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作物杂志,2025, 第5期: 19–28 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2025.05.003

• 专题：盐碱胁迫下作物抗逆响应与生态调控 • 上一篇    下一篇

玉米―花生―谷子轮作对吉林省风沙盐碱地区土壤微生态、产量和效益的影响

朱建国1(), 崔正果2, 张波3, 王学端4, 张月明1, 吕小飞1, 王洪预1, 李秋祝1(), 崔金虎1()   

  1. 1 吉林大学植物科学学院， 130062， 吉林长春
    2 吉林省农业科学院， 130033， 吉林长春
    3 通榆县农业科学技术推广站， 137200， 吉林白城
    4 通榆县植保植检站， 137200， 吉林白城
  • 收稿日期:2023-12-20 修回日期:2024-04-25 出版日期:2025-10-15 发布日期:2025-10-21
  • 通讯作者: 李秋祝，研究方向为作物高产栽培生理生态，E-mail：liqz@jlu.edu.cn； 崔金虎为共同通信作者，研究方向为作物高产栽培技术，E-mail：cuijinhu@163.com
  • 作者简介:朱建国，研究方向为作物高产栽培生理和栽培技术，E-mail：1686207971@qq.com
  • 基金资助:
    吉林省科技发展计划(20210202011NC);吉林省科技发展计划(20220508095RC);吉林省科技发展计划(20220302002NC);吉林省科技发展计划(20230404012NC);吉林省科技发展计划(20230302003NC)

Effects of Corn-Peanut-Foxtail Millet Rotation on Soil Microecology, Yield, and Benefits in Sandy Saline-Alkali Lands of Jilin Province

Zhu Jianguo1(), Cui Zhengguo2, Zhang Bo3, Wang Xueduan4, Zhang Yueming1, Lü Xiaofei1, Wang Hongyu1, Li Qiuzhu1(), Cui Jinhu1()   

  1. 1 College of Plant Science, Jilin University, Changchun 130062, Jilin, China
    2 Jilin Academy of Agricultural Sciences, Changchun 130033, Jilin, China
    3 Tongyu Agricultural Science and Technology Extension Station, Baicheng 137200, Jilin, China
    4 Tongyu Plant Protection and Phytosanitary Station, Baicheng 137200, Jilin, China
  • Received:2023-12-20 Revised:2024-04-25 Online:2025-10-15 Published:2025-10-21

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摘要： 探究不同种植模式对吉林省西部风沙盐碱地区作物产量和效益的影响，对维持该地区土壤微生态平衡及农业可持续发展具有重要意义。采用田间定位试验，玉米―花生―谷子轮作（CR）和玉米连作（CC）2种种植方式，分析轮作玉米和连作玉米不同耕层土壤微生物群落丰度、多样性和结构及玉米产量和效益的差异。结果表明，土壤真菌在CR和CC处理间无显著差异；0~20 cm土层较20~40 cm土壤细菌群落更加复杂，0~20 cm土层CR处理与CC处理相比增加了细菌群落的丰富度和多样性，在0~40 cm土层中CR较CC处理细菌群落的Chao1指数平均增加22%，与CC相比，CR形成了相对独特的细菌群落结构。CR处理显著提高了玉米产量，比CC增产32%。轮作处理经济效益优于连作。轮作改变了土壤原有细菌群落的组成和分布，提高了有益细菌的数量。轮作模式通过提高土地利用效率，实现更高的经济效益。作物多样化种植模式能提高年际间产量稳定性，体现大面积农业生产在应对极端气候方面的显著潜力。

关键词: 玉米, 轮作, 盐碱地区, 耕层土壤, 土壤微生物, 高通量测序

Abstract:

