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针对黄土高原地区干旱少雨、长期种植苜蓿而导致的土壤水分亏缺以及旱地土壤贫瘠引起的减产现象，本试验在典型的半湿润易旱区通过草田轮作试验，研究苜蓿地（A）轮作为农田后农作物各时期的土壤水分、土壤养分、农作物生物学特性及作物产量，并进行生态、经济效益分析，旨在为黄土高原苜蓿草地的可持续利用及建立稳定的旱地农业生态系统提供理论依据。主要研究结论如下：1.不同草田轮作模式的土壤水分恢复作用存在差异，苜蓿草地轮作两年收获时，以苜蓿-休闲-油菜（AFR）模式效果最佳，其0～500cm土层土壤水分较2009年秋季翻耕前增加了6.7%，而苜蓿-冬小麦-冬小麦（AWW）模式最差，较苜蓿翻耕前呈亏缺状态。2011年秋季，所有轮作处理0～500cm土层土壤水分较2009年秋季耕前得到恢复，仍以苜蓿-休闲-油菜（AFR）模式效果最佳、苜蓿-冬小麦-冬小麦（AWW）模式最差，较耕前分别增加了32.5%、27.0%，说明合理的草田轮作方式能够缓解苜蓿草地的水分过耗状况，起到土壤水分恢复作用。轮作两年后，收获期和秋季AWW处理土壤水分恢复层分别为120～320cm、0～360cm土层，其余轮作处理均分别出现在120～340cm、0～380cm土层。2.草田轮作较常规农田可以增加土壤氮素和有机质，经过两年轮作后，第二年种植油菜的轮作处理0～60cm土层土壤平均全氮、土壤平均有机质、土壤平均碱解氮分别较连作油菜地增加了0.08g·kg-1～0.19g·kg-1、0.41g·kg-1～1.11g·kg-1、3.70mg·kg-1～10.61mg·kg-1，较撂荒地分别增加了0.05g·kg-1～0.16g·kg-1、0.13g·kg-1～0.83g·kg-1、0.83mg·kg-1～7.74mg·kg-1。第二年种植冬小麦的轮作处理0～60cm土层土壤平均全氮、土壤平均有机质、土壤平均碱解氮较连作冬小麦地分别增加了0.10g·kg-1～0.22g·kg-1、0.56g·kg-1～1.07g·kg-1、4.48mg·kg-1～7.13mg·kg-1，较撂荒地分别增加了0.04g·kg-1～0.16g·kg-1、0.43g·kg-1～0.94g·kg-1、2.65mg·kg-1～5.30mg·kg-1，说明草田轮作具有培肥地力的效果。3.苜蓿地和进行轮作后的农田0～60cm土层土壤速效磷、速效钾均显著低于连作农田和撂荒地，表明苜蓿是耗磷、钾元素较多的植物，在种植过程中需施磷肥和钾肥来维持土壤磷、钾的平衡。在苜蓿地翻耕轮作为农田后，由于对土壤产生了扰动，土壤养分呈连年减少趋势，以连续两年种植同一种作物尤为明显，在进行草田轮作时，应尽量避免连续种植同一作物，以便更好地维持土壤养分平衡。4.草田轮作可以促进土壤矿化氮的形成，油菜、冬小麦轮作地在0～100cm土层内平均土壤氨态氮含量均高于继续生长的苜蓿地、撂荒地和常规农田，各轮作处理0～100cm土层的硝态氮含量也高于常规农田和撂荒地，且苜蓿-休闲-油菜（AFR）、苜蓿-休闲-冬小麦（AFW）处理0～100cm土层的硝态氮含量也显著高于继续生长的苜蓿地，其余轮作处理硝态氮含量低于苜蓿连作地，表明在旱地农区进行合理的草田轮作对提高后继作物土壤氮有效性具有积极作用。5.草田轮作增产显著。两年试验均表现为轮作油菜和冬小麦的产量、水分利用效率比相应常规农田高。轮作第一年，轮作油菜的油菜籽粒产量、水分利用效率较连作油菜分别提高了28.9%、49.8%，冬小麦轮作地籽粒产量、水分利用效率较连作农田分别提高了43.2%、36.7%。轮作第二年，轮作油菜地产量较连作油菜地增加了3.5%～41.7%，水分利用效率提高了1.4%～38.6%，轮作冬小麦地较连作小麦地增产47.3%～59.6%，水分利用效率提高了29.9%～50.4%。6.草田轮作能提高后继作物的株高、增加后继作物的干物质积累量，促进作物的生长发育。两年试验结果表明，轮作油菜、冬小麦可以增加作物的株高、干物质积累量，较常规农田差异显著。草田轮作对作物的产量构成因素也有一定的影响，可以显著增加冬小麦的穗数，以及增加油菜的单株角数和角粒数，但对各作物的千粒重影响不大。草田轮作可以提高作物的光合性能，以苜蓿-油菜-油菜模式和苜蓿-休闲-小麦模式效果最好。7.草田轮作后，对不同轮作模式进行生态效应分析，发现苜蓿-休闲-油菜轮作模式生态效应最好，其水分恢复含量、氮素活化率最高最高，对土壤养分的消耗相对较少，而苜蓿-小麦-小麦轮作模式生态效应最差，水分恢复为负效应，对土壤速效磷，速效钾、碱解氮、全氮、有机质消耗较大，不利于维持土壤养分的平衡。8.对不同轮作模式经济效益的研究表明，苜蓿-冬小麦-冬小麦轮作模式净收入最高，为15473.5元·hm-2，而苜蓿-休闲-油菜轮作模式净收入最低，仅为1329.7元·hm-2，生态效应和经济效益存在着矛盾，一般来说，通过休闲一年再轮作可以缓解因前茬种植苜蓿导致的土壤环境压力，但由于在黄土高原地区，人均耕地资源稀少，人地矛盾突出，生产上难以实施，因而大多数人选择与农作物轮作来实现经济、生态效益的平衡。在轮作模式选择上，应根据当地的生态、经济状况进行选择，并根据不同轮作模式的养分消耗程度来进行有的矢放的施肥。