水稻作为我国的主要粮食作物之一,其播种面积占我国作物总面积的29.1%,产量占中国粮食总产的43.7%。稻米是我国人民赖以生存的主食。水稻的生产将对我国粮食安全产生重大和深远影响。目前贵州省水稻种植主要以单季水稻连作为主,存在稻田冬闲面积大、复种指数低,长期的连作制度加上化肥、农药等化学制品的过量使用,容易导致土壤养分失去平衡,土壤酶活性降低、稻田生态环境恶化等问题,从而造成土地可持续利用的能力下降,进而影响了作物的产量与品质。稻田复种轮作能够维持地力、改善土壤环境、提高土壤微生物数量和酶活性,对减轻连作障碍具有积极作用,而且其不仅可提高作物产量,还可提高农田利用率,减少农药、化肥的使用,使得作物之间相互促进形成良性循环,是农业生产中养地与用地结合,且可有效推广运用的耕作栽培措施。为此,本研究通过长期定点试验,在稻田复种轮作的条件下,设计了冬闲、油菜、蔬菜、马铃薯、紫云英5种冬种模式,以期了解不同冬种模式下作物的生产力、土壤特性及能流物流的变化,探索高效、高产的种植模式,旨在促进农业可持续发展,增加农民收入,为贵州发展循环农业提供理论依据。研究的主要结果如下:1.在作物生产力方面,不同冬种模式能提高系统生产力。(1)不同冬种作物的后茬水稻实际产量均高于冬闲田,产量表现为C>E>D>B>A,增幅为3.71%~8.48%,其中冬种蔬菜和绿肥的后茬水稻实际产量较冬闲田分别增加8.48%、7.6%;从产量构成因素来看,不同冬种模式对水稻有效穗数、结实率和千粒重无显著差异;冬种作物对后茬水稻每穗总粒数显著高于冬闲处理,增幅为6.23%~9.23%,以冬种蔬菜的每穗总粒数最高,增幅为9.23%。(2)不同冬季作物生物量差异较大,表现为油菜>马铃薯>杂草>蔬菜>紫云英,经济产量表现为油菜>马铃薯>蔬菜,而收获系数表现为蔬菜>马铃薯>油菜。综合来看,冬种作物不仅能提高作物产量及经济产量,而且增加了秸秆还田量,减少冬季杂草的生长、提高农田的利用率、改善土壤肥力,影响水稻的生长发育,提高水稻的产量。在本试验五种冬种模式中,以蔬菜-水稻冬种模式水稻产量表现较好。2.在土壤特性方面,不同冬种模式对不同耕层土壤的理化性质及酶活性的影响不同。除绿肥-水稻模式外,其它模式的耕层容重之间均无显著差异;油菜-水稻和蔬菜-水稻模式有利于提高耕层土壤毛管孔隙度、总孔隙度和毛管持水量。不同冬种模式下土壤有机质和全磷无显著性差异;冬种作物在0-21cm的土壤全钾和速效磷高于冬闲田,以蔬菜-水稻效果最好;油菜-水稻和蔬菜-水稻模式在0-21cm的土壤碱解氮和速效钾含量均高于其它处理;油菜-水稻在14-21cm的土壤全氮最低。不同冬种模式下土壤脲酶无显著性差异;对0-21cm的土壤过氧化氢酶活性、转化酶活性均高于冬闲处理,增幅分别为0.58%~0.75%,0.4%~23.81%,其中以油菜-水稻在0-21cm的土壤转化酶表现最好,增幅为23.81%。3.在能量流动方面,系统外投入的能量主要以无机能的投入为主,占到总投入的88.03%~95.28%,燃油和农机具占了约无机能的一半,表示该地区的机械化相对较高。对于系统能量输出,冬种油菜的系统产出总能量最高,达到456.92×109 J·hm-2,其次是冬种马铃薯,为327.48×109 J·hm-2。通过对系统产投比和还田/总产出的分析,虽处理B的产投比较低,为2.64,但是还田/总产出最高,达0.292,表明能量的循环利用率较高。4.在物质循环方面,不同冬种模式的N、P、K输入、输出及归还量各不相同。各处理N、P、K的投入主要以化肥为主。冬种作物的N、P、K输出量,以冬种马铃薯的N、K输出量最高,分别为413.62 g·hm-2和629.37 g·hm-2,以冬种油菜的P输出量最高,达162.39 g·hm-2;而冬种紫云英的N、P、K输出量均最低。对于N、P、K的归还,以处理A归还的N最高,处理B归还P、K的最多。对于N、P、K系统输出/输入的产投比,除冬种马铃薯的N大于1,不同冬种模式下系统N、P输入均大于系统N、P的输出,系统N素、P素均呈盈余状态,有利于土壤N素、P素的良性循环;而对于不同冬种模式下系统K的输出/输入的产投比大于1,表示各处理之间K的K输出大于输入,系统K素存在严重亏损,需施入更多的钾肥平衡土壤的K素。