【目的】粮食问题一直都是国际社会关注的热点问题,探寻高效的种植模式,提高土地利用率和粮食产量是目前最为迫切的研究内容。从国内外相关领域的研究成果来看,实行多熟种植模式是充分利用自然资源和提高产量的重要途径,世界各国的农业都在朝着多熟种植的方向发展。1987年,美国著名生态学家H.T.Odum提出能值分析理论来探讨陆地复杂生态系统的功能原理和模拟技术,并将其扩展到人类所参与的生态、环境乃至社会经济系统。20世纪80年代以来,应用能量投入产出来衡量不同熟制或不同复种方式优劣已为国内外农业工作者重视并广泛应用,有助于调整生态环境与经济发展的关系,对自然资源的科学评估与合理利用具有重要的实践价值。论文将阐明双季稻田冬季复种模式系统中的资源利用和投入与产出效益,为南方双季稻田冬季复种模式的耕作制度改革、农田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、农民增收与农村繁荣提供参考依据。【方法】以大田定位试验的原始数据和相关统计年鉴资料为基础,采用能值分析理论和方法,对江西省余江县双季稻田7种复种模式系统中的经济产量折能、光合生产力、光能利用率、投入产出、运行效率和环境负荷等进行综合分析。【结果】冬季复种模式下的作物经济产量折能为217.5×106-229.7×106 kJ·hm-2,均大于冬季休闲模式(T1)的213.5×106 kJ·hm-2,其中T4、T6和T7显著高于其他处理,以T6的增幅最大(8.5%)。T6处理在2008—2010年间均表现出最高的能量增幅,具有很好的优势和稳定性。冬季复种模式的光合生产力(11.99—14.03 g·m-2·d-1)和光能利用率(1.46%—1.70%)极显著高于T1(10.55 g·m-2·d-1和1.28%),平均增幅为14.4%—34.8%,以T3为最高(34.8%)。光合生产力和光能利用率的变化趋势高度一致。冬季复种轮作模式下的经济产量折能为220.9×106—229.7×106 kJ·hm-2,均高于冬季复种连作(T2)的217.5×106 kJ·hm-2,以T6的增幅最大(6.1%)。除T3有所增加外,冬季复种轮作模式的光合生产力(11.99—13.10 g·m-2·d-1)都低于T2(13.67 g·m-2·d-1),平均降幅为4.2%—12.4%,以T4下降最多。T3(1.70%)和T6(1.67%)的光能利用率显著高于其他处理(1.46%—1.58%),且其他处理均低于T1,以T4和T5降幅最大。能值分析显示,不同处理的能值投入产出存在明显差异;表土净损失能最少为T1(2.98×1016sej),最多是T5(3.83×1016sej);工业辅助能最少投入为T1(1.62×1017sej),最多是T4(2.98×1017sej,近T1的2倍);有机能投入最少为T1(6.55×1015sej),最多是T7(1.19×1016sej,近T1的2倍);T1的产出能最低(1.39×1016sej),T6的产出能最高(5.42×1016sej,近T1的4倍)。除T3(2.81)略低外,冬季复种模式的能值投入率(3.12—4.57)均大于T1(2.84),T4和T5增幅分别达61.1%和50.4%;但冬季复种模式下的能值产出率只有T4(0.13)高于T1(0.08),其他处理(0.06—0.07)均低于T1。冬季复种模式的环境资源能值占总投入能值的比例为0.17—0.26,一定程度上说明稻田冬季复种模式更有利于保护农田环境资源。冬季复种模式的不可更新环境资源能值/总投入的能值的比值在本研究中为0.10—0.15,意味着稻田农产品的产出很大程度上依赖于不可更新环境资源的消耗,将增大稻田水土流失的风险。所有处理的工业辅助能值/总投入能值的比值均超过了0.8,但处理间差异不明显,即工业投入所占比重较大,不利于稻田系统的可持续发展。【结论】双季稻田冬季作物的种植有利于提高稻田的光合生产力和光能利用率。除双季稻田冬季种植混播绿肥轮作模式外的稻田冬季种植经济作物的轮作模式的光合生产力和光能利用率均低于双季稻田冬季复种连作模式。双季稻田冬季种植蚕豆和豌豆的种植模式比稻田冬季休闲模式具有优势,但双季稻田冬季种植油菜是一个高投入高产出的种植模式,利于可持续发展。因此,在试验区双季稻田冬季种植油菜为最佳复种模式。
