论作物轮作的效益

1. 7 消除土壤有毒物质 任何一种生物 (作物) ,长期固定生长在同一个地方 ,必
然会产生很多不利于自身生长发育的有毒 、有害物质 (有些 是来自身的排泄物 ,有的则是来自周边环境) ,从而产生所谓 的“自毒现象”[13] 。这对生物 (作物) 的生存和发展是极为不 利的 。在农业生产中 ,为避免产生这种不利现象的出现 ,常 常要实行作物轮作 ,并尽量减少或避免作物连作 (事实上真 正要避免作物连作是非常困难的) 。
农田实行轮作 ,土壤生态环境得到不断改善 ,光 、热 、水 、 气 、土各种营养元素得到充分协调和利用 ,对于丰富土壤生 物多样性起到了良好作用 。土壤生物种类和数量的增多 ,又 反过来促进土壤生态条件的进一步改善 ,从而又进一步有利 于作物的生长和发育 ,有利于作物的高产稳产和持续增产 。
微生物是农田土壤中非常活跃的生物因子 ,对改善土壤 结构 、调节和优化土壤生态环境起着非常重要的作用 ,甚至 有的学者把土壤微生物种类和数量看作是衡量土壤质量好 坏的一个重要指标 。近年来 ,对稻田轮作条件下土壤微生物 数量变化进行了研究 ,结果表明 ,稻田实行轮作 ,尤其是水旱 轮作 ,改善了土壤的通气性 ,有利于增加农田土壤中氨化细 菌 、自生固氮菌 、硝化细菌 、好气性纤维素分解菌 、磷肥分解 菌等各种微生物的数量[12] ;稻田水旱轮作 ,也有利于作物根 系生长和对土壤的养分吸收 ,使轮作田水稻根系活力增强 , 水稻叶片叶绿素含量升高 ,从而有利于水稻高产 。土壤微生 物数量的增多 ,不仅可加速土壤的生理生化过程 ,促进土壤 生态系统的“高效运转”,对培肥地力十分有利 ,而且可使作 物 (水稻) 获得丰富的养料 ,有利于作物生长发育 ,提高作物 产量 ,从而从整体上提升稻田轮作系统的生态经济效益 。
生产实践和科学研究均证明 ,轮作对于消除农田土壤中 各种有毒 、有害物质的积累是非常有效的 。其原因有二 :第 1 ,当农田实行轮作 ,改种另一种作物 (或采用另一种复种方 式) 后 ,原有的“有毒”、“有害”物质 ,往往就成为改种的另一 种作物 (或采用另一种复种方式) 的“无毒”、“无害”物质 ,甚 至变成其“营养”物质而被吸收 、利用 ;第 2 ,由于改种另一种 作物 (或采用另一种复种方式) ,使原有的农田土壤生态环境 自然地发生了“改变”,包括通气性 、透光性和耕作栽培措施 等与原来不一样 ,这就使得原有的“有毒”、“有害”物质会在 新的条件下发生“转化”、“分解”,如大分子物质降解为多个 小分子物质 ,从而使物质的“性质”发生了根本改变 “, 有毒”、 “有害”物质变成了“无毒”、“无害”物质 ,甚至是“有益”物质 或“营养”物质 。这样的例子在农业生产中并不少见[14] 。
2008 年 第 4 期
■专论与综述
耕作与栽培
论作物轮作的效益
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黄国勤
(中国井冈山干部学院教学科研部 , 江西 井冈山 343600)
摘 要 : 作物轮作是我国一项传统而古老的农业增产技术 , 是现代“循环农业”的重要技术之一 。作物轮作具有显著的 经济效益 、生态效益和社会效益 。本文从 12 个方面对作物 轮作的效益进行了比较全面 、系统的概括和分析 ,可供有关 方面进一步研究作物轮作和生产实践推广应用作物轮作提 供有价值的参考 。 关键词 : 作物轮作 ; 效益 ; 循环农业 ; 农业可持续发展
实行轮作 ,轮换种植不同作物于农田土壤中 ,由于不同 作物具有不同的形态特征 (如植株高矮 、叶片大小 、根系深浅 等) 、生态特征和营养生理特性 ,将其“合理”搭配 ,必对改善 土壤结构 、提高土壤肥力产生积极作用 。
作者于 1998 —2006 年的田间试验表明 ,实行稻草轮作 、 水旱轮作和多种作物复种轮作的稻田土壤物理性状 ,轮“肥 稻稻”长期连作的农田土壤物理性状 ,均有较明显改善 ,表现 为土壤容重下降 、土壤总孔隙度上升 、土壤毛管孔隙度和土 壤非毛管孔隙度均有一定上升等 ;同样 ,实行轮作后 ,土壤有 机质含量和土壤有效氮 、磷 、钾含量均比连作高 ,说明轮作的 “改土”“、增肥”效果是明显的[11] 。这也正是轮作增产原因 之所在 。 1. 6 增加土壤生物多样性
