張薈薈，張學(xué)洲，阿斯婭·曼力克，梁維維，朱 昊，王 璐，李學(xué)森，靳俊鵬

(新疆畜牧科學(xué)院草業(yè)研究所，新疆 烏魯木齊 830000)

糧食安全是關(guān)系國計民生的重大國家戰(zhàn)略。自2004年到2015年的12年間，我國糧食產(chǎn)量實現(xiàn)了“十二連增”，但其收益增幅卻很小[1]。這意味著糧食增產(chǎn)的代價是高額的生產(chǎn)成本和資源環(huán)境的嚴(yán)重透支?；屎娃r(nóng)藥的過量使用帶來的糧食安全隱患已不容忽視。另外，隨著人民生活水平不斷提高，居民膳食結(jié)構(gòu)發(fā)生巨大變化，飼料糧的短缺，尤其是蛋白質(zhì)飼料的短缺，也已逐漸成為我國糧食安全面臨的主要問題[2]。

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)作為全世界廣泛栽培的豆科牧草，品質(zhì)優(yōu)良，素有“牧草之王”之稱。紫花苜蓿具有耐干旱、耐鹽堿、耐瘠薄和高效固氮等特性[3-4]，且能為家畜生產(chǎn)提供豐富的蛋白質(zhì)，促進(jìn)家畜產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，從而滿足居民膳食結(jié)構(gòu)改變的需要[2]。因此，為了確保國家糧食安全，將苜蓿引入糧食作物耕作系統(tǒng)中，實行糧草輪作，“藏糧于草”，發(fā)展草地農(nóng)業(yè)成為中國農(nóng)業(yè)發(fā)展的必由之路[5]。目前草田輪作研究主要集中在輪作增產(chǎn)潛力[6]、輪作模式[7]及輪作對土壤影響[8-10]等方面。大量研究表明，草田輪作可提高作物產(chǎn)量和改善土壤肥力，實現(xiàn)土地可持續(xù)生產(chǎn)[11-12]，是解決當(dāng)前飼草飼料短缺和提高整個農(nóng)業(yè)系統(tǒng)生產(chǎn)效率的重要舉措[13]。實行糧草輪作，比單一種植糧食作物可獲得更高的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[14]。袁寶財?shù)萚15]研究發(fā)現(xiàn)將苜蓿引入草田輪作系統(tǒng)，苜蓿后茬作物產(chǎn)量通常都有明顯提高，一般增產(chǎn)20%～30%，低產(chǎn)田可增產(chǎn)1倍以上的產(chǎn)量；在甘肅省臨夏縣北塬灌區(qū)，實行草田輪作后，豆科飼草茬地對春小麥(Triticumaestivum)增產(chǎn)效果顯著，在施肥量相同的情況下，紫花苜蓿茬地和復(fù)種箭筈豌豆(Viciasativa)茬地的小麥分別增產(chǎn)14.06%和11.96%[6]；董建江等[16]對4種典型耕作模式下土壤理化性狀及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行綜合分析，認(rèn)為輪作可以維護(hù)土壤肥力，促進(jìn)農(nóng)業(yè)增產(chǎn)增收。

自1963年起，新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)已開始研究八區(qū)、六區(qū)草田輪作模式，將苜蓿、綠肥和草木樨(Melilotussuaveolens)引入糧食作物耕作系統(tǒng)中，增加了土壤有機(jī)質(zhì)和氮素含量，作物產(chǎn)量穩(wěn)步上升，經(jīng)濟(jì)效益顯著，并成功研制出了苜蓿-小麥等糧食作物的輪作模式[17-18]。在當(dāng)前北疆平原荒漠區(qū)灌溉方式及田間管理背景下有關(guān)苜蓿-小麥輪作下其糧草效益分析的研究較少。北疆平原荒漠灌溉區(qū)的耕地為典型的中低產(chǎn)田，生態(tài)環(huán)境脆弱，加之近年來掠奪式開荒種植，地下水位持續(xù)下降，農(nóng)藥化肥和地膜的大規(guī)模應(yīng)用加劇了土壤的污染。此時對種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，將紫花苜蓿引入現(xiàn)有的耕作系統(tǒng)，有利于提高土地的生產(chǎn)效率，增加土壤肥力，遏制環(huán)境污染[2]。因此，本研究以位于北疆平原荒漠區(qū)的呼圖壁核心試驗區(qū)為研究對象，通過連續(xù)5年跟蹤調(diào)查，對比分析試驗區(qū)不同輪作模式下苜蓿-小麥產(chǎn)量、投入和收益的動態(tài)變化，以期為大型企業(yè)或農(nóng)牧民推廣種植糧草輪作模式提供參考，也為保障國家糧食安全和生態(tài)文明建設(shè)提供重要支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地位于新疆呼圖壁縣國家農(nóng)業(yè)部旱生牧草種子基地，地理坐標(biāo)為44°14′08.47″ N，86°37′41.32″ E，海拔高度為495 m，年平均氣溫為6.7℃，年平均氣溫為6.7℃，1月和7月份的平均氣溫分別為—16.9℃和25.6℃，無霜期170 d，≥10℃積溫3 881℃，年平均降水量167 mm，年平均蒸發(fā)量為2 361.1 mm；土壤類型為灰棕色荒漠土，有機(jī)質(zhì)含量為7.0 g·kg-1，全氮含量為0.54 g·kg-1，全磷含量為1.01 g·kg-1，全鉀含量為2.1%，水解性氮含量為57.2 mg·kg-1，有效磷含量為14.0 mg·kg-1，速效鉀含量為478 mg·kg-1，pH值8.8，全鹽含量為3.2 g·kg-1，土壤呈堿性，輕度鹽漬化，地勢較平坦。

