轮作在保护性耕作中的作用.DOC

轮作在保护性耕作中的作用李玉霞A、马保罗A、尼尔. 麦克劳克林（N.B. McLaughlin） A 克瑞克. 德鲁里 (C.F. Drury)BA 加拿大农业及农业食品部东部谷物及油料种子研究中心，加拿大安大略省渥太华卡林大街960号，邮编：KIA 0C6B 加拿大农业及农业食品部温室及加工作物研究中心，加拿大安大略省哈罗市20号康蒂路2585号，邮编：NOR 1G0 引言 轮作是指在同一块耕地上将不同类型的作物，按一定顺序在一定年限内循环种植。由于它有许多直接和间接效益，轮作很多世纪以来一直被采用，而且至今仍在实践之中。轮作与保护性耕作相结合，能够改善土壤的物理特性，有豆科作物参加轮作时还能通过共生固氮作用增加土壤中的氮素。一般而言，粮食作物与豆科作物轮作的单产常常较其连作的单产高出10%-30%。轮作的作物顺序及加拿大范例选择作物类型必须考虑土壤条件（土壤类型、地形和排水）和气候（生长季节、降雨量及其分布以及温度或积温）。生态生理上相似的作物常常容易受到同样的地下害虫侵害和病害。因此，改变作物种植顺序，或改变轮作的作物类型的频率，可以防止害虫和病害在土壤中逐渐增加。油料作物、豆类作物和阔叶作物常常与禾谷类作物进行轮作。一般是不要连续种植两种以上的谷类或阔叶作物。为了适应市场需求的变化，常常需要增加一些新的作物轮作。在加拿大西部干旱或半干旱地区，一般轮作方式是谷类油料作物谷类豆类，在这些地区，每年春播之前保持土壤水分是一年丰收的关键。谷类包括春小麦、大麦、硬质小麦、燕麦和黑麦；油料作物包括双低油菜或油菜籽、亚麻和向日葵；豆类包括紫花豌豆、小扁豆、鹰嘴豆和蚕豆。玉米和大豆等喜温作物是加拿大东部地区的主要商品作物。它们在春季需要良好的苗床条件，在生长季节需要充足的水分，以实现其生产潜力。加拿大东部地区的一般轮作方式包括玉米大豆小麦、玉米大豆以及大豆小麦。轮作可以提高经济效益和作物产量轮作的经济效益是通过提高单产实现的。1992年在安大略省渥太华的壤质土以及1959年以来在该省伍德斯利的粘质土上实行的长期轮作试验证明了其增产效果。在渥太华的试验中，未施用氮肥的玉米紫花苜蓿轮作的玉米单产，接近或超过施用推荐化肥量的连作玉米的单产。同样，大豆茬之后种植玉米，其单产一般与施肥较好的连作玉米的单产相当。紫花苜蓿和大豆都是能够通过豆类根瘤菌共生系统来固定大气中的氮素，以增加土壤中的氮素。在伍德斯利进行的连续4年的轮作试验（玉米燕麦紫花苜蓿紫花苜蓿）中，施肥玉米的单产随着时间的推移稳定增加，而且轮作玉米单产始终较施肥的连作玉米的单产高出约25%。轮作试验区的土壤与连作玉米的土壤相比，有机碳含量高，土壤结构好。轮作改善了作物残茬管理并减少了土壤侵蚀轮作是保护性耕作的一个重要组成部分，因为合理的秸秆管理可更好地防止水土流失并提高机械的通过性能。作物的轮作顺序十分重要，特别是当某些作物在收获之后不能提供足够的作物秸秆时，或者像大豆这样的作物其残茬在收获之后迅速分解时更是如此。在这种情况下，冬小麦可以直接播种到大豆残茬中，从而在秋末和冬季提供一些覆盖物。轮作管理对一年四季提供足够的作物残茬以有效控制风蚀和水蚀来说必不可少。但在免耕状况下春季残茬过多会使土壤水分增加、地温回升慢，而影响作物的发芽，特别像玉米等对温度较敏感的作物。谷类作物的残茬可达5吨/公顷，因此能够减少土壤风蚀和水蚀。在谷类作物残茬中种植，需要性能可靠的免耕播种机或残茬管理设备，在粘土和粘壤土上尤为如此。轮作有利于杂草控制和防治病虫害在保护性耕作中杂草控制是一个主要难题，在采用免耕制度时尤为如此。在这种情况下，无一例外通过除草剂来控制杂草。