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为探究豆科和特色作物轮作序列的经济效益及前茬作物影响，研究人员在加拿大开展为期 5 年的实验。结果表明，含东方芥菜、小扁豆等的轮作序列净收益（NR）更高，还能降低氮肥成本。该研究助力农民优化种植决策。
在加拿大广袤的半干旱草原上，农业种植方式正面临着可持续发展的严峻挑战。传统的连续小麦（Triticum aestivum L.）、小麦 - 休耕以及小麦 - 油菜（Brassica napus L.）等种植系统，虽能在一定程度上保证产量，但却给土壤健康和生态环境带来了诸多问题，比如土壤肥力下降、病虫害增多，还对农业的长期盈利能力产生了负面影响。与此同时，尽管多样化种植系统在土壤管理、病虫害控制等方面展现出明显优势，然而关于油籽、谷物、豆类和特色作物多样化轮作的盈利能力，人们却知之甚少。为了填补这一知识空白，找到更具经济效益和可持续性的种植模式，来自加拿大相关研究机构的研究人员开展了一项意义重大的研究。
研究人员进行了两个为期 5 年（2018 - 2022）的实验，实验地点选在萨斯喀彻温省和艾伯塔省的四个不同地方。在实验中，他们精心设计了多种作物序列，涵盖常见作物如小麦（W）、阿根廷油菜（Can）、豌豆（P）、小扁豆（L），以及特色作物藜麦（Q）、金丝雀籽（CS）、工业芥菜（I）等。实验采用随机完全区组设计，每个处理设置四个重复，确保实验结果的可靠性。在经济评估方面，研究人员综合多方面因素计算各项成本和收益，包括种子成本、肥料成本、农药成本、机械成本等，最终得出净收益（NR），即总收入减去总成本。
通过一系列严谨的实验和数据分析，研究人员得出了许多重要结论。首先，作物序列对年度化净收益（NR）有着显著影响。在实验 1 中，像小麦 - 东方芥菜 - 小扁豆 - 小麦 - 黄芥菜（W–O–L–W–Y）和小麦 - 东方芥菜 - 豌豆 - 小麦 - 黄芥菜（W–O–P–W–Y）这两种序列，在所有实验地点都展现出较高的 NR，而连续小麦和小麦 - 化学休耕 - 小麦 - 小麦（W–W–Ch–W–W）序列的 NR 则最低。在实验 2 中，小麦 - 藜麦 - 豌豆 - 小麦 - 黄芥菜（W–Q–P–W–Y）和小麦 - 黄芥菜 - 豌豆 - 小麦 - 黄芥菜（W–Y–P–W–Y）的轮作序列 NR 最高。这充分说明，合理搭配特色作物和豆类的轮作序列，能够显著提高种植的经济效益。
其次，研究发现不同序列分组对年度化 NR 也有不同影响。在实验 1 中，包含特定特色作物的序列分组在多个实验地点的 NR 都高于连续小麦序列和小麦 - 化学休耕序列。在实验 2 中，虽然不同序列分组的 NR 优势因地点而异，但总体表明在小麦和豆类作物序列中添加特色作物或有前景的油籽作物，能够带来一定的经济收益提升。
再者，前茬作物对后茬作物的 NR 也存在影响。不过这种影响较为复杂，不同地点和不同作物表现各异。在实验 1 中，在莱斯布里奇（Lethbridge）站点，东方芥菜作为前茬作物，能让豌豆和小扁豆的 NR 更高；在 2021 年，化学休耕作为前茬作物，多数情况下能让小麦的 NR 更高。但在实验 2 中，前茬作物对豌豆和小扁豆 NR 的影响并不普遍，仅在个别站点有显著影响。
另外，作物序列还对氮肥成本产生重要影响。实验 1 显示，包含小麦、豆类以及不同特色油籽作物的多样化序列，相比连续小麦序列，氮肥成本显著降低了 28% - 30%。这主要是因为豆类作物能够通过生物固氮作用为土壤提供氮素，减少了后续作物对氮肥的需求。
这些研究结论对于加拿大半干旱草原地区的农业发展意义非凡。它为农民提供了科学依据，帮助他们选择更具盈利能力的作物轮作序列，合理安排前茬作物，在提高经济效益的同时，降低生产成本，实现可持续农业发展。同时，该研究成果也为其他类似地区的农业种植模式优化提供了宝贵的参考范例。这篇论文发表在《Canadian Journal of Plant Science》上，为农业科学领域的研究贡献了重要的知识财富。
研究人员在开展这项研究时，运用了多种关键技术方法。在实验设计上，采用随机完全区组设计，设置四个重复，保证实验结果的科学性和可靠性。实验过程中，详细记录气象数据、作物产量数据等。在经济评估环节，综合多年平均价格数据，精确计算各项成本和收益，从而得出净收益数据。通过这些方法，全面、系统地分析了作物轮作序列的经济效益和相关影响因素。
下面详细介绍研究结果：
- 作物序列对年度化 NR 的影响：通过对实验 1 和实验 2 中不同作物序列的年度化 NR 进行分析，发现不同序列间差异显著。像 W–O–L–W–Y、W–O–P–W–Y 等序列在多个站点 NR 较高，而连续小麦和含化学休耕的序列 NR 较低。这表明合理的作物轮作搭配能显著提升经济效益。
- 相似序列分组对年度化 NR 的影响：将实验 1 和实验 2 中的序列按作物类型分组对比，发现包含特色作物的序列分组在多数站点 NR 高于连续小麦等传统序列，且不同分组间的 NR 优势在不同站点存在差异，说明特色作物对经济效益提升有积极作用，且受地域影响。
- 前茬作物对 NR 的影响：研究不同前茬作物对豌豆、小扁豆和小麦 NR 的影响，发现其影响因地点和作物而异。在实验 1 的莱斯布里奇站点，东方芥菜作为前茬能提高豌豆和小扁豆的 NR；在 2021 年，化学休耕作为前茬对多数站点小麦的 NR 有积极影响，但在实验 2 中，前茬作物对豌豆和小扁豆 NR 的影响不普遍。
- 序列对肥料氮成本的影响：分析实验 1 中不同作物序列的氮肥成本，发现多样化序列相比连续小麦序列，氮肥成本显著降低，这得益于豆类作物的生物固氮作用，减少了后续作物的氮肥需求。
在研究结论和讨论部分，研究人员再次强调，特色作物轮作序列的 NR 具有地点特异性，需要因地制宜地开发轮作序列以实现最大效益。含东方芥菜、小扁豆 / 豌豆和黄芥菜的序列在多个站点 NR 较高，添加豆类和特色作物能提升 NR。同时，前茬作物对小麦的影响显著且复杂，而对豌豆和小扁豆的影响相对较小。此外，在轮作序列中加入豆类和有前景的油籽作物，不仅能提高 NR，还能降低氮肥成本。这项研究为农民提供了切实可行的种植建议，对推动加拿大半干旱草原地区农业可持续发展具有重要意义。不过，研究也存在一定局限性，如研究周期仅为 5 年，未来还需进一步探究长期的财务影响以及对环境和土壤健康的影响，以便为农业发展提供更全面、更深入的指导。
