侯東來，劉建寧，石永紅，張 婷，方志紅，賈會麗，吳欣明，池惠武

（1.山西省畜牧技術推廣服務中心，山西 太原 030001；2.山西農(nóng)業(yè)大學 草業(yè)學院，山西 太原 030032）

實施糧草輪作，對合理利用土地資源，改善土壤肥力，實現(xiàn)農(nóng)牧業(yè)的可持續(xù)生產(chǎn)具有重要意義[1-3]。合理的糧草輪作不僅能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，平衡土壤養(yǎng)分[4-7]，減少雜草生長，減輕病蟲害發(fā)生[8-9]，還能提高水分利用率，增加糧食產(chǎn)量[10-13]。我國糧草輪作歷史悠久，已形成了諸如南方地區(qū)“多花黑麥草—水稻”[14]和“多花黑麥草+光葉苕子—玉米”[15]輪作系統(tǒng)、甘肅省隴東“冬小麥—豆科牧草—玉米”[16]、陜西關中“豆科綠肥—小麥”[17]、山西 晉 南“苜 ?！?小 麥”[18]、東 北 平 原區(qū)“玉米—向日葵—草木樨”[19]等許多有效的糧草輪作模式。山西晉北地廣人稀，廣種薄收，農(nóng)作物以玉米等禾谷類為主，長期連作導致土壤板結(jié)、肥力下降、病蟲害頻發(fā)、增產(chǎn)后勁不足。據(jù)統(tǒng)計，2015年山西省大同市和朔州市玉米播種面積為32.15萬hm2，占到農(nóng)作物種植面積的50%[20]。晉北地區(qū)種植模式單一，缺乏科學的輪作模式，長期連作導致土壤肥力下降、根系分泌物的自毒作用增強、病原微生物數(shù)量增加，致使作物生長受阻、產(chǎn)量下降[21]。

本試驗以青貯玉米、燕麥、毛苕子、大豆、谷子等5種適宜晉北地區(qū)種植的作物為對象，設計8個糧草輪作模式，以單位面積地上生物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益為主要指標，旨在篩選出適合晉北農(nóng)牧交錯區(qū)推廣的糧草輪作模式，為今后糧草輪作大面積推廣應用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2017—2019年在山西省朔州市紅旗牧場二分場（39°12′N，112°27′E）進行，試驗點海拔1 130 m，年降水量423 mm，無霜期130 d，年平均氣溫6.9℃，試驗地土壤為灰褐土，土壤有機質(zhì)14.62 g/kg，全氮0.69 g/kg，速效磷4.46 mg/kg，速效鉀104.51 mg/kg，pH值8.6，前茬作物為玉米。

1.2 試驗材料

試驗用青貯玉米品種為大京九23號（鄭州大京九種業(yè)有限公司提供），燕麥品種為牧王（朔州市春華草業(yè)科技有限公司提供），毛苕子品種為毛葉紫花苕子（鄭州開元草業(yè)有限公司提供），大豆品種為長豆006（金三鼎農(nóng)業(yè)科技有限公司提供），谷子品種為晉谷21號（山西省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所提供）。

1.3 試驗設計

試驗共設8個糧草輪作模式（表1），分別為燕麥—毛苕子—青貯玉米（O-H-C）、燕麥—毛苕子—谷子（O-H-M）、燕麥—毛苕子—燕麥（O-H-O）、燕麥—大豆—青貯玉米（O-S-C）、燕麥—大豆—谷子（O-S-M）、燕麥—大豆—燕麥（O-S-O）、燕麥—燕麥—青貯玉米（O-O-C）、燕麥—燕麥—谷子（OO-M）。試驗采用大區(qū)生產(chǎn)試驗設計，不設重復，采取三點取樣法取樣測產(chǎn)。試驗地面積2 900 m2（145 m×20 m）。燕麥、毛苕子、大豆、谷子的播種量分別為187.5、60.0、60.0、7.5 kg/hm2，青貯玉米種植密度為6.0萬株/hm2，均按照當?shù)胤N植習慣播種和管理。

