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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)質(zhì)及其組分的影響，結(jié)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(jī)質(zhì)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(xué)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(yīng)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(qiáng)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(gòu)造及作物產(chǎn)量與品質(zhì)的影響》中提出，小麥季耕作和玉米季耕作的交互效應(yīng)是各層次土壤毛管孔隙度的決定因素，玉米季耕作的獨(dú)立效應(yīng)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(zhì)。小麥季深松+玉米季深松處理是改善土壤耕層構(gòu)造、提高作物產(chǎn)量、品質(zhì)的最佳輪耕模式，其次是小麥季深松+玉米季免耕處理。何進(jìn)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(jì)收益等一系列優(yōu)點(diǎn)。而“易田制”等輪荒性質(zhì)的土地耕作形式，是與當(dāng)時(shí)生產(chǎn)技術(shù)以及人地關(guān)系相適應(yīng)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(fù)，人們在對土地進(jìn)行施肥的同時(shí)，開始考慮農(nóng)耕技術(shù)上的改進(jìn)與合理輪作。戴明宏（2008）在《不同氮肥管理對春玉米干物質(zhì)生產(chǎn)、分配及轉(zhuǎn)運(yùn)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(yàn)施氮同不施氮相比，春玉米在干物質(zhì)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)和農(nóng)藝性狀影響表明，基肥適當(dāng)減少有改善冠層結(jié)構(gòu)、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(shù)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(shí)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(shí)施免耕、秸稈覆蓋等保護(hù)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(jì)算得出結(jié)論，認(rèn)為長期均衡施用氮、磷、鉀化肥或氮、磷、鉀化肥配施有機(jī)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(jī)肥處理下達(dá)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(jī)肥配施下農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)的 NEP 值較低。

在輪作的保護(hù)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?yàn)榱?gt;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(jié)構(gòu)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(jìn)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(hù)煙田環(huán)境，從而提高煙葉產(chǎn)質(zhì)量。并提出加快農(nóng)田基本建設(shè)，特別是水利設(shè)施建設(shè)是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)?，F(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(xiàng)重要基礎(chǔ)工程。劉秀芬（1996）在研究《根際他感化學(xué)物質(zhì)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?bào)w會造成土壤有毒物質(zhì)，如有機(jī)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(zhuǎn)移到中低海拔地區(qū)，由生產(chǎn)技術(shù)較差的地區(qū)向生產(chǎn)技術(shù)較好的地區(qū)轉(zhuǎn)移，做到資源的優(yōu)化配置與煙葉生產(chǎn)的合理布局。在進(jìn)行烤煙輪作規(guī)劃時(shí)，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(jié)構(gòu)， 改善交通運(yùn)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(shè)。

二、國外輪作相關(guān)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(xiàng)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(shí)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(jìn)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(shí)間、輪作方式及馬鈴薯的種植頻率與土壤有機(jī)質(zhì)動態(tài)變化和土壤健康密切相關(guān)。在加拿大， 被公認(rèn)的有機(jī)馬鈴薯生產(chǎn)系統(tǒng)中，最突出特點(diǎn)就是延長輪作時(shí)間， 并且使用豆科作物覆蓋來補(bǔ)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(lán)-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(yàn)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(jī)碳的含量，更具經(jīng)濟(jì)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。