綠豆-谷子輪作模式的產量與經濟效益研究

摘要 ［目的］研究土地休耕情況下，綠豆-谷子輪作模式對產量、經濟效益與土壤理化性質的影響。［方法］以不同品種的夏谷和綠豆為材料，進行一年兩作種植試驗，記錄生育期、綠豆和谷子成熟期農藝性狀、產量相關性狀、土壤理化性狀，并進行相關分析。［結果］綠豆早播（T1、T2、T3播期處理）的生育期均短于對照，分別縮短6、10、12 d，谷子晚播（Y1、Y2、Y3播期處理）的生育期短于或與對照持平。綠豆-谷子一年兩作種植模式中，T2Y2播期處理（冀綠19+冀谷45）的輪作模式較好，該模式下，綠豆產量為2 286.0 kg/hm2、谷子產量為2 431.5 kg/hm2，年收益達30 441.0元/hm2，高于對照谷子（常規時間播種）6 924.0元/hm2。成熟后土壤NH4+、NO3-含量較種前均降低，且NO3-含量有顯著差異。綠豆的產量和經濟效益與生育時長、單豆莢重、單豆粒重、株高、干重呈顯著相關。綠豆單豆莢重、單豆粒重與其產量呈顯著正相關，與生育時長、株高、干重呈顯著負相關。谷子的產量與生育時長、單穗重、單穗粒重、出谷率呈顯著正相關。 ［結論］綠豆約5月初播種適宜，谷子約7月上旬播種適宜，不宜超過8月份，該條件下既增加經濟收益，又利于土地的用養結合，促進土地可持續利用。

關鍵詞 谷子；綠豆；輪作模式；產量；經濟效益

中圖分類號 S 344.1 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2024）22-0029-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.22.004

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Study on the Yield and Economic Benefits of Millet and Mung Bean Rotation Mode

LU Yi-wei，LI Shun-guo， ZHAO Yu et al

（Institute of Millet Crops， Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences/Key Laboratory of Genetic Improvement and Utilization for Featured Coarse Cereals（Co-construction by Ministry and Province）， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Key Laboratory of Minor Cereal Crops of Hebei Province， Shijiazhuang， Hebei 050035）

Abstract ［Objective］ To study the effects of mung bean and millet rotation on yield， economic benefits and soil physicochemical properties under fallow land conditions. ［Method］ Using different varieties of summer millet and mung beans as materials， a two crop planting experiment was conducted once a year. The growth period， agronomic traits， yield related traits and soil physicochemical traits of mung beans and millet at maturity were recorded and analyzed. ［Result］ The growth duration of early sowing of mung beans （T1， T2， T3 treatments） was lower than that of the control， shortened by 6， 10 and 12 days， respectively. The growth duration of late sowing of millet （Y1， Y2， Y3 treatments） was shorter or equal to that of the control. In the annual two crop planting mode of mung beans and foxtail millet， the rotation mode T2Y2 treatment （Jilv 19+Jigu 45） was better. Under this mode， the yield of mung beans was 2 286.0 kg/hm2， and the yield of foxtail millet was 2 431.5 kg/hm2， with an annual income of about 30 441.0 yuan/hm2， which was higher than the control millet （conventional time sowing） of 6 924.0 yuan/hm2. After maturity， the content of NH4+and NO3- in the soil decreased compared to before planting， and the content of NO3- reached a significant difference. The yield and economic benefits of mung beans were significantly correlated with growth duration， single pod weight， single grain weight， plant height and dry weight. The single pod weight and single grain weight of mung beans were significantly positively correlated with their yield， and were significantly negatively correlated with growth duration， plant height and dry weight. The yield of foxtail millet was significantly positively correlated with growth duration， single spike weight， single spike grain weight and grain yield. ［Conclusion］Mung beans were suitable for sowing in early May， while millet was suitable for sowing in early July， and should not exceed August， which increased income， facilitated the integration of land use and nutrients， and promoted sustainable land use.

