杜玉瓊，張立峰,2，姚兆磊，張繼宗,2，劉玉華,2

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冀西北寒旱區(qū)農(nóng)田作物輪作產(chǎn)量效應(yīng)評價

杜玉瓊1，張立峰1,2，姚兆磊1，張繼宗1,2，劉玉華1,2

（1河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北保定 071000；2農(nóng)業(yè)部張北農(nóng)業(yè)資源與生態(tài)環(huán)境重點野外科學(xué)觀測試驗站，河北張家口 076450）

【目的】促進水溫土等資源匱乏的冀西北寒旱區(qū)作物生產(chǎn)對水分、養(yǎng)分的合理與均衡利用，保護農(nóng)田生態(tài)環(huán)境?！痉椒ā坎捎媒徊媸椒N植方法，在草甸栗鈣土和砂質(zhì)栗土農(nóng)田，分別設(shè)計了包括5個主栽作物的全部組合的輪作與連作田區(qū)試驗，年際間進行重復(fù)，研究區(qū)域主栽作物輪作倒茬的產(chǎn)量效果。【結(jié)果】在草甸栗鈣土農(nóng)田，與連作相比，不同前茬馬鈴薯、甜菜、莜麥的產(chǎn)量分別提高了58%—94%、28%—53%和16%—70%；蠶豆與連作相比，除甜菜茬減產(chǎn)外，其他茬口較連作增產(chǎn)4%—43%；馬鈴薯、蠶豆茬玉米較連作分別增產(chǎn)12%、5%，甜菜、莜麥茬玉米產(chǎn)量僅為連作的81%、93%。在砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田，不同前茬馬鈴薯、甜菜的產(chǎn)量分別較連作提高了5%—36%、13%—36%；甜菜茬谷子表現(xiàn)減產(chǎn)，其他茬口的谷子較連作提高了5%—30%；谷子茬莜麥減產(chǎn)，其他茬口莜麥較連作提高了9%—15%；馬鈴薯、莜麥茬亞麻較連作增產(chǎn)5%、8%，谷子、甜菜茬亞麻產(chǎn)量為連作的94%、99%。【結(jié)論】草甸栗鈣土田馬鈴薯→莜麥、馬鈴薯→甜菜呈現(xiàn)互利輪作，玉米茬馬鈴薯、莜麥茬甜菜、蠶豆茬甜菜、玉米茬甜菜和蠶豆茬馬鈴薯表現(xiàn)偏利輪作；砂質(zhì)栗鈣土田莜麥茬馬鈴薯、馬鈴薯茬甜菜2種方式表現(xiàn)偏利輪作，可資生產(chǎn)應(yīng)用。

