《Agronomy Journal》：Wheat and canola response to rotational and continuous tillage under dryland farming
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本文综述研究了在旱地条件下，不同耕作方式（包括连续耕作和轮耕）对油菜(Brassica napus L.)和小麦(Triticum aestivum L.)产量及品质的影响。研究发现，连续免耕（NT）和零耕（ZT）可能导致土壤养分分层和杂草压力增加，而轮耕（如结合深松）能有效平衡土壤保护与作物性能。油菜对耕作更敏感，轮耕处理比NT和ZT获得更高产量；小麦则表现出更强的耐受性，但犁地（MB）处理可获得最高产量和蛋白质含量。研究建议，在地中海型旱地系统中，将轮耕整合到NT或ZT体系中，是一种兼顾成本效益、土壤肥力与环境可持续性的实用策略。
引言：旱地农业中的耕作挑战与策略
保护性耕作（定义为任何能减少土壤扰动并在播种后田间至少保留30%作物残茬的耕作方式）已成为全球提高旱地种植系统可持续性的重要组成部分。然而，长期免耕（NT）和零耕（ZT）可能带来养分分层、土壤压实和杂草压力增加等农艺挑战。相反，连续的传统耕作（如犁地）可能导致土壤有机质耗竭和侵蚀风险增加。因此，将轮耕（即特定耕作方式与NT或ZT交替）整合到保护性耕作体系中，成为一种潜在的平衡策略，旨在缓解长期NT/ZT的制约，同时维持土壤肥力与作物生产力。本研究在南非西开普省的旱地条件下，评估了油菜和小麦对五种连续耕作方式及三种结合深松的轮耕方式的响应。
材料与方法：长期试验地的耕作处理设计
试验于2023年和2024年在南非Langgewens研究农场（地中海气候，年均降雨392mm）的一个已有48年历史的长期耕作试验区进行。试验设八个耕作处理：连续犁地（MB）、连续锄齿耕作（TT）、连续浅齿耕作（ST）、连续免耕（NT）、连续零耕（ZT），以及三个结合深松（R，松土深度>30cm）的轮耕处理（2年轮耕、3年轮耕、4年轮耕）。试验采用随机区组设计，四次重复。耕作处理详情见表1。作物实行四年轮作：小麦-油菜-小麦-豆科覆盖作物。油菜和小麦分别于2023年5月22日和2024年6月13日播种。除ZT处理使用圆盘开沟器播种机外，其余处理均使用锄齿开沟器播种机。施肥策略因播种机类型而异，以避免ZT处理中种子与肥料同沟同深引起的“烧苗”问题（表2）。测量指标包括地上部生物量、种子/谷物产量、千粒重（TSW）、以及油菜含油量和小麦蛋白质含量等品质参数。
结果：作物对耕作方式的差异化响应
油菜响应
油菜植株密度（出苗后30天和150天）未受耕作处理的显著影响。在出苗后60天，2年轮耕（ST-NT）处理的地上部生物量最高，而ZT、NT、3年轮耕（NT-NT-R）、ST和MB处理的生物量最低（图3）。至90天和150天，生物量在各处理间无显著差异。油菜种子产量受耕作处理影响极显著（p< 0.001）。MB、ST和TT处理的产量最高，而NT和ZT处理的产量显著较低（图4）。千粒重（TSW）在MB处理下最低（2.8g），其他处理均高于3g。油菜籽含油量在MB处理下最低（38%），在其他所有处理（如ST-NT为45%，ZT为44%）均超过40%，符合南非油菜产业质量标准。
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**小麦响应**
小麦最终分蘖数受耕作处理影响极显著（p < 0.001），ZT和MB处理的分蘖数最高，而NT处理最低（图5）。地上部生物量在出苗后60天和90天无显著差异，但在150天时，ZT和MB处理的生物量最高（图6）。小麦谷物产量在MB处理下最高，在其他处理间较低且差异显著（图7）。千粒重（TSW）在ZT、TT和NT处理下显著较高，而在轮耕和MB处理下较低（图8）。小麦籽粒蛋白质含量在MB处理下最高（11%），在ZT处理下最低（8.5%），轮耕处理（如2年轮耕NT-R和3年轮耕R-NT-NT）的蛋白质含量介于其间。
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讨论：产量与品质的权衡及可持续性考量
油菜种群对耕作不敏感可能与试验地土壤质地粗糙、容重较低以及生长季降雨充沛有关。油菜早期生物量差异不显著，表明作物在生长季后期通过补偿性生长进行了恢复。油菜产量随土壤扰动程度的增加而普遍提高，NT和ZT处理下的低产可能与严重的杂草（如黑麦草）侵扰导致的资源竞争有关。尽管MB处理下油菜产量高，但其种子品质（TSW和含油量）却最低，这揭示了产量与含油量之间的权衡关系：集约耕作促进氮矿化，利于蛋白质合成和产量形成，但可能不利于油脂积累。
小麦表现出比油菜更强的土壤扰动耐受性。MB和ZT处理下更高的分蘖数和生物量，归因于土壤松动改善了种土接触和养分分布。小麦产量在MB处理下领先，但其他处理（包括轮耕）间的差异不显著。小麦容重不受耕作影响，表明籽粒灌浆主要受遗传、水分和同化物供应调控，而非耕作方式。千粒重（TSW）在所有处理下均超过30g，表明籽粒发育未受明显制约。较高的蛋白质含量与MB处理下增强的氮、硫矿化和吸收有关，而NT/ZT处理下的低蛋白质含量可能与杂草竞争有关。
研究核心发现是，虽然MB处理能提高作物产量和蛋白质含量，但其高成本、高能耗及长期土壤退化风险限制了其可持续性。长期NT/ZT则面临杂草压力增大、养分分层等挑战，导致产量不稳定。轮耕，特别是结合深松的轮耕，作为一种折中策略，能够缓解长期NT/ZT的制约（如压实、杂草），同时避免每年深耕带来的成本和环境风险。视觉观察证实，杂草压力（尤其是油菜季）是NT/ZT体系产量表现不佳的关键限制因素，凸显了在减少耕作和除草剂使用的背景下，发展综合杂草管理策略的紧迫性。
结论：因地制宜的耕作选择建议
不同作物对耕作方式的响应存在差异。油菜比小麦对耕作更敏感。尽管MB处理能获得最高的小麦产量，但其油菜籽品质却较低。从环境、经济和农业可持续性角度出发，建议农民避免连续、集约地使用MB或深松机。具体耕作策略的选择应依据土壤类型、气候条件及农场面临的具体制约因素（如杂草、压实）。对于地中海型旱地系统的农民而言，将轮耕（特别是采用较长轮换周期）整合到NT或ZT体系中，是一种节省系统投入成本（劳动力、机具维护、燃料）、平衡土壤保护与作物生产性能的实用且具有成本效益的方法。未来的研究需要进一步探索除耕作和除草剂以外的杂草管理方案，以帮助农民在不同体系中更有效地管理黑麦草等杂草。
