《Agronomy Journal》：Insights from a two-decade study of crop rotation and biocover impact on yield in no-till corn
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中文翻译如下：作物轮作和覆盖作物（生物覆盖物）管理能够提高免耕玉米的生产力和产量稳定性，然而，针对湿润亚热带粉砂壤土的长期证据仍然有限。本研究评估了玉米（Zea mays L.）籽粒产量在20年期间（2002–2021）内、不同作物序列和生物覆盖物处理下的表现
中文翻译如下：作物轮作和覆盖作物（生物覆盖物）管理能够提高免耕玉米的生产力和产量稳定性，然而，针对湿润亚热带粉砂壤土的长期证据仍然有限。本研究评估了玉米（Zea mays L.）籽粒产量在20年期间（2002–2021）内、不同作物序列和生物覆盖物处理下的表现，研究地点位于田纳西州的两个试验站：米兰研究与教育中心（RECM；Loring粉砂壤土）和中田纳西研究与教育中心（MTREC；Maury粉砂壤土）。试验采用裂区（条区）设计。主区包含重复的4年阶段，涉及包含玉米、大豆（Glycine max L.）和/或棉花（Gossypium hirsutum L.）的不同作物序列（RECM 10个序列，MTREC 7个序列）。副区包含生物覆盖物处理：奥地利冬豌豆（Pisum sativum L. sativum var. avense）、毛叶苕子（Vicia villosa L.）、小麦（Triticum aestivum L.）、家禽粪肥或冬季休耕。数据采用广义线性混合模型进行分析，以检验管理措施及其与阶段和地点交互作用的影响。跨阶段和地点而言，轮作相对于连作玉米提高了产量，其中玉米跟随大豆的序列在各阶段表现最为一致。豆科生物覆盖物和家禽粪肥在多个阶段和特定地点的比较中相对于休耕提高了产量。相比之下，小麦在早期阶段往往降低产量，尽管在后期阶段其负面响应有所减弱。对于美国东南部的生产者而言，优先采用以大豆为基础的轮作，并将其与豆科生物覆盖物或家禽粪肥相结合，为在美国东南部长期间免耕系统中提高玉米产量提供了一条切实可行的途径。
**论文解读：免耕玉米轮作与生物覆盖物长期效应的二十年定位研究**
**研究背景与问题的提出**
作物轮作与覆盖作物管理作为可持续农业的核心措施，长期以来被证实能够减轻病虫害压力、提升土壤肥力并促进作物产量。然而，在美国东南部湿润亚热带气候条件下的粉砂壤土区域，关于不同作物序列和生物覆盖物组合对免耕玉米产量的长期定位研究仍十分有限。既有研究结果存在分歧：部分报道指出免耕条件下连作玉米并无产量损失，亦有研究强调引入大豆的轮作具有增产优势。此外，生物覆盖物如毛叶苕子（HV）和家禽粪肥（PL）虽能提升产量，但其在轮作体系中的持续效应尚未得到充分解析。长期数据集中的模型约束等分析难题也增加了比较的复杂性。因此，亟需基于区域性长期定位试验数据，为平衡生产力与土壤健康的可持续玉米生产提供科学依据。该研究正是基于这一需求，利用田纳西州两个站点长达20年（2002–2021年）的免耕轮作与生物覆盖物定位试验，系统评估了不同管理措施对玉米产量的长期影响。
**研究目标与试验设计**
研究人员于2002年至2021年在美国田纳西州米兰研究与教育中心（RECM；Loring粉砂壤土）和中田纳西研究与教育中心（MTREC；Maury粉砂壤土）设置了长期定位试验。试验采用裂区（条区）设计，主区为重复的4年阶段（共5个阶段：I–V）内不同的作物序列，RECM包含10个含玉米、大豆、棉花的序列，MTREC包含7个含玉米和大豆的序列；副区为5种生物覆盖物处理：奥地利冬豌豆（AW）、冬季休耕（F；对照）、毛叶苕子（HV）、家禽粪肥（PL）和小麦（W）。试验于2002年建立后，各处理固定于同一试验单元直至2021年，以评估累积效应。玉米产量数据采用SAS 9.4的GLIMMIX过程通过广义线性混合模型进行分析。数据集划分为三个子集：数据集A（RECM全部50个处理）、数据集B（MTREC全部35个处理）和数据集C（两地点共有的10个处理），分别采用相应的裂区析因设计进行统计建模，其中年份和重复设为随机效应，地点（数据集C）、阶段、作物序列和生物覆盖物设为固定效应。
**主要研究结果与发现**
**作物序列对玉米产量的影响**：在RECM，效应切片检验（TES）显示所有阶段的序列差异均显著，其中TSCT序列在各阶段均持续高于连作玉米（CCCC），且平均增产幅度最大（7.34%），表现出较高的产量稳定性；而TCTS序列在不同阶段分别出现最大负增产（?23.42%）和最大正增产（18.98%），体现了其高产潜力与阶段性波动的双重特征。两地点共有序列分析显示，玉米-大豆轮作（CSCS）在所有阶段均持续高于连作玉米，增产幅度在2.64%至11.9%之间，其中在高温的第三阶段增产幅度最大，这归因于大豆残留物提升氮素有效性带来的“大豆效应”。
**生物覆盖物对玉米产量的影响**：在RECM，HV在第一阶段（9.3 Mg ha?1）和第二阶段（9.08 Mg ha?1）产量最高，PL在第四阶段（12.22 Mg ha?1）最高，而休耕在第五阶段（12.66 Mg ha?1）表现最佳；小麦在多个阶段产量较低。在MTREC，AW和PL在部分阶段表现优于其他处理，而小麦在第五阶段从早期的最低产处理转变为最高产处理。总体上，豆科覆盖物（AW和HV）及PL在多数比较中表现不劣于或优于冬季休耕，但没有任何单一生物覆盖物能在所有环境或阶段中始终占优，表明其效应具有显著的阶段和地点依赖性。
**序列与生物覆盖物的交互效应**：在RECM，HV在CCCC和CSSC序列下产量最高，而在SCSC序列下产量最低（9.32 Mg ha?1），说明同一生物覆盖物的效应取决于其所在作物序列的功能环境。在MTREC，AW在CSCS轮作下产量最高（9.11 Mg ha?1），而小麦在所有序列下均表现较差。交互作用分析表明，覆盖物的增产效应在玉米密集型序列中更为显著，而在多样化程度较高的大豆轮作体系中其影响相对减弱。
**时空动态**：两地点均在后期阶段达到产量峰值（MTREC在第五阶段为13.17 Mg ha?1，RECM在第四阶段为11.81 Mg ha?1），但产量轨迹存在差异，第三阶段RECM产量出现阶段性回落，反映了长期增产趋势中仍受短期气候波动的影响。
**结论与意义**
该研究表明，在20年免耕管理下，作物轮作持续显著影响玉米籽粒产量。所有三个数据集的分析结果均一致表明，含大豆的轮作在各阶段均优于连作玉米，其中玉米跟随大豆的轮作序列（尤其是RECM的TSCT和两地共有的CSCS）表现出最稳定的产量优势。生物覆盖物效应呈现阶段和地点依赖性，豆科覆盖物和PL在多数情况下优于或相当于休耕和小麦处理，但无单一处理在所有环境中始终最优。综合而言，采用以大豆为基础的多样化轮作，并与豆科生物覆盖物或家禽粪肥搭配，是提升美国东南部免耕玉米长期产量和稳定性的切实可行策略。该研究为湿润亚热带粉砂壤土区域的可持续玉米生产提供了宝贵的20年长期定位数据支撑。
