6.4 輪作
輪作是指在同一塊田地上，有順序地在年度間輪換種植不同作物或復種組合的種植方式。輪作通常分為大田輪作和草田輪作兩大類。大田輪作以生產糧食或工業原料為主，包括為了滿足專門的生產要求而建立的專業輪作，為了能多方面滿足國家對農產品的需要而建立的水旱輪作，以及為后茬作物提供較好水肥條件的休閑輪作。草田輪作以生產糧食作物和牧草并重，包括利用空閑季節或作物行間隙地種植綠肥，是用地養地相結合的糧肥輪作和綠肥輪作，以及以生產飼料為主，同時也種植糧食作物或蔬菜作物的飼糧輪作。
輪作的命名取決于該輪作中的主要作物構成，被命名的作物群應占輪作區面積的 1/3 以上。常見的有禾谷類輪作、禾豆輪作、糧食和經濟作物輪作、水旱輪作、草田輪作等（周健民，2013）。輪作是用地養地相結合的一種生物學措施，有利于均衡利用土壤養分，防治病、蟲、草害；能有效地改善土壤的理化性狀，調節土壤肥力。例如，稻麥輪作體系能夠改善長期淹水稻田的物理性狀，土壤團粒結構和毛管空隙增加，pH 趨于中性等，有利于作物的生長（張倩，2017；陳潔 等，2019）；水旱交替能有效防治某些病蟲害和雜草，增加土壤中的有機碳，促進氮素的循環等（杜葉紅 等，2019）。
我國實行輪作歷史悠久。旱地多采用以禾谷類作物為主或禾谷類作物、經濟作物與豆類、綠肥作物輪換；稻田的水稻與旱作物輪換。歐洲在 8 世紀前盛行二圃式輪作，中世紀后發展為三圃式輪作。18 世紀開始草田輪作。19 世紀，尤斯圖斯·馮·李比希（Justus von Liebig）提出礦質營養學說，認為作物輪換可以均衡利用土壤營養（白由路，2019）。20 世紀前期，威廉士（Williams）提出一年生作物與多年生混播牧草輪換的草田輪作制，可不斷恢復和提高地力，增加作物和牧草產量（邢福 等，2011）。
2016 年，本團隊與河南省鄭州市苑林生態農場合作進行了水旱輪作控制田間雜草的試驗。該生態農場位于鄭州市惠濟區北部保合寨，北臨黃河（距黃河約 1千米），屬于北溫帶大陸性氣候。年平均氣溫為 14.3℃，年平均無霜期為 210 天，年平均降雨量為 640.9 毫米，主要集中在夏季，降雨量占全年降雨量的 61%。2015年，該農場按照有機生產的方法管理農田，2016 年獲得由南京國環有機產品認證中心頒發的有機轉換證書，試驗地符合有機種植條件。試驗面積約為 20 畝，在種植過程中不使用農藥、除草劑和化肥，利用牛糞替代化肥，施入量為 5 噸/（畝·年），除草根據雜草的發生情況進行人工除草，利用誘蟲燈和生物農藥防治病蟲害。經過 3 年的試驗，發現雜草的發生量很少，小麥季只在拔節期人工拔草 1～2 遍，在水稻季人工除草 1～2 遍即可，隨著試驗時間的延長，除草的次數和用工越來越少。小麥平均產量為 483.5 千克/畝；稻谷產量平均為 574.9 千克/畝，出米率為 73.4%，大米產量為 422.0 千克/畝。有機小麥的銷售價為 10 元/千克，有機大米的銷售價為 20 元/千克，1 畝地的毛收入約為 13 275 元，除去地租、肥料、種子、耕地、人工除草、澆水、防蟲、收獲等費用約 5 000 元/畝，1 畝地的凈收益為 8 275 元左右。
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