小麥－玉米輪作系統中養分循環利用與高效種植技術研究

小麥一玉米輪作系統作為我國范圍內廣泛采用的一種農業種植模式，對于保障糧食安全、促進農業可持續發展具有重要意義。這一輪作模式不僅能夠有效利用土地資源，提高作物復種指數，還能通過作物間的生物學特性互補，減少病蟲害的發生，從而提高作物產量和品質。然而，隨著農業生產強度的不斷增加，養分資源的緊張和環境壓力的加劇，傳統的養分管理方式和種植技術已難以滿足現代農業發展的需求。在當前農業生產中，化肥的過量施用和不合理使用已成為導致土壤質量下降、水體污染和生態環境破壞的主要原因之一。同時，種植技術的落后也限制了作物產量的進一步提高和資源的有效利用。因此，探索小麥一玉米輪作系統中養分循環利用的有效途徑和高效種植技術，已成為當前農業科學研究的重要課題。

一、小麥一玉米輪作系統研究現狀

小麥一玉米輪作系統，作為一種經典的農業種植模式，在我國范圍內得到了廣泛應用和深人研究。具體而言，該系統通過每年或每2一3年小麥和玉米的交替種植，充分利用了這兩種作物不同的生長特性和養分需求差異。小麥作為一種淺根作物，主要吸收土壤上層的養分，而玉米作為深根作物，則能有效利用土壤深層的養分，從而實現土壤養分的分層利用和高效循環。研究表明，小麥一玉米輪作系統能夠顯著提高土壤肥力。例如，與連續種植單一作物相比，該輪作模式可使土壤有機質含量提高，土壤全氮和全磷含量增加，因此，該模式能夠增加作物產量，小麥和玉米的平均產量顯著提高。在化肥使用方面，小麥一玉米輪作系統通過提高土壤養分的利用效率，可減少化肥使用量 2 0 % 一3 0 % ，從而顯著降低農業生產對環境的負面影響，如減少溫室氣體排放和水體污染。隨著農業科技的不斷進步，研究人員還積極探索了多種優化小麥一玉米輪作系統的方法。例如，引入豆科作物如大豆或綠豆進行間作或輪作，可以利用豆科作物的固氮作用，進一步提高土壤氮素含量。據研究，這種間作或輪作方式可使土壤氮素含量額外提高 5 % - 1 0 % 。此外，采用生物肥料如有機肥、微生物菌劑等替代部分化肥，不僅能減少化肥使用量，還能改善土壤結構，提高土壤微生物活性，據實踐數據，生物肥料的應用可使作物產量再提高 5 % - 1 0 % 。

