从粮食生产中获利是农民长期以来关心的问题。提高产量稳定性也是应对极端天气(如热浪、干旱、洪水)的一项重要管理策略，这些极端天气既影响作物生长，又影响农场盈利能力。农民需要关于作物轮作和肥料管理有效性的可靠信息，这些信息涉及多年的数据，以说明生长条件的逐年变化。

在此，我们分享了美国农业部农业研究处在内布拉斯加州大学林肯分校东内布拉斯加州研究与推广中心(ENREC)进行的一项长期旱作免耕作物轮作和氮(N)肥料系统研究的结果(表1)。虽然生产商通常会为连续作物增加化肥用量，但化肥投入是由施用年份所处的作物阶段决定的，以保持试验的一致性。

1.更多样化的轮作提高了产量和产量稳定性。

• 在不施肥(0N)的情况下，玉米或高粱与大豆轮作的产量与有肥料的连作系统的产量相似(图1)。
• 与连作相比，2年轮作施肥玉米增产29%，高粱增产20%，4年轮作施肥玉米增产48%，高粱增产29%其中四种作物中只有一种是豆类冬季覆盖作物(图1)。
• 无论施氮量如何，大豆产量都是稳定的，并且随着轮作复杂度的增加有提高的趋势(图1)。
• 与连作相比，轮作提高了长期产量稳定性，并在干旱期间减少了14-90%的作物损失。

2.轮作的产量效益类似于氮肥，但随着时间的推移更稳定。

• 低氮(80 lb N/ac)和高氮(160 lb N/ac)条件下玉米和高粱的产量响应相似，表明在低氮条件下作物对N的需求得到了满足(图1)。
• 在最多样化的轮作(CSGO和COGS)中添加氮肥并不能提高产量(图1)。
• 随着时间的推移，肥料对氮素的响应降低，但随着时间的推移，作物轮作的效益保持(谷物高粱)或增加(玉米)(图2)。这表明，随着时间的推移，轮作对作物氮素营养的效益逐渐取代肥料氮素的影响。

• 即使不施肥(0N)，轮作作物也能提高与施氮相似的产量(图3)。
• 轮作的作物顺序也会影响产量(COGS vs CSGO)(图3)。

3.不同作物轮作对土壤有机碳(SOC)含量的影响大于施氮处理。

• SOC随着旋转多样性增加到5英尺深(表2)。
• 籽粒高粱/大豆轮作的5英尺深度土壤有机碳含量最低，这是因为两种作物的根质量和根长都较低。
• 轮作效应对土壤有机碳的影响大于或等于肥料氮的影响。
• 三叶草覆盖作物向土壤中添加氮，促进作物和微生物的吸收。
• 轮作和覆盖作物可以增加土壤有机质，提高土壤保水能力，可能有助于更稳定的产量和更强的抵御恶劣天气的能力。

表2。作物轮作对土壤有机碳和土壤全氮(吨/亩)的平均氮肥效应(平均作物轮作)。

管理	处理描述	土壤有机碳 (吨/公顷)				土壤全氮 (吨N /英亩
		土壤深度(英寸) 0 - 3”	土壤深度(英寸) 经历”	土壤深度(英寸) 0-60”		土壤深度(英寸) 0 - 3”	土壤深度(英寸) 经历”	土壤深度(英寸) 0-60”
轮作	连续的玉米	7.4	24.0	48.1		0.69	2.28	5.40
	连续的大豆	7.7	25.2	57.9		0.70	2.36	6.11
	连续高粱	8.3	25.7	51.9		0.78	2.45	5.58
	玉米,大豆	8．0	25.6	62.5		0.74	2.41	6.47
	谷物高粱-大豆	8.1	24.1	47.8		0.76	2.36	5.44
	玉米-大豆-高粱-燕麦/三叶草	9.0	27.9	65.1		0.84	2.63	6.83
	玉米-燕麦/三叶草-高粱-大豆	8.8	26.5	60.5		0.83	2.54	6.47
氮率	没有一个	7.9	25.4	57.5		0.74	2.41	6.11
	低	7．5	25.5	55.7		0.76	2.41	5.98
	高	8.3	25.8	55.7		0.78	2.45	6.07

结论

世代以来，农民一直采用轮作，通过更新土壤和打破杂草、病虫害对作物的破坏循环来提高粮食产量。我们在内布拉斯加州东部的长期研究表明，与单独施用氮肥相比，作物轮作具有更多的农艺和土壤效益。肥料氮的使用虽然有益，但不能取代轮作。长期来看，两种或两种以上轮作可以提高土壤和作物产量，同时减少氮肥消耗。

参考文献

鲍尔斯，t.m.等，2020。长期证据表明，作物轮作多样化增加了北美农业对不利生长条件的适应能力。一个地球2:1-10。DOI: 10.1016 / j.oneear.2020.02.007

Schmer, M.R.， Jin, V.L.， Wienhold, B.J.， Becker, S.M.和Varvel, ge。2020。长期轮作多样性和氮素对土壤有机碳氮储量的影响农业系统，地球科学与环境，DOI: 10.1002/agg2.20055

Sindelar, a.j.， Schmer, M.R.， Jin, V.L.， Wienhold, b.j.和Varvel, ge, 2016。轮作对玉米、高粱、大豆产量和氮素回收有影响。农学期刊108:1592 - 1602。doi: 10.2134 / agronj2016.01.0005