近年来,随着水稻种植成本上升,种粮效益逐年降低。如何在稳定水稻生产的前提下,提高种粮效益,促进农民增收,是水稻产业亟需解决的问题。因此,加快新型农作制度创新与推广,合理利用资源,是促进产业互融、协调发展,统筹解决“米袋子”和“钱袋子”问题的有效途径之一。
粮经轮作模式是浙江省新型农作制度中推广应用较早、技术内容较为丰富、覆盖面较广、成效较为突出的模式之一。粮经轮作实现了“藏粮于地、藏粮于技”的绿色发展理念,具有稳定粮食面积,保障粮食安全;消除有毒物质,减少病虫害发生;提高资源利用率,改善生态环境;增加产量提升品质,提高经济效益;创新经营机制,提高规模效益等作用[1]。近几年来,由于水稻效益较低,以“稳粮增效”为目的的水稻-经济作物轮作模式开始兴起[2]。赵福成等[3] 研究表明,鲜食玉米-晚稻水旱轮作绿色高效栽培技术有利于提高水稻的产量和品质。洪健康等[4] 研究表明,开展冬季马铃薯和夏季优质水稻轮作,既可以促进马铃薯和水稻优质高产,又可以减少化肥、农药使用量,形成马铃薯和水稻相互促进的高效节本良性循环,实现了产业的可持续发展。马金骏等[5] 研究表明,水稻-食用菌轮作模式既可以高效利用秸秆,又可以节本省工、减少病虫害、降低劳动强度、提高效益。罗西等[6] 研究表明,茭白-水稻轮作具有较好的经济效益,获得茭白和水稻双丰收。刘梦姣等[7] 研究表明,实行樱桃番茄与水稻轮作高效栽培模式,可有效抑制致病菌的积累,改善土壤条件,减少农药使用。
长梗白菜(Brassica rapa chinensis)主要以加工为主,腌制后鲜脆爽口,备受当地消费者青睐。桐乡市种植长梗白菜历史悠久,据《德清县新志》记载,大麻镇长梗白菜的腌菜是当时德清县的特产之一,口味最佳[8]。长梗白菜在实际种植过程中,移栽期可以延迟到10月初,12月底就可以收获,生育期较短,在下一茬水稻种植前能够很好地恢复土壤地力,为水稻-长梗白菜循环农业模式的构建提供了可能,在稳定水稻种植面积的同时促进了农业增效、农民增收,实现了“藏粮于地、藏粮于技”的绿色发展理念。因此,积极探索水稻-长梗白菜轮作模式发展,对缓解农业生产中要粮要钱的矛盾,压实“米袋子”“菜篮子”负责制,提高农民收入,促进乡村振兴、实现产业兴旺具有重要的意义。本研究通过构建桐乡市水稻-长梗白菜轮作模式,对该模式的土壤养分和活性炭、氮库以及经济效益等方面进行研究,旨在为桐乡特色水稻-长梗白菜轮作模式发展提供一定的理论基础。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于2020年在桐乡市龙图粮油专业合作社(120°22'N,30°31'E)开展。该地属亚热带气候,四季分明,年平均气温15.8 ℃,年均降雨量1 193 mm,无霜期280 d,全年主导风向为夏季东南风、冬季西北风。供试土壤0~20 cm有机碳含量为9.41 g·kg-1、全氮含量为1.26 g·kg-1、速效钾含量为70.23 mg·kg-1、速效磷含量为10.34 mg·kg-1、铵态氮含量为28.17 mg·kg-1、硝态氮含量为17.06 mg·kg-1。
1.2 试验设计
采用大田试验,设置水稻-油菜轮作和水稻-长梗白菜轮作2个处理,分田块种植。供试水稻品种为甬优1540,2020年5月20日播种,6月18日进行移栽。长梗白菜为农家自留种,2020年10月18日进行移栽。油菜品种为嘉油1427,2020年11月18日进行撒播。各处理田间水分管理模式以及病、虫、草害防治按照当地作物常规管理方式进行。
1.3 测定项目与方法
1.4 数据处理及分析
用Microsoft Office Excel 2003进行数据处理和作表制图。
2 结果与分析
2.1 不同轮作模式对农田土壤养分的影响
由表1可知,水稻-油菜轮作和水稻-长梗白菜轮作模式都可以增加土壤有机质、速效钾和速效磷含量。同前茬稻田土壤相比,水稻-油菜轮作模式的有机质、速效钾和速效磷含量分别增加了7.06%、14.35%和20.23%;水稻-长梗白菜轮作模式的速效钾和速效磷含量分别增加了8.02%和54.86%。此外,水稻-油菜轮作和水稻-长梗白菜轮作模式可以降低土壤全氮、铵态氮和硝态氮含量。同前茬稻田土壤相比,水稻-油菜轮作模式的全氮、铵态氮和硝态氮含量分别降低了4.17%、39.68%和53.22%;水稻-长梗白菜轮作模式的全氮、铵态氮和硝态氮含量分别降低了11.11%、21.82%和40.87%。
表1 不同轮作模式对农田土壤养分的影响
| 轮作模式 | 作物 | 有机质含量/ (g·kg-1) | 铵态氮含量/ (mg·kg-1) | 硝态氮含量/ (mg·kg-1) | 全氮含量/ (g·kg-1) | 速效钾含量/ (mg·kg-1) | 速效磷含量/ (mg·kg-1) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 水稻-油菜 | 水稻 | 14.30 | 29.69 | 15.24 | 1.20 | 96.85 | 35.29 |
