全 文 ：中国生态农业学报 2014年 12月 第 22卷 第 12期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, Dec. 2014, 22(12): 1491−1497


* 国家科技支撑计划项目(2012BAD14B14-01)资助
** 通讯作者: 黄国勤, 主要研究方向为耕作制度、农业生态等。E-mail: hgqjxnc@sina.com
徐宁, 研究方向为农业生态学。E-mail: xuning667@foxmail.com
收稿日期: 2014−08−13 接受日期: 2014−10−08
DOI: 10.13930/j.cnki.cjea.140931
稻田复种轮作系统能流物流特征研究*
徐 宁1,2 黄国勤1**
(1. 江西农业大学生态科学研究中心 南昌 330045; 2. 江西省蚕桑茶叶研究所 南昌 330202)
摘 要 稻田复种轮作是循环农业发展的重要措施, 能量转化与物质循环是生态系统的基本功能之一, 是农
田生态系统最主要的研究内容之一。为探明稻田复种轮作这一耕作制度的优势, 采用田间定位试验的方法, 对
稻田生态系统连作处理方式和轮作处理方式的能流与物流特征进行比较分析。研究结果表明: 稻田复种轮作
系统能提高农田生态系统的能量流动与物质循环。在能量流动方面 , 稻田轮作处理平均总初级生产力为
74.37×1010 J⋅hm−2, 比连作处理高 31.35%; 轮作系统能量总投入平均为 9.42×1010 J⋅hm−2, 比连作处理高 4.90%;
轮作系统的光能利用率平均为 1.55%, 比连作处理高 31.36%; 轮作处理辅助能量产投比平均为 7.89, 比连作处
理高 25.04%。在物质循环方面, 轮作处理的 N、P、K养分利用率明显高于连作处理, 各个处理的 N、P输出/
输入均小于 1, 说明农田生态系统中 N素、P素均有盈余, 呈正平衡状态, 有利于土壤 N素、P素的良性循环;
但是系统中 K 素的输入值小于系统内 K 素的输出, 说明系统内存在严重的 K 素亏损。因此, 在南方稻区, 采
用稻田复种轮作方式有利于提高系统的能流物流, 从而使农田生态系统处于良性循环, 对循环农业发展有良
好的促进作用。
关键词 稻田复种轮作 能量流动 物质循环 输入 输出 循环农业 农田生态系统
中图分类号: X171.3 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2014)12-1491-07
Characteristics of energy-nutrient flow of multiple cropping
rotation systems in paddy field
XU Ning1,2, HUANG Guoqin1
(1. Research Center for Ecological Sciences, Jiangxi Agricultural University, Nanchang 330045, China;
2. Jiangxi Sericulture and Tea Research Institute, Nanchang 330202, China)
Abstract Multiple cropping rotation system has been an important measure for development of recycling agriculture management.
Energy conversion and material recycling have constituted the basic functions of ecosystems and the most important researches on
farmland ecosystems. In order to investigate the advantages of multiple cropping rotation farming systems, a field experiment was
carried out to analyze the characteristics of energy conversion and material recycling in continuous cropping and crop rotation
systems in paddy ecosystems in Nanchang, Jiangxi Province. The results showed that multiple cropping rotation system improved
energy conversion and material recycling in paddy ecosystems. In terms of energy conversion, average gross primary productivity,
total energy investment, solar energy utilization and auxiliary energy output-input ratio of multiple cropping rotation treatments were
respectively 31.35%, 4.90%, 31.36% and 25.04% higher than those of continuous cropping system. In terms of material recycling, K
nutrient utilization was significantly higher than continuous cropping. N and P output/input of every treatment was less than 1,
showing that N and P maintained a positive balance in paddy ecosystems. However, the smaller K input than output in paddy systems
showed serious loss of K in the system. Thus multiple cropping rotation system improved energy conversion and material recycling
in rice cultivation regions in South China. Multiple cropping rotation system not only induced a state of virtuous cycle in farmland
ecosystems, also promoted the development of circular agriculture.
