小區(qū)間的田埂、水溝和環(huán)溝的寬度分別為0.5 m、1 m和0.5 m, 按隨機(jī)區(qū)組排列。處理A為對(duì)照, 處理B、C、D進(jìn)行兩年復(fù)種輪作, 處理E為休耕模式(表1)。

表1 2018—2019年各處理的具體種植模式Table 1 Planting patterns of each treatment from 2018 to 2019

試驗(yàn)材料與田間管理: 紫云英品種為‘余江大葉籽’, 油菜品種為‘贛油1號(hào)’, 早稻品種為‘中早33’, 晚稻品種為‘黃花占’, 大豆(Glycine max)品種為‘滬鮮豆6號(hào)’, 玉米品種為‘贛1號(hào)’, 甘蔗(Saccharum officinarum)品種為‘贛紫皮果蔗’, 甘薯(Dioscorea esculenta)品種為‘贛南瓜紅薯’。2018年, 早稻播種量為45 kg?hm, 移栽時(shí)間4月15日, 收獲時(shí)間7月8日;晚稻播種量為42 kg?hm, 移栽時(shí)間7月10日, 收獲時(shí)間11月4日; 紫云英播種量為22.5 kg?hm, 播種時(shí)間2017年10月1日, 在盛花期(2018年4月10日)直接翻壓還田; 油菜種植密度為11.1萬(wàn)株?hm, 移栽時(shí)間在2017年12月6日, 收獲時(shí)間2018年5月15日; 大豆種植密度為6.7萬(wàn)株?hm, 春大豆移栽時(shí)間4月15日, 收獲期6月6日, 秋大豆移栽時(shí)間6月15日,收獲時(shí)間10月31日; 玉米播種量為6.7萬(wàn)株?hm,播種時(shí)期7月15日, 收獲時(shí)間10月20日; 甘蔗種植密度為8230株?hm, 移栽時(shí)間5月16日, 收獲時(shí)間12月6日; 甘薯種植密度為5.6萬(wàn)株?hm, 移栽時(shí)間7月15日, 收獲時(shí)間10月20日。2019年, 早稻播種量為45 kg?hm, 移栽時(shí)間4月7日, 收獲時(shí)間7月5日; 晚稻播種量為42 kg?hm, 移栽時(shí)間7月12日, 收獲時(shí)間11月10日; 紫云英播種量為22.5 kg?hm, 播種時(shí)間2018年9月30日, 在盛花期(2019年4月12日)直接翻壓還田; 油菜種植密度為11.1萬(wàn)株?hm,移栽時(shí)間在2018年11月30日, 收獲時(shí)間2019年5月10日; 大豆種植密度為6.7萬(wàn)株?hm, 春大豆移栽時(shí)間4月8日, 收獲期6月10日, 秋大豆移栽時(shí)間6月20日, 收獲時(shí)間11月10日; 玉米播種量為6.7萬(wàn)株?hm, 播種時(shí)期7月12日, 收獲時(shí)間10月25日;甘蔗種植密度為8230株?hm, 移栽時(shí)間5月15日,收獲時(shí)間12月8日; 甘薯種植密度為5.6萬(wàn)株?hm,移栽時(shí)間7月12日, 收獲時(shí)間10月25日。

化肥種類及用量: 作物所用化肥為尿素(N 46%), “施大壯”復(fù)合肥(N∶PO∶KO=15%∶15%∶15%)。早、晚稻化肥施尿素(折合成N) 103.5 kg?hm, 施復(fù)合肥折合 成N、PO、KO分 別 為67.5 kg?hm、67.5 kg?hm和67.5 kg?hm。水稻鉀、氮肥分基肥、分蘗肥、穗肥3次撒施, 施用比例為基肥∶分蘗肥∶穗肥=4∶3∶3, 分蘗肥在移栽后5～7 d施用, 穗肥在主莖幼穗長(zhǎng)1～2 cm時(shí)施用; 早稻秸稈切碎全量還田,晚稻秸稈覆蓋還田, 詳細(xì)田間管理如表2所示, 其他田間管理措施均按照一般大田栽培。