冀西北寒旱區(qū)；輪作倒茬；產(chǎn)量；效果評價

0 引言

【研究意義】在京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略中，冀西北寒旱區(qū)被明確定位為國家重要的水源保護和生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)，區(qū)域氣候干旱少雨、冷涼低溫短季、農(nóng)田土壤貧瘠、作物種類多樣，為典型的喜涼類作物一年一熟區(qū)[1]。該區(qū)農(nóng)田65%為砂質(zhì)栗鈣土，35%為草甸栗鈣土，作物生產(chǎn)所需的水溫土等資源年內(nèi)短缺且相互制約、年間又難于均衡利用。通過作物間時序配置的輪換倒茬，利用不同作物對水分、養(yǎng)分等生態(tài)環(huán)境因子需求間的差異，實現(xiàn)資源的合理均衡利用，不僅能促使區(qū)域作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，而且可以保護生態(tài)環(huán)境、實現(xiàn)資源均衡利用?！厩叭搜芯窟M展】關(guān)于輪作產(chǎn)出效果的評價，前人從不同角度進行了深入研究和探索。有學(xué)者用產(chǎn)量直接比較法評價茬口的產(chǎn)量效應(yīng)。劉沛松等[2]在黃土高原區(qū)探索了苜蓿前茬對谷子產(chǎn)量的影響，表明10年生及22年生較6年生苜蓿茬的谷子分別減產(chǎn)14%和10%；韓麗娜等[3]研究認為，6年生苜蓿作前茬的冬油菜產(chǎn)量較連作冬油菜增產(chǎn)41.7%，表明輪作效果明顯。在不同前茬對同一作物產(chǎn)量的影響方面，山侖等[4]研究表明，豌豆茬和谷子茬春小麥較連作春小麥增產(chǎn)11%和139%，夏綠肥茬和草木樨茬春小麥較連作減產(chǎn)14%和39%；玉米作為后茬，箭舌豌豆茬較春小麥茬玉米產(chǎn)量增產(chǎn)14.49%[5]，小麥茬和大豆茬玉米較連作玉米均增產(chǎn)4%[6]；大豆茬玉米較連作玉米增產(chǎn)15%[7]。不同前茬對大豆的影響表現(xiàn)為小麥茬和玉米茬大豆較連作大豆增產(chǎn)5%[6]和3%—12%[6-7]；對后茬冬小麥產(chǎn)量，秋豆茬冬小麥較連作增產(chǎn)23.4%，綠豆茬冬小麥較連作則減13%[8]。不同前茬對馬鈴薯產(chǎn)量的影響表現(xiàn)為箭舌豌豆茬較春小麥茬馬鈴薯增產(chǎn)15.74%[5]；箭筈豌豆、莜麥、油菜、蕎麥、向日葵、胡麻為前茬較馬鈴薯連作3年及馬鈴薯連作4年分別增產(chǎn)21%—46%和26%—51%[9]。同一前茬（或不同前茬）不同后茬（或同一后茬）產(chǎn)量效應(yīng)的直接比較，有助于明確茬口特性與選擇適茬作物，然而受制于后茬作物的反應(yīng)而難免存在特異性，以及不能明示區(qū)域主栽作物間互為前茬的輪作效果。有學(xué)者以經(jīng)濟效益作為指標(biāo)，評價輪作模式的產(chǎn)出效果。高盼等[10]比較了春玉米→大豆及春玉米→春玉米模式，表明輪作大豆收益比連作春玉米減少2 503元/hm2；惠言[11]對冬小麥—夏棉花、冬小麥—夏玉米、冬小麥—夏大豆和冬苜?！挠衩?種輪作模式進行了比較，綜合5年結(jié)果表明，小麥—玉米模式年均收益最高，較小麥—棉花、苜?！衩住⑿←湣蠖狗謩e提高17.08%、65.1%和34.89%（＜0.01）。李梅峰等[12]研究表明，黑麥草—青貯玉米較油菜—水稻凈收益增加1.35倍。吳艷飛等[13]比較了大蒜—黃瓜→黃瓜—大蒜（模式1）、菠菜—白菜—黃瓜→番茄—菠菜—白菜（模式2）、休閑→黃瓜‖大蒜→黃瓜—休閑（模式3）和休閑—黃瓜→黃瓜→休閑（對照）4種輪作模式的經(jīng)濟效益，其中模式2經(jīng)濟收益最高，為22.07元/m2，模式1、模式3次之，3種輪作模式較對照收益提高3%—27%。