卢川，翟黎芳，李悦有

（国家半干旱农业工程技术研究中心，河北 石家庄 050051）

在华北平原主要农作物中，冬小麦的生育期降水量远远低于其实际需水量，冬小麦生产灌溉用水占平原总灌溉水量的70%左右，被认为是地下水过度开采的主要原因。当前，整个华北地区已经成为世界上最大的“漏斗区”[1～3]。冀中南地区为华北地区的冬小麦主产区，人均水资源量不足300 m3，仅为全国平均水平的1/7。压减冬小麦种植面积是减少地下水用量的最有效方法[4]。为避免由于限水压采所导致的耕地冬闲、冬春季土壤表面无覆盖的问题，寻找可替代冬小麦种植的作物已迫在眉睫。

随着冬油菜在新疆、北京、宁夏及河西走廊等地的成功越冬，冬油菜已成为京津冀地区的又一越冬作物，种植面积逐年扩大[5，6]。冬油菜是产油率很高的油料作物之一，也是唯一可越冬的油料作物。种植冬油菜可充分利用温光资源、土地资源和劳动力资源，提高冬种生产效益；还可增加土壤透性，改良土壤结构；不与夏季作物生产争地，春季可作为景观植物[7，8]。甘蓝型冬油菜已经成功引入到渭北，并逐步发展到甘肃天水、山西南部、河北南部和山东南部[9，10]。我国北方旱寒区白菜型冬油菜北移的研究工作取得了重大进展，为冬油菜替代冬小麦提供了理论依据。目前在河北省，冬油菜主产区集中在中南部地区（邯郸、邢台、石家庄和保定）[11，12]，因此冬油菜成为替代冬小麦的首选作物，但是，有关冬油菜与夏播作物轮作的可行性研究尚未见报道。对冀中南地区冬油菜的越冬率、产量、节水效果、经济效益等进行分析，明确冬油菜替代冬小麦与夏播作物轮作的可行性，旨为冀中南地区冬油菜与夏播作物轮作制度的实施提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

冬油菜试材分甘蓝型和白菜型2 种，其中甘蓝型油菜品种为甘蓝1 号、甘蓝2 号和甘蓝3 号，白菜型油菜品种为白菜1 号、白菜2 号和白菜3 号；早熟玉米品种为沃玉990；糯玉米品种为沃彩糯；棉花品种为夏早4 号；谷子品种为懒谷7 号。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 该试验于2016～2018 年在冀中南地区的石家庄鹿泉、邢台南宫和邯郸肥乡进行，根据当地各作物的生育期安排茬口。小区面积32 m2，随机区组排列，3 次重复。其中，冬油菜9 月13 日人工0.4 m等行距播种，密度30 万株/hm2，底施复合肥750 kg/hm2；早熟玉米和糯玉米6 月7 日人工0.6 m 等行距点播，2粒/穴，密度6.75 万株/hm2，底施复合肥675 kg/hm2，花期浇水并追施尿素300 kg/hm2；棉花6 月7 日人工点播，行距0.5 m，株距0.2 m，密度10.5 万株/hm2，底施复合肥300 kg/hm2，追施尿素150 kg/hm2；谷子6 月7 日人工0.4 m 等行距播种，喷施除草剂定苗，密度75 万株/hm2，底施复合肥600 kg/hm2。其他田间管理措施同当地常规管理。

1.2.2 测定项目与方法

1.2.2.1 冬油菜越冬率。分别在油菜越冬前（11 月15日前后）和返青后（3 月15 日前后），调查全小区苗数。计算冬油菜的越冬率（返青后苗数/冬前苗数×100%）。

1.2.2.2 作物产量。产量均按测定产量的95%（扣除杂质和水分50%）折算。

（1）油菜。油菜成熟时，全小区收获植株，单独晾晒，人工脱粒、去杂后称重。

（2）谷子、玉米和棉花。选择具有代表性地块，采取6 点取样法，每点取样6 行×5 m 测产。

1.2.2.3 种植效益。从灌水量和经济效益2 个方面进行测算。

（1）灌水量。肥乡、鹿泉、南宫试点的水泵出水量分别为 630、600 和 900 m3/（hm2·h）。微喷管道布置方式为支管垂直于作物行方向、毛管（微喷带）平行于作物行方向，毛管间距2.4 m，微喷出水量为324 m3/（hm2·h）。根据公式，分别计算漫灌和微喷的灌水量：