表2 2018—2019年不同處理的施肥措施Table 2 Fertilization of each treatment in 2018 and 2019

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 作物考種與測(cè)產(chǎn)

玉米、大豆: 分別于成熟期在各小區(qū)選取有代表性植株15株, 玉米脫粒曬干, 大豆去豆莢曬干, 作為實(shí)測(cè)產(chǎn)量。紫云英、油菜、甘薯、甘蔗: 在成熟期, 采用五點(diǎn)法, 每點(diǎn)測(cè)1 m, 測(cè)其鮮重, 然后取樣烘干測(cè)其干重。水稻每小區(qū)實(shí)收作為實(shí)際產(chǎn)量, 其中油菜、馬鈴薯、甘薯、大豆產(chǎn)量按所形成的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量, 以原糧折算標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算產(chǎn)量進(jìn)行比較分析。

1.3.2 植株干物質(zhì)測(cè)定

在作物成熟期每小區(qū)按平均莖蘗法隨機(jī)取5穴(小區(qū)邊行不取), 分成葉片、莖鞘和穗(抽穗后)等部分裝袋, 于105 ℃條件下殺青30 min, 再經(jīng)80 ℃烘干至恒重, 測(cè)定各處理植株干物質(zhì)積累與分配情況。

1.3.3 植株氮素測(cè)定

在作物成熟期植株干物質(zhì)積累測(cè)定完成后粉碎混勻, 采用HSO-HO消化, 以半微量開氏定氮法測(cè)定植株全氮含量。

1.3.4 資源利用率測(cè)定與計(jì)算方法

記錄不同作物的播種(移栽)、收獲或翻壓時(shí)間,早、晚稻移栽和收割時(shí)間作為生育期計(jì)算依據(jù), 試驗(yàn)地兩年的氣象資料日平均氣溫、降雨量、日照時(shí)數(shù)等由余江區(qū)氣象站提供。

1)光能利用率

式中: SUE為光能利用率; W為單位面積上作物產(chǎn)量的干重; H為單位干物質(zhì)燃燒產(chǎn)生的熱量; ∑Q為生長(zhǎng)期全年太陽(yáng)輻射能產(chǎn)生的熱量, 其中太陽(yáng)一年輻射能量在鷹潭市余江區(qū)約4542.7 MJ?m?a。

各作物單位干物質(zhì)熱量如表3所示。

表3 不同復(fù)種輪作模式各作物單位干物質(zhì)熱量Table 3 Heat per unit of dry matter of each crop of different multiple cropping rotation patterns

2)年有效積溫利用率

作物從種到收的日平均氣溫總和為積溫,日平均氣溫＞10的部分相加為有效積溫。

3)降水表觀生物利用率

降水表觀生物利用率反映的是自然降水量對(duì)作物干物質(zhì)積累量形成的貢獻(xiàn)

4)氮素利用效率

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。用SPSS 17.0系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同輪作休耕模式對(duì)資源利用效率的影響

2.1.1 光能利用效率

熱值是評(píng)價(jià)植物太陽(yáng)能累積和化學(xué)能轉(zhuǎn)化效率高低的重要指標(biāo)之一。籽粒的產(chǎn)量主要取決于光能利用率, 光能利用率是光合作用中貯存的能量占有效輻射能或占太陽(yáng)總輻射能的百分比。因處理E為休耕, 故處理E的光能利用率為0。從表4的結(jié)果可以看出, 復(fù)種輪作各處理總光能利用率與CK處理差異明顯。2018年處理D (油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯)的總光能利用率最高, 比其他處理高29.92%～115.91%。2019年處理B的總光能利用率最高, 比其他處理高14.78%～97.63%。綜合兩年的數(shù)據(jù)來(lái)看, 輪作模式中“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式(處理D)的光能利用率最高, 為2.067%。

