秸稈還田條件下玉米-高粱（玉米）-大豆輪作的產量與效益分析

蓋志佳 劉婧琦 蔡麗君 杜佳興 谷 維 張敬濤 吳俊江

（1 黑龍江省農業科學院博士后科研工作站，哈爾濱 150086；2 黑龍江省農業科學院佳木斯分院，佳木斯154007；3 黑龍江省農業科學院植物保護研究所，哈爾濱150086；4 黑龍江省農業科學院大豆研究所/農業農村部大豆栽培重點實驗室，哈爾濱 150086）

黑龍江省是我國重要的商品糧基地，糧食總產實現十二連增，突破600 億kg，為保障國家糧食安全作出了巨大貢獻。但不能否認近年來黑龍江省糧食的大幅度增長是以擴大種植面積和連續種植高產作物實現的。受政策和市場的影響，黑龍江省的輪作體系在不斷變化中，輪作形式主要經歷了20 世紀50、60 年代的主谷式輪作——以大豆為中心的輪作方式；20 世紀70 年代以大豆為中心的輪作方式被打破，輪作體系受到作物布局的沖擊而變得不穩定。在作物布局和作物結構變化上，以綏化為界，小麥、大豆北移情況更加明朗，20 世紀60 年代至70年代，由于玉米雙交種和單交種先后被廣泛采用，單位面積產量提高，作物構成逐漸發生變化，即玉米播種面積逐漸增加，高粱、谷子逐漸減少。20 世紀80年代以后主產區玉米和大豆重迎茬加劇，造成大豆重迎茬的主要原因是市場價格拉力作用，同時期水稻面積也快速增加。20世紀90年代后，大量以水稻、玉米、大豆種植為主的種植方式在原有的以玉米和小麥種植為主的地區出現，同時以水稻種植為主地區的面積顯著擴大，這一變化趨勢表明在某種原因的影響之下，喜暖的作物開始了北移的過程。2000年以后，水稻、玉米、大豆種植面積進一步擴大，小麥面積進一步萎縮，僅在大興安嶺地區以小麥種植為主。到2015 年黑龍江省玉米、大豆、水稻3 種作物占農作物的播種面積超過了90%。以大豆為主的輪作體系被打破，當前是主栽作物產區玉米連作或大豆連作或水稻連作與一些地區各種輪作共存的局面，新的較合理的輪作體系有待進一步完善。黑龍江省北部地區是本省大豆主產區，大豆連作現象十分突出，大豆對連作反應十分敏感，連作減產明顯，連作時間越長大豆減產越明顯[1-2]。玉米是調劑茬口，在輪作制中占有重要地位。由于近年來對其需求增多，導致玉米種植比例迅速擴大，連作現象明顯。雖然玉米具備一定耐連作能力，但應該注意，玉米過度集中種植其抗災能力下降，加上耕作管理不當，引起土壤有機質快速消耗，土壤肥力降低，土壤侵蝕加劇，病蟲害嚴重，產量降低。

當前，農民只注重當年作物收益，忽視長遠作物生產總收益。鑒于此，本試驗以連作大豆和連作玉米為對照，對玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆兩種輪作模式的產量與經濟效益進行分析，為今后采取合適的輪作模式提供依據，為農業持續發展提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況本試驗于2017-2019 年在黑龍江省農業科學院佳木斯分院實驗基地進行（46°47′N，130°24′E），試驗所在地屬于寒溫帶大陸性季風氣候，雨熱同期，無霜期為130d 左右，≥10℃活動積溫為2500℃左右，年平均降雨量為500mm。土壤類型為草甸黑土，肥力均勻。

1.2 試驗設計試驗采用大區對比法設計，設置玉米-玉米-大豆、玉米-高粱-大豆、連作玉米、連作大豆4 種輪作模式。試驗小區均為12 行區，行長20m，小區面積163.2m2。2017 年建立輪作區，前茬作物為大豆，2017-2019 年的品種選擇、種植方式、施肥方式、秸稈處理、播種、收獲等信息見表1。

表1 2017-2019 年的品種選擇、耕作方式、播種、收獲等信息

1.3 測定項目大豆、玉米、高粱產量測定方法為每個處理取3 點，每點2m2，按標準水分計算產量；每個處理取3 點，每點連續取5 株，室內考種測定株（穗）粒重、百粒重。經濟效益分析：詳細計算投入成本，包括地租、種子、化肥、農藥、整地、播種、田間管理、收獲以及其他投入，最后計算總投入（成本核算以當地生產田為準），并統計經濟收入，計算經濟效益。