Keywords Multiple cropping rotation; Energy conversion; Material recycle; Input; Output; Recycling agricultrue; Agricultural
ecosystem
1492 中国生态农业学报 2014 第 22卷


(Received Aug. 13, 2014; accepted Oct. 8, 2014)
稻田复种轮作是比较传统的作物栽培方式, 是
在同一田地上, 以水稻为中心形成的一套包括旱作
物在内的种植制度。南方稻区常见的复种轮作方式
有肥−稻−稻→油−稻−稻→麦−稻−稻、肥−稻−稻→油
菜/玉米+大豆−晚稻→油菜−早花生−晚稻等[1−2]。合
理的复种轮作是农田用地和养地相结合, 提高作物
产量和改善农田生态环境的一项行之有效的循环农
业技术措施。农田复合生态系统是提高自然资源利
用效率、降低农业负面影响的重要途径。能量转化
与物质循环是生态系统的基本功能之一, 也是农田
生态系统最主要的研究内容之一[3]。因此, 研究稻田
复种系统的能流物流特征可以为提高农田生态系统
质量及环境可持续发展提供理论依据。稻田轮作系
统的总初级生产力、光能利用率、辅助能利用率分
别比连作系统高 17.47%、9.87%和 5.0%, N、P、K
的养分利用率也明显高于连作系统 [4]。武继承等 [5]
对开封市几种农业种植方式的 N、P、K钾投入产出
状况和价值转换效益等进行分析, 论述了其物流、
能流和价值流的数量特征。李文西等[6]对江汉平原
苏丹草−黑麦草轮作种植制度进行了研究 , 结果认
为: 氮、磷、钾肥配施方式下苏丹草和黑麦草的养
分吸收比例(N P∶ 2O5 K∶ 2O)分别为 1 0.37 1.96∶ ∶
和 1 0.50 3.19; ∶ ∶ 轮作体系中的氮、磷、钾肥利用
率分别为 60.1%、21.7%和 61.6%, 平均比连作体系
高 31.7%。张帆等[7]认为从早、晚两季稻作土壤的输
入、输出关系来看, “稻鸭共生”和常规稻作土壤中 N
均处于亏缺状态。关淑琳等[8]通过对武威市农田生
态系统中的 N、P、K营养元素的循环平衡状况进行
研究, 分析得出 N、P的投入量大于产出量, 而 K的
投入量小于产出量。朱波等[9]认为在双季稻体系中,
尿素与黑麦草混施能提高 N 素利用效率, 改善稻田
N 素循环。姜子绍等[10]对 K 循环的研究认为, 我国
土壤 K 肥力不断下降、钾肥有效地区不断扩大, 虽
然钾肥用量在逐年增长, 但补充的 K 尚不能维持 K
的收支平衡。为了维持与提高土壤 K 肥力, 使作物
高产稳产, 在今后农业生产中应充分注意土壤 K 的
平衡 , 优化农田生态模式 , 注重水肥调控 , 坚持有
机肥与无机肥配施的原则, 促进 K 养分循环, 保持
农田 K平衡, 提高土壤 K肥力。
稻田生态系统的各项功能都在系统中的能量流
动和物质环境中得到体现, 国内许多学者对稻田生
态系统的能流物流特征进行过研究, 研究范围较广,
但是, 在江西省双季稻区, 针对于稻田不同复种轮
作方式却缺乏较为系统、基于田间定位试验的能流
物流特征研究。为探明稻田复种轮作这一耕作制度
的优势, 本研究进行了连续 2 年的田间定位试验,
通过对稻田复种轮作系统能流物流特征的研究, 探
讨江西省双季稻区合理的复种轮作方式, 为稻田系
统生产力的持续提升和高效循环农业发展提供理论
和实践依据。
1 材料与方法
1.1 试验地概况
试验于 2010 年冬至 2012 年秋在江西农业大学
科技园试验田进行。该地位于 28°46′N, 115°55′E, 属
亚热带湿润季风气候, 气候湿润温和。年平均太阳
总辐射量 4.79×1013 J⋅hm−2, 年平均日照时数 1 852 h,
日照率 40%, 年日均温≥0 ℃的积温达 6 450 , ℃ 无
霜期约 272 d。年平均风速 2.3 m⋅s−1, 冬季多偏北风,
夏季多偏南风。年平均气温 17~17.7 , ℃ 年降雨量
1 600~1700 mm, 降水日 147~157 d, 年平均暴雨日
5.6 d, 年平均相对湿度 78.5%。
1.2 试验设计
试验设 4个处理 4次重复, 共 16个小区, 每个小
区面积为 33.35 m2, 各小区之间用水泥埂(高 30 cm)隔
开, 随机区组排列。试验前各小区土壤肥力均匀一
致。对照处理 A 自 1998 年开始到 2012 年, 均为紫
云英−早稻−晚稻的连作种植模式, 其他 3 种处理则
为轮换不同复种方式。各处理在田间的轮作方式如
表 1所示。
表 1 稻田轮作系统的田间试验设计
Table1 Treatments design of multiple cropping rotation systems experiment in paddy field
试验处理
Treatment
第 1年度(2010年冬—2011年秋)
The first year (winter of 2010 to autumn of 2011)
第 2年度(2011年冬—2012年秋)
The second year (winter of 2011 to autumn of 2012)
备注
Note
A 紫云英−早稻−晚稻 CM-RE-RL 紫云英−早稻−晚稻 CM-RE-RL 连作系统 CCS
B 紫云英−早稻−玉米‖大豆 CM-RE-C‖SB 油菜−早稻−晚稻 RP-RE-RL 复种轮作系统 MCRS
C 紫云英−早稻−大豆‖甘薯 CM-RE-BB‖SP 蚕豆−早稻−晚稻 BB-RE-RL 复种轮作系统 MCRS
D 紫云英−早稻−玉米‖甘薯 CM-RE-C‖SP 黑麦草−早稻−晚稻 RG-RE-RL 复种轮作系统 MCRS
“ ”is intercropping. CM‖ : Chinese milk vetch; RE: early rice; RL: late rice; C: corn; SB: soybean; BB: broad bean; SP: sweet potato; RP: rape;
RG: ryegrass. CCS: continuously cropping system; MCRS: multiple cropping rotation system.