Key words Millet; Mung beans; Crop rotation mode; Yield; Economic benefits

基金項目 國家谷子高粱產業技術體系傳統旱作技術挖掘與創新崗位項目（CARS-06-14.5-A23）；河北省農林科學院基本科研業務費包干制項目（HBNKY-BGZ-02）；河北省現代農業產業技術體系雜糧雜豆產業創新團隊建設項目（HBCT2023050101）。

作者簡介 魯一薇（1996—），女，河北石家莊人，碩士研究生，研究方向：植物栽培與生理。

*通信作者，研究員，碩士，從事谷子綠色高效栽培與生理研究。

中國人多地少，耕地面積緊張，尤其耕地水資源不合理利用^［1］、地力嚴重透支、土壤污染加重^［2］等問題威脅國家糧食安全，本著節約地下水、保護生態環境的目標，國家提出在部分地區探索試行耕地輪作休耕制度。休耕制度提出后，國內許多學者對其進行研究，如馬云倩等^［3-4］針對華北平原水資源匱乏、冬季種植小麥需水量大的問題，建議冬季土地休養，節約地下水資源，提高耕地土壤質量。而輪作休耕（crop rotation and land fallow）可實現土地的用養結合，緩解中國耕地質量退化、土壤污染等生態問題^［5］，促進土地可持續利用^［6］。

谷子是一種富含營養物質的特色雜糧作物^［7-8］，籽粒富含多種維生素、礦物質、脂肪和膳食纖維，營養豐富，是醫食同源的健康食糧^［9］。綠豆具有較高的營養和保健價值，含有蛋白質、膳食纖維、胡蘿卜素、多種維生素、微量元素和功能性低聚糖、黃酮類化合物和豆固醇等功能成分^［10-11］。國內學者研究表明，北疆地區開展冬小麥—復播青貯玉米種植試驗，一年兩作是資源高效利用的種植模式^［12］。張慶宇等^［13］探討了圖們江流域一年兩作種植模式。宋秀珍等^［14］研究小麥青貯玉米一年兩作種植模式，為農民種植多樣性和增產增收提供指導。衡水地區采用馬鈴薯—谷子一年兩作種植模式，研究發現馬鈴薯應選早熟品種費烏瑞它和中薯 5 號，于3 月中旬至4 月上旬播種；夏谷宜選擇生育期 80～90 d 的中熟品種衡谷 10 號和衡谷 13 號，6 月底前完成播種。該種植模式下馬鈴薯產量約為 37 000 kg/hm2 、谷子產量約為5 700 kg/hm2，周年純收益可達 47 000 元/hm2，具有較好的生態效益^［15］。早在戰國時期《氾勝之書》就已提出禾谷類作物與豆科作物輪作不僅利于谷物產量提高，更利于農民增收。鑒于此，筆者以當地夏谷為核心，與綠豆品種進行一年兩作種植模式的產量經濟效益研究，通過探究一年兩作種植模式對綠豆、谷子農藝性狀、產量、經濟效益及土壤理化性質等的影響，摸索適合于華北夏谷休耕區的高產高收益種植模式。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于 2022 年在河北省農林科學院藁城谷子所試驗基地進行。試驗站位于藁城馬莊，海拔50 m，該地屬暖溫帶半濕潤大陸性季風氣候，土壤類型多以砂壤土為主，無霜期190 d。耕層土壤的肥力狀況如下：有機氮366.26 mg/kg，速效鉀1.30 mg/g，pH 7.38。試驗區概況見圖1。

1.2 試驗材料

選用河北省農林科學院糧油所提供的綠豆冀綠19、冀綠23以及河北省農林科學院谷子研究所提供的谷子品種冀谷45、冀谷39。

1.3 試驗設計

試驗區冬季采取休耕制度，試驗開始于春季，采用綠豆、谷子輪作模式，隨機區組設計。春季播種綠豆，設置2個綠豆品種（冀綠19和冀綠23），2種種植模式（露播和覆膜），3個播種時期T1處理（4月18日）、T2處理（5月1日）、T3處理（5月11日）。綠豆行距0.4 m，每處理小區22行，綠豆播種量15 kg/hm2，播種前不施肥。綠豆成熟收獲后，底施復合肥450～600 kg/hm2，播種谷子（冀谷45、冀谷39），谷子播種量7.5 kg/hm2，3個播種時間Y1處理（7月17日）、Y2處理（7月26日）、Y3處理（8月4日），田間管理同常規。6月中下旬種植冀綠19、冀綠23、冀谷45、冀谷39作為對照，播種量、施肥量以及田間管理同上。