Exploring the influence of different cropping patterns on crop yield and benefits in sandy saline-alkali areas of western Jilin Province is of great significance for maintaining the soil micro-ecological balance and the sustainable development of agriculture in this area. Field positioning experiments were conducted. Two cropping patterns, corn-peanut-foxtail millet rotation (CR) and corn continuous cropping (CC), were adopted to analyze the differences in the abundance, diversity and structure of soil microbial communities in different plough layers of rotated corn and continuously cropped corn, as well as the differences in corn yield and economic benefits. The results showed that there was no significant difference in soil fungi between CR and CC treatments. The bacterial community in 0-20 cm soil layer was more complex than that in 20-40 cm soil layer. Compared with CC treatment, CR treatment in 0-20 cm soil layer increased the richness and diversity of bacterial community. In 0-40 cm soil layer, the Chao1 index of CR treatment increased by 22% on average, and compared with CC treatment, CR treatment formed a relatively unique bacterial community structure. The yield of maize in CR treatment was significantly increased by 32% compared with CC treatment. The economic benefits of CR treatment were better than those of CC treatment. Crop rotation changed the original composition and distribution of bacterial communities, and increased the number of beneficial microorganisms. The rotation pattern achieved higher economic benefits by improving land use efficiency. The crop diversification cropping pattern could improve the inter-annual yield stability, reflecting the significant potential of large-scale agricultural production in coping with extreme climate.

Key words: Corn, Crop rotation, Saline-alkali area, Cultivated soil, Soil microorganisms, High-throughput sequencing

图1

相似度97%水平下不同处理土壤细菌（a）和真菌（b）的稀释曲线 CC_1、CC_2和CC_3代表CC1的3次重复；CC_4、CC_5和CC_6代表CC2的3次重复；CR_1、CR_2和CR_3代表CR1的3次重复；CR_4、CR_5和CR_6代表CR2的3次重复。

图2

不同处理土壤细菌（a、c）和真菌（b、d）OTU的Venn图 不同小写字母表示差异显著（P < 0.05），下同。

表1

不同处理微生物群落α多样性指数

微生物
Microbial		 处理
Treatment		 Chao1指数
Chao1 index		 香农指数
Shannon index		 PD全树
PD whole tree		 覆盖度
Coverage		 辛普森指数
Simpson index
细菌Bacteria CC1 8923.41±961.96ab 11.05±0.16a 628.22±37.69a 0.94±0.01ab 1.00±0.00a
CR1 10 975.99±599.73a 11.02±0.10a 640.96±14.02a 0.92±0.01b 1.00±0.00a
CC2 7511.89±242.42b 10.14±0.07b 465.64±36.62b 0.95±0.00a 1.00±0.00a
CR2 9006.80±2106.66ab 10.39±0.37b 511.29±88.02b 0.94±0.02ab 1.00±0.00a
真菌Fungi CC1 1267.67±51.96a 5.95±0.49a 197.35±9.56a 1.00±0.00a 0.94±0.04a
CR1 1141.03±54.77ab 5.41±0.82a 191.61±1.69a 1.00±0.00a 0.91±0.07a
CC2 1051.44±212.41ab 6.25±0.36a 195.65±31.37a 1.00±0.00a 0.96±0.01a
CR2 927.14±95.59b 6.31±0.60a 185.83±21.53a 1.00±0.00a 0.96±0.02a

图3

不同处理下土壤细菌（a）和真菌（b）主成分分析

图4

不同处理土壤细菌群落（a）和真菌群落（b）基于门类水平的相对丰度

表2

不同处理细菌优势菌门相对丰度

细菌菌门Bacterial phylum CC2 CR2 CC1 CR1
放线菌门Actinobacteria 36.53 32.84 35.04 29.60
变形菌门Proteobacteria 19.26 19.08 24.61 25.80
酸杆菌门Acidobacteria 14.87 17.27 13.09 15.41
芽单胞菌门Gemmatimonadetes 9.48 9.96 4.81 6.10
绿弯菌门Chloroflexi 7.70 7.38 9.08 8.56
硝化螺旋菌门Nitrospirae 4.08 5.30 2.30 2.51
厚壁菌门Firmicutes 1.79 1.45 3.21 3.43
浮霉菌门Planctomycetes 1.37 1.06 1.89 1.90
未知菌门Unidentified 1.27 1.47 1.96 1.54
疣微菌门Verrucomicrobia 0.72 0.69 0.79 1.06
拟杆菌门Bacteroidetes 0.71 0.85 1.41 2.17

