宁夏中部干旱区一年生饲草轮作系统生产效益分析

doi:10.11686/cyxb2025253

摘要/Abstract

摘要：

与传统单播模式相比，将混播系统纳入单播模式可以增加轮作作物多样性。然而，这种模式能否提高作物产量和经济效益仍需验证。此外，混播系统与单播模式在物质能量投入上的差异如何影响能量利用效率和温室气体排放目前仍不清楚。于2023和2024年通过开展大田定位试验，采用随机区组设计，分别设置3个处理［玉米单作（M）、甜高粱/拉巴豆-玉米（S/L-M）、饲用燕麦/毛苕子-玉米（O/V-M）］，对其进行了产量（鲜草和干草产量）、经济效益（产值、成本与净收益）、能源效益（投入与产出和能量利用率）、温室气体排放（N₂O排放量和排放强度）以及生态效能指数（EEI_EI和EEI_GHG）指标系统的观测与分析。结果表明：与M模式相比，采用轮作措施系统干草产量和经济效益分别提高了157.1%和93.5%，同时物质能量投入也提高了127.5%，其中人工投入与种子投入是主要驱动因素，分别增加了67.5%和60.0%。然而，轮作措施虽提高了系统物质投入，但其能量利用效率也提高了34.6%，进而温室气体排放强度降低了211.8%。此外，与O/V-M模式相比，S/L-M模式在系统产量和经济效益方面表现更优。由于物质能量利用效率的提升，该模式使温室气体排放强度降低了15.4%，生态效能指数提高了16.9%。采用甜高粱/拉巴豆-玉米（S/L-M）模式代替玉米单作模式不仅能有效缓解饲草短缺、显著提高系统产量和经济效益，还可提升物质能量利用效率，降低温室气体排放强度，可作为宁夏中部干旱农业可持续发展的推荐模式。

关键词: 干旱区, 轮作系统, 混播, 产量, 生态效益

Abstract:

Compared with traditional monocropping systems， mixed cropping systems can increase crop diversity in rotations. However， whether this approach enhances crop yields and economic benefits remains to be verified. Furthermore， the impact of differing material and energy inputs between mixed cropping systems and monocropping systems on energy utilization efficiency and greenhouse gas emissions remains unclear. Field trials were conducted in 2023 and 2024 using a randomized block design with three treatments：［maize （Zea mays） monoculture （M）］，［Sorghum bicolor/Lablab purpureus-maize （S/L-M）］， and ［Avena sativa/hairy vetch （Vicia villosa）-maize （O/V-M）］. Measurements and analyses were carried out to determine yield （fresh and dry forage yield）， economic benefits （output value， costs， and net income）， energy efficiency （input-output ratios and energy utilization rates）， greenhouse gas emissions （N₂O emissions and emission intensity）， and ecological efficiency indices ［EEI_EI （economic ecological efficiency index） and EEI_GHG（greenhouse gas emissions ecological efficiency index）］. The results show that， compared with the M model， the S/L-M system increased yield and economic benefits by 157.1% and 93.5%， respectively， with material and energy inputs increased by 127.5%. Labor and seed inputs were the primary drivers of the increased material and energy inputs， being increased by 67.5% and 60.0%， respectively， in the cropping rotation system. However， while the rotation system increased material inputs， it also improved energy utilization efficiency by 211.8%， thereby reducing greenhouse gas emission intensity by 34.6%. Compared with the O/V-M system， the S/L-M system demonstrated superior performance in terms of both yield and economic benefits. Because of its enhanced material and energy utilization efficiencies， the S/L-M system reduced greenhouse gas emission intensity by 15.4% and increased the ecological efficiency index by 16.9%. These results show that replacing maize monoculture with the S/L-M model not only effectively alleviates forage shortages and significantly boosts system yield and economic benefits， but also enhances material and energy utilization efficiencies while reducing greenhouse gas emission intensity. Therefore， this model is recommended for the sustainable development of arid agriculture in central Ningxia.