相反 ,实行“连作重茬”,长期单一种植某种作物或采用
收稿日期 :2008204225 国家科技支撑计划课题 “: 江南丘陵区农田循环生产综合技术集成研
究与示范”(编号 :2007BAD89B18) 研究内容 第一作者 :黄国勤 (19622) ,男 ,农学博士后 ,教授 、博导 ,研究方向 : 作
物栽培学与耕作学 、农业发展与区域农业 、生态学理论与 实践等 。E - mail : hgqjxauhgq @sina1 co m1 cn 。
实行轮作换茬 ,不断改善作物生长发育所需要的生态环 境 ,对促进作物生长发育十分有利 。如在长期种植双季稻的 农田 ,改种棉花 ,实行“肥 —稻 —稻”→“油菜/ 棉花”复种轮作 (简称“稻棉轮作”) ,对改善土壤结构和提高土壤肥力有明显 效果 ,对促进棉花的生长发育大有裨益 。峡江县是江西的一 个烟草生产大县 ,长期以来 ,广泛推广“烟稻轮作”[6] ,在长年 实行“肥 —稻 —稻”的稻田 ,发展“烟草 —晚稻”复种方式 ,不 仅提高了烟草产量 、提升了烟叶质量 ,还大大改善了土壤结 构 、提高了土壤肥力 ,节省了肥料施用量 ,可谓“一举多得’, 深受农民欢迎 。 1. 3 不断提高作物产量
当前 ,我国正在大力倡导建设资源节约型 、环境友好型 社会 ,大力发展“循环农业”[4] 。作物轮作是循环农业的一项 重要技术 ,推广应用作物轮作技术 ,具有多方面的功能和效 益 。文章拟在综合国内外大量科学研究资料及生产实践经 验的基础上 ,对作物轮作的经济效益 、生态效益和社会效益 等进行概括和分析 ,以便为作物轮作的进一步科学研究和推 广应用提供有益参考 ,从而更好地发挥作物轮作在促进农业 可持续发展中的重要作用 。
1 作物轮作的效益
国内外大量研究和生产实践表明 ,实行作物轮作具有显 著的经济效益 、生态效益和社会效益 。 1. 1 充分利用自然资源
实行作物轮作换茬 ,就是根据生产要求 、社会需要和生 态“可能性”等 ,在同一块农田上于不同年份 (或不同季节) 轮 换种植不同作物或轮换采用不同复种方式 ,显然 ,这一“轮 换”(轮作换茬) ,可以使不同作物更好地利用当地的气候条 件 、自然资源 ,可以更好地利用农田土壤中的各种营养元素 。 一句话 ,轮作换茬可以更好地充分利用各种自然资源 。
轮作不 仅 可 以 增 加 作 物 产 量 , 还 能 提 高 产 品 品 质 。
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耕作与栽培
2008 年 第 4 期
1998 —2001 年在江西农业大学实验站进行的“稻田水旱轮作 定位试 验”, 将 长 期 种 植“肥 —稻 —稻”的 水 田 , 改 种“紫 云 英 —早玉 米 —晚 玉 米”、“紫 云 英 —早 稻 —晚 玉 米”、“紫 云 英 —早玉米 —晚稻”等新型复种方式 ,进行水旱轮作对比试 验 ,3 年的试验结果表明 ,稻田实行水旱轮作 ,不仅水稻产量 比连作平均增加 131 1 % ,而且稻米蛋白质含量也有较大提 高 ,如轮作早稻稻米蛋白质含量为 71 68 % ,晚稻稻米蛋白质 含量为 61 59 % ,而连作分别只有 71 39 %和 61 55 % ,轮作比连 作稻米蛋白质含量分别提高 01 29 个百分点 (早稻) 和 01 04 个百分点 (晚稻) [10] 。由于蛋白质含量是稻米营养品质的一 个主要鉴定指标 ,这就充分说明了轮作对改善产品品质 、增 加稻米蛋白质含量有一定作用 。
此外 ,实行轮作 ,可有效减少农田病 、虫 、杂草和有毒物 质的危害 (详见下述) ,从而减少或避免农药使用 ,对生产绿 色产品 (或无公害产品 、有机产品 、健康产品) 有利 ,这实际上 是在更高层次 、更高要求上提升了农产品的品质和农产品的 “安全性”、“健康性”、“保健性”———这正是未来耕作制度改 革和农业发展的重要方向 。 1. 5 改善土壤理化性状
