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1、第四章 作物轮作与连作Crop Rotation and Continuous Cropping,轮作倒茬的作用及其地位 作物茬口特性及其应用 连作及其应用,相关概念,轮作：在同一田地上在不同年际之间有顺序地轮换种植不同种类作物的种植方式。倒茬：生产上把轮作中前茬作物与后茬作物的轮换，也称“换茬”连作：在同一田地上连续种植同种作物的种植方式。,单作轮作,小麦大豆玉米小麦（一年一熟，三年一轮）,复种轮作,春玉米小麦花生春玉米（两年三熟，两年一轮）小麦水稻小麦水稻蚕豆水稻（一年两熟，三年一轮）小麦水稻大麦棉花小麦水稻（一年两熟，两年一轮）,小麦,玉米,大豆,定区式轮作,玉米,大豆,小麦,大豆,小麦
2、,玉米,第一年,第二年,第三年,时间上的轮换：就是一块地上逐年轮换种植不同作物；空间上的轮换：就是同一作物每年在不同的田块上种植。两者紧密结合，时间轮换和空间的轮换顺序是一致的。,水旱轮作,大麦水稻水稻马铃薯/玉米水稻大麦水稻水稻（一年三熟，两年一轮）玉米玉米水稻水稻玉米玉米（一年两熟，两年一轮）,第一节 轮作倒茬的作用及其应用,一、轮作倒茬的作用1、有效减轻农作物的病虫草害农作物的病原菌一般都为专性寄生菌类，害虫也有一定的专食性和寡食性，有些杂草也有其相应的伴生者和寄生者；如果连续种植同种作物，通过土壤传播的病害必然会大量发生。,通过实行作物轮作，更换病虫草害寄主，改变其生态环境和食物链组成
3、，使之不利于某些病虫的正常生长和繁衍，从而达到减轻农作物病虫害目的。水旱轮作生态条件改变相当显著，防治病虫草害的效果尤为突出。在水田阶段能使旱田病虫草害消失或减少，转为旱田栽培时，可减轻水田病虫草害。,打断部分生态环境条件的连续性，扰乱原有交替步骤和顺序，寄主、传播媒介，残存环境等遭破坏。土传病害：小麦全蚀病，棉花枯黄萎病，甘薯黑斑病虫害：蛴螬杂草：麦稻两熟田的看麦娘，大豆的菟丝子，稻田的稗草,大豆连作与轮作得孢囊线虫和根瘤密度,2、协调和均衡地利用土壤养分和水分,各种作物的生物学特性不同，从土壤中吸收养分的种类、数量、时期和利用率也不相同。将营养生态位不同而又具有互补作用的作物轮作，可以协调
4、前、后茬作物养分供应和均衡利用土壤养分禾谷类：氮多 豆科：氮多、磷多油料：磷多 纤维类：氮多 块根块茎类：氮多，钾多,不同作物养分吸收比例,不同作物需水数量、时期和吸收能力也不相同。将水分适应性不同的作物轮作能充分而合理地利用全年自然降水和土壤中贮存的水分，对农田高效用水有重要作用。各种作物根系深度和发育程度不同，根系浅的主要吸收利用土壤上层的养分和水分；根系深的可从深层土壤吸收养分和水分。将不同根系特性的作物轮换，可全面地分层利用土壤养分和水分。,茬口对耕层土壤水分含量的影响（%）,对土壤中难溶性磷吸收能力：小麦、玉米、棉花少油菜、荞麦、燕麦多对土壤中水分吸收能力：水稻、玉米多谷子、甘薯少土
5、壤中根系深度：水稻、谷子、薯类浅豆类、棉花深,3、改善土壤理化性状，调节和提高土壤肥力,作物的秸秆、残茬、根系和落叶是补充土壤有机质和养分的重要来源。禾本科作物秸秆量大、有机碳含量多，豆科作物、油菜等落叶量大，含氮量高。进行禾、豆轮作，可利用豆科作物的生物固氮维持土壤的氮素平衡，利用谷类作物和绿肥牧草残留的茎叶、根茬维持和提高土壤有机质平衡，增进土壤肥力。,作物轮作换茬还具有改善耕层理化性状的作用。密植作物的根系细密，数量较多，分布均匀，土壤疏松结构良好；深根性作物和多年生豆科牧草的根系对下层土壤有明显的疏松作用；水旱轮作还有利于减轻土壤容重，增加土壤孔隙和通透性，促进氧化反应，防止稻田土壤次