第 12期 徐 宁等: 稻田复种轮作系统能流物流特征研究 1493


1.3 田间管理措施
2010—2011 年情况: 紫云英于 2010 年 10 月 5
日撒播, 2011年 4月 9日测产并且翻耕还田。早稻于
2011年 3月 25日浸种, 洗净后保温催芽, 3月 30日
播种 , 4月 27—28日按行株距 20 cm×14 cm移栽 , 7
月 25 日收获。晚稻于 2011 年 6 月 27 日浸种 , 洗
净后保温催芽 , 6月 30日播种 , 7月 31日按行株距
20 cm×17 cm移栽, 10月 31日收获。玉米和大豆于
2011年 8月 1日播种, 8月 4日结合间苗补苗, 玉米
于 10 月 18 日收获, 大豆于 10 月 22—24 日收获。
甘薯于 2011年 8月 2日从旱地移栽至试验地, 11月
1—12日收获。
旱地作物玉米、大豆、甘薯, 种植前在小区四
周及中间部位各留 20 cm 开沟排水, 玉米、大豆按
1 2∶ 行数比种植, 大豆株距 25 cm, 玉米株距 30 cm,
大豆和玉米行距均为 25 cm。大豆、甘薯按 2 1∶ 行
数比种植, 大豆株距 20 cm, 甘薯间距 25 cm, 大豆
和甘薯均为行距 25 cm。玉米、甘薯按 2 2∶ 行数比
种植, 玉米株距 30 cm, 甘薯间距 25 cm, 玉米和甘
薯行距均为 25 cm。
2011—2012 年情况: 紫云英于 2011 年 10 月 3
日撒播, 2012年 4月 5日翻耕。油菜、蚕豆于 2011
年 11 月 14 日播种, 4 月 5 日翻耕。黑麦草于 2011
年 11月 14日撒播, 处理 D黑麦草分别于 2012年 2
月 10日、3月 10日、4月 3日刈割, 共刈割 3次, 4
月 5日翻耕。紫云英、油菜、黑麦草均作肥料还田,
在翻耕前喷施一次克无踪进行除草。
早稻于2012年3月24日浸种, 洗净后保温催芽, 3
月 29日播种, 5月 1日移栽, 行株距为 20 cm×14 cm, 7
月 23日收获。晚稻于 2012年 6月 24日浸种, 洗净
后保温催芽 , 6 月 27 日播种 , 7 月 27 日按行株距
20 cm×17 cm移栽, 10月 27日收获。
水稻、玉米、大豆施肥采用计算机模拟优化施
肥方案。早稻施肥以基肥为主, 早施追肥, 适增磷、
钾肥。施纯 N 150 kg⋅hm−2, 纯 P 90 kg⋅hm−2, 纯 K
97.5 kg⋅hm−2, N、P、K比例为 1.0 0.6 0.65∶ ∶ 。晚稻施
纯 N 120 kg⋅hm−2, 纯 P 60 kg⋅hm−2, 纯 K 75 kg⋅hm−2,
其中 80%作基肥, 20%作穗肥, 后期少施氮肥。玉米施
肥比例N P∶ 2O5 K∶ 2O=1 0.6 0.8, ∶ ∶ 磷肥作为基肥, 钾
肥玉米采用苗肥∶穗肥=2 1, ∶ 氮肥玉米采用基肥∶苗
肥∶穗肥=2 3 5∶ ∶ 施用。大豆施钾肥 150 kg⋅hm−2, 按基
肥∶花肥=1 1, ∶ 钙镁磷肥375 kg⋅hm−2, 尿素150 kg⋅hm−2,
按基肥∶花肥=2 3∶ 施用。甘薯施钙镁磷肥 375 kg⋅hm−2
(基肥), 氯化钾 80 kg⋅hm−2(基肥), 尿素 80 kg⋅hm−2(基
肥∶追肥=1∶2)。
1.4 测定方法
水稻成熟期 , 在各小区随机选取有代表性的5
蔸水稻作考种材料 , 采用最普遍的五点取样法取
100 蔸水稻脱粒晒干去秕后称重 , 得实测经济产
量。紫云英成熟期采用五点取样法测鲜草重, 每点
测1 m2, 换算成鲜重产量 , 部分取回烘干测生物干
重产量。大豆、玉米和甘薯于成熟期在每个小区收
集有代表性的5株作物 , 晒干后进行经济产量和生
物产量的测定。总初级生产力=作物生物产量×能量
折能标准, 折能标准见参考文献[11]。化石能=肥料
用量×物质单位能量; 人力=工作时间×单位时间能
量。光能利用率是指单位面积内, 作物收获部分所
吸收的能量与相同面积内太阳辐射能的比值。辅助
能量产投比=总初级生产力/辅助能。
系统养分输入包括化肥、秧苗种子; 养分产量