漫灌灌水量=总灌水时间×水泵出水量

微喷灌水量=总灌水时间×微喷出水量

（2）经济效益。按照市场价格测算。成本包括种子等物化成本，以及浇地、整地、播种、收获等人工费用等。根据公式，计算产值和经济效益：

产值=作物产量×单价

经济效益=产值-成本

1.2.2.4 生育期拟合度。全年按365 d 计算。根据公式，计算轮作模式的联合生育期和拟合度：

联合生育期=前茬作物生育期+下茬作物生育期+6（耕作时间）+其他时间

式中，耕作时间为前茬作物收获后至下茬作物播种前所需要的时间，本研究中取值6 d；其他时间是指有的作物（如棉花）开始成熟到全部成熟所需要的时间，本研究中棉花取值15 d，其他作物均取值0。

生育期拟合度=365-联合生育期

当拟合度≥-10 d 时，认为采取缩短耕作期和配套种植技术等措施后，这2 种作物从生育期上考虑可以进行轮作；当拟合度≤-10 d 时，认为这2 种作物从生育期上考虑轮作较困难，不能满足1 个作物或2 个作物的正常成熟。

1.2.3 数据统计分析 利用SPSS Statistics 和Excel 软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 不同类型冬油菜品种的越冬率和产量比较

2.1.1 越冬率 孙万仓等[13]研究结果表明，越冬率＜70%时，产量随着越冬率的增加而增加；越冬率为70%时，产量基本趋于稳定；越冬率＞70%时，越冬率对产量影响不明显。因此，70%越冬率可作为北方地区冬油菜通用安全越冬的越冬率临界值。

2016～2017 年3 个试点所有冬油菜品种的越冬率均＞70%，可安全越冬，其中白菜型油菜品种的越冬率普遍高于甘蓝型油菜品种；2017～2018 年度3 个试点白菜型油菜品种的越冬率均＞70%、甘蓝型油菜品种的越冬率均＜70%，白菜型油菜品种可安全越冬（表1）。可以看出，白菜型油菜品种的抗寒性较好。

表1 试验年度冬油菜的越冬率和产量Table 1 The overwintering rate and yield of winter rape in trial years

相同试点，同一油菜品种的2016～2017 年越冬率普遍高于2017～2018 年，推测可能与年度间油菜越冬期的气温不同有关：2016～2017 年度冬季月最低气温为-9～-6 ℃，油菜越冬期气温较高，属暖冬型年份；2017～2018 年度冬季月最低气温为-12～-5 ℃，油菜越冬期气温与常年基本相当，属正常型年份。从3 个试点的地理位置看，肥乡靠南、南宫居中、鹿泉靠北，2017～2018 年三地的甘蓝型油菜品种越冬率顺序为肥乡（50%左右）＞南宫（28%～33%）＞鹿泉（26%左右），越冬率顺序与试点自南向北的地理位置顺序一致。

2.1.2 产量 油菜产量受越冬率影响较大。相同年度，不同类型油菜品种的产量差异较大。

2016～2017 年3 个试点甘蓝型油菜品种的产量均＞白菜型油菜品种，其中肥乡试点以甘蓝2 号产量最高，达到3 576.3 kg/hm2，与3 个白菜型油菜品种差异均达到了极显著水平；鹿泉试点以甘蓝1 号产量最高，达到3 050.0 kg/hm2，与白菜型油菜品种差异均达到了极显著水平；南宫试点以甘蓝3 号产量最高，达到3 020.4 kg/hm2，与白菜型油菜相比，除较白菜3 号差异不显著外，较其他2 个品种差异均达到了显著水平。2016～2017 年度属暖冬型年份，不同试点的油菜品种均能正常越冬，在此环境条件下，甘蓝型油菜品种的产量高于白菜型油菜品种。

