我國草田輪作的歷史、理論與實踐概覽

邢福,周景英,金永君,孫璐,張建峰,岳偉,寶樁,倪楠,錢英

(1.東北師范大學草地科學研究所 植被生態科學教育部重點實驗室,吉林 長春130024;2.內蒙古圖牧吉國家級自然保護區,內蒙古 音德爾137600)

輪作是一種在同一田地上有順序地輪換種植不同作物或輪換采用不同復種方式的種植方式,是農田用地和養地相結合、提高作物產量和改善農田生態環境的一項農業技術措施[1]。在春秋戰國時期,我國農耕制度中的輪作是伴隨著土地連作制度的出現而逐漸形成的[2]。傳統的農耕制度中通常都是不同作物的連作或者輪作。將牧草種植引入到農作制度中,就出現了所謂的“草田輪作”。北魏賈思勰《齊民要術》中稱綠肥輪作為“美田之法”,并且認為“其美與蠶矢(屎)、熟糞同“[3]。當時的綠肥輪作已經較廣泛地應用在糧田和菜田上,例如實行綠豆(Vigna radiata)、小豆(Vigna umbellata)、胡麻(Sesamum indicum)等綠肥作物與谷子(Setaria italica)的輪作復種。據此認為,魏晉南北朝時期,我國北方旱地農業中已經形成了比較成熟的綠肥輪作。“綠肥-水稻(Oryza sativa)”輪作是我國較為古老的一種草田輪作模式。我國南方水稻主產區歷來就有稻田種植綠肥的習慣[4]。

草田輪作具有提高土壤肥力、增加作物產量、減少病蟲危害、保持水土以及提高單位面積土地經濟收益等一系列優點[5-7]。在歐洲、美國、澳大利亞等國家被廣泛采用[8-11]。新中國成立以來,草田輪作在曲折中發展,其重要性逐漸被廣大群眾所認識。“藏糧于草“、發展草地農業是中國農業發展的必由之路[12]。本研究依據國內外有關文獻資料,就我國草田輪作的歷史、理論基礎、輪作模式、生態效益與經濟效益加以總結歸納,以草地農業思想為指導,結合我國糧食安全問題闡述草田輪作的現實必要性與可行性,分析我國出現的2次“種草高潮”的經驗得失,提出我國推行與強化草田輪作研究與實踐的建議。

1 我國輪作制的發展與研究歷史

1.1 我國古代農耕制度演變及草田輪作制的出現

追溯歷史,古代夏商周時期實行的是“撂荒休耕”制度。當時沒有人工施肥措施,土地種植1年后地力大減,于是被撂荒,下1年的耕種則選擇在已經撂荒2年或3年的土地上進行。撂荒休耕制出現的重要前提條件是地廣人稀。另外,早期農業中的粗放經營以及由此而造成的土地肥力降低,在無任何人工措施追加肥力的情況下,只有通過休耕才有可能實現土地肥力自然恢復。因此,“易田制”等輪荒性質的土地耕作形式,是與當時生產技術以及人地關系相適應的[2]。

光陰荏苒,至春秋戰國時期基本形成了土地連作制度。為了保證地力的恢復,人們在對土地進行施肥的同時,開始考慮農耕技術上的改進與合理輪作[2]。北魏農學家賈思勰在其所著的《齊民要術》中總結前人經驗說:“谷田必須歲易”;“麻欲得良田,不用故墟”;“稻無所緣,唯歲易為良”。就是說,無論是谷田、麻田還是稻田,輪作易地都會達到減少雜草、提高產量的效果。早在《戰國策》和《憧約》中,已反映出戰國時的韓國和漢初的四川很可能就出現了大豆(Glycine max)和冬麥的輪作。公元2世紀時,后漢鄭玄注《周禮·幕氏》時更明確地提到,當時就有收麥后接著種粟或大豆的習慣。這說明,大豆和谷類作物之間輪作的歷史很早[13]。至6世紀時,從《齊民要術》的記載中可以看出,當時的黃河流域存在著大豆和粟、麥、黍等相當普遍的輪作。特別是宋代《陳奠農書》曾總結性地指出,收稻后種豆,可以“熟土壤而肥沃之”。在唐宋時代,我國華北形成了二年三熟制的農作物輪作模式[14,15],其作物組合模式一般為小麥(Triticum aestivum)※大豆※秋雜糧。

由此看來,中國古代農耕制度中的輪作在春秋戰國時期伴隨著土地連作制度的出現就逐漸形成了。之后,農田輪作的方式不斷發展變化、輪作地域也不斷擴大。例如,明清時期晉中平川盆地兩年三熟地帶,有套種輪作歷史,例如,冬小麥套種玉米(Zea mays),夏種谷子和移栽高粱(Sorghum bicolor)[16]。