包括水稻吸收、玉米吸收、大豆吸收、甘薯吸收部
分; 田间归还量包括冬作物还田量以及水稻植株地
下部分。系统养分输出、产出量是指各作物籽实和
秸秆的生物产量与养分折能标准的乘积。
全年太阳辐射能采用近5年的平均数据4.79×
1013 J⋅hm−2。
记载各处理农作物生育期和种子、化肥、农药、
劳力数量及资金投入等。
2 结果与分析
2.1 稻田复种轮作系统能量构成及能流特征
从表2可以看出 , 稻田复种轮作系统总初级生
产力平均为69.94×1010 J⋅hm−2, 轮作B、C和D处理平
均总初级生产力为74.37×1010 J⋅hm−2, 比连作处理A
高17.75×1010 J⋅hm−2, 达31.35%。其中轮作处理B表
现最高, 比连作处理A高40.78%, 轮作处理C和D分
别是比连作处理高20.82%和32.46%。轮作系统能量
总投入平均为 9.42×1010 J⋅hm−2, 比连作处理A高
4.90%, 其中轮作处理B最高 , 达9.69×1010 J⋅hm−2,
比连作处理A高7.9%, 轮作处理C和D分别比连作处
理A高1.56%和5.12%。从初级生产力的生态效率来
看, 轮作系统的光能利用率平均为1.55%, 比连作处
理A高31.36%, 轮作处理辅助能量产投比平均为
7.89, 比连作处理A高25.04%。
2.2 稻田复种轮作系统的 N循环特征
由表3可以看出 , 在2年复种轮作种植系统中 ,
各个处理的N输入、N输出和N归还量各不相同。从
2011年来看, 2011年稻田种植为水旱轮作, 因此在N
的投入与输出方面比2012年略为复杂。N的投入, 轮
作处理B最高, 为395.44 kg⋅hm−2; 处理C最低, 为
333.03 kg⋅hm−2; 不同处理依次为B>D>A>C, 轮作处
1494 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 2 稻田复种轮作系统能量输入、输出参数值
Table2 Parameters of energy input and output of different cropping systems of paddy field
处理 Treatment 项目
Item A B C D
水稻 Rice 50.62 37.14 37.68 24.15
玉米 Corn 11.57 23.24
大豆 Soybean 14.84 16.43
甘薯 Sweet potato 4.42 2.82
油菜 Oilseed rape 9.51
蚕豆 Broad bean 3.41
紫云英 Chinese milk vetch 6.00 6.65 6.46 7.37
黑麦草 Ryegrass 17.42
总初级生产力
Gross primary productivity
(1010 J⋅hm−2)
合计 Total 56.62 79.71 68.41 75.00
化石能 Fossils energy 3.75 3.64 3.49 3.76
劳力能 Labor energy 3.69 4.65 4.31 4.56
其他 Others 1.54 1.40 1.32 1.12
辅助能
Auxiliary energy
(1010 J⋅hm−2)
合计 Total 8.98 9.69 9.12 9.44
光能利用率 Light energy use rate (%) 1.18 1.66 1.43 1.57 初级生产力的生态效率
Ecological efficiency of pri-
mary productivity 辅助能量产投比 Auxiliary energy use rate 6.31 9.59 7.50 7.94
以上数据为 2 年平均值; 折能标准见参考文献[11]; 全年辐射能平均为 4.79×1013 J⋅hm−2。The data is the average of two years. Energy
transformation refers the reference [11]. Annual average for radiant energy is 4.79×1013 J⋅hm−2.