1.4 項目測定及方法

前茬作物綠豆收獲后秸稈還田并深翻60 cm，夏谷播前用螺旋土鉆取0～20 cm耕層土壤，測定土壤的理化性質，速效鉀用NH4Ac 浸提，火焰光度計測定（Sherwood M410，英國）；pH采用梅特勒-托利多FE28ph計測定；銨態氮、硝態氮采用連續流動分析儀（AA3，德國）測定。

1.4.1 綠豆調查測定項目。生長過程中記錄綠豆生育期。成熟時每小區取中間2行進行考種，計算產量。選取生長一致的5株植株測定株高、豆莢重和豆莢粒重等農藝指標，隨后將植株置于烘箱內 105 ℃殺青 0.5 h 后，80 ℃烘干至恒重，獲取干物重。

1.4.2

谷子調查測定項目。生長過程中記錄谷子生育期。成熟時每小區取中間2行進行考種，計算產量。選取生長一致的5株植株測定株高、穗長和穗粗等農藝指標。計算谷豆輪作與單作綠豆、單作谷子的經濟效益。

1.5 數據處理與分析

采用DPS 9.05、SPSS 25進行數據統計分析（LSD 法），采用Excel 2013、Origin 2021作圖。

2 結果與分析

2.1 谷豆雙作對綠豆、谷子生育期的影響

在不同的時期播種綠豆、谷子，記錄綠豆和谷子播種日期和生育期，結果見表1。由表1可知，隨著綠豆種植時間的推移，其生育時長逐漸縮短。對于綠豆而言，不同播期與對照相比，早播綠豆的生育時長均低于對照，T1、T2、T3處理的生育時長均短于對照，分別縮短6、10、12 d。對于谷子而言，不同播期與對照相比，晚播谷子的播種時間晚于對照，生育時長短于或與對照持平。

2.2 谷豆雙作對綠豆農藝性狀、產量相關性狀的影響

由圖2可知，3個時期處理綠豆的株高、干重均低于對照。T1播期處理冀綠23露播的單豆莢重、單豆粒重分別高于冀綠23覆膜7.9%、5.2%，T2播期處理冀綠23覆膜的單豆莢重、單豆粒重分別高于冀綠23露播2.1%、3.8%，冀綠19

覆膜的單豆

莢重、單豆粒重分別高于冀綠19露播4.4%、5.0%。T3播期處

理間基本無明顯差異，均高于冀綠19、冀綠23 CK處理。T2播期處理的平均單豆莢重與平均單豆粒重最高，其次是T3播期處理，T2播期處理的平均單豆莢重與平均單豆粒重分別高于CK 處理113.6%、129.1%，T3播期處理的平均單豆莢重與平均單豆粒重分別高于CK 處理109.3%、122.8%。

2.3 谷豆雙作對谷子農藝性狀、產量相關性狀的影響

由圖3可知，隨著谷子播種時期的推移，Y1、Y2播期處理冀谷39、冀谷45成熟期的穗長和穗粗減少，但穗長低于CK，穗粗高于CK。Y1播期處理冀谷39、冀谷45的株高分別顯著高于Y2播期處理7.7%、23.0%，但均顯著低于CK。結合株高、穗長、穗粗，谷子較當地正常播種時期播種推遲，其長勢較CK差。

由圖4可知，不同播期播種對谷子產量相關性狀有影響。其中，Y1播期播種的冀谷39單穗重和單穗粒重高于Y2、Y3播期處理，分別高49.0%、1.2%；Y1播期播種的冀谷45單穗重和單穗粒重高于Y2、Y3播期處理，分別高33.6%、29.5%，但均低于CK處理，Y1播期播種的冀谷39、冀谷45單穗重和單穗粒重均顯著低于CK處理30.7%、41.0%。

2.4 谷豆雙作對綠豆、谷子產量及經濟效益的影響

由表2可知，T1播期條件下，露播和覆膜處理的冀綠23的產量均高于冀綠19，分別高于4.4%、32.7%；T2播期條件下，露播和覆膜處理的冀綠19產量分別比冀綠23高53.7%、4.6%；T3播期條件下，露播和覆膜處理的冀綠19產量分別比冀綠23高25.1%、32.6%。露播冀綠19隨播期的推移，產量呈現先上升后下降的趨勢，T2播期產量最高。露播和覆膜處理的冀綠23在T1處理下產量最高。對于谷子而言，不同播期處理冀谷39、冀谷45的產量排序均為Y2處理>Y1處理>Y3處理，Y1、Y2、Y3播期冀谷39分別低于CK處理70.0%、56.8%、81.5%，Y1、Y2和Y3播期的冀谷45分別低于CK處理68.2%、48.3%、78.1%。Y1、Y2、Y3播期與CK處理的穗數相差較大，可能是造成3個播期谷子產量有所差別的原因。