2017～2018 年3 个试点白菜型油菜品种均能顺利越冬，而甘蓝型油菜品种均无法正常越冬，因此甘蓝型油菜品种的产量均极显著＜白菜型油菜品种，故该试验年度只有白菜型油菜品种的产量具有参考价值。产量调查结果显示，3 个试点均以白菜3 号产量最高，达到3 096.9～3 348.5 kg/hm2，且与其他2 个品种差异多数达到了显著水平，其中肥乡试点产量最高、南宫试点最低。表明白菜3 号产量高，且稳定。

2.2 冬油菜替代冬小麦与夏播作物轮作的可行性分析

2.2.1 冬油菜与冬小麦的种植效益比较

2.2.1.1 灌水量。试验年度3 个试验点的油菜平均灌水次数为4.7 次、灌水量为2 851.5 m3/hm2，与小麦相比平均少浇0.8 次、节水1 036.5 m3/hm2（表2）。其中，2016～2017 年3 个试验点的油菜平均灌水次数为4.7 次、灌水量为2 854.5 m3/hm2，与小麦相比平均少浇0.6 次、节水 1 249.5 m3/hm2；2017～2018 年 3 个试验点的油菜平均灌水次数为4.7 次、灌水量为2 848.5 m3/hm2，与小麦相比平均少浇1 次、节水823.5 m3/hm2。可以看出，种植冬油菜较种植冬小麦省水，不仅可降低种植成本，还可减少地下水的开采。

表2 冬油菜与冬小麦的灌水量比较Table 2 Comparison of water irrigation between winter rape and winter wheat

2.2.1.2 经济效益。冬油菜产值为13 869.0 元/hm2，扣除成本后经济效益为759.0 元/hm2；冬小麦产值为14 644.5 元/hm2，扣除成本后经济效益为-475.5 元/hm2（表3）。可以看出，在考虑人工成本的情况下，无论是种植冬油菜还是种植冬小麦，经济效益均较低，甚至出现亏本现象。这也反映出目前农业生产上普遍存在的生产成本持续上升而经济效益持续低迷的现状。因此，探寻大田常规作物生产盈利模式显得尤其重要。

表3 冬油菜与冬小麦的经济效益比较Table 3 Comparison of economic benefits of winter rape and winter wheat

2.2.1.3 生态效益。种植冬油菜具有养地、省水、省肥等优势，还具有一定的观赏性，符合河北省农业结构调整的需要，可为全省农业种植结构调整提供一条可行之路。

2.2.2 冬油菜与不同夏播作物轮作的可行性分析 从生育期方面看，冬油菜的播种期为9 月10～20 日、成熟期为5 月20～27 日（表4），理论上与播种期在5 月20～27 日之后、成熟期在9 月10～20 日之前的夏播作物均可进行轮作。从经济效益方面看，冬小麦产量是冬油菜的2～3 倍，而冬油菜售价是冬小麦的2～3 倍，因此在管理模式相同的条件下，二者产值基本相当；但种植冬油菜较冬小麦省水，因此可降低生产成本，进而提高种植效益。

表4 越冬作物和夏播作物的茬口安排及产量Table 4 Stubble arrangement and yield of winter crops and summer crops

从生育期拟合度对10 种轮作模式的可行性进行判断，结果（表5）显示，白菜型冬油菜除不宜与超早熟棉轮作外，与其他试验作物（不同类型的玉米，大豆、谷子）均可进行轮作，其中与极早熟玉米、糯玉米、甜玉米和谷子轮作较好，这4 种轮作模式的生育期拟合度为12.4～26.4 d，冬油菜与接茬作物轮作时可操控的时间更加充裕。冬油菜+超早熟棉轮作模式，虽然从超早熟棉品种的生育期上推算二者可以进行轮作，但棉花从吐絮到完全吐絮完毕需要的时间较长，若按15 d 计算，则冬油菜+超早熟棉轮作模式的生育期拟合度为-18.4 d，二者轮作后联合生育期长达380 d 以上，即使通过农艺措施也很难保证两茬作物均能够正常成熟。

表5 冬油菜（白菜型）与不同夏播作物轮作模式的生育期拟合度Table 5 Growth period fitting degree between winter rape（cabbage type） and different summer crops rotation patterns