表 3 稻田复种轮作系统的 N循环
Table 3 N cycle of different cropping systems of paddy field
2011年 Year 2011 2012年 Year 2012
项目 Item
A B C D A B C D
化肥 Fertilizer 343.37 392.18 330.13 363.88 343.37 309.07 303.62 337.37
秧苗、种子等 Seedling, seed, etc. 4.22 3.26 2.90 2.47 2.65 2.65 2.65 2.65
输入
Input
[kg(N)⋅hm−2]
合计 Total 347.59 395.44 333.03 366.35 346.02 311.72 306.27 340.02
水稻吸收 Uptake by rice 295.70 163.99 154.80 159.55 287.22 302.75 302.50 313.91
玉米吸收 Uptake by corn 70.25 141.11
大豆吸收 Uptake by soybean 251.06 277.95
甘薯吸收 Uptake by sweet potato 35.20 22.47
输出
Output
[kg(N)⋅hm−2]
合计 Total 295.70 485.30 467.95 323.13 287.22 302.75 302.50 313.91
冬作物还田 Winter crops returning 96.40 103.15 100.20 114.31 89.73 83.45 116.45 193.71
水稻植株地下部分
Rice plant underground part
2.42 1.21 1.21 1.21 2.66 2.66 2.66 2.66
归还量
Returning
[kg(N)⋅hm−2]
合计 Total 98.82 104.36 101.41 115.52 92.39 86.11 119.11 196.37
归还量/输入 Returning/input 0.28 0.26 0.30 0.32 0.27 0.28 0.39 0.58
输出/输入 Output/input 0.85 1.23 1.41 0.88 0.83 0.97 0.99 0.92
系统养分产出包括作物籽实和秸秆的产量, 养分折算标准见参考文献[11]。下同。Nutrient output includes output of crop seeds and straws.
Nutrient conversion refers the reference [11]. The same below.

理平均比连作处理高4.99%。N的输出, 轮作处理B最
高, 为485.30 kg⋅hm−2; A处理最低, 为295.70 kg⋅hm−2;
各处理依次为B>C>D>A, 轮作处理平均比连作处理
高43.88%。各处理的N归还量主要来自冬季作物还
田量与水稻根茬 , 其中处理D的还田量最高 , 为
115.52 kg⋅hm−2, 轮作处理平均比连作处理高8.38%。
产投比方面, 连作处理A和轮作处理D的输出/输入
小于1, 轮作处理B和C均大于1, 这与处理B、C在
2011年下半年种植作物为大豆有关 , 大豆输出的N
远大于其他作物。
从 2012年来看, N的投入, 连作处理A最高, 为
346.02 kg⋅hm−2, 各处理依次为 A>D>B>C, 这是因
为连作处理的冬季作物为紫云英, 相比其他冬季作
物施用化肥量更高。N的输出, 轮作处理 D最高, 为
313.91 kg⋅hm−2; 处理 A最低, 为 287.22 kg⋅hm−2; 各
处理系统依次为 D>B>C>A, 轮作处理平均比连作
处理高 6.67%。各处理的 N 归还量主要来自冬季作
物还田量与水稻根茬, 其中处理 D的还田量最高, 为
第 12期 徐 宁等: 稻田复种轮作系统能流物流特征研究 1495


196.37 kg⋅hm−2, 轮作处理平均比连作处理高 44.89%。
产投比方面, 各处理的 N 输出/输入均小于 1, 说明
农田生态系统中N素均盈余, 呈正平衡状态, 这有利
于土壤 N素的良性循环。
2.3 稻田复种轮作系统的 P循环特征
表4反映的是稻田复种轮作系统中P的循环。可
以看出, 在2年复种轮作种植系统中, 各处理的P输
入、P输出和P归还量各不相同。从2011年来看, P的
投入 , 轮作处理C最高 , 为266.76 kg⋅hm−2; 各处理
依次为C>A>D>B, 轮作处理平均比连作处理低
2.83%; P的输出, 轮作处理B最高, 为155.25 kg⋅hm−2,
各系统依次为B>D>A>C, 轮作处理平均比连作处
理高3.91%。各处理的P归还量主要来自冬季作物还
田量与水稻根茬 , 其中处理D的还田量最高 , 为
28.35 kg⋅hm−2; 最低的为连作处理A, 为24.65 kg⋅hm−2;
轮作处理平均比连作处理高6.73%。产投比方面, 各
个处理P素的输出/输入均小于1, 说明农田生态系统
中P素均为盈余, 呈正平衡状态, 这有利于土壤P素
的良性循环。
从2012年来看, P的投入, 轮作处理C最高, 为
257.12 kg⋅hm−2, 各处理依次为C>A>D>B。P的输出,
轮作处理D最高, 为147.03 kg⋅hm−2; A处理最低, 为
134.62 kg⋅hm−2; 各处理依次为D>B>C>A, 轮作处
理平均比连作处理高6.56%。各处理的P归还量主要
来自冬季作物还田量与水稻根茬, 其中处理D的还