綠肥作物肥田的道理很早就被我國勞動人民所認知。西漢《汜勝之書》中已有瓜、薤、小豆間作和桑、黍混作的記載;東漢已形成禾、麥、豆的輪作復種制。北魏時輪作制已臻成熟,其特點是廣泛采用禾谷類和豆類輪作。這一時期的輪作經驗集中反映在《齊民要術》中。另據《廣志》記載,早在西晉時,已有水稻與苕子(Vicia spp.)的輪作。明代又出現了水稻與紫云英(Astragalussinicus)的輪作方式。清代《撫郡農產考略》也說“紅花草(紫云英)比蘿卜(Raphanussativus)、菜子尤肥田,為早稻所必須,可以固本助苗,其力量可敵糞料一二十石”。明清時期,稻、草輪作發展很快,栽培的綠肥種類也增多,除紅花草外,還有陵苕等[17]。直到20世紀六七十年代,“綠肥-水稻”輪作依然是我國南方水稻主產區較為經典的草田輪作模式。例如江西省,當時“綠肥-早稻-晚稻”輪作的種植面積占稻田總播種面積的2/3以上[4]。因此,綠肥作物與水稻輪作可能是我國最古老的草田輪作模式,并沿用至今、經久不衰。

據《呂氏春秋》記載,公元前129年,漢使張騫出使西域將苜蓿(Medicago sativa)引種至我國[18]。漢代以來,苜蓿就因為養馬而大量種植并逐漸成為輪作牧草。據陜西三原楊秀元《農言著實》對關中地區的輪作復種制記載,當時已經有把苜蓿納入輪作的種植制度。這種方式一般是連種五、六年苜蓿之后再連種三、四年小麥[19]。由此看來,苜蓿和苕子可能是我國最早被引入草田輪作制度的牧草。

1.2 我國當代草田輪作的發展歷程

20世紀50年代初,我國學習前蘇聯經驗推廣草田輪作,但沒有堅持下來[20]。當時,在全面學習蘇聯經驗的社會背景下,蘇聯的草田輪作理論與耕作制度也被引進并在生產中應用[21]。當時認為,“草田輪作”是威廉斯土壤學中“執行土壤學的生物學路線,種植多年生牧草來改良土壤結構和提高土壤肥力”學說的具體措施。蘇聯學者強調,實行草田輪作是建立在農牧配合基礎上的,必須建立多年生牧草混合區,農區簡單的作物倒茬不是真正的草田輪作。實行草田輪作的先決條件是區劃土地,建立畜牧業基礎,選定牧草種子,決定輪作程序。一批前蘇聯的草田輪作著作也被譯成中文出版[22-24]。

在“六五”和“七五”期間,國家啟動了一系列草田輪作研究與技術推廣項目,針對不同地區提出了不同的糧草輪作模式[25]。20世紀80年代,國家發出了在黃土高原“種草種樹”的號召,一時間西北地區各地掀起了種草的“熱潮”。1984年,由中國農業科學院土壤肥料研究所完成的中國綠肥區劃,將草田輪作作為糧肥輪作的內容之一列入[26]。1985-1987年,甘肅先后召開了3次全省規模的草田輪作種草養畜試驗示范現場報告會,極大地推動了甘肅全省草田輪作的發展[27-29]。此時期一批科學家和政府官員提出并論證立草為業、發展草業的概念和發展戰略[30-32]。1984年6月,錢學森在有人提出草業的基礎上,從理論上提升,指出“草業是作為產業的概念提出來的,它是以草原為基礎,利用日光、通過生物創造財富的產業”[33]。草產業理論促使對草地經營的認識和發展達到前所未有的新高度。1987年,國務院在轉發全國牧區工作會議紀要的批示中明確提出:“立草為業,發展畜牧,草業先行”的方針。按照1997年任繼周提出的草地農業理論[34],特別強調“引草入田、草田輪作是草地農業的重要技術環節”。20世紀90年代,中山大學的楊中藝等[35]開始進行“多花黑麥草(Lolium multiflorum)-水稻”草田輪作系統研究。2000年,中央決定實施西部大開發戰略,推進草地經營進入新階段。2002年9月18日,國務院下發了《關于加強草原保護與建設的若干意見》,這是建國以來第1個專門針對草原工作出臺的政策性文件。