以效益為指標(biāo)，優(yōu)選輪作模式對指導(dǎo)生產(chǎn)實踐有直接作用，但價格的波動與變化，會導(dǎo)致適用輪作模式的不確定性，對新情景與需求下的輪作模式的開發(fā)難以預(yù)判。有學(xué)者采用土地當(dāng)量比（LER）指標(biāo)[14-23]，評價輪作的產(chǎn)出效果。Willey等[14]首先提出了土地當(dāng)量比（land equivalent ratio，LER）的概念，研究花生和谷子間作系統(tǒng)的土地資源利用效果，以花生和谷子單作為對照，籽粒產(chǎn)量為目標(biāo)，間作系統(tǒng)的LER值為1.26[15]。張立峰等[21]在冀西北地區(qū)采用土地當(dāng)量比指標(biāo)，研究了春小麥、莜麥、豌豆、亞麻、馬鈴薯等5種作物輪作產(chǎn)出的效果，在所有的輪作組合中，莜麥→亞麻的土地當(dāng)量比最高，為1.257，表明在相同條件下，獲取莜麥→亞麻輪作中各作物同等產(chǎn)量，所需要兩作物連作種植的耕地面積之和是輪作的1.257倍。劉玉華等[22-23]以單作一熟農(nóng)田為對照，評價了復(fù)種、間作及輪作種植方式的產(chǎn)出效果，定量分析表明，3種種植方式的土地當(dāng)量比分別為1.68、1.38和1.21，即3種種植方式的土地利用效率分別較單作提高68%，38%和21%。土地當(dāng)量比指標(biāo)客觀、間接地反映了輪作的效果，但不能給出效果產(chǎn)生的茬口間作用機制，以及滿足生產(chǎn)需求的預(yù)期倒茬組合?！颈狙芯壳腥朦c】針對前人研究中存在的問題，以生態(tài)學(xué)種群間相互關(guān)系為理論基礎(chǔ)[24]，以冀西北寒旱區(qū)傳統(tǒng)主栽作物為供試材料，年內(nèi)供試作物互為前茬，探索不同前茬對同一作物產(chǎn)量的影響；年際間重復(fù)，直接客觀地評價區(qū)域內(nèi)主栽作物相互輪作時茬口間的相互關(guān)系及其產(chǎn)出效果。【擬解決的關(guān)鍵問題】面對冀西北寒旱區(qū)農(nóng)田作物種類多樣、氣候干旱少雨、土壤粗骨貧瘠的現(xiàn)狀，探索草甸栗鈣土及砂質(zhì)栗鈣土兩類農(nóng)田傳統(tǒng)主栽作物間相互輪作時，不同作物間茬口關(guān)系及其產(chǎn)量效應(yīng)，優(yōu)選出區(qū)域穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的作物輪作組合，為冀西北寒旱區(qū)農(nóng)田資源均衡利用及年際間作物時序有效配置提供理論與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2015—2018年在河北省張家口市張北縣的河北農(nóng)業(yè)大學(xué)張北試驗站（41°09′N，114°42′E）進行。試驗區(qū)平均海拔1 486 m，年均降水量382.5 mm，年均溫3.9℃，區(qū)域氣候冷涼，無霜期135 d，≥0℃積溫2 810.6℃·d，≥10℃積溫2 426℃·d[25]，屬于高寒半干旱生態(tài)類型區(qū)。供試土壤為草甸栗鈣土（灘地）及砂質(zhì)栗鈣土（梁地），兩類農(nóng)田0—20 cm耕層土壤全氮含量分別為1.09、0.7 g·kg-1，全磷含量分別為0.54、0.23 g·kg-1，全鉀含量分別為22.03、15.12 g·kg-1，有機質(zhì)含量分別為18.53、10.79 g·kg-1，堿解氮含量分別為80.68、58.37 mg·kg-1，速效磷含量分別為34.1、19.87 mg·kg-1，速效鉀含量分別為76.63、57.06 mg·kg-1。