1.2 試驗材料

試驗苜蓿品種為‘WL343HQ’，來自北京正道公司。小麥品種為‘新冬22號’，為當(dāng)?shù)刂魍破贩N。

1.3 試驗設(shè)計

試驗設(shè)置兩種耕作模式：模式A為苜蓿第3茬后翻耕(2014年)→當(dāng)年冬小麥(2014年)→次年秋播冬小麥(2015年)→連續(xù)秋播冬小麥(2016年)→秋季小麥?zhǔn)斋@后種植苜蓿(2017年)→苜蓿(2018年)，2014年苜蓿收獲3茬，2018年收獲4茬；模式B為小麥?zhǔn)斋@后翻耕種植苜蓿(2014年)→連續(xù)種植苜蓿(2015—2018年)，2015—2017年收獲4茬苜蓿，2014年和2018年收獲3茬苜蓿。模式A和模式B試驗區(qū)面積均為7 hm2，苜蓿播量27 kg·hm-2(包衣種子)，行距20 cm，灌溉方式為淺埋式滴灌，毛管鋪設(shè)間距60 cm，埋深8～10 cm，小麥播種量480 kg·hm-2，地表滴灌。小麥和苜蓿播種時均施入底肥粒狀重過磷酸鈣(總磷≥46%)300 kg·hm-2，小麥追肥尿素(總氮≥46.4%)300 kg·hm-2，除模式A中2018年苜蓿追肥磷酸一銨(N+P2O5+K2O≥61%)90 kg·hm-2，其余生長期內(nèi)均未追肥。

1.4 測定項目和方法

1.4.1產(chǎn)量及成本收益計算 小麥成熟期收獲1次，一般苜蓿每年收獲4茬，但倒茬種植冬小麥的當(dāng)年苜蓿收獲3茬，現(xiàn)蕾或初花期進(jìn)行刈割，糧草產(chǎn)量以每年出售的實際過磅數(shù)為準(zhǔn)，按小麥和苜蓿市場價平均值和實際補貼計算產(chǎn)值和利潤，公式如下[19]:

利潤=總收入-總成本

產(chǎn)投比=總收入/總成本×100%

成本利潤率=利潤/總成本×100%

按照呼圖壁基地實際支出統(tǒng)計成本，主要包括種子費、肥料費、整地費、播種費、材料費、安裝費、電費、水資源費、人工費、收割打捆費和拉運裝卸費等19項，無地租費。

1.4.2數(shù)據(jù)統(tǒng)計 利用WPS 2019表格處理軟件對兩種模式下生產(chǎn)成本、糧草產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益等數(shù)據(jù)進(jìn)行整理與統(tǒng)計分析，列表比較數(shù)據(jù)均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 兩種種植模式總成本分析

對不同種植模式下苜蓿和小麥的生產(chǎn)成本進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，兩種種植模式下5年的總成本中，模式A的種植成本相對較大，為60 740 元·hm-2，模式B為46 377 元·hm-2，模式A較B高出30.97%。這主要是因為種植小麥年投入成本高，每年投入12 748 元·hm-2以上，而種植苜蓿，除第1年成本較高外，剩余年份其投入相對較低，在5 949 元·hm-2以下，年均投入成本為小麥的65.95%(表1)。由兩種模式下的施肥成本可看出，種植小麥每年的肥料成本為2 100 元·hm-2左右，而苜蓿基本上只施入底肥。