2 草田輪作的經濟效益與生態效益

2.1 增產并提高后茬作物品質

大量的研究和生產實踐證明,草田輪作能夠提高后茬作物產量及其籽粒品質。甘肅靜寧縣甘溝鄉將紫花苜蓿、紅豆草(Onobrychissativa)和百脈根(Lotuscorniculatus)引入糧田輪作,效益分析表明,豆科牧草對后茬作物有明顯增產效果。3種牧草對后作(玉米、冬小麥、春小麥)的蛋白質產量(收獲體蛋白質總量)增產幅度分別為14.8%～30.3%,17.0%～25.7%,15.5%～32.8%;等價產量(收獲體蛋白質、脂肪和淀粉總量之和)增產幅度依次為1.7%～29.5%,7.3%～23.2%,11.9%～32.8%[36]。甘肅省臨夏縣北塬灌區實行草田輪作后,豆科飼草茬地對春小麥增產效果顯著。田間試驗結果表明,在施肥量相同的情況下,紫花苜蓿茬地和復種箭筈豌豆(Vicia sativa)茬地的小麥分別增產14.06%和11.96%,即達到5.396和5.297 t/hm2[37]。

將苜蓿引入草田輪作系統,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[38]。山西運城地區,苜蓿后作的小麥增產 66.9%、棉花(Gossypium spp.)增產62%、谷子增產87.5%、玉米增產7.4%,甘薯(Ipomoeabatatas)增產1倍[39]。在內蒙古莫力達瓦達斡爾族自治旗進行的試驗表明,苜蓿后茬種植的玉米產量比作物后茬平均提高14.3%[40]。苜蓿能增加后作作物的蛋白質含量。Hobbs[8]在美國堪薩斯州曼哈頓的試驗表明,連作小麥和高粱籽粒蛋白質含量分別為13.4%和8.9%,而苜蓿-作物輪作的蛋白質含量分別為14.2%和10.8%。在江西農業大學試驗站水稻田連續5年的試驗結果顯示,稻田輪作系統的總初級生產力、光能利用率、輔助能利用率分別比連作系統高17.47%,9.87%和5.0%。氮、磷、鉀的養分利用率也同樣明顯高于連作系統[41]。

2.2 減少雜草和病蟲害

草田輪作是防止作物病蟲草害的一項重要措施。研究證明,與連作耕作制度相比較,稻田輪作系統對作物病、蟲、草害有一定的抑制作用。冬季種植的黑麥草長勢強,對雜草有一定的抑制作用。年內旱田改水田,使雜草由旱地雜草為主轉為以水田雜草為主,且雜草種類大大減少,無優勢種雜草出現。越冬的黑麥草可以抑制下茬水稻的稻縱卷葉螟(Cnaphalocrocis medinalis)的發病率,年內換茬可減少作物蟲害[4]。

合理的苜蓿與作物輪作可減少作物病、蟲、草害。牧草與作物輪作打破了害蟲和病害的生活周期和寄生關系,并有助于雜草控制和減少農藥的使用[42,43]。據報道,苜蓿茬可降低棉花黃萎病的發生[44];使玉米免遭根寄生蟲危害[45];苜蓿后茬種植向日葵(Helianthus annus),田間雜草數量明顯減少[46]。在加拿大艾伯塔省萊斯布里奇半干旱大草原的一項長期研究中發現,雜草密度和物種組成受幾年內不同的輪作、耕作及抽樣時間影響;在所有的輪作系統中,休耕地和傳統耕作地中存在更多的雜草[47]。

在西藏農區,采用豆科作物、油菜(Brassicacampestris)、箭筈豌豆等輪作后的農田,多食性害蟲中的蠐螬和地老虎比麥類連作田下降12.6%～18.0%,寡食性害蟲(主要是麥蚜)以及甘藍夜蛾(Mamestra brassicae)等也比同類作物連作田減少79.11%和73.55%,種植豆科作物的后作青稞中的條紋病發病率比青稞連作田降低21.0%～29.0%,黑穗病發病率比青稞連作田低17.0%～38.0%[42]。

2.3 改土肥田

大量試驗證明,將苜蓿引入作物輪作系統可以有效地改良土壤,提高土壤肥力[47-49]。甘肅慶陽地區輪作試驗表明,種植苜蓿3年后又種2年冬小麥的土地,測定0～40cm土層的有機質和含氮量分別為1.21%和0.087%,而連種3年的小麥地0～40cm土層有機質與含氮量分別為1.03%和0.071%,苜蓿茬比小麥茬土壤有機質和含氮量分別提高17.5%和22.5%[50]。研究表明,種植苜蓿能夠大幅度提高土壤氮凈礦化率[51],增加其后茬作物的速效氮供給。與農田后茬種植牧草相反,苜蓿草地輪作為農田以后,土壤全氮和有機質會迅速下降,土壤退化過程加速[52,53]。