表3

不同处理真菌优势菌门相对丰度

真菌菌门Fungal phylum CC2 CR2 CC1 CR1
子囊菌门Ascomycota 68.5 79.03 73.61 88.25
担子菌门Basidiomycota 25.42 11.43 22.54 9.02
被孢霉门Mortierellomycota 3.69 4.73 1.76 1.61
未知菌门Unidentified 2.11 2.37 1.94 1.00
虫霉门Entomophthoromycota 0.00 2.25 0.01 0.07
壶菌门Chytridiomycota 0.01 0.01 0.04 0.03
球囊菌门Glomeromycota 0.23 0.04 0.09 0.01
丝足虫门Cercozoa 0.01 0.05 0.00 0.00
梳霉菌门Kickxellomycota 0.03 0.03 0.00 0.00

表4

不同处理作物产量和稳定性

种植方式Cropping pattern 作物Crop 平均产量Ya (kg/hm2) 最高产量Maximum yield (kg/hm2) 变异系数CV (%) 稳定性系数SYI
连作Continuous 玉米 9999 10 556 3.71 0.90
轮作Rotation 玉米 13 206 13 660 2.29 0.94
花生 3038 3438 8.77 0.77
谷子 4792 5761 13.48 0.67

表5

不同处理年际间生产投入分析

年份
Year		 种植方式
Cropping pattern		 作物
Crop		 种子
Seeds		 地租
Land rents		 肥料农药
Fertilizer and pesticides		 人工
Manually		 滴灌
Drip irrigation		 机械
Machinery		 总成本
Total cost		 平均
Mean
2020 轮作 玉米 800 4500 3132 100 3200 840 12 572 12 559
花生 2400 4500 2835 100 3200 760 13 795
谷子 600 4500 2070 100 3200 840 11 310
连作 玉米 800 4500 3132 100 3200 840 12 572 12 572
2021 轮作 玉米 800 5000 3400 100 3200 860 13 360 13 563
花生 2700 5000 3550 100 3200 760 15 310
谷子 600 5000 2260 100 3200 860 12 020
连作 玉米 800 5000 3400 100 3200 860 13 360 13 360
2022 轮作 玉米 800 6000 4100 100 3300 900 15 200 14 967
花生 2700 6000 3600 100 3300 800 16 500
谷子 700 6000 2200 100 3300 900 13 200
连作 玉米 800 6000 4100 100 3300 900 15 200 15 200
3年平均
Three years
average		 轮作 玉米 800 5167 3544 100 3233 867 13 711 13 696
花生 2600 5167 3328 100 3233 773 15 202
谷子 633 5167 2177 100 3233 867 12 177
连作 玉米 800 5167 3544 100 3233 867 13 711 13 711

表6

不同处理轮作周期内经济效益分析

年份
Year		 种植方式
Cropping
pattern		 作物
Crop		 投入（元/hm2）
Input (yuan/hm2)		 产量
Yield
(kg/hm2)		 单价（元/kg）
Price (yuan/kg)		 产值（元/hm2）
Output (yuan/hm2)		 净产值（元/hm2)
Net output
(yuan/hm2)		 产投比
Output/
Input (%)
2020 轮作 玉米 12 572 12 944 2.32 30 030 17 458 238.87
花生 13 795 2648 8.20 21 712 7917 157.39
谷子 11 310 3887 4.80 18 659 7349 164.98
连作 玉米 12 572 9850 2.32 22 852 10 280 181.77
2021 轮作 玉米 13 360 13 660 2.47 33 740 20 380 252.54
花生 15 310 3028 8.60 26 044 10 734 170.11
谷子 12 020 4728 5.00 23 640 11 620 196.67
连作 玉米 13 360 9592 2.47 23 692 10 332 177.34
2022 轮作 玉米 15 200 13 013 2.70 35 135 19 935 231.15
花生 16 500 3438 10.00 34 375 17 875 208.33
谷子 13 200 5761 4.22 24 311 11 111 184.18
连作 玉米 15 200 10 556 2.70 28 501 13 301 187.51
3年平均
Three-year
average
 轮作 玉米 13 711 13 206 2.50 32 968 19 258 240.85
花生 15 202 3038 8.93 27 377 12 175 178.61
谷子 12 177 4792 4.67 22 203 10 027 181.94
连作 玉米 13 711 9999 2.50 25 015 11 305 182.21
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