淺析農作物輪作的作用機理

摘要：在農業生產面臨嚴重挑戰與變革的復雜情境下，提升作物產量和品質成為農業種植業發展的核心訴求，同時，也推動了相關領域工作人員對高效種植策略的深入探尋。經驗表明，農作物輪作具有顯著增產潛能，本文結合農業生產實踐，深入探究了不同作物生長特性及輪作生態效應，分析了農作物輪作在土壤養分調節、病蟲害防控、雜草抑制以及土壤理化性質優化等方面的作用機理及優勢。結果表明，合理輪作能顯著提升作物產量與品質，為農業可持續發展與種植模式優化提供堅實支撐。

關鍵詞：作物栽培；合理輪作；增產因素；土壤生態；農業可持續

為了做好糧食生產，提高農作物產量，可以采取農作物輪作制度。因為這種農業生產方式能夠精準調控土壤的養分、有效防控病蟲害、有力抑制雜草生長并重塑土壤生態結構，推動農業可持續發展。

1 土壤養分調節機制

1.1 作物養分需求具有差異性

十字花科的白菜在生長過程中對氮素需求極為旺盛，充足的氮素供應能夠有力推動葉片快速生長，使得葉片生長呈現出寬大且厚實的狀態，進而顯著提升其商品價值。與之不同的是，茄科的番茄在果實膨大階段對鉀的需求極為突出，鉀元素能夠有效增強果實的糖分積累以及硬度，減少裂果現象的發生，實現果實品質的提升。就果樹類而言，以蘋果為例，除了對氮、磷、鉀等大量元素有需求外，鈣、硼等中微量元素同樣至關重要。鈣元素能夠增強果實的細胞壁強度，對苦痘病、痘斑病和水心病等生理病害起到預防作用；硼元素則有助于提高果樹的坐果率。這種因作物種類與生長階段的不同所產生的養分需求差異，在合理輪作規劃中屬于必須著重考量的關鍵因素，對于實現土壤養分的精準匹配以及高效利用具有重大意義。

1.2 輪作對土壤肥力的均衡作用

當土地持續進行單一作物種植時可以引發許多問題。例如，長期種植甘蔗，土壤中的某些特定養分，如鉀元素會被大量攝取，致使土壤養分比例嚴重失衡。然而，實施合理輪作后，情況將得到極大改善。例如，在甘蔗種植后安排花生種植，利用花生的固氮能力增加土壤中的氮素儲備[1]。其根系分泌物以及殘體在分解后，能夠對土壤結構進行改善，有效提升土壤的通氣性與保水性。將深根性的豆類作物與淺根性的葉菜類作物進行輪作，豆類作物能夠吸收利用深層土壤的養分，葉菜類作物則利用淺層養分，因此，避免了土壤養分的局部過度消耗，促進了土壤養分在不同層次的均勻分布，維持了土壤肥力的動態平衡，為后續作物的生長營造出優良的土壤養分環境。

2 病蟲害的生態防控效能

2.1 通過改變生態環境防控病蟲害

不同作物分泌的次生代謝物質各異，蔥蒜類分泌的含硫化合物可抑制病原菌和害蟲。害蟲因寄主偏好及生活史常寄生于單一作物，輪作后新環境不適宜其生存繁衍，可降低種群數量。輪作還能改變土壤微生物群落結構，使有益微生物增加，它們與病原菌競爭養分和空間，抑制病害。豆科與禾本科作物輪作能促進固氮菌等有益微生物生長，改善土壤微生態，減少土傳病害發生的概率，從而從根本上改變病蟲害生態環境，降低對作物的危害風險。

2.2 充分發揮不同作物抗病蟲害特性

以水稻和棉花為例，水稻莖稈和葉片表面的角質層和硅質層可抵御稻瘟病菌和部分害蟲，棉花能產生棉酚等抗生物質抵抗棉鈴蟲等害蟲。水稻種植后種棉花，水稻田害蟲難以在棉花上生存，棉花抗生物質可抑制水稻殘留病害。同理，甘藍富含芥子油苷能驅避蚜蟲，與易受蚜蟲侵害的豆類作物輪作，可減少豆類蚜蟲危害。通過合理搭配作物，利用其抗病蟲害特性，可構建天然防御屏障，保障作物生長，提升農業效益。