田量最高 , 为42.32 kg⋅hm−2; 连作处理A最低 , 为
23.09 kg⋅hm−2; 轮作处理平均比连作处理高6.11%。
产投比方面 , 各处理的输出 /输入均小于1, 说明农
田生态系统中P素均盈余, 呈正平衡状态, 这有利于
土壤P素的良性循环。
表 4 稻田复种轮作系统的 P循环
Table 4 P cycle of different cropping systems of paddy field
2011年 Year 2011 2012年 Year 2012 项目
Item A B C D A B C D
化肥 Fertilizer 240.41 233.51 265.46 233.51 250.41 214.41 254.91 239.91
秧苗、种子等 Seedling, seed, etc. 2.21 1.23 1.30 1.43 2.21 2.21 2.21 2.21
输入
Input
[kg(P)⋅hm−2]
合计 Total 242.62 234.74 266.76 234.94 252.62 216.62 257.12 242.12
水稻吸收 Uptake by rice 137.69 68.81 64.96 66.95 134.62 142.03 141.29 147.03
玉米吸收 Uptake by corn 36.31 72.92
大豆吸收 Uptake by soybean 50.13 55.50
甘薯吸收 Uptake by sweet potato 8.22 5.25
输出
Output
[kg(P)⋅hm−2]
合计 Total 137.69 155.25 128.68 145.12 134.62 142.03 141.29 147.03
冬作物还田 Winter crops returning 23.37 25.01 24.29 27.71 21.75 33.55 33.07 40.98
水稻植株地下部分
Rice plant underground part
1.28 0.64 0.64 0.64 1.34 1.34 1.34 1.34
归还量
Returning
[kg(P)⋅hm−2]
合计 Total 24.65 25.65 24.93 28.35 23.09 34.89 34.41 42.32
归还量/输入 Returning/input 0.11 0.09 0.12 0.09 0.16 0.13 0.17
输出/输入 Output/input 0.66 0.48 0.62 0.53 0.66 0.55 0.61

2.4 稻田复种轮作系统的 K循环特征
表5反映的是稻田复种轮作系统中的K循环。可
以看出, 在2年复种轮作种植系统中, 各处理的K输
入、K输出和K归还量各不相同。从K的输入看, 2011
年轮作处理平均比连作处理高11.28%, 各处理排序
为B>C>D>A; 2012年轮作处理平均比连作处理高
8.42%, 各系统排序为B>A>D>C。从K的输出看 ,
2011年轮作处理平均略低于连作处理, 可能是因为
旱作物K的输出没有晚稻K的输出多; 2012年轮作处
理平均高于连作处理6.75%, 各系统排序为D>C>
B>A。从K归还量看, 2011年冬季作物均为紫云英,
所以还田量差异不大, 轮作处理平均比连作处理低
0.16 kg⋅hm−2; 2012年还田量最大的是轮作处理D,
为456.85 kg⋅hm−2; 由此可见黑麦草作为冬季绿肥K
还田量优于其他作物, 轮作处理平均是连作处理的
2.7倍。从产投比来看, 2011年和2012年各处理系统
均大于1, 说明稻田复种轮作系统中K素均为亏损状
态, 具体原因有待进一步试验研究探讨。
3 讨论
稻田生态系统的各项功能都在系统中的能量流
动和物质循环中得到体现。生态系统内总初级生产
力和光能利用率是衡量不同耕作制度和复种模式生
产力高低的重要指标。本试验表明, 稻田复种轮作
系统能量流动优于连作处理。稻田轮作处理的总初
级生产力平均为69.94×1010 J⋅hm−2, 比连作处理高
31.35%, 轮作系统能量总投入平均为9.42×1010 J⋅hm−2,
比连作处理高4.9%, 轮作系统的光能利用率平均为
1496 中国生态农业学报 2014 第 22卷


表 5 稻田复种轮作系统的 K循环
Table 5 K cycle of different cropping systems of paddy field
2011年 Year 2011 2012年 Year 2012
项目 Item
A B C D A B C D
化肥 Fertilizer 222.41 280.45 280.45 253.45 232.41 322.41 217.41 222.41
秧苗种子等 Seedling, seed, etc. 21.30 11.00 10.91 10.74 25.10 25.10 25.10 25.10
输入 Input
[kg(K)⋅hm−2]
合计 Total 243.71 291.45 291.36 264.19 257.51 347.51 242.51 247.51
水稻吸收 Uptake by rice 620.92 396.92 345.63 356.23 600.57 632.71 633.94 656.68
玉米吸收 Uptake by corn 86.76 174.25
大豆吸收 Uptake by soybean 70.72 78.29
甘薯吸收 Uptake by sweet potato 58.67 37.45
输出 Output
[kg(K)⋅hm−2]