豆科牧草一方面直接固氮,另一方面其根系在土壤中會積累大量殘體從而增加土壤有機質含量。新疆呼圖壁縣種牛場的測定結果顯示,3年生苜蓿茬地積累干殘體30 735 kg/hm2,折合氮465 kg/hm2、磷94.7 kg/hm2、鉀1 477.5 kg/hm2,相當于1.5×105kg優質廄肥[49]。種植沙打旺(Astragalusadsurgens)使土壤每年固氮225 kg/hm2,有機質、磷、鉀含量也大幅度提高。在鹽堿低產田輪種苜蓿,2年后土壤0～20cm含鹽量由0.22%～0.24%下降到0.05%～0.06%;5年后輪作小麥,產量比對照區增加1倍以上。在黃土高原水土流失嚴重的地區,在輪作種植沙打旺、苜蓿4年后,有機質含量提高1倍,氮含量增加2.7倍,同時還保持了水土[54]。

在吉林省崗地農田黑土上進行的“玉米-草木樨(Melilotus suaveolens)”輪作試驗表明,與玉米連作相比較,輪作提高了土壤孔隙度,從而改善崗平地黑土的通氣有余、持水不足、易于干旱和沙化的狀況;同時,草田輪作可以增加土壤細菌、真菌和放線菌的數量,增強微生物的總體活性,改善土壤的環境條件[55]。

Garcí a-Préchac等[56]綜合烏拉圭大量長期試驗發現,將休耕整合到草田輪作系統中,與連續休耕相比,雖然連續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將會使土壤中氮和水分得到最優化的利用,并且可以保持和增加土壤有機碳的含量,更具經濟和生態效益。

在美國中央大平原連續15年的野外試驗中發現,作物的輪作與休耕和連續播種相比,可提高土壤質量特性,如增加微生物群體及其群落成分以及一些酶的活性。而這些特性亦可能導致其他土壤因素的增強,如土壤有機質含量、水分滲透、土壤中水穩定大團聚體等物理特性,從而提高小麥對水分的利用和土壤生產力的保持[57,58]。

2.4 保持水土

牧草特別是多年生牧草,通常比農作物具有更發達的根系。草本植物根系集中分布在0～30cm地表土層中且根系密集。龐大的根系系統和地上密集的草層能夠緩解地表徑流、減少水土流失,起到良好的水土保持作用,提高降水利用效率。研究表明,當降水量為340mm時,裸地水土流失量為6 750 kg/hm2,耕地為3 570 kg/hm2,林地為600 kg/hm2,而草地僅93 kg/hm2[59]。在立陶宛丘陵地區的研究表明,“禾草-禾谷類”作物輪作(禾草>50%)在2°～5°,5°～10°和10°～14°的坡地上能減少土壤流失 77%～81%;與“禾谷類作物-禾草”輪作(禾草<50%)相比,10°～14°坡地上實行“禾草-禾谷類作物”輪作可顯著增加土壤團粒穩定性,當然這2種輪作模式都能降低土壤侵蝕度[60]。

研究發現,長期單一種植的苜蓿草地,會在土壤中出現很深的“干土層”,從而影響了苜蓿產量。但在苜蓿與作物的輪作系統中,土壤水分狀況會逐漸恢復[61,62]。

3 我國的草田輪作模式

3.1 南亞熱帶地區“黑麥草※水稻”輪作模式

多花黑麥草別名意大利黑麥草,為禾本科一年生植物,原產于地中海沿岸、北非及亞洲西南等地。它是歐洲最古老的牧草之一,作為刈割、放牧的主要草種,在世界各地廣泛栽培。在澳大利亞、新西蘭、英國、西歐及美、日等國廣泛種植,作為奶牛、肉牛和綿羊的飼料。我國從20世紀40年代中期引進,開始在華東、華中及西北等地區試種。

1990年,楊中藝開始在廣東省深圳市研究建立“多花黑麥草※水稻”草田輪作系統,將多花黑麥草引入我國南亞熱帶草田輪作體系,主張在我國南方地區實行“黑麥草※水稻”草田輪作[63,64]。具體地,就是在水田冬閑期栽培黑麥草來生產優質青飼料,使糧食作物和飼料作物的爭地矛盾得以緩解。多年來,對“黑麥草※水稻”草田輪作系統的增產肥田效應與生態機理、高產栽培技術以及綜合效益等方面進行了較為全面而深入的研究[65-70]。

試驗證明,“黑麥草※水稻”草田輪作系統能夠適應我國南亞熱帶水田冬閑期的氣候條件,中、晚熟多花黑麥草品種具有比較明顯的產量優勢。輪作系統中黑麥草后作的早稻、晚稻的平均增產幅度達10%[65]。“黑麥草※水稻”輪作增產肥田的原理除黑麥草可改善土壤理化特性[69]、增加土壤酶活性[70]以外,黑麥草根茬腐解物中可能存在能刺激水稻生長的活性物質[71];稻田土壤微生物參與并促進了黑麥草的物質生產過程;黑麥草使后作水稻增產的現象與黑麥草的根際活性有關[66]。