二、小麥一玉米輪作養分循環利用技術研究

1、有機肥與化肥配施效應

在小麥一玉米輪作系統中，有機肥與化肥的合理配施不僅是提升土壤肥力、優化養分供應的關鍵措施，更是實現農業可持續發展的重要策略。有機肥，這一源自自然的寶貴資源，以其獨特的優勢在農業生產中占據著舉足輕重的地位。它富含有機質，通常含量超過 3 0 % ，同時還含有氮、磷、鉀等多種微量元素以及鐵、錳、銅、鋅等微量元素。這些豐富的養分成分在土壤中發揮著多重作用，既能顯著改善土壤結構，增強土壤的保水保肥能力，又能為作物提供全面而持久的養分支持，從而確保作物的健康生長。在實際應用中，每畝施用有機肥 1 0 0 0-2 0 0 0 k g ，可以有效提升土壤有機質含量，改善土壤的物理、化學和生物性質，為作物生長創造一個良好的土壤環境。有機肥的施用還能促進土壤微生物的繁殖和活動，提高土壤的生物活性，從而進一步增強土壤的肥力和生產力。相比之下，化肥以其高濃度的營養元素和快速的肥效，在農業生產中發揮著不可替代的作用。特別是在小麥的拔節期和玉米的大喇叭口期等關鍵生長階段，作物對養分的需求達到高峰。此時，每畝追施氮肥 2 0 - 3 0 k g ，磷肥 4 0 - 5 0 k g 鉀肥15— 2 0 k g ，可以迅速滿足作物高產對養分的需求，促進作物健壯生長，提高產量和品質。然而，化肥的過量使用也會帶來一系列問題，如養分流失、環境污染等。因此，為了實現有機肥與化肥的優勢互補，科學地配施策略至關重要。建議有機肥與化肥的配施比例為1：0.05—1：0.1，即每畝施用有機肥 1 0 0 0 k g 時，配施化肥 ，這樣的配施比例既能充分發揮有機肥的長效改良土壤作用，又能利用化肥的速效特性，確保作物在整個生長周期內獲得均衡、持續的養分供應。研究表明，合理的有機肥與化肥配施比例，相比單獨使用化肥，能顯著提高小麥和玉米的產量，同時減少化肥的流失率，有效降低對周邊水體和環境的污染風險。此外，長期堅持有機肥與化肥配施，還能顯著增加土壤微生物活性，提高土壤酶活性，促進土壤養分的循環利用。這些效應共同作用于土壤生態系統，為作物的持續高產穩產奠定堅實基礎，同時也為農業的可持續發展提供了有力保障。

2、秸稈還田與土壤改良

秸稈作為農作物生產過程中的主要副產品，其潛在價值往往被忽視。然而，在追求農業可持續發展的今天，秸稈的還田利用已成為實現養分循環利用和土壤改良的有效手段之一，尤其在小麥一玉米輪作系統中，其重要性愈發凸顯。秸稈，這一豐富的生物質資源，不僅含有大量的有機質，還富含礦物質和微量元素。這些成分對于土壤改良和養分補充具有不可估量的價值。當秸稈被還田處理時，在土壤中微生物的分解作用是秸稈轉化為寶貴養分的關鍵。每噸秸稈在微生物的作用下，可以釋放出1500—2000kg的二氧化碳及大量的有機物質。這些有機物質與土壤緊密結合，不僅增加了土壤有機質的含量，還顯著改善了土壤的團粒結構。這使得土壤變得更加疏松多孔，通氣性和保水性得到顯著提升，為作物的生長創造了更加優越的環境。除了對土壤物理性質的改善外，秸稈在分解過程中產生的有機酸和酶類物質發揮著更為重要的作用。它們能有效促進土壤難溶性養分的釋放，將土壤中的固定態磷、鉀轉化為可溶態。這一轉化過程極大地提高了土壤養分的有效性，使得作物能夠更高效地吸收利用土壤中的養分。這不僅減少了化肥的施用量，還降低了農業生產成本，實現了經濟效益和生態效益的雙重提升。此外，秸稈還田對于減少化肥使用量和減輕環境污染也具有重要意義。由于秸稈本身富含養分，其還田后可以顯著減少氮肥和磷肥的用量。這不僅降低了農業生產成本，還減少了化肥流失和對環境的污染。在當前環境污染問題日益嚴峻的背景下，秸稈還田無疑為實現農業可持續發展和減輕環境污染提供了一條有效途徑。