1.2 試驗材料

供試作物為當(dāng)?shù)刂髟缘南矝鲎魑铮R鈴薯（）品種為‘小白花’，甜菜（L.）品種為‘KWH6231’，莜麥（L.）品種為‘壩莜1號’，青飼玉米（L.）品種為‘巡青518’，飼用谷子（）品種為‘張雜5號’，亞麻（L.）、蠶豆（L.）選用當(dāng)?shù)剞r(nóng)家品種。各作物的施肥量及播種和收獲日期見表1。

表1 各輪作試驗采用作物及其施肥量、播種和收獲期

1.3 試驗設(shè)計

試驗在冀西北寒旱區(qū)砂質(zhì)栗鈣土和草甸栗鈣土兩類農(nóng)田上進行。2014年種植莜麥勻地。試驗中砂質(zhì)栗鈣土及草甸栗鈣土農(nóng)田分別選取了馬鈴薯、甜菜、莜麥、亞麻、飼用谷子及馬鈴薯、甜菜、莜麥、飼用玉米、蠶豆各5種供試作物，采用交叉式設(shè)計的種植方式。2015年分別在兩類農(nóng)田上創(chuàng)建了5種供試作物的前茬，2016—2018年開展了作物間互為前茬的輪作試驗，以及供試作物的連作試驗；年際間重復(fù)（試驗設(shè)計見表2）。各試驗區(qū)設(shè)有20個輪作田區(qū)與5個連作田區(qū)共計25個田區(qū)。草甸栗鈣土田試驗田區(qū)面積為120 m2，試驗區(qū)面積3 000 m2。砂質(zhì)栗鈣土田試驗田區(qū)面積80 m2，試驗區(qū)面積2 000 m2。播前結(jié)合整地底施肥料，生育期內(nèi)雨養(yǎng)旱作無灌溉。

表2 試驗設(shè)計與試驗區(qū)作物種植

P：馬鈴薯；FB：蠶豆；FM：飼用玉米；O：莜麥；B：甜菜；F：亞麻；M：飼用谷子

P: Potato; FB: Faba bean; FM: Forage maize; O: Oat; B: Beet; F: Flax; M: Millet

1.4 測定項目和方法

1.4.1 產(chǎn)量測定 每個試驗田區(qū)分為取樣區(qū)和測產(chǎn)區(qū)。取樣區(qū)供各作物不同生育階段生物性狀調(diào)查取樣，測產(chǎn)區(qū)去掉保護行后實收測定產(chǎn)量。

1.4.2 輪作茬口關(guān)系評價 以生態(tài)學(xué)中種群間基本關(guān)系為依據(jù)[24]，在冀西北寒旱區(qū)農(nóng)田輪作試驗基礎(chǔ)上，對輪作產(chǎn)量效果做出評價。以供試作物連作平均產(chǎn)量為對照，輪作平均產(chǎn)量低于對照的輪作組合為“偏害輪作”，以“-”表示；互為前茬產(chǎn)量均低于對照的輪作組合為“互害輪作”，以“--”表示；產(chǎn)量與對照相同的輪作組合為“中性輪作”，以“0”表示；產(chǎn)量高于對照的輪作組合為“偏利輪作”，以“+”表示；互為前茬產(chǎn)量均高于對照的輪作組合為“互利輪作”，以“++”表示。

1.4.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計 試驗數(shù)據(jù)采用Excel 2007與SPSS進行整理分析。

2 結(jié)果

2.1 草甸栗鈣土農(nóng)田不同前茬各作物的經(jīng)濟產(chǎn)量

草甸栗鈣土田2016—2018年不同茬口的各作物輪作與連作平均經(jīng)濟產(chǎn)量、年際間變幅及不同茬口處理間各作物產(chǎn)量差異顯著性分析見表3。與馬鈴薯連作相比，不同前茬馬鈴薯的經(jīng)濟產(chǎn)量為4 511.95—5 532.83 kg·hm-2，較連作提高了58%—94%，蠶豆茬、玉米茬、莜麥茬和甜菜茬馬鈴薯產(chǎn)量明顯高于連作（＜0.10），其中，莜麥茬、玉米茬的馬鈴薯較連作產(chǎn)量差異達到顯著水平（＜0.05）；蠶豆、玉米、莜麥、甜菜等4作物為前茬時，其后茬馬鈴薯經(jīng)濟產(chǎn)量差異不顯著?？梢?，馬鈴薯在草甸栗鈣土農(nóng)田宜輪作。

表3 2016-2018年草甸栗鈣土農(nóng)田不同前茬的各作物平均經(jīng)濟產(chǎn)量

同一行中不同小寫字母代表差異明顯（＜0.10），不同大寫字母代表差異顯著（＜0.05）。下同

different lower letters indicate significant difference (＜0.10), different capital letters indicate significant difference (＜0.05). The same as below