表4 不同復(fù)種輪作模式的作物光能利用率Table 4 Solar radiation use efficiencies of crops of different multiple cropping rotation patterns %

2.1.2年有效積溫利用率

年有效積溫利用率的數(shù)據(jù)來(lái)源為2018年和2019年鷹潭市余江區(qū)日平均氣溫統(tǒng)計(jì), 以紫云英撒播到晚稻收獲為一周年計(jì)算年有效積溫和日有效積溫, 因處理E為休耕處理, 故其年有效積溫利用率為0。從表5可以看出, 各處理的年有效積溫利用率存在差異, 稻田復(fù)種輪作模式的兩年年有效積溫利用率均高于對(duì)照處理, 各處理較CK處理分別高8.60%、18.28%和39.78%, 以處理D的年有效積溫利用率最高。由于不同模式中有間作和套種, 各種植作物的生長(zhǎng)發(fā)育時(shí)期長(zhǎng)短不一致, 播種和收獲時(shí)間不一致,故不同處理作物吸收的有效積溫不一致, 而復(fù)種輪作模式中各種作物套種生長(zhǎng), 生育期較長(zhǎng), 吸收的有效積溫較多, 其中“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式(處理D)表現(xiàn)較好, 能更好地促進(jìn)作物生長(zhǎng)。

表5 不同復(fù)種輪作模式的年有效積溫利用率Table 5 Utilization rate of annual effective accumulated temperature of different multiple cropping rotation patterns

2.1.3 降水表觀生物利用率

表6所示為不同處理作物生育期自然降水量和降水表觀生物利用率。數(shù)據(jù)來(lái)源于2018年和2019年鷹潭市余江區(qū)日降水量統(tǒng)計(jì), 以每種作物種植到該作物的收獲時(shí)來(lái)計(jì)算自然降水量, 處理E的降水表觀生物利用率為0。從表6可以看出, 輪作模式的降水表觀生物利用率與CK處理相比存在明顯差異。各種植作物由于作物播種和收獲時(shí)間不一致, 其生育期自然降水量表現(xiàn)不一致。2018年降水表觀生物利用率最大為處理D (油菜-甘蔗||春大豆), 較其他處理高出8.37%～65.41%; 2019年降水表觀生物利用率最大為處理B (油菜-甘蔗||春大豆), 高出其他處理16.45%～78.79%。綜合來(lái)看, 在2018年與2019年處理D的降水表觀生物利用率均高于CK處理, 說(shuō)明3種復(fù)種輪作模式中, 以“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”復(fù)種輪作模式(處理D)能顯著提高降水表觀生物利用率。

表6 不同復(fù)種輪作模式的降水表觀生物利用率Table 6 Apparent bioavailability of precipitation of different multiple cropping rotation patterns

2.1.4 周年氮素利用效率

從表7可以看出, 不同處理的氮吸收率和氮素利用效率存在差異, 尤其是在不同復(fù)種輪作模式中, 存在著明顯的差異, 處理E的氮素利用效率為0。從氮吸收率方面來(lái)看, 2018年氮吸收率B處理最高, 高出CK處理3.90倍; 2019年C處理的氮吸收率最高,較CK處理高3.99倍。從氮肥生產(chǎn)效率方面來(lái)看,2018年、2019年氮肥生產(chǎn)效率最高均為D處理, 較CK處理分別高58.08%和123.27%。從氮素收獲指數(shù)方面來(lái)看, 2018年氮素收獲指數(shù)最高為處理D, 較其他處理高1.78倍、9.24倍和2.40倍; 2019年氮素收獲指數(shù)最高的是處理B, 較其他處理高1.57倍、8.80倍和1.72倍。綜合兩年的數(shù)據(jù)可以看出, 除處理C外, “紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆”模式(處理B)及“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式(處理D)兩年在氮吸收率、氮肥生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)的總和均高于CK處理。

表7 不同復(fù)種輪作模式的氮素利用效率Table 7 Nitrogen use efficiencies of different multiple cropping rotation patterns