我國南方還有“多花黑麥草+光葉苕子(Vicia villosa)※玉米”輪作系統、“多花黑麥草+光葉苕子※高丹草(高粱與蘇丹草雜交種,Sorghum bicolor×Sorghum sudanense)”輪作系統[72]以及“黑麥草※玉米”輪作模式[73]。還篩選出了適合我國南方稻區的“紫云英※早玉米※晚稻”等輪作系統[4]。

3.2 甘肅省“冬小麥※豆科牧草※玉米”等多種輪作模式

甘肅省可能是我國草田輪作試驗研究最多、民間輪作模式最多樣化的省份[74]。通過對甘肅慶陽地區的51種不同輪作復種模式進行的系統評價,發現其中8種輪作模式明顯優于其他種植系統。其中,“冬小麥/一年生豆科牧草※玉米”模式、“冬小麥+草木樨※草木樨/冬小麥”模式比較適宜當地推廣[75]。這些輪作模式經營粗放、管理簡單,投資省、效益高,適宜于人少地多、土壤貧瘠、土地投資投能不足的殘塬溝壑區及塬邊或山地梯田。在甘肅隴東地區,常用的輪作方式是“苜蓿(6～8年)※谷子或胡麻※冬小麥(3～4年)”,或者“苜蓿(3～5年)※玉米(套大豆)※冬小麥”;隴中地區為“苜蓿(5～8年)※糜(Panicum miliaceum)或稻※馬鈴薯(Solanum tuberosum)或豌豆(Pisum sativum)※小麥(3年)”。另外,甘肅武威市平川灌區“小麥套種草木樨※壓翻種玉米※單種小麥”的三年三區輪作方案的增產和提高土壤肥力效果也十分明顯[76]。

3.3 陜西等地的“苜蓿※冬小麥”輪作與混作模式

陜西榆林和延安地區,春季和夏季將苜蓿與胡麻、蕎麥(Fagopyrum esculentum)混種;山西晉南、陜西關中在秋季將苜蓿與冬小麥、油菜混種;內蒙古把苜蓿分別與蕎麥、油菜、小麥、糜子、谷子混種,都取得良好效果。山西西南地區,苜蓿田每年留在土壤中的根量為6 750 kg/hm2,增加了土壤的有機質,使后茬小麥增產30%左右;陜西關中地區,苜蓿后茬小麥可連續增產3年,增產幅度30%～50%,提高小麥蛋白質含量20%～30%[39]。河北省冀東縣的做法是種4～5年苜蓿,然后倒茬,即“苜蓿※谷子※玉米※棉花”或“苜蓿※谷子※小麥※玉米※棉花”[49]。在內蒙古烏拉蓋地區無霜期僅90～100 d的條件下進行苜蓿輪混作,輪作方式為“小麥(2年)※苜蓿+油菜※苜蓿※苜蓿※苜蓿※苜蓿※小麥※青攸麥”。從前5年的情況看,效果良好,效益比小麥連作高得多。此外,就“苜蓿-冬小麥”輪作系統土壤水分時空動態、產量響應以及根系入侵真菌等方面也進行了研究[77,78]。

3.4 新疆的八區、六區草田輪作模式

新疆生產建設兵團農一師四團一連地處天山南麓的山間小盆地,土壤類型屬龜裂性棕漠土,成土母質以礫質沖洪積物為主。自1963年開始堅持八區草田輪作制度(六糧二草),到1982年進入第3個輪作周期的第4年。20年來,全連平均糧食單產3 150 kg/hm2。其中,輪作區內單產3 136.5 kg/hm2,非輪作區2 500.5 kg/hm2。輪作區比非輪作區增產25.5%。成功的輪作模式為“苜蓿※苜蓿※冬小麥※冬小麥+綠肥※玉米※王米※水稻+基肥※春小麥+苜蓿”。這種方式高稈和矮稈作物交替種植,連作最多2年,增加了水旱輪作。這樣充分利用了土壤中的養分,增加了綠肥和基肥,達到了產量穩步上升、地力不斷提高的目的[79]。另外,新疆生產建設兵團阿克蘇農墾四團采取八年八區輪作制,輪作模式為“小麥+苜蓿※苜蓿※苜蓿※玉米※玉米※玉米※水稻※小麥+草木樨”。把苜蓿、草木樨引入農田,使土壤有機質和氮素含量分別增加2和1倍,小麥單產提高1倍多。