6、生潜育化过程，消除土壤中有毒还原性物质的积累，对改善稻田土壤理化性状有显著效果。在水土流失地区，有多年生牧草作物参加轮作，可增加土壤团粒结构，有效地保持水土；在盐碱地区可降低土壤盐分含量。,茬口对耕层土壤养分含量的影响,茬口对土壤微生物的影响,4、有利于合理利用农业资源，提高经济效益,根据作物的生理生态特性，在轮作中前后作物搭配，茬口衔接紧密，既有利于充分利用土地和光、热、水等自然资源，又有利于合理均衡地使用机具、肥料、农药、灌溉用水以及资金等社会资源；还能错开农忙季节，均衡投放劳畜力，做到不误农时和精细耕作。由于轮作具有培肥地力和减轻农作物病虫草害的作用，无须肥料、农药、劳力等资源的过多投资
7、，只需作物合理的轮换就可获得与连作在高投入条件下相当的产量，降低了生产投资成本，提高了经济效益。,二、轮作在农业生产中的地位,1、在低投入传统农业阶段，轮作的主要作用集中体现在地力培养上。首先在养分供应上，传统农业施肥少，依靠轮作培养地力。依靠禾豆轮作中豆科作物的生物固氮维持土壤氮素平衡；依靠谷类作物和绿肥牧草残留的茎叶、根茬及施用有机肥等维持土壤中有机质的平衡。“倒茬如上粪”、“要想庄稼好，三年两头倒”。,其次在水分供应上，旱地农业通过轮作协调土壤水分平衡使用。连续种植高耗水作物，土壤水分供应不够而减产，需要进行换茬或休闲恢复地力。第三在病虫草害控制上，由于缺乏化学农药，需要依靠轮作的茬口替
8、换减轻病虫草危害。,森林,小河,道路,南区（春谷物）,割草地,东区（休闲）,西区（冬谷类）,羊圈,领主牧场,房屋,公共收场,房屋,欧洲三圃制：冬谷物（小麦、黑麦）春谷物（春小麦、燕麦）休闲,领主牧场,2、在高投入的现代农业阶段，轮作的上述作用受到了削弱，生产中的地位下降,随着化肥的大量使用，改变了传统的培肥土壤肥力方式杀菌剂、杀虫剂和除草剂等各种农药对付连作导致的病虫草害，而且日益成为现代作物生产的主要手段灌溉发展使农田水分调控变得容易轮作地位下降，基本被连作所替代，成为过时的作物生产技术。,大久保隆弘（作物轮作技术与理论）指出：“由于化肥工业与农药生产的发展，造成对轮作的忽视，更加助长了对轮
9、作体系的破坏，其结果使土壤有机质含量下降，地力减退，作物产量低而不稳”，因而要“探讨和认识轮作在现代农业中的地位，用新的观点肯定轮作”。,3、在现代持续农业体系中，轮作作用重新受到重视,轮作在替代农用化学品方面的作用独特，效果显著。由于现代农业中农用化学品在高能耗、高成本、高污染等方面的负效应逐步引起重视，轮作被认为是可持续农作技术中的重要内容。轮作在病虫草害控制上仍确实有着化学农药无法替代的作用，特别某些障碍性病虫草害，如大豆紫斑病、花生褐斑病及棉花枯黄萎病等，即使应用最新型的农药也无济于事，但轮作效果明显,三、轮作的主要类型与方式,1、轮作类型撩荒轮作：是原始轮作形式，采用耕种与撩荒相轮换