2.3 冬油菜替代冬小麦与夏播作物轮作的田间验证试验

2.3.1 冬油菜与早熟玉米、超早熟棉和谷子轮作 根据冬油菜与夏播作物轮作模式的生育期拟合度分析，初步确定了冬油菜可以与早熟玉米、谷子等进行轮作，但与棉花实现“双直播”轮作较为困难。为了验证上述推论，在鹿泉、南宫、肥乡三地，同时进行了冬油菜收获后接种早熟玉米、超早熟棉和谷子的田间验证试验。

测产结果（表6） 显示，接种于冬油菜后的早熟玉米产量为7 046.6～8 459.6 kg/hm2，谷子产量为5 244.3～7 163.1 kg/hm2，均与其接种于冬小麦后的产量基本相当；夏播棉当时测产时虽然进入成熟期，但未全部吐絮完毕，产量是根据单位面积棉铃数和品种单铃重测算出来的，生产上如待棉花收获完毕，会影响冬油菜接茬播种，从而影响冬油菜的越冬率。田间验证试验结果进一步明确了“冬油菜可与早熟玉米和谷子轮作，但不宜与夏播棉品种轮作”的观点。

表6 接种于冬油菜后谷子、早熟玉米和超早熟棉的产量Table 6 Yield of millet，early maturing corn and super early cotton after winter rape

2.3.2 冬油菜与糯玉米轮作 糯玉米生育期较早熟玉米短，相同播期下收获较早。冬油菜可与早熟玉米进行轮作，理论上也可与糯玉米进行轮作，故在肥乡进行冬油菜收获后接种糯玉米的田间验证试验。冬油菜与糯玉米（沃彩糯，播种期6 月7 日）轮作，糯玉米平均鲜穗产量为13 168.6 kg/hm2，经济收益与冬小麦+夏玉米轮作模式基本相当。冬油菜与糯玉米轮作也符合肥乡的气候特点和种植习惯，糯玉米收获较早，有利于冬油菜提早播种，实现壮苗越冬。由此认为，冬油菜+糯玉米轮作模式可以在邯郸肥乡进行推广。

3 结论与讨论

本研究中，分别利用甘蓝型和白菜型冬油菜品种，在冀中南地区露地条件下，连续2 个越冬年度进行冬油菜替代冬小麦的种植试验。结果显示，甘蓝型油菜品种在暖冬型年份下可以安全越冬，在冬季气温较低时越冬困难、产量不能得到保证，存在较大的种植风险；白菜型油菜品种的抗寒性较好，越冬率最低也能达到70%，在试验区种植均可以安全越冬。因此，在冀中南地区种植冬油菜时，首选白菜型油菜品种。

轮作是充分利用土地资源、增加农产品供给、提高农户收入的重要途径[8]，因此选择适宜的轮作作物也是重中之重。研究表明，白菜型冬油菜在北方地区种植能够安全越冬[19]，且产量和含油率均高于胡麻以及同类型的春油菜[20]。本研究结果显示，种植冬油菜较种植冬小麦省水，且经济效益和生态效益也均优于冬小麦，在地下水匮乏的冀中南地区可以替代冬小麦作为越冬作物，符合河北省农业结构调整的需要，可为河北省农业种植结构调整提供一条可行之路。

利用生育期拟合度对冬油菜（白菜型）与10 种夏播作物（7 种不同类型的玉米，大豆、谷子和超早熟棉）轮作模式的可行性进行分析，并进行了田间验证试验，结果显示，冬油菜除不宜与超早熟棉轮作外，与其他试验作物均可进行轮作，其中与早熟玉米、糯玉米和谷子轮作较好。“冬油菜+玉米”和“冬油菜+谷子”轮作模式可以通过订单收购进行规模化栽培，经济效益与“冬小麦+夏玉米”轮作模式基本相当，但较“冬小麦+夏玉米”模式省水、省肥；可减少小麦、玉米两茬平播集中收获对农机和人员的需求压力；实现科学轮作倒茬，提高单位面积土地产出率，改善农业生态环境，丰富旅游资源，有利于促进粮油产业的科学发展。冀中南地区冬季积温高于河北省其他地区，有利于冬油菜品种越冬，发展冬油菜与其他作物轮作不仅有利于解决冬小麦生产耗水过多的问题，还有利于农业种植结构的调整，促进冀中南地区农业的可持续发展。