不同轮作模式对高寒黑土区土壤养分及马铃薯产量的影响

摘要 ［目的］研究不同轮作模式对高寒黑土区土壤养分及马铃薯产量的影响。［方法］设置6个种植模式进行田间定位试验，分别为2年轮作的马铃薯-小麦-甜菜-马铃薯（St-Ta-Bv-St）和马铃薯-水飞蓟-小麦-马铃薯（St-Sm-Ta-St）；3年轮作的小麦-甜菜-小麦-马铃薯（Ta-Bv-Ta-St），油菜-小麦-甜菜-马铃薯（Bn-Ta-Bv-St）和小麦-油菜-大麦-马铃薯（Ta-Bn-Hv-St）；马铃薯2年连作的油菜-小麦-马铃薯-马铃薯（CK）。［结果］与CK相比，不同轮作模式对0～20 cm土层有机质、总氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量均有促进作用，Ta-Bv-Ta-St土壤有机质、全钾、速效磷和速效钾含量较CK显著提高82.22%、123.89%、140.08%和20.06%；Bn-Ta-Bv-St土壤全氮和碱解氮含量较CK显著提高72.78%和37.95%。不同轮作模式均提高了马铃薯产量，其中Ta-Bv-Ta-St产量最高（58.02 t/hm2）。不同轮作处理马铃薯商品薯率均极显著高于CK，其中，Ta-Bn-Hv-St商品薯率最高，为88.76%。马铃薯产量与土壤有机质和全钾呈显著正相关（P＜0.05），与速效钾呈极显著正相关（P＜0.01）。［结论］Ta-Bv-Ta-St、St-Sm-Ta-St与Ta-Bn-Hv-St轮作模式较其他处理更能改善土壤环境，提高马铃薯产量，适宜在高寒黑土区推广，其中Ta-Bv-Ta-St对提高马铃薯高产高效栽培技术效果最为显著。

关键词 高寒黑土区；轮作；土壤养分；马铃薯产量

中图分类号 S532 文献标识码 A 文章编号 0517-6611（2025）06-0149-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.06.034

Effects of Different Crop Rotation Patterns on Soil Nutrients and Potato Yield in Alpine Black Soil Areas

WANG Zi-yi HAN Wei2， QI Bei1 et al

（1. Inner Mongolia Agricultural University， Hohhot， Inner Mongolia 010019;2. Snowvalley Agricultural Group Limited Liability Company， Zhangjiakou， Hebei 075000）

Abstract ［Objective］ To study the effects of different crop rotation patterns on soil nutrients and potato yield in the alpine black soil area. ［Method］ 6 treatments were set as potato-wheat-beet-potato （St-Ta-Bv-St）， potato-water thistle-wheat-potato （St-Sm-Ta-St）;wheat-beet-wheat-potato （Ta-Bv-Ta-St）， oilseed rape-wheat-beet-potato （Bn-Ta-Bv-St）， wheat-oilseed rape-barley-potato （Ta-Bn-Hv-St）;oilseed rape-wheat-potato-potato （CK）. ［Result］ Compared with CK， different crop rotation patterns promoted the content of organic matter， total nitrogen， total phosphorus， total potassium， alkaline dissolved nitrogen， quick-acting phosphorus and quick-acting phosphorus in the 0-20 cm soil layer. The Ta-Bv-Ta-St treatment had a significant promotion of soil nutrients， and the content of soil organic matter， total potassium and quick-acting nutrients was significantly increased compared with CK by 82.22%， 123.89%， 140.08% and 20.06%;Bn-Ta-Bv-St treatment was the second highest， soil total nitrogen and alkaline dissolved nitrogen content significantly increased by 72.78% and 37.95% compared with CK. Different crop rotation patterns significantly improved potato yields compared with CK， and Ta-Bv-Ta-St treatment had the highest yield of 58.02 t/hm2. There were highly significant differences in the commercial potato yields of different crop rotation patterns， with Ta-Bn-Hv-St treatment having the highest commercial potato yield of 88.76%. Potato yield was significantly and positively correlated with soil organic matter and total potassium （P<0.05）， and highly significant and positively correlated with quick-acting potassium （P<0.01）.［Conclusion］ Ta-Bv-Ta-St， St-Sm-Ta-St and Ta-Bn-Hv-St crop rotation patterns are more capable of improving the soil environment and potato yield than other treatments， and are suitable for popularisation in the alpine black soil area， among which Ta-Bv-Ta-St was more effective in improving the high-yield and high-efficiency cultivation technology of potato.

Key words Alpine black soil area;Crop rotations;Soil nutrients;Potato yield

黑土地被誉为“耕地中的大熊猫”，在保障国家粮食安全方面具有重要的战略地位，我国东北高寒黑土区拥有全球最为珍稀的黑土资源［1］。近些年来，我国黑土区面临着一系列生态环境问题，如土壤侵蚀加剧、黑土层变薄、土壤养分流失、种植结构失衡等，严重影响黑土区耕地资源的可持续利用［2-3］。轮作具有提高土壤养分含量、增加微生物群落多样性、降低病虫害影响、改善土壤理化性质［4-7］、促进作物生长发育［8-9］等优点，是实现国家粮食安全和黑土地保护重大战略目标的途径之一［10-12］。