3、新型養分循環利用技術對小麥——玉米輪作影響

隨著科技的持續進步與創新，一系列前沿的養分循環利用技術正在逐步滲透并影響著小麥一玉米輪作系統，為這一傳統農作模式注人了新的活力。其中，生物炭技術以其獨特的吸附性能和高度穩定性，成為當前研究與實踐領域的熱點。生物炭，這一通過生物質材料在限氧條件下高溫熱解而獲得的固態產物，擁有錯綜復雜的孔隙結構，這一特性使得生物炭能夠高效吸附并穩固土壤中的氮、磷、鉀等關鍵養分，減少養分的流失，提高土壤養分的利用效率，從而為作物的健康生長提供持續而穩定的養分支持。與此同時，綠肥作物的種植也在小麥一玉米輪作系統中展現出巨大的應用潛力。如紫云英、苜蓿等，它們在生長期間能夠高效地汲取土壤中的養分，并通過生物固氮、礦物質積累等生物過程，將這些養分轉化為自身豐富的有機物質。當這些綠肥作物在盛花期或結莢初期被適時翻壓人土，其體內的有機物質便能迅速分解，釋放出氮、磷、鉀等養分供后茬作物吸收利用。據科學估算，每翻壓1t綠肥作物，可為后茬作物提供相當于20—4 0 k g 尿素 ? 1 0-2 0 k g 過磷酸鈣和 1 5 -3 0 k g 硫酸鉀的養分，這不僅極大地促進了養分的循環利用，還有效提升了作物的產量和品質。生物炭的添加可以進一步提升土壤的保水保肥能力，為綠肥作物的生長提供更好的土壤環境；而綠肥作物的種植又能為生物炭提供更多的有機質來源，促進其在土壤中的持續作用。兩者相輔相成，共同構建了一個高效、穩定的養分循環利用體系，為小麥一玉米輪作系統的可持續發展奠定了堅實的基礎。

三、小麥一玉米輪作高效種植技術研究

1、品種選擇與優化布局

在小麥一玉米輪作系統中，品種的選擇與優化布局是確保種植高效、產量穩定與可持續發展的核心要素。隨著農業科技的飛速進步，科研人員借助遺傳改良和先進的分子育種技術，已成功研發出一系列高產、優質、抗病蟲且適應性強的作物新品種。這些新品種不僅展現出卓越的光合效率，能夠更有效地利用光能進行生長，同時還具備更強的養分吸收能力，使得氮、磷、鉀等關鍵養分的吸收效率得到顯著提升。這些特性使得新品種能夠靈活適應多樣化的氣候條件和土壤環境，無論是在干旱、鹽堿還是病蟲害頻發的地區，都能找到適宜種植的新品種，為農業生產帶來了更多的選擇和可能性。在選擇品種時，必須緊密結合當地的自然條件，如年降水量、年均溫度等，以確保品種能夠適應當地的氣候環境。同時，還要考慮生產水平，如機械化程度、灌溉條件等，以確保品種的種植能夠與當地的生產方式相匹配。此外，市場需求也是選擇品種時不可忽視的因素，如消費者對品質、產量的偏好等，都將影響品種的選擇。因此，在選擇品種時，需要全面評估品種的產量潛力、品質特性、抗逆性和適應性等多個維度，精選出最適合當地生態和農業生產實際的品種。在優化布局方面，依據作物的生長習性和養分需求特性進行精心設計是至關重要的。作物的根系分布、生長周期等都會影響其對養分的吸收和利用。因此，需要根據這些特性來合理安排作物的種植順序與間作模式。例如，在小麥一玉米輪作體系中，可以穿插種植具有固氮功能的豆科作物，如大豆或綠豆。這些作物不僅能夠為土壤提供豐富的氮素，還能改善土壤結構，提高土壤肥力。通過每畝間作面積占比約 10 % 一 2 0 % 的豆科作物，可以有效提升土壤氮素含量 2 0 % ，為隨后的小麥和玉米生長奠定豐富的養分基礎。同時，通過精細調整作物種植比例，如小麥與玉米的輪作比例設定為1：1或2：1，以及實施科學的間作、輪作休耕制度，可以實現養分的精準調控與高效循環利用。這不僅能夠提高土壤的養分利用效率，還能減少化肥的使用量，降低農業生產對環境的壓力，實現農業生產的可持續發展。