| 水稻-长梗白菜 | 水稻 | 17.25 | 19.98 | 17.42 | 0.99 | 71.67 | 11.74 |
| 水稻-油菜 | 油菜 | 15.31 | 17.91 | 7.13 | 1.15 | 110.75 | 42.43 |
| 水稻-长梗白菜 | 长梗白菜 | 17.19 | 15.62 | 10.30 | 0.88 | 77.42 | 18.18 |
2.2 不同轮作模式对农田土壤碳、氮的影响
由图1可知,同水稻-油菜轮作模式相比,水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式的微生物量有机碳含量增加了13.99%;微生物量有机氮和可溶性有机碳含量分别降低了46.02%和27.66%。
图1
2.3 不同轮作模式减肥情况分析
如图2所示,同水稻-油菜轮作模式相比,水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式的氮肥和磷肥用量分别减少了3.37%和18.89%,钾肥用量增加了20.00%。从施肥总量上讲,水稻-油菜轮作模式的施肥总量为每667 m2 36.29 kg,水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式的施肥总量为每667 m2 35.42 kg,减少了2.40%。
图2
2.4 经济效益分析
由表2可知,在水稻-油菜轮作模式下,水稻的产量为每667 m2 650 kg,价格为2.40元·kg-1,水稻经济效益为每667 m2 1 560元,油菜的产量为每667 m2 150 kg,价格为6.00元·kg-1,油菜经济效益为每667 m2 900元,水稻-油菜轮作模式总效益为每667 m2 2 460元。在水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式下,水稻在10月份之前收割,作为新米上市,常常被用于婚庆伴手礼,在桐乡市当地很畅销,价格也较一般稻米偏高,均价为3.64元·kg-1,产量为每667 m2 550 kg,水稻经济效益为每667 m2 2 002元,长梗白菜的产量为每667 m2 2 000kg,均价为1.40元·kg-1,种植长梗白菜的效益约为每667 m2 2 800元,总体来看,水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式效益为每667 m2 4 802元。
表2 不同轮作模式经济效益分析
| 种植模式 | 作物 | 每667 m2 /kg | 价格/ (元·kg-1) | 每667 m2 经济效益/元 |
|---|---|---|---|---|
| 水稻-油菜轮作 | 水稻 | 650 | 2.40 | 1 560 |
| 油菜 | 150 | 6.00 | 900 | |
| 水稻-长梗白菜轮作 | 水稻 | 550 | 3.64 | 2 002 |
| 长梗白菜 | 2 000 | 1.40 | 2 800 |
3 讨论
稻菜轮作模式是一种重要的种植制度,在保证粮食安全和增加农民收入方面具有重要的作用。相关研究[15] 表明,菜稻轮作除了具有良好经济效益外,还可以提高肥料利用率,减轻蔬菜地养分过度积累。本研究表明,水稻-长梗白菜轮作模式和水稻-油菜轮作模式土壤表层(0~20 cm)的全氮、铵态氮含量均有所降低,同前人研究[16] 结果一致。周娜娜等[16] 研究表明,稻菜轮作后,土壤表层和深层的土壤硝态氮含量均有所增加。而本研究表明,稻菜轮作后表层土壤硝态氮含量有所降低,这可能与不同轮作模式下施肥管理差异有关[17]。此外,本研究表明,水稻-长梗白菜轮作模式和水稻-油菜轮作模式均可以增加土壤有机质、速效钾和速效磷含量,同潘艳华等[18] 研究结果一致。赵牧秋等[19] 研究表明,稻菜轮作可以增加厚壁菌门和芽单胞菌门的相对丰度。徐培智等[20] 研究表明,稻菜轮作模式改善了微生物群落的组成,明显提高土壤细菌和放线菌数量,减少真菌数量。本研究表明,同水稻-油菜轮作模式相比,水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式的微生物量有机碳含量增加,微生物量有机氮含量减少,微生物群落类型有所差异。
在种粮效益方面,同传统的稻麦轮作模式相比,稻菜轮作可以显著提高产值[23]。本研究表明,水稻-长梗白菜绿色高效循环农业模式的经济效益为每667 m2 4 802元,较常规水稻-油菜轮作模式增收95.20%。