與蠶豆連作相比，甜菜茬蠶豆經(jīng)濟產(chǎn)量為 1 338.10 kg·hm-2，僅為連作產(chǎn)量的84%，莜麥茬、馬鈴薯茬、玉米茬蠶豆的產(chǎn)量分別為1 647.64、1 741.89、2 259.55 kg·hm-2，較連作分別提高了4%、10%、43%；玉米茬與甜菜茬蠶豆產(chǎn)量差異明顯（＜0.10）。與馬鈴薯不同，各作物茬口的蠶豆產(chǎn)量與連作相比均未達到差異顯著水平。蠶豆在草甸栗鈣土田對不同茬口的反應(yīng)不敏感。

與玉米連作相比，莜麥茬、甜菜茬的玉米產(chǎn)量分別為14 228.26 kg·hm-2和12 400.59 kg·hm-2，僅為連作的93%和81%，蠶豆茬、馬鈴薯茬玉米的產(chǎn)量分別為15 943.61 kg·hm-2和17 042.13 kg·hm-2，較連作提高了5%和12%，但不同前茬的玉米產(chǎn)量差異不明顯。表明玉米在草甸栗鈣土農(nóng)田耐連作。

與莜麥連作相比，不同前茬莜麥的經(jīng)濟產(chǎn)量為1 788.30—2 615.22 kg·hm-2，較連作提高了16%—70%；馬鈴薯茬莜麥與連作相比差異達到顯著水平（＜0.05），馬鈴薯茬與甜菜茬莜麥的產(chǎn)量差異明顯（＜0.10）。

與甜菜連作相比，不同前茬甜菜的經(jīng)濟產(chǎn)量為 9 181.56—11 007.97 kg·hm-2，較連作提高了28%—53%，馬鈴薯茬、蠶豆茬、玉米茬和莜麥茬甜菜產(chǎn)量均顯著高于連作甜菜的產(chǎn)量（＜0.05）；馬鈴薯茬、蠶豆茬和玉米茬的甜菜產(chǎn)量明顯高于莜麥茬（＜0.10）。甜菜在草甸栗鈣土農(nóng)田宜輪作。

2.2 砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田不同前茬各作物的經(jīng)濟產(chǎn)量

砂質(zhì)栗鈣土田2016—2018年不同茬口的各作物經(jīng)濟產(chǎn)量、年際間變幅及不同茬口處理間各作物產(chǎn)量差異顯著性分析結(jié)果表明，與馬鈴薯連作相比，不同前茬的馬鈴薯經(jīng)濟產(chǎn)量在3 773.71— 4 318.84 kg·hm-2，較連作提高了5%—36%，莜麥茬馬鈴薯顯著高于連作（＜0.05）；雖然其他茬口的馬鈴薯與連作相比，有不同程度的增產(chǎn)效果，但差異并不明顯（表4）。

不同前茬對甜菜產(chǎn)量的影響與馬鈴薯類似。與甜菜連作相比，不同前茬甜菜的經(jīng)濟產(chǎn)量為7 214.63—8 666.19 kg·hm-2，較連作提高了13%—36%，馬鈴薯茬甜菜產(chǎn)量明顯高于連作（＜0.10），其他茬口與連作相比差異不明顯，但考慮到各前茬對甜菜有程度不同的增產(chǎn)效果，表明區(qū)域內(nèi)砂質(zhì)栗鈣土田甜菜不宜連作。

與亞麻連作相比，谷子茬、甜菜茬亞麻經(jīng)濟產(chǎn)量為連作的94%、99%，馬鈴薯茬、莜麥茬的亞麻經(jīng)濟產(chǎn)量分別為1 289.42 kg·hm-2、1 325.84 kg·hm-2，較連作增產(chǎn)5%、8%。統(tǒng)計分析表明，不同前茬亞麻產(chǎn)量間差異不明顯。

表4 2016—2018年砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田不同前茬各作物的平均經(jīng)濟產(chǎn)量

與谷子連作相比，甜菜茬谷子的經(jīng)濟產(chǎn)量為 5 930.60 kg·hm-2，較連作低17.21 kg·hm-2，莜麥茬、亞麻茬、馬鈴薯茬谷子的經(jīng)濟產(chǎn)量分別為6 225.64、 7 186.10和7 746.9 kg·hm-2，較連作提高了5%、21%和30%，不同前茬的谷子產(chǎn)量間差異不明顯。