雙作模式經濟效益高于綠豆單播，與單作冀谷39、單作冀谷45相比，T1Y1輪作模式下冀綠23覆膜+冀谷39、冀綠19覆膜+冀谷45的效益分別增加4 216.5、636.0元/hm2；T2Y2輪作模式冀綠19+冀谷45的經濟效益高于單作冀谷45的效益6 924.0元/hm2。選擇適宜的谷子品種和綠豆雙作，可以提高經濟效益。綜合產量和經濟效益來看，Y2播期的冀谷45和綠豆冀綠19輪作模式較好。

2.5 播種前和成熟期土壤NH4+、NO3-含量

對谷豆雙作播前與成熟后的土壤0～20 cm的NH4+、NO3-含量進行研究，結果見圖5。與播種前相比，成熟期土壤NH4+、NO3-含量分別降低，且NO3-含量達到顯著差異，NH4+和NO3-含量降低可能是因為土壤肥力低，被植物吸收，而導致NH4+、NO3-吸收量不一致的原因可能是土壤pH偏低，利于植物吸收NO3-，播種前撒施肥料量應適當增加。

2.6 綠豆、谷子的產量及經濟效益與各指標間的相關

性 將綠豆和谷子的產量及經濟效益分別與農藝指標和產量相關性狀指標進行相關性分析可知，綠豆的產量和經濟效益與生育時長、單豆莢重、單豆粒重、株高、干重呈顯著相關（圖6）。其中，產量與單豆莢重、單豆粒重呈顯著正相關（R2=0.78、0.80），與生育時長、株高、干重呈顯著負相關（R2=0.54、0.72、0.64）（圖6A）。谷子的產量與生育時長、單穗重、單穗粒重、出谷率呈顯著正相關（R2=0.79、0.79、0.86、0.68），與穗數無顯著相關性（圖6B）。

3 結論與討論

一年兩作種植模式具有資源利用率高、光溫生產效率高等優點^［16］，是一種高效的種植模式。該研究中，一年兩作種植對綠豆和谷子籽粒產量形成影響顯著。T1播期的綠豆較對照增產2～7倍，T2播期的綠豆較對照增產2～4倍，T3播

期的綠豆較對照增產2～4倍，Y1播期的谷子較對照減產60%～70%，Y2播期的谷子較對照減產40%～50%，Y3播期的谷子較對照減產70%～80%。綠豆T2播期播種，7月底前即可收獲播種谷子，谷子品種選用冀谷45，綠豆無論露地播種還是覆膜播種，輪作種植模式的經濟效益均要高于谷子單作，這與馬鈴薯-谷子一年兩作種植模式下經濟效益有所提升的結果一致 ^［15］。

華北地區春季、秋季溫度不穩定，而熱量資源作為限制第一季作物出苗及第二季作物成熟的主要因素，可能存在熱量不足的風險^［17］。針對以上問題，在華北地區推行一年兩作種植模式需要保證綠豆生育期短，在有限的時間內達到成熟，促使綠豆提早上市，穩定市場供應需求。綠豆收獲后選擇生育期短且與抗除草劑配套的谷子品種^［18］，統籌谷子前期的水肥供應，實現作物前期生物量的快速增長，保障谷子成功收獲。

該研究中，T2 Y2播期（冀綠19+冀谷45）的輪作模式較好，冀綠19露地播種的效益優于覆膜播種，播種時期是保證一年兩作模式中綠豆適時收獲的重要前提，覆膜播種可適當晚于適播期，露地播種可適當早于適播期，這與劉玲玲等^［19-20］的研究結果一致。輪作種植模式中，綜合產量與經濟效益來看，綠豆適宜在5月初播種，谷子適宜在7月中旬完成播種，結合產量、經濟效益與土壤NH4+、NO3-含量來看，種前適時施肥，適宜輪作的相關技術可以改善土壤健康，提升產量，帶來更可觀的經濟效益與生態效益。

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