轮作能提高作物产量 ,这早已为国内外所公认 ,轮作被 认为是“不化钱 的 增 产 技 术 ”。在 我 国 广 泛 流 传 的“年 花 年 稻 ,眉开眼笑”、“谷后谷 ,坐着哭 ;豆后谷 ,享大福”等谚语 ,就 足以说明轮作的增产作用和连作带来的不利影响 。
一般认为 ,合理的作物轮作 ,可使作物至少增产 5 %～ 8 % ,高的轮 作 方 式 可 增 产 10 %～ 15 % , 有 的 甚 至 可 高 达 20 %左右[7] 。作者于 1998 年冬至 2003 年秋在江西南昌江 西农业大学实验站进行了水稻轮作与连作对比试验 ,结果表 明 , 轮 作 早 稻 平 均 增 产 91 15 % , 轮 作 晚 稻 平 均 增 产 51 96 %[8] 。江西农业大学钟树福 、刘隆旺等在 1983 —1986 年进行了“鄱阳湖区耕作制度调查与试验”的课题研究 ,结果 表明 ,轮作方式 (大麦 —早稻 —晚稻 →油菜 —早稻 —晚稻 → 混播绿肥 —早稻 —晚稻) 多年 、多点平均产量为 5071 04 kg/ 667 m2 ,连作方式 (绿肥 —早稻 —晚稻 →绿肥 —早稻 —晚稻 →绿肥 —早稻 —晚稻) 多年 、多点平均产量为 4201 96 kg/ 667 m2 ,轮作比连作平均增产为 201 45 %[9] 。 1. 4 有效改善产品品质
作物轮作 ( Crop Rotatio n) ,亦叫作物换茬 ,或将二者合 称为作物轮作换茬 ,是指在同一块田地上有顺序地轮换种植 不同作物或轮换采用不同复种方式的种植方式[1] 。作物轮 作是作物种植制度的重要组成部分 ,是耕作制度的重要研究 内容[2] 。作物轮作是我国农业精耕细作 、协调地力用养的传 统经验 ,在我国古代《吕氏春秋》《、齐民要术》等诸多农书中 , 对作物轮作均早有有详尽记载[3] 。作为一项重要的农业增 产增效技术 ,作物轮作早已为世界各国所广泛采用 。可以 说 ,作物轮作在世界农业发展中占有重要地位和作用 。
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某种复种方式 ,过分 、偏面 、单一地消耗某一种或某几种自然 资源 (当然也包括社会资源) ,这必然造成两种“不良”后果 : 一方面某些资源不足或被“耗竭”,另一方面 ,有些资源“闲 置”,未能发挥应有作用 。如江西 、湖南 、湖北等长江中下游 双季稻区 ,长期实行“绿肥 (紫云英) —早稻 —晚稻”复种连 作 ,一方面 ,不仅消耗大量“水资源”,造成有些地区淡水资源 日趋紧张 ;或者在干旱季节 ,由于水资源缺乏 ,不能满足双季 稻 (主要是晚稻) 生长发育的要求 ,致使水稻产量受到影响 。 另一方面 ,还由于长期“两板一旱”的耕作制 ,导致稻田土壤 长期板结 ,土壤次生潜育化严重 ,土壤长期处于“缺氧”(通气 性差) “、有毒”(土壤中有毒物质积累) 状态 ,有很多“营养物 质元素”不仅不能被利用 ,还由于长期“缺氧”,而成为有毒 、 有害物质 ,有的因含量过多而成为“污染物质”[5] 。显然 ,这 种状况不利于作物高产和农业可持续发展 。 1. 2 促进作物生长发育
1. 8 减少病 、虫 、杂草危害 连作 (尤其是长期连作) 加重病 、虫 、杂草危害 ,轮作则减
轻病 、虫 、草害 。这是因为连作条件下 ,土壤生态环境没有得 到改变 ,导致病 、虫 、杂草的生存 、生活环境越来越稳定 、越来 越适应 、越来越“优越”,这就大大有利于病 、虫 、杂草的繁衍 和发展 ,最终必然导致农田病 、虫 、杂草危害日益严重 。相 反 ,实行轮作后 ,尤其是水旱轮作 ,农田土壤生态环境发生根 本改变 ,随之 ,农田生物群落也将随之发生变化 ,即原来“猖 獗”的病 、虫 、杂草 ,因为一时不能适应“新”的生态环境 ,而被 “淘汰”,特别是对于“土传性”的病害而言 ,其受到的“打击” 更是“致命”的 。