通过种植某些作物也能进行与杂草的竞争并抑制某些杂草种类。由于轮作增加了作物种类，也就增加了使用除草剂的种类及防治杂草的措施，这就有利于防止耐除草剂的杂草种类增加。例如，通过轮流种植小粒谷类作物和中耕作物，可以减少野芥菜的数量；在小粒谷类作物中经常出现的窄叶杂草数量，可以在轮作中耕作物时使用精选的除草剂来减少。规划轮作的正确顺序并使用精选的除草剂，是轮作管理的重要方面。 轮作具有减少虫害发生率和病菌聚积的巨大潜力。在连作种植时，昆虫和病源物可能会聚集在土壤中，实施保护性耕作减少耕作的情况下更是如此。轮作打破了充当寄主的某一植物物种特有的许多病原菌的周期，而且使新生昆虫更难找到它们偏好的食物。加拿大的众多研究已经证明，轮作与栽培技术相结合，是控制昆虫和土壤传播病害的有效方法。轮作提高了土壤肥力，增加了土壤有机质 不同作物具有不同的根系，而且对营养、水和空气需求也不同。例如，轮作中的豆类可以用来增加土壤氮素供应量，减少来年对氮肥的需求。共生固氮细菌在豆类植物的根部形成根瘤，将大气氮转化成无机氮。当根部和残余物在土壤中腐烂时，土壤中在作物生长期间未被吸收的固定氮可以被释放出来，用于后面轮种的作物。在播种某一豆类作物时，特别是首次在某个地区播种时，应当对种子采用正确的接种物，以确保能固定大气氮的适宜细菌种类可以用来形成豆类细菌共生系统。轮作中包含的覆盖作物能够增加土壤中的碳含量，改善土壤结构，并提供植物覆盖层，从而减少土壤侵蚀。使用覆盖作物可提高土壤有机物含量和改善土壤结构，并能减少耕作所需的能量。轮作可以提高氮利用效率氮利用效率是指与收获的粮食一同被带走的氮占施入到土壤中的氮总量的比例。在安大略省渥太华进行的轮作研究显示，在紫花苜蓿收获之后接着种植玉米，氮利用效率最高，而连续种植玉米的氮利用效率最低。与连续种植玉米相比，平均而言，在玉米紫花苜蓿轮作中，氮利用效率要高出35%，而在玉米大豆轮作中，氮利用效率要高出25%。玉米与紫花苜蓿和大豆轮作之所以有利于提高氮利用效率，是因为可以直接从共生固氮及从提高氮矿化中获得氮的好处。轮作可以改善土壤结构，提高土壤水利用率浅根作物与深根作物轮换种植，可以使作物根部起到像手工或机械来完成的松土作用一样。这一点有时被称为“生物”耕作，而且在免耕和少耕实践中更加重要，以提高水分渗透率。春季播种的小粒谷类作物通常耗尽约1.0米深的土壤水。相比之下，向日葵、红花、玉米、糖用甜菜和紫花苜蓿能够利用1.5米以上深度的土壤水的深根作物。从加拿大实践中获得的经验教训及对中国的潜在益处轮作在保护性耕作中起到非常重要的作用，为了适应加拿大不同的土壤条件和气候，加拿大已成功地开发了在保护性耕作条件下的合理作物轮作体系。在中国引入加拿大成功的经验时，必须结合当地实际，使之适合特定土壤和气候条件。中加两国在农作制度上的主要差别是经营规模的不同。在加拿大东部，一般农场约有200公顷（3000 亩）；而在加拿大西部为500公顷（7500亩）或更大的农场并不罕见。相比之下，中国的许多农田不到2公顷（30亩）。在保护性耕作中结合作物轮作应考虑如下因素： 轮作必须适合当地土壤条件、气候、传统栽培方式和市场状况； 设计有助于控制杂草的作物轮作体系。小粒谷类作物可以与杂草进行强有力的竞争，而且可能抑制草籽的萌芽；中耕作物允许在季节中期进行耕作，以控制遗漏掉的杂草；被定期收割或集中放牧的饲草或草皮作物，有助于控制一年生杂草； 避免在收获了一种作物之后紧接着种植另一种生态生理相似的作物种类，因为同样的昆虫、疾病和线虫类经常侵袭生态生理相似的作物； 如果可能，在收获了豆类饲料作物之后，种植一种氮需求量很高的作物，如玉米，以便利用豆类作物留下的额外的残留氮，然后在豆类作物之后的