2 結果與分析

2.1 輪作方式對作物產量及產量構成因子的影響2017 年是輪作模式研究的第1 年，前茬作物為大豆。方差分析表明，玉米-玉米-大豆、玉米-高粱-大豆、連作玉米中玉米籽粒產量、百粒重以及穗粒重差異不顯著（表2）。2018 年為輪作模式研究的第2年，玉米-玉米-大豆與連作玉米中玉米籽粒產量、百粒重以及穗粒重差異不顯著。對比分析發現，2018 年連作大豆產量比2017 年連作大豆產量低175.20kg/hm2，減產率為6.51%。

表2 輪作方式對作物產量及產量構成因子的影響

2019 年為輪作模式研究的第3 年。方差分析顯示，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆、連作大豆中的大豆株粒重以及籽粒產量差異達到顯著水平，且玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆模式中大豆籽粒產量顯著高于連作大豆籽粒產量。通過計算發現，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆中大豆籽粒產量較連作大豆籽粒產量分別增加23.88%和17.55%，這說明玉米-高粱-大豆比玉米-玉米-大豆輪作模式更有利于大豆籽粒產量的增加。

2.2 不同輪作模式的投入、產出及經濟效益分析從表3 可知，3 年連作玉米田間作業成本最高為5740 元/hm2，3 年連作大豆田間作業成本最低為4890 元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式的田間作業總成本處于中間水平，連作玉米田間作業成本高主要是由于玉米收獲費用高于高粱和大豆。3 年連作玉米農資成本最高為7800 元/hm2，3 年連作大豆農資成本最低為3830元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式的農資成本處于中間水平，連作玉米農資成本高主要是由于化肥和玉米種子費用要明顯高于高粱和大豆。3 年連作玉米總成本最高為34540 元/hm2，3 年連作大豆總成本最低為29720元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式的農資成本處于中間水平。不同輪作模式的總收益按照作物產量與當年谷物單價計算而來，玉米-高粱-大豆輪作模式3 年總收益最高為37547 元/hm2，玉米-玉米-大豆和3 年連作玉米差異不明顯，3 年連作大豆總收益最低為28171元/hm2。玉米-高粱-大豆輪作模式3 年凈收益最高為5287 元/hm2，玉米-玉米-大豆收益為2163元/hm2，3年連作玉米凈收益為1154 元/hm2，3 年連作大豆凈收益為-1549 元/hm2。通過計算發現，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作玉米分別增效1378 元/hm2和336元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作大豆分別增效2279 元/hm2和1237 元/hm2。

表3 2017-2019 年輪作模式的投入、產出及經濟效益分析 （元/hm2）

3 結論與討論

黑龍江省是我國重要的商品糧基地和國家糧食安全的壓倉石[3]。當前存在的問題是黑龍江省部分地區連作玉米、黑龍江北部冷涼區連作大豆問題尤為突出，嚴重制約了黑龍江農業持續發展，不利于黑龍江省糧食穩產以及國家糧食安全。對農民而言，作物效益是否采取輪作起到決定性的因素，合理輪作是一項長期的行之有效的管理措施，對改善和平衡作物生長發育的養分以及促進作物生長和高產尤為重要，實行合理輪作有利于實現農機、化肥、農藥等生產資源有機配合，并形成一套高產增收的輪作技術體系[4]。本研究結果顯示，玉米-高粱-大豆、玉米-玉米-大豆輪作模式中大豆籽粒產量較連作大豆籽粒產量分別增加23.88%和17.55%；玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作玉米分別增效1377 元/hm2和336元/hm2，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆輪作模式年凈收益比連作大豆分別增效2279 元/hm2和1237 元/hm2。因此，從長遠經濟效益來看，玉米-高粱-大豆和玉米-玉米-大豆比連作玉米和連作大豆增收明顯，符合農民利益，同時也有利于建立合理的農業種植結構。但是，當前黑龍江省高粱種植面積較少，無法充分實現玉米-高粱-大豆輪作模式，只能進行玉米-玉米-大豆輪作種植模式。為提高玉米-高粱-大豆輪作模式的應用面積，直接有效的方法是提高高粱種植面積；間接辦法是增加高粱加工企業（酒廠）的數量，減費降稅，激發企業活力，實現高粱訂單生產，進而增加高粱種植面積。此外，應培育適宜黑龍江省北部區域早熟玉米和高粱品種，打破黑龍江冷涼區連作大豆障礙，實現合理輪作。