半干旱加拿大草原区特色作物轮作序列的经济效益分析：氮肥成本降低与净收益提升策略

本综述系统评估了加拿大半干旱草原区特色作物（如东方芥菜、黄芥菜、藜麦等）与谷物豆科轮作序列的经济效益。研究表明，含豆科与特色作物的轮作序列（如W–O–L–W–Y）净收益（NR）显著高于连作小麦或休耕序列，同时氮肥成本降低30%（N requirement）。这些序列通过生物固氮和养分优化实现经济效益与环境可持续性的双赢，为旱区农业系统设计提供了重要经济依据。

　　

引言

作物多样化对可持续土壤管理、杂草与病害控制具有重要作用，有助于保障长期土壤健康与作物生产力。加拿大草原区传统种植系统（如连作小麦、小麦-休耕、小麦-油菜）虽具有一定生产力，但缺乏韧性并引发环境问题。通过轮作、物种多样化及豆科作物整合等管理实践，可减少对昂贵农业投入品（如氮肥、农药）的依赖，降低温室气体排放，改善土壤健康并提升农场长期盈利能力。

材料与方法

实验设计

本研究在加拿大萨斯喀彻温省的斯科特（Scott）和斯威夫特卡伦特（Swift Current）以及艾伯塔省的布鲁克斯（Brooks）和莱斯布里奇（Lethbridge）四个试验点展开，涵盖两项为期5年（2018–2022）的轮作序列试验。试验采用随机区组设计，设4次重复。试验1评估了包含工业芥菜、东方芥菜、黄芥菜、骆驼ina和亚麻等油料作物与谷物（春小麦）及豆类（豌豆和扁豆）的序列，试验2则评估了向日葵、藜麦、金丝雀籽与工业芥菜、黄芥菜等特色作物在谷物和豆类序列中的表现。

经济评估

净收益（Net Return, NR）定义为总收入减去总成本。作物价格、肥料及农药成本基于2012–2023年平均名义价格计算，机械成本则根据田间操作数据调整。敏感性分析探讨了作物和肥料价格波动对NR及序列排名的影响。

结果与讨论

轮作序列对年化净收益的影响

在试验1中，W–O–L–W–Y（小麦-东方芥菜-扁豆-小麦-黄芥菜）和W–O–P–W–Y（小麦-东方芥菜-豌豆-小麦-黄芥菜）序列的NR最高（分别为376和372加元·公顷^?1·年^?1），而连作小麦（40加元·公顷^?1·年^?1）和W–W–Ch–W–W（小麦-小麦-化学休耕-小麦-小麦）序列（6加元·公顷^?1·年^?1）NR最低。各试验点结果趋势总体一致。试验2中，W–Q–P–W–Y（小麦-藜麦-豌豆-小麦-黄芥菜）和W–Y–P–W–Y（小麦-黄芥菜-豌豆-小麦-黄芥菜）序列NR最高，表明添加工业芥菜、黄芥菜或藜麦与豌豆和小麦轮作具有较高盈利潜力。

相似序列分组对年化净收益的影响

试验1中，包含W–Can–W–Puls–W（3小麦-1油菜-1豆类）、W–PO–Puls–W–PO（2小麦-2特色油料-1豆类）和W–OS–Puls–W–PO（2小麦-1油料-1豆类-1特色油料）的序列组NR均显著高于连作小麦和休耕序列。试验2中，包含特色作物（SP）的序列组（W–SP–Puls–W–PO）在斯科特点NR更高，而包含特色油料（PO）的序列组（W–PO–Puls–W–PO）在斯威夫特卡伦特及整体试验点表现更优，表明盈利性受地点特异性影响。

前茬作物对豌豆、扁豆及春小麦净收益的影响

前茬作物对2020年豌豆和扁豆NR的影响仅在莱斯布里奇点显著，东方芥菜作为前茬时豆类NR最高。前茬对2021年春小麦NR影响显著：化学休耕后小麦NR较高，但不足以抵消休耕期损失；豆类后作小麦NR因地点而异，整体上化学休耕和豌豆作为前茬时小麦表现较好。

轮作序列对氮肥成本的影响

多样化序列（如含工业芥菜、东方芥菜、骆驼ina和黄芥菜的序列）氮肥成本较连作小麦降低28%–30%。豆类作物通过生物固氮提供氮素，减少后续谷物对化肥的依赖。序列分组分析显示，W–PO–Puls–W–PO和W–OS–Puls–W–PO序列组氮肥成本显著低于连作小麦，与休耕序列相当。

结论

特色作物轮作序列的经济效益具有地点特异性，但含东方芥菜、扁豆/豌豆和黄芥菜的序列（W–O–L–W–Y和W–O–P–W–Y）在整体上NR高于传统序列。添加豆类和特色作物可提高NR，且高频次特色作物轮作进一步增加收益。藜麦和黄芥菜与豌豆、小麦轮作（W–Q–P–W–Y和W–Y–P–W–Y）也显示较高NR。前茬作物对小麦NR影响显著，化学休耕后作小麦NR较高但无法弥补休耕期损失。豆类作物轮作可降低氮肥成本15%，添加特色油料作物后可进一步降低30%。本研究为半干旱区农户选择盈利性轮作序列提供了重要参考，但长期经济与环境影响仍需进一步研究。