10、，利用自然植被恢复地力。在原始农业阶段和现在落后地区采用。休闲轮作：在轮作中有一定比例的全年休闲，利用休闲蓄纳雨水，熟化土壤，恢复地力，是一种生产水平较低的轮作制度。换茬轮作：也叫倒茬，将不同作物进行轮换种植，包括禾谷类作物之间的轮换，也包括禾谷类作物与豆科作物之间的轮换。,草田轮作：将多年生牧草作物与大田作物进行轮换种植，恢复和提高土壤肥力。在人少地多和畜牧业比重大的地区适用。禾豆轮作：一年生豆科作物与禾谷类作物轮换种植。在我国旱作地区运用的历史长、范围广。水旱轮作：水稻（水田）与旱作物（旱田）交替种植的轮作类型。复种轮作：二年三熟轮作、一年二熟轮作和一年三熟轮作。,2、轮作周期轮作实施一周
11、所需要的年数，称为轮作周期。轮作周期25年为短周期轮作，轮作周期6年以上为长周期轮作,轮作的制订一、确定轮作的种类、数目和轮作面积；二、确定每一轮作中适宜的作物和面积；三、确定轮作周期的年限；四、确定作物中作物轮换顺序。,轮作和换茬是保持和提高耕层土壤肥力的措施之一，但是究竟轮作与肥力的关系如何？是否一切轮作本身都能够保持和提高耕层土壤肥力？这是不一定的，决定于轮作周期中的作物组成，以及相伴随的农业技术措施。关于轮作与肥力的关系，在我国还没有长期的系统的试验资料，下面看一下国外的情况：,轮作与肥力关系,苏联在生草灰化土开垦50年后，有机质变化中发现，在该类土壤上，不施有机肥栽培大田作物，即使在
12、有三叶草轮作的情况下，50年来腐殖质也发生了损失。在包括中耕作物，三叶草和全年休闲的轮作中，如果不采取施肥措施就不能保证土壤有机质的平衡，50年后下降了24%。,施肥对轮作和土壤肥力的影响,在合理轮作的基础上，结合施肥措施，就可以减少土壤中氮素和腐殖质的损失，达到平衡甚至不断提高肥力水平。,在化肥工业高度发达的今天，也应重视轮作。如美国的玉米带长期的玉米轮作，加之耕作管理不当，土壤侵蚀加重、病害严重，产量下降，迫于这些原因，农场主不得不缩短玉米连作年限，实行如玉米玉米燕麦或小麦三叶草四年轮作或玉米和大豆轮作。很多的长期实验表明轮作较连作增产，即使大量施化肥轮作也有增产作用。,秸秆处理方式对轮作
13、和肥力关系的影响,第二节 作物茬口特性及其应用,一、作物的茬口及茬口特性茬口是作物在轮连作中给予后作物以种种影响的前茬作物及其茬地的泛称，它是作物轮作换茬的基本依据。茬口特性是指栽培某一作物后的土壤生产性能，是在一定的气候、土壤条件下栽培作物本身的生物学特性及其措施对土壤共同作用的结果。根据不同作物的茬口特性，选择作物并组成适宜的轮作顺序，形成特定的轮作方式。,二、作物茬口特性的形成和评价,（一）影响茬口特性形成的因素 1、时间因素：前作收获和后作播种、移栽季节的早晚，是茬口季节特性的表现。一般前作收获早，茬地有一定的农闲期，有充分的时间施肥与整地，称为“早茬”；反之则差，称为“晚茬”。作物茬
14、口季节特性对后作影响时间较短，一般只影响一季后作物。,2、生物因素：包括作物生育本身特性、病虫杂草和土壤微生物区系及活动等。不同作物收获后茬地土壤有机质和各种营养元素含量不同，表现出不同的茬口肥力特性。豆类、瓜类、芝麻等作物茬口有效肥力高，称之为“油茬”或“黑茬”；甘薯、养麦等作物种植后对土壤有效肥力消耗多，称为“白茬”；玉米、麦类等茬口称为“平茬”。,不同的作物微生物区系、种类和数量不同，对后茬作物表现有益或有害。如绿肥茬小麦地的根际细菌数、土壤细菌数与土壤固氮菌数量明显高于夏玉米茬和休闲茬小麦地；耕层土壤腐殖质含量和全氮含量也显著高。前茬作物病虫害严重，对同科、同属的后茬作物就是不良的茬口