不同前茬對莜麥產(chǎn)量的影響與谷子類似。與莜麥連作相比，谷子茬莜麥的經(jīng)濟產(chǎn)量1 639.54 kg·hm-2，為連作的95%，其它前茬莜麥的經(jīng)濟產(chǎn)量較連作有不同程度的提高，增幅為9%—15%，不同前茬莜麥產(chǎn)量與連作間差異不明顯著。表明在砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田，莜麥較耐連作。

2.3 草甸栗鈣土農(nóng)田不同作物輪作茬口關(guān)系的評價

以2016—2018年各作物輪作平均經(jīng)濟產(chǎn)量與連作相比，采用輪作茬口關(guān)系評價方法，得到草甸栗鈣土農(nóng)田不同作物輪作茬口關(guān)系效應(yīng)（表5）?？梢钥闯觯莸槔踱}土農(nóng)田馬鈴薯、蠶豆、玉米、莜麥、甜菜等5種作物相互間進行輪作與連作時，20種輪作方式中有17種輪作方式經(jīng)濟產(chǎn)量高于連作，輪作與連作產(chǎn)量的比值為1.04—1.94，表現(xiàn)為偏利輪作；甜菜茬蠶豆、莜麥茬玉米、甜菜茬玉米等3種輪作倒茬方式的輪作與連作經(jīng)濟產(chǎn)量比值均小于1，分別為0.84、0.93、0.81，表現(xiàn)為偏害輪作。

2.4 砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田不同作物輪作茬口關(guān)系的評價

以2016—2018年各作物輪作平均經(jīng)濟產(chǎn)量與連作相比，采用輪作茬口關(guān)系評價方法，得到砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田不同作物輪作茬口關(guān)系效應(yīng)（表6）。

由表6可以看出，砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田馬玲薯、亞麻、谷子、莜麥、甜菜等5種作物相互間進行輪作與連作時，20種輪作方式中，16種輪作方式的輪作經(jīng)濟產(chǎn)量高于連作，輪作與連作產(chǎn)量比值為1.05—1.39，表明砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田此16種輪作倒茬方式，較連作均有不同程度的增產(chǎn)作用，為偏利輪作。谷子茬亞麻、谷子茬莜麥和甜菜茬亞麻等3種輪作方式的輪作經(jīng)濟產(chǎn)量低于連作，輪作與連作產(chǎn)量比值為0.94—0.99，表明此3種為偏害輪作。甜菜茬谷子輪作方式的輪作產(chǎn)量與連作相當(dāng)，為中性輪作。

表5 草甸栗鈣土農(nóng)田不同作物輪作茬口關(guān)系效應(yīng)

表6 砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田不同作物輪作茬口關(guān)系效應(yīng)

2.5 冀西北寒旱區(qū)農(nóng)田輪作類型的優(yōu)選

依據(jù)冀西北寒旱區(qū)兩類農(nóng)田不同作物輪作倒茬與連作的茬口效應(yīng)關(guān)系，結(jié)合區(qū)域主栽作物的生物學(xué)特性，以連作為對照，以經(jīng)濟產(chǎn)量為目標(biāo)，優(yōu)化出區(qū)域不同類型農(nóng)田的作物輪作組合（表7）?？梢钥闯觯莸槔踱}土農(nóng)田上馬鈴薯與其他供試作物所組成的4個輪作組合8種輪作方式，蠶豆與玉米、莜麥所組成的2個輪作組合4種輪作方式，以及莜麥與甜菜1個輪作組合2種輪作方式均為互利輪作。砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田上馬鈴薯與其他供試作物所組成的4個輪作組合8種輪作方式，莜麥與亞麻、甜菜所組成的2個輪作組合4種輪作方式為互利輪作。草甸栗鈣土農(nóng)田上蠶豆茬甜菜、玉米茬莜麥、玉米茬甜菜及砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田上谷子茬甜菜、亞麻茬谷子、莜麥茬谷子、亞麻茬甜菜等7種輪作方式為偏利輪作。砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田上甜菜茬谷子為中性輪作；草甸栗鈣土農(nóng)田上甜菜茬蠶豆、莜麥茬玉米、甜菜茬玉米以及砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田上谷子茬亞麻、谷子茬莜麥、甜菜茬亞麻等6種輪作方式為偏害輪作。