在烏魯木齊市五一農場進行了六區草田輪作試驗,其模式為“苜蓿(2年)※冬小麥※冬小麥※綠肥※玉米※油料+苜蓿”。其中,油料作物是油菜或者油葵。六區草田輪作中,苜蓿占地1/3,冬小麥面積占1/3,玉米和油料面積占1/3。經過一個輪作周期,小麥、玉米、油料的平均產量比對照農田分別增產37.74%,42.39%和29.10%,而且經濟效益顯著[80]。

3.5 東北平原區“玉米※向日葵※草木樨”輪作模式

東北平原區位于我國農牧交錯帶的東段,具有開展糧草輪作的生態條件。但同時也是我國重要的糧食產區,農作物用地與飼草料用地矛盾比較突出。引草入田,發展農區草業,對于緩解該地區的人土(地)矛盾、草畜矛盾有重要意義。在吉林省長嶺縣和農安縣的試驗表明,東北平原區優化草田輪作組合為:向日葵(1年)※草木樨(1～2年)※玉米(1～2年);草木樨(2年)※玉米(1～2年)※煙草(Nicotiana tabacum)(1年)※大豆(1年)※玉米(2年)[81]。以牧草連作、草經輪作、糧草輪作或糧草經輪作的生態效益較好,而玉米連作的生態效益較差。引草入田后,草地農業生態系統優化生產模式仍以玉米為主,但應適當增加苜蓿、草木樨等豆科牧草的比例。輪作中加入向日葵、煙草等經濟作物可以提高糧草輪作的經濟效益。

3.6 東北嫩江西岸糧草七區輪作模式

位于黑龍江省嫩江西岸的甘南縣查哈陽農場,屬寒溫帶大陸性氣候,年平均氣溫1.76℃。年降水量平均為443.27mm,無霜期為115～120 d,適宜水、旱田作物生長。自1987年開始在新立分場種植紫花苜蓿,實行糧草輪作、肥田、養牛和提高經濟效益的探討。糧草七區輪作,即三區苜蓿、二區小麥、一區雜糧(玉米),一區甜菜(Beta vulgaris)或大豆。第3年翻壓一區苜蓿,以后每年種一區苜蓿翻壓一區苜蓿[82]。1990年開始大面積推廣,參加輪作的種草面積達4 166 hm2。經過6年種植紫花苜蓿實行草田輪作的實踐,取得了奶牛業大發展以及農業增產的效果。

3.7 西藏日喀則地區的4年輪作制

西藏自治區農業部門把種植綠肥作為全自治區農業技術重點推廣項目之一,大面積推廣糧草輪作[11]。農作物布局推行“三三制”,即青稞(Hordeum vulgare var.nudum)、小麥、豆類和油菜的播種面積各占1/3,3年為1個輪作周期。日喀則部分地區實行4年輪作制,即“春青稞※麥豌混作※小麥※油豌混作”[42]。西藏地區海拔高,氣候冷涼,無霜期短,參與輪作的豆科牧草具少年生、生長迅速的特點,較常用的有豌豆、草木樨、毛苕子等。

以上是依據文獻報道作的草田輪作模式的總結。其中有的是試驗研究,有的已經在生產中應用推廣。全國各地的草田輪作模式可能遠遠不止這些,民間可能有其他輪作模式尚沒有被記錄、報道。

4 大力推行草田輪作的現實必要性

4.1 保障國家糧食安全的需要

任繼周[83]提出了中國食物構成的新趨勢——“2+5”模式。按照目前我國糧食結構和消費量匡算,至2020年口糧需求為2×108t,飼料糧消費則增加到近5×108t,兩者之和約為7×108t。可將這一格局稱為中長期規劃的“2+5”模式,即人用2×108t與畜用5×108t,兩者之和為7×108t。大約食物當量中人用占30%,畜用占70%。以“2+5”的食物當量為目標,在保證生產質優量足人用口糧的前提下,還要生產超過口糧2倍以上的飼料。對此,傳統農業系統將無能為力。

在飼料用糧成為我國糧食生產主要壓力的情況下,如果繼續堅持傳統的“糧-豬農業”,飼料用糧需求數量巨大,勢必對中國的食物安全造成嚴重威脅。而建立草地農業系統,將人食與畜食分開,走節糧型、非糧型飼料道路是減小糧食生產壓力、優化中國人口食物結構、確保糧食安全的一項有效措施。“藏糧于草”,發展草地農業是必由之路[12]:第一,擴大人工種草面積;第二,加強農區草田輪作;第三,推行空閑田種植飼料作物。因此,從國家糧食安全戰略高度考慮,要樹立草地農業思想,引草入田,大力推行草田輪作[84-86]。