合计 Total 620.92 554.40 482.60 567.93 600.57 632.71 633.94 656.68
冬作物还田 Winter crop returning 67.19 71.89 69.84 79.67 62.54 59.14 73.60 443.30
水稻植株地下部分
Rice plant underground part
12.94 6.16 6.16 6.16 13.55 13.55 13.55 13.55
归还量
Returning
[kg(K)⋅hm−2]
合计 Total 80.12 78.05 76.00 85.84 76.09 72.69 87.15 456.85
归还量/输入 Returning/input 0.27 0.26 0.32 0.30 0.21 0.36 1.85
输出/输入 Output/input 1.90 1.66 2.15 2.33 1.82 2.61 2.65

1.55%, 比连作处理高31.36%, 轮作处理辅助能量产
投比平均为7.89, 比连作处理高25.04%。有研究报道
长江中下游地区稻田的光能利用率为1.0%左右, 高
产田为1%~2%, 低产田只有0.5%左右[12]; 广东水稻
高产田可达 2.6%, 北京市郊小麦生长盛期可达
4%~5%, 国外报道甚至高达9.5%[13]。本研究中稻田
不同复种轮作种植模式下的光能利用率范围为
1.18%~1.57%, 这是因为稻田复种轮作模式属于多
熟种植, 有利于延长光合时间, 提高初级生产力和
光能利用率。
N、P、K是植物生长发育不可缺少的、重要的
营养元素, 保持N、P、K 营养元素输入与输出的平
衡是有机体生长发育的前提, 是衡量农田生态系统
平衡状况的重要指标, 也是农田生态系统中物质循
环水平的重要标志[14]。有学者对稻田生态系统的N、
P、K循环进行研究, “稻鸭共生”生态系统中N、P循
环, 认为N、P输出主要以水稻籽粒N、P和水稻秸秆
N、P为主, 说明初级生产在该系统N、P循环中十分
重要。“稻鸭共生”生态系统N、P归还量均高于常规
稻作, 提高了稻田自我维持力[7]。也有研究认为稻田
生态系统中N处于亏损状态。从本试验结果来看, 在
目前的N、P、K养分投入水平下, 轮作系统的N、P
输入均大于N、P输出, 轮作系统的N素、P素盈余, 呈
正平衡状态, 有利于土壤N素、P素的良性循环。但
系统内K输入却小于系统内K输出, 各处理均存在着
严重的K亏损。这说明氮肥、磷肥的施用量满足了作
物生长发育的需要, 而钾肥施用量未满足作物生长
发育的需要 , 因此要适当增加钾肥的施用, 以保证
N、P、K 3 种养分输入输出的平衡, 但这并不意味着
无限制过多地投入钾肥, 只有当N、P、K三者配施比
例合理时, 系统内各养分元素才能达到良好的循环。
Hu等[15]试验表明, 钾肥的用量达到100 kg⋅hm−2时, K
的输出仍大于K的输入, 要维持K的平衡必须施入更
多的钾肥。这与本试验的研究结果一致。
总之, 农田生态系统中能量流动、物质循环和
价值流动制约着农田的生产力, 只有能量流动、物
质循环处于合理状态时, 本区农田生态系统才能处
于良性循环之中, 才能使作物持续稳产、高产, 价值
收入才能达到最大。研究稻田复种轮作系统的能流
物流特征, 可以为中国南方双季稻田冬季复种模式
的调整和农田生态系统的可持续发展提供理论基础,
为全面推进区域现代农业发展和农业现代化建设提
供科技支撑, 为国家和地区粮食增产、农民增收和
农村繁荣提供参考依据。
参考文献
[1] 黄国勤. 中国耕作学[M]. 北京: 新华出版社, 2001
Huang G Q. China Geoponics[M]. Beijing: Press of Xinhua,
2001
[2] 刘巽浩. 耕作学[M]. 北京: 中国农业出版社, 1994
Liu X H. Geoponics[M]. Beijing: Press of China Agricultural,
1994
[3] 叶旭君 , 王兆骞 . 浙江省德清县农田生态系统能量投入的
优化[J]. 生态学报, 2001, 21(12): 2081–2088
Ye X J, Wang Z Q. Optimization input of energy of farm
ecosystem in Deqing County of Zhejiang Province[J]. Acta
Ecologica Sinica, 2001, 21(12): 2081–2088
[4] 黄国勤 , 熊云明 , 钱海燕 , 等 . 稻田轮作系统的生态学分
析[J]. 土壤学报, 2006, 43(1): 69–78
Huang G Q, Xiong Y M, Qian H Y, et al. Ecological analysis
on crop rotation systems of paddy field[J]. Acta Pedologica
Sinica, 2006, 43(1): 69–78
[5] 武继承, 王秋杰. 开封市区主要种植方式的物流、能流与价
第 12期 徐 宁等: 稻田复种轮作系统能流物流特征研究 1497


值流数量特征[J]. 河南农业科学, 1997, 28(3): 287–293
Wu J C, Wang Q J. Quantity character of material flow and energy
flow and value flow on main cultivating modes in Kaifeng[J].