目前，轮作在马铃薯生产中具有巨大的生态和经济效益。熊湖等［13］指出通过轮作可以提高土壤酶活性，加速土壤中速效养分转化，促进马铃薯植株生长发育，从而缓解长期连作对马铃薯的胁迫作用。刘高远等［14］的研究表明，轮作、连作处理后土壤中氮含量差异明显，其中轮作能够提高土壤中氮含量，从而提高土壤肥力。研究表明轮作还可以提高土壤中有效磷含量［15-16］。钾是作物连作障碍因子之一［17］，土壤速效钾含量对作物的生长发育有较大影响，在农业生产中常因土壤钾含量低下而造成作物减产，采用不同作物轮作可以较好地解决该问题，如马铃薯-双季稻轮作可以使土壤钾含量维持在较稳定的状态［18］。作物合理轮作也能够提高土壤有机质含量，改善土壤肥力［19-21］。

该研究以高寒黑土区大兴安岭西麓为研究区，探究不同轮作模式对土壤养分及马铃薯产量的影响。该区是国际公认的马铃薯最佳种植带。土壤以黑钙土和草甸土为主，结构良好、质地疏松，非常适宜马铃薯种薯的生产，马铃薯产业已发展成为当地重要的支柱产业。开展高寒黑土区作物轮作研究，对于实现黑土区耕地资源可持续利用，推进粮食安全和质量兴农战略实施具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于内蒙古自治区呼伦贝尔市海拉尔区哈克镇下辖社区谢尔塔拉农牧场（49°25′N，119°57′E），属寒温带大陆性季风气候，无霜期90～100 d，年平均气温-2.1 ℃左右，昼夜温差大，年均降水量300 mm左右，降水主要集中在7—９月，≥10 ℃的有效积温为2 100 ℃左右。

1.2 试验材料

所有参试马铃薯品种为费乌瑞它，种薯级别为原种，由内蒙古坤元太和农业科技有限公司提供。

1.3 试验设计

采用大田试验，受无霜期限制，当地大面积种植的作物主要为小麦（Ta）、甜菜（Bv）、油菜（Bn）、水飞蓟（Sm）、大麦（Hv）与马铃薯（St），根据当地种植模式，设置6种处理，分别为2年轮作的马铃薯-小麦-甜菜-马铃薯（St-Ta-Bv-St）和马铃薯-水飞蓟-小麦-马铃薯（St-Sm-Ta-St）；3年轮作的小麦-甜菜-小麦-马铃薯（Ta-Bv-Ta-St），油菜-小麦-甜菜-马铃薯（Bn-Ta-Bv-St）和小麦-油菜-大麦-马铃薯（Ta-Bn-Hv-St）；马铃薯2年连作的油菜-小麦-马铃薯-马铃薯（CK）。于2022年5月初播种马铃薯，株距25 cm，行距90 cm，施肥量、耕作措施、田间管理遵从当地种植习惯。

1.4 测定项目及方法

土壤养分指标：于秋季作物收获前取土样，采用随机取样法，采集耕层0～20 cm土壤样品，各处理混合、风干后过2 mm筛，备用。土壤有机质采用重铬酸钾容量法－外加热法测定；全氮采用凯氏定氮法测定；全磷采用钼锑蓝比色法测定；全钾采用原子吸收分光光度计法测定；碱解氮采用扩散吸收法测定；土壤速效磷采用碳酸氢钠浸提－钼锑蓝比色法测定；速效钾采用乙酸铵浸提-火焰光度计法测定［22］。

产量测定：收获期每个小区随机取3点，每点取2 m2进行产量及结薯个数测定。薯块质量大于150 g的为商品薯，商品薯率（%）=商品薯总质量/总薯块质量×100，分别统计单薯质量大于150 g、50～150 g和小于50 g的薯块个数，每个处理重复3次。

1.5 数据分析

该试验数据均采用Excel 2016和SPSS 27.0软件对数据进行统计处理及方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同轮作模式对土壤养分的影响

如表1所示，除碱解氮和速效钾外，各轮作处理其余养分均与CK有极显著差异。有机质方面，土壤有机质含量维持在34.09～62.12 g/kg。Ta-Bv-Ta-St土壤有机质含量最高，为62.12 g/kg，较CK提高了82.22%，显著高于St-Sm-Ta-St、Bn-Ta-Bv-St和Ta-Bn-Hv-St，但未形成极显著差异；St-Ta-Bv-St土壤有机质含量处于较高水平，为52.49 g/kg，较CK提高了53.97%，与其余处理差异不显著；St-Sm-Ta-St、Bn-Ta-Bv-St和Ta-Bn-Hv-St无显著差异，较CK分别提高了41.57%、47.76%和45.70%。

全氮方面，Bn-Ta-Bv-St土壤全氮含量最高，为2.92 g/kg，较CK提高了72.78%；Ta-Bn-Hv-St和St-Sm-Ta-St差异显著，但未达到极显著差异，分别较CK提高了53.85%和40.24%；Ta-Bv-Ta-St和St-Ta-Bv-St差异不显著，分别较CK提高了50.30%和49.70%。

全磷方面，土壤全磷含量在0.34～0.90 g/kg。St-Ta-Bv-St土壤全磷含量为0.90 g/kg，极显著高于St-Sm-Ta-St、Bn-Ta-Bv-St与CK，较CK提高了164.71%，与其余处理无显著差异；Ta-Bv-Ta-St显著高于Bn-Ta-Bv-St，极显著高于St-Sm-Ta-St和CK，较CK提高了152.94%；Ta-Bn-Hv-St极显著高于St-Sm-Ta-St和CK，较CK提高了147.06%，与其余处理无显著差异。