3 雜草抑制生長因素

3.1 作物種植結構對雜草空間的影響

在單一作物大面積密集種植場景中，以小麥種植為例，其排列相對規整、緊密的植株，在一定程度上約束了雜草于水平方向的生長空間。小麥生長初期，植株個體較為細小，然而隨著生長的推進，逐漸構建起相對封閉的冠層結構，減少了陽光直射地面的機會，這使得雜草在獲取光照資源方面遭受限制，尤其是那些喜光性雜草，它們在小麥田間垂直方向上的生長空間被顯著壓縮[2]。而在間作套種的種植模式下，例如，玉米與大豆間作，高大的玉米植株向上生長，占據了較高的空間層次，其寬大葉片遮擋了部分陽光，致使下方大豆生長區域的光照強度降低。這一變化不僅影響了大豆周圍雜草的光照條件，還改變了該區域的溫度、濕度等微環境因素。大豆植株相對矮小，但分枝繁多，在水平方向填補了玉米植株間的部分空隙，進一步削減了雜草的生存空間。這種間作結構所形成的復雜生態位，使得雜草無論在光照充足的上層空間，還是相對蔭蔽的下層空間，都面臨來自作物的激烈競爭，難以尋覓到適宜的生長空間。在果園等多年生作物種植區域，幼齡果園因果樹株行距較大，雜草擁有較多的生長空間。但隨著果樹樹齡的增長以及樹冠的不斷擴展，樹下光照逐漸減弱，雜草在垂直方向的生長空間受到壓縮。果農通常會在果園內開展生草栽培或綠肥種植，所選用的草種或綠肥作物，如三葉草、黑麥草等，它們的生長習性與空間占據方式與雜草不同，能夠在一定程度上抑制雜草生長。通過對這些有益植物進行合理管理，可進一步限制雜草的生存空間，從而有效控制果園生態系統中的雜草生長，減少雜草對果樹生長所需養分、水分和光照的競爭。

3.2 輪作減少雜草競爭的途徑

在同一塊土地上，先播種的冬小麥在秋季入土，歷經冬季低溫，至次年夏季收獲。在其生長周期內，田間雜草群落相對穩定，主要由適應冬春季節氣候的雜草種類構成。待冬小麥收獲后種植夏玉米，夏玉米在高溫多雨的夏季迅速生長，快速形成茂密植株群體，大幅改變了田間的光照、溫度和濕度等環境條件，致使原本適應冬小麥生長環境的雜草難以在夏玉米生長環境中生存，雜草生長受到明顯抑制，減少了與作物的競爭。向日葵根系分泌的某些物質具備化感作用，能抑制雜草種子萌發與幼苗生長。種植向日葵后再輪作其他作物，土壤中殘留的化學物質會持續對雜草生長產生影響[3]。作物殘體在土壤中的分解過程，會改變土壤微生物群落結構，一些有益微生物增多，能與雜草競爭養分和生存空間，進一步抑制雜草生長。以水稻與旱作蔬菜輪作為例，水稻生長需保持水分，使適應旱地環境的雜草無法生長；而旱作蔬菜采用滴灌或溝灌方式，與水稻田灌溉方式不同，能有效控制水生雜草滋生。通過這種水分管理變化，減少雜草種類和數量，降低雜草與作物的競爭壓力，為作物生長營造有利條件，推動農業生態系統實現良性循環與可持續發展。

4 土壤理化改良路徑

4.1 根系差異驅動土壤透氣通水狀況

禾本科作物玉米，擁有發達的須根系，根細且繁多，在土壤中廣泛延展。生長期間，玉米根系持續向下、向四周生長，眾多根尖穿梭于土壤，形成大量細小孔隙，顯著提升土壤通氣性，讓空氣更易深入土壤深層。以大豆為代表的豆科作物，根瘤固氮作用顯著，其根系生長時對土壤的擠壓與穿插同樣關鍵。大豆根系構建起復雜的通道網絡，降雨或灌溉時，水分能沿此迅速滲透至土壤各層，有效改善通水性能。塊根類作物紅薯，塊根膨大撐開周圍土壤，形成較大裂隙與空隙，增強通氣性。生長前期，紅薯根系生長為后期土壤水分存儲和運輸筑牢根基。不同作物根系的多樣性與獨特性，相互配合、交替作用，持續優化土壤物理結構，為土壤微生物活動、養分循環及作物根系呼吸與吸收創造良好條件，維持土壤生態系統的健康活力。

4.2 輪作促進土壤有機質轉化機制

當作物種植于土地，會向土壤輸入特定的有機物質，涵蓋根系分泌物與殘體等。以小麥為例，其在生長期間，根系會分泌糖類、氨基酸等有機化合物，這些物質為土壤微生物提供能量與營養。小麥收獲后，殘留秸稈富含纖維素、木質素等成分[4]。在輪作體系里，后續種植的油菜，因生長環境與小麥不同，其根系分泌物在成分和數量上存在差異，這會吸引不同種類與功能的土壤微生物群落。這些微生物在利用油菜根系分泌物的同時，也對小麥殘留在土壤中的有機物質進行分解。部分微生物能夠分泌纖維素酶、木質素酶等特定酶類，將小麥秸稈里的纖維素和木質素逐步分解成小分子有機物，進而轉化為腐殖質等更為穩定的土壤有機質形態。由于不同作物生長周期和規律各不相同，土壤環境在溫度、濕度和通氣性等方面持續變化。這種動態環境刺激土壤微生物的活性和多樣性不斷調整，加速了土壤有機質的轉化進程。高溫季節種植的作物，能促進嗜熱微生物生長，這些微生物分解有機質效率更高，促使土壤有機質得以持續轉化與更新，提升土壤肥力，為作物生長提供充足養分，助力農業生態系統實現可持續發展。