表1 輪作試驗處理Tab.1 Treatment of rotation experiment

1.4 測定項目及方法

1.4.1 物候期觀察播種后每5 d觀察一次，以50%的植株達到某一生育階段為標準，在接近某一物候期時，每天進行觀測，分別記錄其各個生育時期。

1.4.2 產(chǎn)量測定毛苕子、燕麥和青貯玉米分別于開花期、乳熟期和蠟熟期測定飼草產(chǎn)量；大豆、谷子于成熟期測定籽粒及秸稈產(chǎn)量。燕麥、大豆、谷子、毛苕子隨機選取3個3 m2的樣方刈割測產(chǎn)，測產(chǎn)時每個樣方隨機取樣1.0 kg。青貯玉米隨機選取3個樣方，每個樣方選取代表性的10株刈割測產(chǎn)，每個樣方取生長均勻的植株1株留作分析樣品。測產(chǎn)時刈割留茬高度為10 cm。試驗樣品帶回實驗室在105℃條件下殺青30 min，然后在65℃條件下烘干至恒質(zhì)量，稱量干質(zhì)量，計算干鮮比，并折算作物產(chǎn)量。

1.4.3 經(jīng)濟效益測算以實際測定的干草產(chǎn)量、糧食產(chǎn)量分別乘以當年飼草和糧食的市場價格，計算出單位面積總收入（2017—2019年朔州市燕麥、毛 苕 子 干 草1 400元/t，青 貯 玉 米330元/t，大 豆3 600元/t，谷子4 800元/t，谷子、大豆秸稈500元/t）。

1.5 數(shù)據(jù)處理

試驗采用SPSS 20.0軟件進行P<0.05的顯著性分析，并采用Microsoft Excel 2010軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同飼草品種的物候期比較

2017、2018、2019年試驗作物物候期如表2—4所示，參試品種在朔城區(qū)均能正常生長。毛苕子生育期較長，在當?shù)夭荒芙Y(jié)實，可作為飼草和綠肥利用；青貯玉米、大豆、谷子在當?shù)啬芡耆墒?，并能充分利用生長季；燕麥在當?shù)?月下旬或8月上旬即可達到乳熟期，從出苗到收割（乳熟期）生長期約60 d。

表2 2017年燕麥物候期Tab.2 Phenophase of oat in 2017 月-日

表3 2018年牧草飼料作物生育時期Tab.3 Growth period of forage crops in 2018 月-日

表4 2019年牧草飼料作物生育時期Tab.4 Growth period of forage crops in 2019 月-日

2.2 不同糧草輪作模式的生物產(chǎn)量比較

從表5可以看出，8個糧草輪作模式2017—2019年生物產(chǎn)量變化幅度較大?？偟内厔菔怯星噘A玉米的3個輪作模式（O-H-C、O-S-C、O-O-C）生物產(chǎn)量較高，平均為25 845.7 kg/hm2；有毛苕子的3個輪作模式（O-H-C、O-H-M、O-H-O）次之，平均生物產(chǎn)量為24 320.2 kg/hm2；有谷子的3個輪作模式（O-H-M、O-S-M、O-O-M）和有大豆的3個輪作模式（O-S-C、O-S-M、O-S-O）的生物產(chǎn)量較低，平均值分別為20 978.1、20 504.5 kg/hm2；以燕麥為主體的4個輪作模式（O-H-O、O-S-O、O-O-C、O-O-M）的生物產(chǎn)量最低，平均為19 641.0 kg/hm2。多重比較結(jié)果表明，O-H-C生物產(chǎn)量顯著高于OS-C、O-H-M和O-O-C，O-S-C、O-H-M和O-OC顯著高于O-S-M、O-H-O、O-O-M和O-S-O（P<0.05）。

表5 不同輪作模式的生物產(chǎn)量比較Tab.5 Comparison of biological yield of different rotation patterns kg/hm2