2.2 輪作休耕模式效益的綜合評(píng)價(jià)

2.2.1 指標(biāo)構(gòu)建

不同復(fù)種輪作系統(tǒng)優(yōu)越性綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇,應(yīng)遵循全面性、可操作性、簡(jiǎn)要性和科學(xué)性等原則?；谝延械奈墨I(xiàn)資料構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系, 本文運(yùn)用層次分析法(AHP)確定各指標(biāo)對(duì)于不同復(fù)種輪作系統(tǒng)影響程度的大小, 通過比較同一目標(biāo)下各指標(biāo)的重要程度, 采用1～9標(biāo)度法建立判斷矩陣, 從而計(jì)算出各指標(biāo)的相對(duì)權(quán)重, 具體計(jì)算結(jié)果如表8所示。

表8 不同復(fù)種輪作模式綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)及其相對(duì)權(quán)重Table 8 Evaluation indexes and relative weights of different multiple cropping rotation patterns

產(chǎn)值(X)主要指作物的價(jià)值; 成本(X)包括化肥、農(nóng)藥、種子、人工和其他一些輔助能的支出費(fèi)用;凈收益(X)表示總產(chǎn)值扣除總成本后的產(chǎn)值留存;產(chǎn)投比(X)表示投入與產(chǎn)出的比例; 勞動(dòng)力凈收益率(X)用凈收益除以用工天數(shù); 產(chǎn)量輸出(X)指作物產(chǎn)量之和; 化肥投入(X)指氮磷鉀肥的實(shí)物用量;氮磷鉀輸出(X)主要包括作物氮素、磷素和鉀素輸出; 農(nóng)藥投入(X)指各種農(nóng)藥的實(shí)物用量之和。高成本不利于種植模式的推廣, 化肥、農(nóng)藥的使用會(huì)造成農(nóng)業(yè)面源污染。因此, 本研究把指標(biāo)X、X、X作為負(fù)效應(yīng)指標(biāo), 其他7個(gè)指標(biāo)作為正效應(yīng)指標(biāo)。早稻籽粒的價(jià)格為2.0元?kg,晚稻籽粒的價(jià)格為2.8元·kg, 甘蔗莖的價(jià)格為1.3元?kg, 油菜籽粒的價(jià)格為3.5元?kg, 秋大豆籽粒的價(jià)格為2.59元?kg,春大豆的籽粒價(jià)格為2.3元?kg, 玉米籽粒的價(jià)格為1.38元?kg, 甘薯塊莖(新鮮)價(jià)格為1.5元?kg。施用肥料的價(jià)格分別是“施大壯”復(fù)合肥2.7元?kg, 尿素2.1元?kg, 鈣鎂磷肥1.0元?kg。

2.2.2 單項(xiàng)指標(biāo)指數(shù)

由于各評(píng)價(jià)指標(biāo)的原始計(jì)量單位不相同, 為了便于比較, 需要消除各指標(biāo)之間量綱的影響。運(yùn)用公式對(duì)相關(guān)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理, 得出各指標(biāo)的評(píng)定系數(shù)。

正效應(yīng)指標(biāo):

負(fù)效應(yīng)指標(biāo):

式中: ξ、x分別為第i項(xiàng)指標(biāo)在第t種復(fù)種輪連作系統(tǒng)中的指標(biāo)評(píng)定系數(shù)和原始數(shù)據(jù); min(x)、max(x)分別是第t項(xiàng)指標(biāo)X(1≤t≤10)原始數(shù)據(jù)的最小值和最大值。對(duì)于某一單項(xiàng)指標(biāo), 輪作休耕模式的評(píng)定系數(shù)值增大, 則可視為在只考慮該單項(xiàng)指標(biāo)的情況下, 此種植模式更具有發(fā)展前景。

各處理單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)定系數(shù)如表9所示: 2018—2019年, 在產(chǎn)值、凈收益、產(chǎn)投比、產(chǎn)量輸出、氮磷鉀輸出及光能利用率6個(gè)正向指標(biāo)中, 處理D均大于處理A (CK)。