5 土壤酸堿度適配作用

5.1 作物酸堿適應性與土壤調節關系

馬鈴薯是甘肅地區常見的喜酸性土壤作物，在pH5.5～6.5的微酸性土壤環境中生長良好。在這種酸性條件下，馬鈴薯根系對鐵、鋅等微量元素的吸收更為有效，因為這些元素在酸性環境中更易被植物吸收，從而保障了馬鈴薯的正常生理代謝與塊莖的膨大。與之形成對比的是，甜菜適宜在偏堿性土壤中生長，在pH7.0～7.5的范圍內，能夠高效利用土壤養分，維持自身良好生長狀態。如果在酸性土壤中種植甜菜，可能會出現養分吸收障礙，最終導致生長不良。

在酸性土壤中連續種植馬鈴薯這類喜酸作物，隨著作物生長與吸收過程的推進，土壤酸性會逐漸降低。這主要是因為馬鈴薯根系不僅吸收利用酸性土壤中的氫離子及相關酸性物質，其根系分泌物以及殘體分解也會作用于土壤酸堿度。例如，馬鈴薯根系分泌的有機酸在分解時會消耗土壤中的氫離子，使得土壤酸性降低。而在堿性土壤中種植甜菜等耐堿作物時，其生長過程會吸收碳酸根等堿性離子，并且根系與土壤顆粒的相互作用會改變土壤化學性質，推動土壤酸堿度朝著更適宜的方向調整。

因此，合理安排不同酸堿適應性的作物進行輪作，能夠借助作物生長特性，實現對土壤酸堿度的自然調節，維持土壤酸堿平衡，為各類作物打造適宜的土壤環境，減少因土壤酸堿度不適而引發的作物生長問題，增強農業生產的穩定性與可持續性。

5.2 長期輪作對土壤酸堿度的穩定效應

于科學規劃的輪作體系內，不同作物的交替種植，能夠對土壤化學性質進行持續且有效的調整，從而有力地緩沖土壤酸堿度的劇烈變化。在一個跨度多年的輪作周期當中，起始階段種植水稻，水稻生長期間，土壤長期處于淹水狀態，這使得土壤環境逐漸趨向于中性或微酸性。原因在于，在這種厭氧環境之下，土壤中的一些還原性物質顯著增加，例如，亞鐵離子等，它們會與土壤中的氫離子發生化學反應，進而降低土壤的酸性程度[5]。水稻收獲完畢后，緊接著種植紫云英等綠肥作物。紫云英在生長過程中，不僅會吸收土壤中的部分養分，還會通過根系分泌物以及殘體分解的方式，向土壤中釋放出一些有機物質與緩沖離子，從而進一步穩定土壤的酸堿度。隨后進行小麥的種植，雖然小麥對土壤酸堿度具有一定的適應范圍，然而在其生長過程中，根系與土壤的相互作用以及養分吸收的過程，均會在一定程度上對土壤的化學平衡產生影響。經過多個輪作周期的反復循環，土壤酸堿度在不同作物的交替影響之下，逐漸趨于穩定狀態。土壤中的一些細菌和真菌能夠對有機物質進行分解，進而產生酸性或堿性物質，深度參與到土壤酸堿度的調節過程之中。它們與作物根系形成了復雜的共生關系，在長期輪作所構建的生態系統中協同發揮作用，持續維持土壤酸堿度的動態平衡。這一過程確保了土壤生態環境的健康穩定，為作物的持續高產與優質提供了堅實的土壤基礎，有力地推動了農業生態系統朝著可持續發展的方向邁進，大幅降低了因土壤酸堿度失衡而帶來的農業生產風險。

6 結語

在作物栽培中，合理輪作增產原因多元且緊密關聯，從調節土壤養分、防控病蟲害到抑制雜草、改良土壤理化性狀與穩定酸堿度，各因素協同發力。通過巧妙運用不同作物特性并科學規劃種植順序，實現農田生態系統優化平衡，為作物營造優良生長環境，持續提升產量與品質，凸顯其在現代農業發展中推動可持續增產的關鍵地位與深遠價值。

參考文獻

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