2.3 不同糧草輪作模式的經(jīng)濟效益分析

從表6可以看出，8個糧草輪作模式2017—2019年總收入差異較大。有谷子的3個輪作模式（O-H-M、O-S-M、O-O-M）總收入較高，平均為43 564元/hm2；有大豆的3個輪作模式（O-S-C、OS-M、O-S-O）和有青貯玉米的3個輪作模式（OH-C、O-S-C、O-O-C）總收入居中，平均收入分別為38 455、36 576元/hm2；以燕麥為主體的4個輪作模式（O-H-O、O-S-O、O-O-C、O-O-M）總收入最低，平均為32 721元/hm2。多重比較結(jié)果表明，OS-M、O-H-M顯著高于O-S-C、O-O-M，O-S-C、O-O-M顯著高于O-O-C，O-H-C、O-O-C顯著高于O-S-O、O-H-O，O-H-C和O-O-C、O-S-O和O-H-O間差異均不顯著。

表6 不同輪作模式總收入比較Tab.6 Comparison of total income from different rotation patterns

由表7可知，8個糧草輪作模式總成本以O-SM最高，為24 112元/hm2，O-H-O和O-S-O較低，平均為21 674元/hm2。O-S-M顯著高于O-H-O和O-S-O，與其他5個輪作模式間差異不顯著。

表7 不同輪作模式生產(chǎn)成本比較Tab.7 Comparison of production costs of different rotation patterns 元/hm2

由 圖1可 知，O-H-M和O-S-M總 利 潤 較 高，并顯著高于其他6個處理，O-O-M、O-S-C和OH-C居中，且顯著高于O-O-C，O-O-C顯著高于O-S-O和O-H-O。從 圖2可 以 看 出，O-H-M和O-S-M產(chǎn)投比較高，并顯著高于O-O-M、O-S-C和O-H-C，O-O-M、O-S-C和O-H-C均與O-SO間差異不顯著，但均顯著高于O-H-O。

圖1 不同輪作模式的投入與產(chǎn)出比較Fig.1 Comparison of inputs and outputs of different rotation patterns

圖2 不同輪作模式的產(chǎn)投比比較Fig.2 Comparison of ratio of output to input of different rotation patterns

3 結(jié)論與討論

農(nóng)區(qū)草牧業(yè)的出路在于引草入田，實行糧草輪作，部分農(nóng)田拿出來種草，不但不會降低糧食產(chǎn)量，反而可以提高糧食產(chǎn)量[22]。本研究表明，O-H-C、O-H-M、O-H-O、O-S-C、O-S-M、O-S-O、O-OC、O-O-M等8個糧草輪作模式生物產(chǎn)量差異較大，凡有青貯玉米的輪作模式生物產(chǎn)量均較高，其中，O-H-C生物產(chǎn)量最高，達到28 502 kg/hm2。OH-O、O-S-O和O-O-M等以燕麥為主體的輪作模式生物產(chǎn)量較低，平均為18 185 kg/hm2。本研究中飼草燕麥僅種植一茬，生長期60 d左右，燕麥收割后還有50～60 d的有效生長季，還可復種一茬飼草燕麥或其他短生育期作物，這是導致本研究中以燕麥為主體輪作模式生物產(chǎn)量較低的主要原因之一。

糧草輪作、間作和套種，是充分利用農(nóng)田資源，提高復種指數(shù)的重要途徑。收獲牧草既可解決農(nóng)區(qū)草食畜禽的飼料來源，又可增產(chǎn)糧食和提高經(jīng)濟效益[23]。本研究表明，有谷子的O-S-M和O-H-M輪作模式總收入較高，以飼草燕麥為主體的4個輪作模式（O-H-O、O-S-O、O-O-C、O-O-M）總收入較低。從總體經(jīng)濟效益和產(chǎn)投比來看，O-H-M和O-S-M總利潤和產(chǎn)投比均較高，O-O-M、O-S-C、O-H-C和O-O-C次 之，O-S-O和O-H-O較 低。因此，晉北地區(qū)應將谷子、大豆引入種植體系，進行糧草輪作，不僅可以獲得較高的生物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益，還可克服玉米連作障礙。

本研究結(jié)果表明，燕麥—毛苕子—谷子（O-HM）、燕麥—大豆—青貯玉米（O-S-C）、燕麥—毛苕子—青貯玉米（O-H-C）、燕麥—大豆—谷子（OS-M）等4個糧草輪作模式生物產(chǎn)量和經(jīng)濟效益較高，是晉北地區(qū)比較理想的糧草輪作模式。