4.2 調整農業產業結構的需要

發展節糧型畜牧業、變二元種植結構為三元種植結構是我國農業結構調整的長期戰略任務。作物與家畜是農業系統的核心組分[87],優化農業結構應從2個方面展開:一是橫向調整,調整種養比例,提高養殖業在農業中的份額;二是縱向調整,堅持以市場需求為導向,積極發展農產品加工業、流通業等,延伸農業產業鏈,形成農業生產的專業化分工協作體系[88]。多元化的種植結構必然包括引草入田實行草田輪作。養殖家畜應以節糧型的草食動物牛、羊、兔為主,而不是傳統的耗糧型的“豬”。雖然目前我國草產業剛剛起步,“草產業鏈”尚不健全,但無論如何,“草”是這條產業鏈的“源頭”或基礎。

轉變生產方式、發展人工飼草料生產、發展舍飼半舍飼養殖業,既是我國草原生態保護的迫切需求,也是我國西部廣大地區發展高效畜牧業、促進地方經濟發展的重要內容[33]。因地制宜,大力推行草田輪作將是我國調整農業結構的長期任務。當然,我國幾千年的農耕制度和農耕文明絕非一朝一夕就能發生大的轉變。但是,無論如何,必須千方百計地轉變傳統的農耕制度和落后的農業觀念,否則我國糧食安全問題無法保障、農業可持續發展無法實現。

4.3 農牧民致富的迫切需要

“草”是農業系統能量鏈條(草-土-畜)中的重要環節。草田輪作一方面恢復并維持農田肥力,對于提高作物單產穩產有重要作用;另一方面生產出來的牧草(飼料)可以飼養家畜,使草產品轉化為肉產品。草田輪作同時也大大提高了有限的土地資源利用效率,增加農牧民收入。例如,“黑麥草※水稻”草田輪作系統提高了土地利用率以及土地單位面積的產出,一般情況下一個冬季的產出在1.5萬元/hm2以上[65]。

草田輪作生產的牧草既可直接飼養家畜,也可以加工成草產品而帶來收益。據調查,甘肅、陜西等省份,2003年每1/15 hm2苜蓿生產純收入高于小麥、玉米2 250元左右;甘肅玉門市人均種草已達0.21 hm2,來自草產業的人均純收入已占當地農民人均純收入的18.8%;遼寧阜新地區農民種植苜蓿的效益為種玉米的2倍以上;大連市和遼陽市的農戶將一部分土地出租給草產業企業,并在企業工作,農戶由此帶來的收入為種玉米的2～3倍以上[87]。

4.4 保護生態環境的需要

草地生態系統是我國面積最大的陸地生態系統。中國草地面積約4億hm2,占陸地面積的41.7%,是農田面積的近4倍。我國天然草原是環繞東北、華北和西部最大的綠色屏障[89]。草地退化加劇、草地牧業經營效益低下、牧區人文狀況落后是目前我國草地資源經營中的三大問題[33]。20世紀90年代,我國草原退化面積擴大到50.2%,并且以每年1.33×106hm2的速度繼續擴大,草原“三化”現象呈加劇的態勢[90]。超載放牧一直是導致草地“三化”的主要原因。在過度依賴天然草地的經營體制下,飼草、飼料缺乏與超載放牧形成了一種惡性循環。飼草料缺乏一方面造成冬春季節家畜掉膘或者死亡,另一方面家畜主要依賴天然草地放牧加重了草地退化。如果在草原牧區適當發展人工草地,在農牧交錯帶以及農區實行草田輪作、引草入田,將是增加飼草、減緩草地放牧壓力的有效途徑。很多成功的案例已經證明了這一點。另外,草田輪作也是控制水土流失的需要,特別是坡耕地實行草田輪作,能有效地控制水土流失[91]。

5 大力推行草田輪作的可行性

5.1 政策保障

農業問題是我國的頭等大事,黨中央歷來高度重視。國家的方針政策是決定農業發展走向的關鍵。正確的政策和政策連續性同樣重要。建國以來,黨中央制定了關于抗旱防澇、流域治理、種樹種草、保護生態環境等一系列政策措施。人工種草和草田輪作多次被寫進國務院或農業部的重要文件中。例如,20世紀80年代國家發出了在黃土高原“種草種樹”的號召,西北各地掀起了“種草熱潮”。1999年,國家開始在生態脆弱地區推行大規模退耕還林(草),同時也有針對性的倡導種草,對農區種草起到了推動作用。2002年,國務院辦公廳轉發農業部《關于加快畜牧業發展的意見》中明確指出:“半農半牧區實行草田輪作”。2007年1月“國務院關于促進畜牧業持續健康發展的意見”中指出:“在牧區、半農半牧區推廣草地改良、人工種草和草田輪作方式,在農區推行糧食作物、經濟作物、飼料作物三元種植結構”[92]。這些大政方針為推行草田輪作奠定了政策基礎。