表9 不同復(fù)種輪作模式綜合效益評(píng)價(jià)指標(biāo)無(wú)量綱化后的評(píng)定系數(shù)Table 9 Dimensionless evaluation coefficients for different multiple cropping rotation patterns

2.2.3 綜合評(píng)價(jià)

本文采用多目標(biāo)線性加權(quán)求和模型評(píng)價(jià)綜合性指標(biāo), 具體數(shù)學(xué)模型為:

式中: W為準(zhǔn)則層指標(biāo)Z相對(duì)于目標(biāo)D的權(quán)重; B為第j個(gè)指標(biāo)X相對(duì)于指標(biāo)Z的權(quán)重; ξ為第j個(gè)指標(biāo)X在第t種復(fù)種輪連作系統(tǒng)中的評(píng)定系數(shù)值。對(duì)任意給定的兩種種植模式, 如果D≥D(1≤i,j≤5,i≠j), 則表明第i種種植模式優(yōu)于第j種種植模式。

由表10可知, 在經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指數(shù)方面, 2018年的排序?yàn)樘幚鞤＞處理A (CK)＞處理C＞處理B＞處理E, 處理D的經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)指數(shù)最大; 2019年的排序?yàn)樘幚鞤＞處理B＞處理A＞處理C＞處理E。在社會(huì)效益評(píng)價(jià)指數(shù)方面, 兩年均表現(xiàn)為處理D最大, 產(chǎn)量輸出在社會(huì)效益評(píng)價(jià)中占有較大的權(quán)重, 處理D的產(chǎn)量輸出評(píng)價(jià)系數(shù)相對(duì)其他處理較高, 處理E評(píng)價(jià)指數(shù)排在最后, 主要是處理E的產(chǎn)量輸出為0。生態(tài)效益評(píng)價(jià)指數(shù)在2018年由高到低依次為處理B＞處理E＞處理C＞處理D＞處理A (CK); 2019年排序?yàn)樘幚鞢＞處理D＞處理E＞處理B＞處理A, 兩年的生態(tài)效益評(píng)價(jià)指數(shù)均表現(xiàn)為處理B、C、D、E高于處理A。

表10 不同復(fù)種輪作模式綜合評(píng)價(jià)指數(shù)Table 10 Comprehensive evaluation indexes for different multiple cropping rotation patterns

不同輪作休耕模式的兩年綜合效益表現(xiàn)為處理D (1.65))＞處理B (0.97)＞處理A (0.79)=處理C (0.79)＞處理E (0.46), 最大值(處理D的綜合效益評(píng)價(jià)指數(shù))和最小值(處理E的綜合效益評(píng)價(jià)指數(shù))約相差2倍多。