2.2 兩種模式下糧草產(chǎn)量與收入分析

從兩種輪作模式下作物產(chǎn)量及收入來看(表2)，模式A中，秋季老苜蓿地翻耕后種植冬小麥，次年其籽粒產(chǎn)量最高，前兩年均產(chǎn)可達(dá)7 875 kg·hm-2，連作第3年產(chǎn)量出現(xiàn)降低，當(dāng)年秋季倒茬種植苜蓿，次年(2018年)苜蓿產(chǎn)量可達(dá)到18 000 kg·hm-2；模式B中，秋季在冬小麥?zhǔn)斋@后倒茬種植苜蓿，連作4年，苜蓿產(chǎn)量逐年降低，年均干草產(chǎn)量為14 438 kg·hm-2，其中2014年小麥籽粒產(chǎn)量較低，主要是由于該地塊為低產(chǎn)田，前茬一直多年連作小麥。

從兩種模式下的糧草收益來看(表2)，糧草種植過程中其總收入由作物收入和補貼兩部分構(gòu)成，模式A中5年總收入為99 708 元·hm-2，糧草收入為87 048 元·hm-2，其中種植冬小麥的補貼較高，在3 500 元·hm-2以上，占當(dāng)年收入的16.50%左右；而模式B中5年總收入92 637 元·hm-2，糧草收入為84 822 元·hm-2，其苜蓿的補貼相對較低，為1 500 元·hm-2，占當(dāng)年收入的7.00%～10.00%，隨著苜蓿連作年限的延長，產(chǎn)值逐漸降低。綜合比較兩種模式下5年的總收入還可看出，模式A略高于B，但差距不大。從糧草的價格上可以看出，北疆地區(qū)苜蓿的市場價格較全國水平總體偏低，在很大程度上影響了農(nóng)牧民的收入，而小麥作為人類的口糧，價格相對穩(wěn)定，其收入隨籽粒產(chǎn)量呈現(xiàn)上下波動。

表2 兩種輪作模式下糧草產(chǎn)量及收入分析

2.3 兩種模式下糧草經(jīng)濟(jì)效益分析

對比分析兩種模式下經(jīng)濟(jì)效益(表3)發(fā)現(xiàn)，模式A的5年總利潤為38 968 元·hm-2，年均收益7 794 元·hm-2，其中2015—2017年連作3年冬小麥，糧草年均總利潤為9 653 元·hm-2，前兩年籽粒收入較高，年均糧草利潤可達(dá)6 414 元·hm-2；模式B的5年總利潤為46 260 元·hm-2，年均收益9 252 元·hm-2，兩種模式下總利潤相差7 292 元·hm-2，當(dāng)除去補貼后，模式B下糧草年均利潤較模式A高出46%。

由投入產(chǎn)出比的分析可知(表3)，模式B的年均總投入產(chǎn)出比為239%，高于模式A，主要是由于兩模式中苜蓿和小麥輪作年限不同，收益差距較大。除此之外，發(fā)現(xiàn)模式A中連作3年小麥(2015—2017年)的年均糧草產(chǎn)投比為146%，模式B中連作4年苜蓿(2015—2018年)的年均糧草產(chǎn)投比為242%，說明種植小麥的投入成本高，產(chǎn)出少，而苜蓿除第1年投入資金較多外，其余年份均為低成本高產(chǎn)出。成本利潤率的分析表明，模式B的年均總成本利潤率和糧草成本利潤率分別為139%和118%，基本上是模式A的2倍多。另外，連作3年小麥和4年苜蓿的年均糧草成本利潤率分別為46%和142%，二者相差3倍，這也再次驗證了種植苜蓿的利潤明顯高于小麥，因此，將紫花苜蓿納入糧食耕作系統(tǒng)，不僅可以提高土地生產(chǎn)效率，填補蛋白質(zhì)飼料短缺的缺口，還有助于增加收入[2]。

表3 兩種種植模式經(jīng)濟(jì)效益分析

3 討論

不同地區(qū)選擇不同的連作或輪作模式，決定該地區(qū)的種植總成本與最終收獲的產(chǎn)量[19]，苜蓿-小麥糧草輪作常見于新疆北疆地區(qū)。研究發(fā)現(xiàn)，在滴灌條件下，每年種植冬小麥的投入成本相對較為穩(wěn)定，為12 883 元·hm-2，而種植苜蓿除第1年投入成本較高外，其余年份較低，苜蓿輪作4年的年均投入成本為8 407 元·hm-2，較冬小麥種植成本減少4 476 元·hm-2，主要是因為在核心試驗區(qū)苜蓿后期管理過程中僅需投入電費、水資源費、人工費、收割費和打捆費等成本，且苜蓿自身具有固氮作用，可向土壤中提供氮素營養(yǎng)，減少了尿素的施入量[20]，而在農(nóng)牧民種植過程所投入的水資源費和人工費會相應(yīng)減少，成本自然也會再次降低。因此，在小麥耕作系統(tǒng)中引入低成本的苜蓿可降低輪作的成本，減少化肥的施入量，有利于提高農(nóng)牧民的經(jīng)濟(jì)效益[18]。