15、。如禾本科杂草多的茬地，尤其不适宜种植谷子；病虫杂草严重的农田，作物多年连作，其不良后果还有积累作用。,3、栽培措施因素：作物生长过程中所采取的各项农业技术措施，如土壤耕作、施肥、灌溉、施农药等对作物茬口特性形成有深刻影响茬口特性的好坏最终体现在后茬作物的生长上。,（二）茬口评价,1、富氮类作物与富碳耗氮类作物：富氮类作物主要是豆科作物，对土壤增氮和平衡土壤氮素的作用，成为麦类、玉米、水稻及各种经济作物的良好前作。富碳耗氮类作物主要指禾本科作物，一般从土壤中吸收的氮素比其它作物多，生物量大，还田的根茬、茎叶数量也多，可把长期固定的大量碳素投入到土壤中去，因而有利于维持或增加土壤有机质的数量。,
16、2、耗地作物与养地作物：甜菜、马铃薯等块根、块茎类作物生物产量高，但大部分都随产品或副产品移出田间，吸收养分多，对土壤钾和氮吸收量大，属于耗地作物。豆类、油菜、芝麻等作物或能固氮，或有大量的落叶、落花、根茬归还土壤，称之为养地作物。,3、密植作物与中耕作物：密植作物如麦类、谷子、大豆、花生以及多年生牧草等，枝叶茂密，覆盖面积大，有利于防止和减轻土壤水蚀和保持土壤良好结构。中耕作物在生育期间进行农田耕作，有利于土壤通透性改善，如玉米、高粱、棉花、马铃薯等。,第三节 连作及其应用,连作在生产上大面积、长期运用，会产生一系列问题，但生产上连作现象也很普遍。因此，连作的利弊是相对的和有条件的，运用得当
17、，可以获得较好的经济效益；否则，将受到危害。,在南方水田中有春季栽早稻，早稻收获后秋季再栽晚稻；或者在旱地上春季种春玉米，收获后再种夏玉米，分别称为双季连作稻和双季连作玉米均属年内连作。在一年一熟地区，连年在同一块地上种植玉米、小麦、高梁或棉花者，则属于年间连作。,一、不同作物对连作的忍耐程度,1、忌连作作物：连作时作物生长严重受阻，植株矮小，发育异常，减产严重，甚至绝收。如茄科作物：马铃薯、烟草、番茄；葫芦科的西瓜及亚麻、甜菜等，其忌连作的原因是特殊病害和根系分泌物的致害作用，通常需要间隔56年以上方可再种。,亚麻连作的结果,2不耐连作作物：以禾本科的陆稻，豆科的豌豆、大豆、蚕豆、菜豆，麻类
18、的大麻、黄麻，菊科的向日葵，茄科的辣椒等作物为代表，其对连作的反应仅次于忌连作作物。长时间连作，生长发育受到抑制，造成大幅度的减产。这类作物连作障碍多为病害所致，需间隔34年再种植。,3耐短期连作作物：甘薯、紫云英、营子等作物，对连作反应的敏感性属中等类型，生产根据需要实行短期连作，在连作23年时受害较轻。4耐连作作物：如水稻、甘蔗、玉米、麦类及棉花等作物，在采取适当农业技术措施的前提下耐连作程度较高，其中又以水稻、棉花的耐连作程度最高，在施足肥料的情况下，可长期连作。,小麦长期连作对产量的影响（蒲尔式/英亩）（英国洛桑试验站，1882 1931）,每亩每年施厩肥40t、化肥1392磅，其中含
19、氮106磅。硫酸钠和硫酸锰200磅。,二、连作障碍分析,1、连作导致营养物质的偏耗。特定作物对矿质营养元素吸收的种类、数量和比例是相对稳定的，该作物长期连作，势必导致土壤中吸收量大的元素严重匾乏，土壤养分比例的失调，作物生长发育受阻。,3、连作导致有毒物质积累。作物生长过程中的分泌物，尤其残体分解物对自身生长发育有强烈抑制作用。”如大豆连作造成有机酸类物质积累，产生抑制；稻田连作会导致还原性有毒物质如Fe、Mn还原性物质H2S的积累，抑制和毒害水稻根系生长。4、连作导致土壤物理性状恶化。某些作物或复种方式连作，如双季稻连作，土壤淹水时间长，土壤大孔隙减少，容重增加，通气不良，土壤次生潜育化明显