3 討論

充分利用周年有效光、溫、水、土等資源, 對(duì)最大限度地提升作物生產(chǎn)潛力和提高作物產(chǎn)量具有重要現(xiàn)實(shí)意義。光能利用效率與作物品種、種植制度和種植密度等因素有關(guān), 作物品種不同, 光合作用途徑不一樣, 光合效率也不一樣。李淑婭等研究表明, 采用光效高的C作物玉米取代一部分雙季早稻, 在提高了資源利用效率的同時(shí)還增加了經(jīng)濟(jì)效益, 而且增加了種植模式的多元化。本研究中, 復(fù)種輪作處理總光能利用率與對(duì)照處理相比, 存在著明顯的差異, 其中“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式光能利用率最高。有效積溫是影響作物產(chǎn)量的重要因素之一, 充分利用作物生長(zhǎng)季的熱量資源, 延長(zhǎng)作物的光合時(shí)間, 選擇合適的品種均可以增加作物的光合積累, 進(jìn)而增加作物產(chǎn)量。楊濱娟等研究表明, 各水旱復(fù)種輪作模式的周年光能利用率、年有效積溫利用率、水分利用率均以 “蔬菜-花生||玉米-晚稻→綠肥-早稻-晚稻”和“綠肥-早稻-晚稻→油菜-花生-晚稻”輪作模式表現(xiàn)較好, 本研究結(jié)果與之類似。本研究結(jié)果表明, 各處理的年有效積溫利用率存在差異, 稻田復(fù)種輪作的兩年年有效積溫利用率、降水表觀生物利用率均高于對(duì)照連作模式, 其中“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式表現(xiàn)較好, 能更好地促進(jìn)作物生長(zhǎng)。馬陽(yáng)等研究表明, 合理的耕作與施肥方式是實(shí)現(xiàn)作物高產(chǎn)高效的重要措施, 本研究表明“紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆”模式及“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式兩年在氮吸收率、氮肥生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)的總和均高于對(duì)照處理。朱亞瓊等研究表明, 混播群體空間結(jié)構(gòu)的優(yōu)化可以使豆禾混播牧草根系氮素固定、轉(zhuǎn)移、利用途徑和效率得到提高, 提升了混播系統(tǒng)生產(chǎn)性能。本研究中, 增加紫云英及大豆品種, 直接影響作物植株氮素積累量, “紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆”模式及“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”模式兩年在氮吸收率、氮肥生產(chǎn)效率、氮素收獲指數(shù)的總和均高于對(duì)照處理。

輪作休耕模式因?yàn)樽魑锝M成不同, 作物生產(chǎn)力有明顯差異, 同時(shí), 不同復(fù)種輪連作系統(tǒng)的能量效益、經(jīng)濟(jì)效益和綜合效益也有較大差異。本研究采用加權(quán)綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)稻田不同復(fù)種輪連作系統(tǒng)的綜合效益進(jìn)行評(píng)價(jià), 結(jié)果表明輪作休耕模式的綜合效益排序?yàn)? “油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”＞“紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆”＞ “紫云英-早稻-晚稻→紫云英-早稻-晚稻”＞“紫云英-早稻-玉米||甘薯→紫云英-春大豆-秋大豆”＞“休耕”,表明“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”輪作模式有助于推動(dòng)農(nóng)田增產(chǎn)增效, 有利于實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展, 這與黃國(guó)勤等研究結(jié)果表明“糧、經(jīng)、菜合理搭配, 多種多樣農(nóng)產(chǎn)品滿足人們不同的需要, 因此該模式經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益均佳”觀點(diǎn)相似。

輪作休耕模式是一個(gè)復(fù)雜的整體, 其探究的問題均是一個(gè)漫長(zhǎng)的過程。眾多研究結(jié)果認(rèn)為稻田復(fù)種輪作模式能夠提高復(fù)種指數(shù)及資源利用率, 能使農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)高產(chǎn)高效。本文進(jìn)一步對(duì)輪作休耕模式進(jìn)行了綜合分析, 闡明稻田間套作和輪作種植模式對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境的影響機(jī)理, 為稻田生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)評(píng)價(jià)提供依據(jù), 在前人研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充和驗(yàn)證。但本研究還不夠全面, 有待于進(jìn)行更深一步的探討。

4 結(jié)論

連續(xù)兩年稻田3種復(fù)種輪作模式的年有效積溫利用率、降水表觀生物利用率均高于“紫云英-早稻-晚稻→紫云英-早稻-晚稻”連作模式。在經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益評(píng)價(jià)指數(shù)方面, 2018年和2019年均是處理D表現(xiàn)最好, 而生態(tài)效益評(píng)價(jià)指數(shù)方面表現(xiàn)較好的是處理B。不同輪作休耕模式的兩年綜合效益表現(xiàn)為“油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”＞ “紫云英-春大豆-秋大豆→油菜-甘蔗||春大豆”＞“紫云英-早稻-晚稻→紫云英-早稻-晚稻”＞“紫云英-早稻-玉米||甘薯→紫云英-春大豆-秋大豆”＞“休耕”。因此, “油菜-甘蔗||春大豆→紫云英-早稻-玉米||甘薯”輪作模式整體表現(xiàn)較好。