2010年,第十一屆全國人民代表大會第三次會議政府工作報告中明確提出,“加快轉變經濟發展方式,調整優化經濟結構”是2010年的主要任務之一。這是我國調整農業結構及經營方式的大好機遇。“調整種植結構、實行糧草輪作”應當成為我國農業產業結構調整的重要內容。總之,新時期大力推行草田輪作已經擁有根本的政策保障。

5.2 草地農業理論指導

草地農業是由中國傳統農業的精耕細作與西方“有畜農業”相結合發展而來的生態農業[83]。草地農業系統是一個能滿足現代人的食物結構,并使得生態和生產兩者兼顧而能持續發展的現代農業系統。它的4個生產層,即前植物生產層、植物生產層、動物生產層、后生物生產層,都具有直接或間接的生產功能。各層次間通過耦合機制亦具有效益放大的功能,而且系統生產具有彈性大、可調控性強、外延能力大的特征,與農、林系統比較,系統調控空間和綜合生產潛力較大[93]。草地農業有利于保持土壤肥力、保持水土、節約化肥和水熱資源、增加農牧民收入[94,95]。草地農業理論是指導和推行草田輪作的重要理論基礎。

拿出一部分耕地用來種草會不會影響糧食總產量?這是民眾和政府普遍關心的問題。單純從口糧需求來看,目前我國完全能夠保障現有糧食產量,而飼料糧正在或已經成為我國糧食需求的第一大項[96]。根據研究,在農業系統中,拿出20%的農田種草,實行草田輪作,不僅土地利用率提高了33%,降水利用率提高約20%,而且糧食總產量提高40%,單產提高60%,化肥用量降低1/3[97]。黃土高原地區大量的科學試驗證明,壓縮糧食作物播種面積并實行糧草輪作,使種草面積占耕地的20%～30%,糧食總產和單產都可成倍增加[98,99]。誠然,實行草田輪作,短期內糧食作物種植面積是減少了,但是中長期糧食產量則有增無減,而且高水平的單產由于土壤肥力恢復有望得以長期維持。

5.3 技術支撐

我國南方水稻產區實行草田輪作歷史悠久并且已經比較廣泛。據不完全統計,從1989年至1998年僅四川、廣東、廣西、江西四省推廣黑麥草種植累計近33.3萬公頃,新增產值31.44億元,新增利稅21.29億元[100]。西北地區也進行了大量的草田輪作試驗研究,某些較好的輪作模式也得以在一定區域內推廣;東北、華北地區所見研究報道相對較少。已經推廣成功的經驗和探索中的模式都為大力推行草田輪作提供了技術保障。

線性規劃方法是優化草地農業結構的有效技術手段。按照優化后的農業結構安排種植業、養殖業、肥料,實施科學管理,能夠實現增產增收和農業可持續發展。這方面已有成功的案例可供參考[101,102]。

國外草田輪作的成功經驗可供學習、借鑒。例如,澳大利亞實行“小麥※一年生苜蓿”或“小麥※三葉草”輪作制[103];日本和韓國培育了一系列早熟、淺根系等適應與水稻輪作的黑麥草品種;歐洲農業歷史上長期占主導地位的“三田制”以及后來的“改良三圃式”,其實質就是草田輪作[9];美國中西部旱區實行草地農作制成為世界主要的苜蓿產地等等。

6 結束語

20世紀80年代“種草種樹”和1999開始的“退耕還林(草)”掀起了2次幾乎全國范圍內的種草高潮。但是總體上,人工種草效果并不理想[7]。2次種草“高潮”給我留下幾點重要的啟示:1)種草必須與農民的長期利益相結合。只為恢復植被、改善生態環境,不可能成為現階段人民群眾的自覺行為。2)種草必須納入到當地的種植制度中。如果只是為了完成政策性任務的需要,農牧民和地方政府不會有持久的種草熱情。3)必須建立長期的示范和技術指導機制。種草或者草田輪作周期較長,只建不管不可能收到良好的效果。4)缺乏草產業鏈,市場運作機制不健全。產出的牧草必須轉化為經濟效益,否則必然挫傷農牧民繼續種草的積極性。沒有一個草產業化體系的穩定支撐,“一廂情愿”的種草必然以失敗告終。

根據我國草田輪作現狀及發展趨勢,今后草田輪作的研究及推廣可能重點圍繞以下幾個方面展開:1)中、小地域尺度的農業結構優化;2)適宜輪作的農作物及牧草品種選育;3)具有地域代表性的輪作模式及管理技術示范;4)北方半干旱區“苜蓿-農作物”輪作模式及技術示范;5)具有地域代表性的草產業鏈模式構建與示范。

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