比較兩類農(nóng)田的茬口效應(yīng)關(guān)系表明，草甸栗鈣土農(nóng)田偏利輪作方式占全部輪作方式的85%，其中有7種互利輪作組合，偏害輪作方式占全部輪作方式的15%。砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田偏利輪作方式占全部輪作方式的80%，其中有6種互利輪作組合，偏害輪作方式占全部輪作方式的15%，中性輪作方式占全部輪作方式的5%。冀西北寒旱區(qū)草甸栗鈣土農(nóng)田土壤有機質(zhì)及有效養(yǎng)分含量高、土壤蓄水保肥能力強、土體水肥資源空間變異小的屬性，決定了區(qū)域主栽作物間相互輪作倒茬具有良好的輪作效果，而砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田土壤有機質(zhì)及有效養(yǎng)分含量低、土壤蓄水保肥能力弱、土體水肥資源空間變異大的屬性，決定了區(qū)域主栽作物間相互輪作倒茬的輪作效果相對不明顯。

3 討論

馬鈴薯是冀西北寒旱區(qū)重要的糧經(jīng)飼多用作物，面積大、用途廣，致使其在農(nóng)田生產(chǎn)中的連作日趨嚴重，產(chǎn)量高消耗養(yǎng)分多、土傳病蟲害嚴重等成為馬鈴薯連作的主要障礙。馬鈴薯連作使得枯萎病、黑痣病病情加劇甚至發(fā)病率成倍增加[26-27]，隨連作年限的延長，產(chǎn)量大幅度下降[28]。李國慶[29]在連作障礙的土壤微生物生態(tài)研究進展中指出，馬鈴薯連作障礙的主要原因是土壤微生物區(qū)系變化、土壤酶變化、植物化感自毒作用，并提出莜麥茬馬鈴薯增產(chǎn)效果最佳。梁烜赫[30]提出種植馬鈴薯必須輪作倒茬，最好的前茬作物為禾谷類作物，麥茬優(yōu)先，玉米和谷子也可。本研究中，在冀西北寒旱區(qū)的兩類農(nóng)田上，供試作物所有馬鈴薯參與的輪作組合均為互利輪作，與前人研究的結(jié)果一致，說明馬鈴薯在冀西北寒旱區(qū)生產(chǎn)中具有很好的輪作效果。

關(guān)于喜溫青飼玉米、谷子輪作倒茬的研究方面，張偉等[31]在山西中部半干旱區(qū)不同前茬對旱地玉米水分利用效率及產(chǎn)量效應(yīng)中的研究表明，只有大豆茬的玉米產(chǎn)量顯著高于連作，馬鈴薯茬和甘藍茬玉米產(chǎn)量均低于連作，但差異沒有達到顯著水平。觀察發(fā)現(xiàn)，甘藍茬玉米在生長前期莖基部呈現(xiàn)出暗紫色，表明生長過程中受到了一定的脅迫。本試驗中甜菜茬玉米也有類似表現(xiàn)，其原因與甜菜茬的玉米生長遲緩，植株矮小，更易受到低溫的脅迫，由此產(chǎn)生了偏害效應(yīng)有關(guān)。趙翔[32]在河北壩上地區(qū)不同前作對青貯玉米產(chǎn)量影響的研究表明，最適宜種植青飼玉米的前茬作物依次是蠶豆、亞麻、馬鈴薯，且建議在壩上實行青飼玉米與馬鈴薯輪作倒茬，以解決因重茬種植馬鈴薯產(chǎn)量和品質(zhì)下降的問題，實現(xiàn)馬鈴薯和青飼玉米效益的雙贏。本研究中，馬鈴薯與玉米、谷子及蠶豆與玉米輪作組合為互利輪作，亞麻茬谷子為偏利輪作，但谷子茬亞麻、甜菜茬玉米、莜麥茬玉米為偏害輪作，與前人研究結(jié)果基本一致。