Henan Agricultural Science, 1997, 28(3): 287–293
[6] 李文西 , 鲁剑巍 , 鲁君明 , 等. 江汉平原苏丹草−黑麦草轮
作中氮磷钾肥效果及养分利用率[J]. 草地学报, 2007, 15(5):
460–464
Li W X, Lu J W, Lu J M, et al. Study on NPK fertilizer and
nutrients utilizing efficiency under Sudangrass and ryegrass
rotation regime in Jianghan Plains[J]. Acta Agrestia Sinica,
2007, 15(5): 460–464
[7] 张帆 , 陈源泉 , 隋鹏 , 等 . “双季稻−鸭”共生生态系统稻作
季节氮循环[J]. 应用生态学报, 2012, 23(1): 178–184
Zhang F, Chen Y Q, Sui P. Nitrogen cycling in rice-duck mu-
tual ecosystem during double cropping rice growth season[J].
Chinese Journal of Applied Ecology, 2012, 23(1): 178–184
[8] 关淑琳, 黄高宝, 柴强, 等. 武威市凉州区农田生态系统能
流、物流和价值流分析[J]. 干旱区资源与环境, 2011, 25(3):
156–160
Guan S L, Huang G B, Chai Q, et al. Energy, materials and
value flows in farmland ecosystem of Liangzhou District,
Wuwei City[J]. Journal of Arid Land Resources and Envi-
ronment, 2011, 25(3): 156–160
[9] 朱波, 易丽霞, 胡跃高, 等. 黑麦草鲜草翻压还田对双季稻
田肥料氮循环的影响 [J]. 中国农业科学 , 2012, 45(13):
2764–2770
Zhu B, Yi L X, Hu Y G, et al. Effects of ryegrass incorpora-
tion on fertilizer N cycling in a double rice system[J]. Scientia
Agricultura Sinica, 2012, 45(13): 2764–2770
[10] 姜子绍 , 宇万太 . 农田生态系统中钾循环研究进展[J]. 应
用生态学报, 2006, 17(3): 545–550
Jiang Z S, Yu W T. Research advance in potassium cycling in
agroecosystems[J]. Chinese Journal of Applied Ecology, 2006,
17(3): 545–550
[11] 骆世明 , 陈聿华 , 严斧 . 农业生态学[M]. 长沙: 湖南科学
技术出版社, 1987
Luo S M, Chen Y H, Yan F. Agriculture Ecology[M]. Chang-
sha: Press of Hunan Science and Technology, 1987
[12] 周淑新 , 董梅英 , 孙苏卿 . 作物生产与光合效率的相关分
析[J]. 张家口农专学报, 2003, 19(2): 4–5
Zhou S X, Dong M Y, Sun S Q. Correlation analysis of crop
production and photosynthetic efficiency[J]. Journal of
Zhangjiakou Agricultural College, 2003, 19(2): 4–5
[13] 杨贵萍, 涂悦贤. 广东省水稻光能利用现状、潜力及提高途
径[J]. 广东农业科学, 1996(6): 9–10
Yang G P, Tu Y X. The current situation, potential and im-
proving approaches of solar utilization in Guangdong Pro-
vince[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 1996(6): 9–10
[14] 秦丽杰 . 珲春市农田生态系统的物质循环分析[J]. 哈尔滨
师范大学自然科学学报, 1996, 12(4): 107–109
Qin L J. A study on the substantial cycle of the farmland eco-
system in Huichun[J]. Natural Science Journal of Harbin
Normal University, 1996, 12(4): 107–109
[15] Hu H, Wang G H. Nutrient uptake sand use efficiency of irri-
gated rice in respon set opotassium application[J]. Pedosphere,
2004, 14(1): 125–130