2、播種密度與群體結構調控對作物產量和品質的影響

播種密度和群體結構是影響作物產量和品質的關鍵因素，特別是在小麥一玉米輪作系統中，通過精細的播種密度調控與合理的群體結構設計，能夠最大化地利用光能、水分及養分資源，從而顯著提升作物的生長速率與產量水平。播種密度的確定是一個復雜的過程，需要綜合考量作物的品種特性、土壤肥力狀況及氣候條件等多個方面。對于分蘗能力較強的品種，如某些高產小麥品種，播種密度可適當降低。具體而言，每畝基本苗數可控制在約15萬一18萬株，以避免群體過大導致的通風透光不良及病蟲害滋生問題。這樣的密度調控有助于作物個體間的良好發育，提高光能利用率，并減少病蟲害的發生。相反，對于分能力較弱的品種，則需適當增加播種密度，每畝基本苗數可調整至約20萬一25萬株，以確保足夠的苗數與群體密度，從而提高單位面積的產量。群體結構的調控則主要通過調整作物的種植模式與行距來實現。以玉米種植為例，采用寬窄行交替的種植方式，如寬行 6 0 c m ，窄行 4 0 c m ，這種布局不僅能有效改善田間的通風透光條件，提升光能利用率，還能顯著增加玉米的產量。寬窄行種植有助于作物葉片的合理分布，使陽光能夠更均勻地照射到每一片葉子上，從而提高光合作用的效率。此外，科學的施肥策略與精準的灌溉管理也是調控群體結構的重要手段。施肥時，應將基肥與追肥相結合，氮磷鉀平衡施用，以滿足作物在不同生長階段對養分的需求。精準的灌溉管理則應根據作物的需水規律進行灌溉，確保作物在關鍵生長時期獲得充足的水分。通過科學的施肥與灌溉，可以進一步調控作物的生長速度與群體結構，使作物在生長周期內維持合理的葉面積指數（如玉米葉面積指數控制在3.5—4.5之間）和高效的光合速率。

3、小麥一玉米輪作中灌溉與水分管理方法

灌溉與水分管理在小麥一玉米輪作系統中扮演著至關重要的角色，對于確保作物健康生長、提升產量及品質具有不可估量的價值。在灌溉策略的制定上，必須緊密結合作物的需水特性和當地降水模式，構建科學的灌溉制度和精確的灌溉量。在小麥與玉米的關鍵生長期，如小麥的拔節至灌漿期、玉米的大喇叭口至灌漿期，這些階段作物對水分的需求達到高峰，應確保每畝每次灌溉量約為 ，以保證充足的水分供給，促進作物茁壯成長。而在非關鍵生長期，為避免土壤過濕引發的通氣不暢及病蟲害問題，應適度控制灌溉，通常每畝每次灌溉量減少至15— 。水分管理的精細化則依賴于對土壤水分的持續監測與精準調控。通過定期測定土壤水分含量及作物的蒸騰量，可以精確掌握土壤水分動態及作物水分需求，據此制定灌溉計劃，實施節水灌溉措施。例如，當土壤水分含量低于田間持水量的 6 0 % 時，即觸發灌溉，以維持土壤水分在適宜范圍內。同時，積極推廣先進的灌溉技術，如滴灌、噴灌等，不僅能顯著提高灌溉效率，減少水資源浪費，還可實現節水約 3 0 % 一 5 0 % 的顯著效果，促進水資源的可持續利用。通過這些綜合措施，小麥一玉米輪作系統不僅能夠保障作物的高產優質，還能為農業的可持續發展貢獻力量。

綜上所述，養分循環利用與高效種植技術的集成應用在小麥一玉米輪作系統中取得了顯著成效，這一創新模式不僅提高了養分利用效率和作物產量，還為農業的可持續發展提供了有力的技術支撐和示范。展望未來，應當繼續深化對養分循環和高效種植技術的研究，不斷探索和優化集成應用模式，以適應不同地區和不同作物的需求。同時，積極推廣這一成功模式，引導更多農民采用先進的農業技術，促進農業的綠色發展和農民的增收致富，為實現鄉村振興和農業現代化貢獻更多智慧和力量。

（作者單位：455000河南省安陽市文峰區寶蓮寺鎮人民政府）