表7 冀西北寒旱區(qū)不同類型農(nóng)田的輪作組合效應(yīng)

4 結(jié)論

冀西北寒旱區(qū)草甸栗鈣土田中，馬鈴薯→莜麥（＜0.05）、馬鈴薯→甜菜（＜0.10）表現(xiàn)互利輪作；玉米茬馬鈴薯、莜麥茬甜菜、蠶豆茬甜菜、玉米茬甜菜等4種輪作方式（＜0.05），以及蠶豆茬馬鈴薯（＜0.10）為偏利輪作，生產(chǎn)中可以應(yīng)用。甜菜茬蠶豆、甜菜茬玉米、莜麥茬玉米等3種輪作方式為偏害輪作，生產(chǎn)中不宜使用。在砂質(zhì)栗鈣土農(nóng)田，莜麥茬馬鈴薯（＜0.05）、馬鈴薯茬甜菜（＜0.10）2種輪作方式為偏利輪作；谷子茬亞麻、谷子茬莜麥、甜菜茬亞麻為偏害輪作。

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Evaluation of Crop Rotation Yield Effect in Cold and Arid Regions of Northwest Hebei Province

DU YuQiong1, ZHANG LiFeng1,2, YAO ZhaoLei1, ZHANG JiZong1,2, LIU YuHua1,2

（1College of Agronomy, Hebei Agricultural University, Baoding 071000, Hebei;2Zhangbei Agricultural Resource and Ecological Environment Key Field Research Station, Ministry of Agriculture, Zhangjiakou 076450, Hebei)

【Objective】The study was carried out to promote the rational and balanced utilization of water and nutrients in crop production in cold and arid areas of Northwest Hebei province, where water, temperature and soil resources were scarce, and to protect the farmland ecological environment. 【Method】A field experiment of rotation and continuous cropping with five main crop combinations was designed in the meadow chestnut soil and sandy chestnut soil farmland by using the cross planting method. The yield effect of rotation of main crop in the region was studied by repeating the experiment between years. 【Result】Compared with continuous cropping, the yield of potato, beet and oat under rotation conditions in meadow chestnut soil farmland increased by 58%-94%, 28%-53% and 16%-70%, respectively; the yield of faba bean increased by 4%-43% rotated with other crops except for beet; the yield of potato and faba bean stubble forage maize increased by 12% and 5%, respectively, compared with continuous cropping, and the yield of beet and oat stubble forage maize was only 81% and 93% of that of continuous cropping, respectively. In sandy chestnut soil farmland, the yield of potatoes and beets in different Preceding crop fields increased by 5%-36%, 13%-36%, respectively, compared with continuous cropping; the yield of beet stubble forage millet decreased, and it increased by 5%-30% rotating with other crops compared with continuous cropping; The yield of forage millet stubble oats decreased, while that of other stubbles increased by 9%-15% compared with continuous cropping. The yield of potato and oat stubble flax was 5% and 8% higher than that of continuous cropping, respectively, and the yield of forage millet and beet stubble flax was only 94% and 99% of continuous cropping, respectively. 【Conclusion】The rotation of potato and oat, potato and beet in meadow chestnut soil was mutually beneficial, forage maize stubble potato, oat stubble beet, faba bean stubble beet, forage maize stubble beet and faba bean stubble potato showed commensalism rotation. In sandy chestnut soil field, oats stubble potato, potato stubble beet showed commensalism rotation, and this could be applied in production.

cold and arid of northwestern Hebei province; crop rotation; yield; effect evaluation

10.3864/j.issn.0578-1752.2019.07.008

2018-11-15；

2019-01-21

公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503120）、河北省農(nóng)業(yè)關(guān)鍵共性技術(shù)攻關(guān)專項（18227004D）

杜玉瓊，E-mail：2809259287@qq.com。通信作者劉玉華，E-mail：hblyh@126.com

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）