眾多學(xué)者的研究實踐證明苜蓿田輪作小麥種植模式對后茬作物小麥產(chǎn)量及生理指標(biāo)有明顯的促進(jìn)作用[7]。在山西運城地區(qū)，苜蓿后作的小麥增產(chǎn)66.9%；陜西關(guān)中地區(qū)，苜蓿后茬小麥可連續(xù)增產(chǎn)3年，增產(chǎn)幅度30%～50%[21]；趙豐等[18]對新疆六區(qū)草田輪作制的研究發(fā)現(xiàn)，草田輪作區(qū)經(jīng)過一個輪作周期，作物產(chǎn)量大幅度提高，小麥平均產(chǎn)量比對照農(nóng)田可增產(chǎn)37.74%。本研究結(jié)果表明，苜蓿—小麥輪作模式中，在前茬老苜蓿地翻耕種植冬小麥后，次年其籽粒產(chǎn)量最高，前兩年均產(chǎn)可達(dá)7 875 kg·hm-2，較低產(chǎn)田小麥連作增產(chǎn)25%，這與前人研究結(jié)論一致[22]。苜蓿-小麥輪作除了能增產(chǎn)，還能顯著影響土壤微生物組成，降低自毒物質(zhì)含量，有效改善土壤環(huán)境，且輪作2年小麥對土壤的解毒效果更為明顯[9]。在小麥—苜蓿輪作模式研究中，冬小麥?zhǔn)斋@后倒茬連作4年苜蓿，其干草產(chǎn)量逐年降低，年均值為14 438 kg·hm-2，第4年產(chǎn)量較第一年減產(chǎn)35%，主要是因為地下鋪設(shè)的滴灌帶遭到車輛碾壓和老鼠啃食等破壞，田間灌水的均勻度大幅度下降，致使苜蓿減產(chǎn)，因此，在北疆平原荒漠灌區(qū)的苜蓿-小麥輪作過程中，苜蓿的利用年限不能太長，3～4年較為適宜。

糧草的投入成本、產(chǎn)量和價格是決定輪作模式經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素[23]。兩種輪作模式下經(jīng)濟(jì)效益的分析結(jié)果表明，苜?！←湣←湣←湣俎５姆N植模式下5年的總利潤為38 968 元·hm-2，年均收益7 794 元·hm-2，而小麥—苜蓿—苜?！俎！俎７N植模式下，5年總利潤為46 260 元·hm-2，年均收益9 252 元·hm-2，兩種模式下總利潤相差7 292 元·hm-2，說明在糧草輪作過程中，適當(dāng)延長苜蓿的種植時間可增加農(nóng)牧民的收入，朱志明[20]等學(xué)者也認(rèn)為加強(qiáng)苜蓿草場的管理，延長其利用時間，是進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本的關(guān)鍵。研究還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)去除糧草補貼后，老苜蓿地倒茬種植小麥的前2年糧食年均利潤可達(dá)6 414 元·hm-2，成本利潤率在46%以上，而小麥倒茬輪作3～4年苜蓿的干草年均利潤為9 050 元·hm-2，成本利潤率為140%左右，且種植苜蓿的糧草產(chǎn)投比是小麥的3倍，這也再次證實了種植小麥為高投入，低產(chǎn)出類型，而苜蓿除第一年投入資金較多外，其余年份均為低成本高產(chǎn)出，這與趙豐等[18]的研究結(jié)果一致，因此將苜蓿引入糧食耕作系統(tǒng)中，可直接提高輪作的利潤，解決蛋白質(zhì)飼料短缺的問題。但由于近年來，新疆苜蓿價格一直維持在1.2元左右，較全國水平總體偏低，致使農(nóng)牧民種草的積極性不高。

4 結(jié)論

在北疆平原荒漠灌區(qū)的當(dāng)前管理水平下實行苜?！←溳喿骺稍黾雍蟛缱魑锏漠a(chǎn)量，前兩年較為明顯。小麥耕作系統(tǒng)中引入低成本的苜蓿，可提高輪作的收入，且苜蓿生長的3～4年干草產(chǎn)量較高，利潤可觀，但由于新疆苜蓿價格較低，農(nóng)牧民種植的積極性不高。