Key words: arid region, rotation system, mixed sowing, yield, ecological benefits

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图/表 10

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项目 Item	2023	2024
玉米 Maize	2.68	2.30
甜高粱 S. bicolor	13.20	14.10
拉巴豆 L. purpureus	8.42	9.79
饲用燕麦 A. sativa	6.45	7.25
毛苕子 V. villosa	5.55	6.28

项目 Item	2023	2024
玉米 Maize	2.68	2.30
甜高粱 S. bicolor	13.20	14.10
拉巴豆 L. purpureus	8.42	9.79
饲用燕麦 A. sativa	6.45	7.25
毛苕子 V. villosa	5.55	6.28

项目 Item	类别 Category	单位 Unit	能量系数 Energy conversion coefficient （MJ）	材料生产排放系数 Emission coefficient from production of materials （kg CO₂e·unit^-1）	材料使用排放系数 Emission coefficient from materials use （kg CO₂e·unit^-1）	参考文献 Reference
投入 Input	成年男性>18岁Adult male>18 years	h	1.96	—	0.035	［19］
	成年女性>18岁Adult females>18 years	h	1.57	—	0.035	［19］
	柴油Diesel oil	L	56.31	53.27	3.320	［20］
	拖拉机Tractors	h	332.00	3.32	—	［20］
	氮肥Nitrogen fertilizer	kg	60.60	0.81	4.960	［21］
	磷肥Phosphate fertilizer	kg	11.10	0.11	—	［22］
	杀虫剂Insecticide	kg	120.00	—	—	［23］
	玉米种子Maize seeds	kg	15.10	—	—	［24］
	饲用燕麦种子A. sativa seeds	kg	15.50	—	—	［25］
	甜高粱种子S. bicolor seeds	kg	17.35	—	—	［26］
	拉巴豆种子L. purpureus seeds	kg	14.20	—	—	［27］
	毛苕子种子V. villosa seeds	kg	14.50	—	—	［27］
产出 Output	玉米干物质Maize dry matter	kg	18.00	—	—	［28］
	饲用燕麦干物质 A. sativa dry matter	kg	16.30	—	—	［29］
	甜高粱干物质S. bicolor dry matter	kg	17.80	—	—	［30］
	拉巴豆干物质L. purpureus dry matter	kg	18.30	—	—	［31］
	毛苕子干物质V. villosa dry matter	kg	20.20	—	—	［31］

项目 Item	类别 Category	单位 Unit	能量系数 Energy conversion coefficient （MJ）	材料生产排放系数 Emission coefficient from production of materials （kg CO₂e·unit^-1）	材料使用排放系数 Emission coefficient from materials use （kg CO₂e·unit^-1）	参考文献 Reference
投入 Input	成年男性>18岁Adult male>18 years	h	1.96	—	0.035	［19］
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	柴油Diesel oil	L	56.31	53.27	3.320	［20］
	拖拉机Tractors	h	332.00	3.32	—	［20］
	氮肥Nitrogen fertilizer	kg	60.60	0.81	4.960	［21］
	磷肥Phosphate fertilizer	kg	11.10	0.11	—	［22］
	杀虫剂Insecticide	kg	120.00	—	—	［23］
	玉米种子Maize seeds	kg	15.10	—	—	［24］
	饲用燕麦种子A. sativa seeds	kg	15.50	—	—	［25］
	甜高粱种子S. bicolor seeds	kg	17.35	—	—	［26］
	拉巴豆种子L. purpureus seeds	kg	14.20	—	—	［27］
	毛苕子种子V. villosa seeds	kg	14.50	—	—	［27］
产出 Output	玉米干物质Maize dry matter	kg	18.00	—	—	［28］
	饲用燕麦干物质 A. sativa dry matter	kg	16.30	—	—	［29］
	甜高粱干物质S. bicolor dry matter	kg	17.80	—	—	［30］
	拉巴豆干物质L. purpureus dry matter	kg	18.30	—	—	［31］
	毛苕子干物质V. villosa dry matter	kg	20.20	—	—	［31］

年份 Year	轮作模式 Rotation system	鲜草产量 Fresh grass yield	干草产量 Hay grass yield
2023	O/V-M	144.55±0.72b	38.79±0.15b
	S/L-M	227.90±0.74a	60.17±0.16a
	M	58.23±0.17c	17.54±0.20c
2024	O/V-M	141.84±1.06b	48.39±0.28b
	S/L-M	251.18±0.82a	69.36±0.60a
	M	47.77±0.22c	25.35±0.16c
年份Year		0.567	<0.004
轮作模式Rotation system		<0.001	<0.001
年份×轮作模式Year×rotation system		0.078	0.953