20、，物理性状恶化。,2、连作导致土壤水分大量消耗。某些作物吸水量大，连作时易造成土壤水分大量消耗，导致水分不足而减产。如甜菜、向日葵吸水量较多，如连作甜菜、向日葵更显得土壤水分不足，影响保苗。向日葵连作还会加重土壤干旱，因向日葵是耗水多的深根作物，根系吸水能力很强，向日葵一生总耗水量为435mm，比玉米耗水多16.0，比谷子多57.0。在干旱的年份，干旱层可延续23年。,5、连作导致病虫草害加重。连作时，某些土壤传染的病害显著加重；某些害虫虫口密度增大，危害加剧；某些伴生性和寄生性杂草的危害累加效应突出，均可导致产量锐减和品质下降。6、连作降低土壤的供肥能力。连作导致土壤微生物种群数量与比例失调
21、和土壤酶活性下降，致使作物减产。,三、连作弊端的消除途径,及时足量施肥和灌溉，可以消除连作营养偏耗和水分不足。及时合理使用各种农药，可以缓解连作造成的病虫草害和土壤微生物区系变化带来的障碍。有计划地进行品种更换，用抗病虫耐瘠薄高产品种代替感病虫品种，减轻连作的弊端。采用适宜有效的土壤耕作措施，改善土壤理化性状，促进有毒物质分解，调节土壤微生物活动状况，提高土壤供肥能力。凡是有利于控制病虫蔓延和杂草滋生的各种农业技术措施都可缓解连作的危害。,四、连作的应用,轮作通常是有益的，连作是有害的，但生产上仍需要连作。原因：1、社会需要决定连作。粮、棉、糖等作物社会需要量大，不实行连作便满足不了全社会对这
22、些农产品的需求。2、资源利用决定连作。在特定的资源条件下最适宜栽培某种作物，不可避免地出现该作物的连作。如南方水稻连作、黄淮海小麦一玉米复种连作。3、经济效益决定连作。一些不耐连作的经济作物如棉花、烟草等，由于经济效益高，轮作换茬年限缩短，最终导致连作。,4、作物结构决定连作。在商品粮、棉、蔗基地，这些作物在轮作计划中占绝对优势比重，基地内作物种类单一化，导致商品性作物的多年连作或连作年限延长。5、作物的耐连作特性及新技术应用为连作提供了可能。不同作物和不同品种对连作的反应敏感性有差异，连作弊端少、减产幅度小的作物和品种可以适当连作;可采用物理的、化学的、农业的新技术消除连作障碍。,克服连作弊
23、端新技术,物理技术,农业技术,采用烧田熏土、蒸气消毒、激光处理及高频电磁波辐射等进行土壤处理，杀死土壤病菌、虫卵及草籽，消灭土壤中的障碍微生物，减少土壤毒质。,通过合理的水分管理，冲洗土壤毒质；实行水旱轮作，改变农田生态环境，均可有效地防止多种连作障碍的出现。选用抗病虫的高产良种，并实行有计划的品种轮换，也可缓解连作障碍的形成，使连作年限适当延长。,化学技术,采用先进的植保技术，以新型高效低毒的农药，除草剂进行土壤处理或茎秆叶片处理，可有效地减轻病虫的为害。应用乙醇、氨水、H2O2洗涤土壤，消除土壤残留毒素；增施化肥及有机肥，保持土壤有机质与养分的动态平衡。,五、主要连作类型,小麦连作制：春小麦连作主要分布在东北平原地区；冬小麦连作主要分布在北方无灌溉的冬麦区。玉米连作制：主要分布在辽东半岛和黄淮海北缘地区。水稻连作制：单季稻连作南北方都有；双季稻连作分布于南方稻区。棉花连作制:主要分布在新疆棉区。麦一稻复种连作制：主要分布在淮河以南及长江两岸。麦一玉复种连作制：主要分布于黄河流域南部平原区和长江流域山地。,
