黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白三葉混播技術(shù)規(guī)程編制說明

團體標準編制說明《黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白三葉混播技術(shù)規(guī)程》團標制定組二〇二四年八月

目次一、任務來源及標準制定背景 31、任務來源 32、標準制定背景 3二、主要工作過程 4三、標準編制原則和主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù) 51、標準編制原則 52、主要技術(shù)內(nèi)容確定的論據(jù) 5四、相關(guān)研究成果 7（1）不同輪作模式生長特征 7（2）不同輪作模式減流產(chǎn)流產(chǎn)沙特征（2022年徑流小區(qū)） 8（3）不同輪作模式減流產(chǎn)流產(chǎn)沙特征（2023年徑流小區(qū)） 9（4）不同輪作模式抗沖性特征 10（5）不同輪作飼草根系特征 11（6）不同輪作模式土壤屬性特征 12（7）不同輪作模式土壤養(yǎng)分變化 13（8）不同輪作模式土壤有機碳變化 15（9）不同輪作模式對玉米產(chǎn)量的影響 16五、采用的國際標準 17六、與現(xiàn)行法律法規(guī)和強制性標準的關(guān)系 17七、重大分歧意見的處理經(jīng)過和依據(jù) 17八、標準作為強制性或推薦性標準的意見 17九、貫徹標準的要求和措施建議 17十、廢止現(xiàn)行有關(guān)標準的建議 18十一、其他應予說明的事項 18一、任務來源及標準制定背景1、任務來源本技術(shù)規(guī)程由黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院草業(yè)研究所、中國農(nóng)業(yè)大學、東北農(nóng)業(yè)大學、黑龍江省水土保持科學研究院、中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所聯(lián)合申報，在黑龍江省省屬科研業(yè)務費（CZKYF2024-1-A004）和黑龍江省重點研發(fā)計劃（GA23B004）的共同資助和支持下完成。2、標準制定背景東北黑土區(qū)作為我國重要的商品糧生產(chǎn)基地，土壤有機質(zhì)含量和農(nóng)田生產(chǎn)力均處于較高水平。東北黑土區(qū)地處中國高緯度的冷涼區(qū)，傳統(tǒng)種植模式主要以玉米連作及玉米-大豆輪作種植模式為主，耕作模式為壟作（佘瑋等，2016）。長期的壟作模式造成坡耕地集雨面積大、徑流集中、沖刷力強的現(xiàn)象尤為突出；同時，由于耕層表層疏松，底土黏重、滲透性差，最終東北黑土區(qū)坡耕地水土流失嚴重，其水土流失面積占該地區(qū)水土流失面積的46.39%，成為該地區(qū)水土流失發(fā)生的主要源地（呂剛等，2009；劉寶元等，2008；蔡壯和沈波，2007）?；跂|北黑土區(qū)在我國糧食生產(chǎn)中的作用，坡耕地成為東北黑土區(qū)水土流失治理的重點（劉寶元等，2008）。東北黑土區(qū)日益嚴峻的水土流失形勢，已嚴重威脅該地區(qū)的糧食安全，并將阻礙我國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。因此，加強東北黑土區(qū)坡耕地的侵蝕研究，推廣應用長期、高效、穩(wěn)定的水土流失防治措施的任務十分迫切。植被作為土壤表面的主要自然覆蓋物，是控制土壤侵蝕的主要因素之一，植被覆蓋已在東北黑土區(qū)坡面侵蝕和溝道侵蝕防治工程中表現(xiàn)良好的水土保持效益。然而傳統(tǒng)的種植制度仍會加劇水土流失并導致耕層變薄和地力下降等土壤退化問題，作物類型與種植方式是目前影響東北黑土區(qū)坡耕地土壤侵蝕的關(guān)鍵因素。將牧草和飼草加入到農(nóng)作制度中，也就是“糧飼輪作”，對均衡利用土壤中的養(yǎng)分，提高土地和光能利用率，促進生態(tài)功能恢復等方面發(fā)揮著重要的作用。與傳統(tǒng)的單一種植糧食作物方式相比，糧飼輪作在改善生態(tài)環(huán)境和促進畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展等方面顯現(xiàn)出了無法替代的優(yōu)越性，不但可以改良土壤的物理性質(zhì)，提高土壤肥力和增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，還可降低作物生產(chǎn)風險、減少土壤徑流、防止水土流失，是提高生態(tài)和經(jīng)濟效益的有效方式（Turpin,1996;Ojiem,2014）。因此，坡耕地不同輪作模式的減流減沙作用并合理配置作物種植方式可成為保護坡耕地土壤資源、減少坡耕地水土流失的重要途徑。本項目基于黑土區(qū)玉米種植后進行黑麥草和白三葉的合理輪作，對輪作后的種植、作物產(chǎn)量、抗侵蝕性等關(guān)鍵技術(shù)的研究，結(jié)合當?shù)厣a(chǎn)需求，提出黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白葉三混播技術(shù)，能夠為保護黑土地的農(nóng)藝措施提供技術(shù)支撐，可保障國家糧食安全。二、主要工作過程1、2023年11月：根據(jù)《關(guān)于征集2023年北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟團體標準制定項目的通知》中相關(guān)要求，黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院草業(yè)研究所牽頭，組織相關(guān)人員認真學習標準化工作導則及相關(guān)文件，討論標準編寫事宜。2、2024年3月：中國農(nóng)業(yè)大學、東北農(nóng)業(yè)大學、黑龍江省水土保持科學研究院、中國科學院東北地理與農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所的相關(guān)起草人，認真總結(jié)課題組的已有成果，討論決定并提交“黑土區(qū)玉米種植后進行黑麥草和白三葉”團體標準的制訂項目建議書至北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書處，申請立項。3、2024年4月：北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟組織進行了團體標準建議評審，并于4月7日獲同意立項通知。4、2024年5月-6月：標準編制組對項目組多年開展完成的黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白葉三混播技術(shù)試驗數(shù)據(jù)進行系統(tǒng)分析整理，開始“黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白葉三混播技術(shù)規(guī)程”團體標準初稿的編制。5、2024年7月：標準編制組在總結(jié)了黑龍江省黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白葉三混播種植多年試驗數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，結(jié)合收集整理、梳理歸納和總結(jié)分析相關(guān)糧飼輪作種植技術(shù)方面的文獻資料，完成了《黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白葉三混播技術(shù)規(guī)程》草案及編制說明的撰寫，提交至北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟秘書處。6、2024年8月-9月：根據(jù)征得的意見或建議，完善標準《送審稿》。7、2024年10月：形成《報批稿》及編制說明，提交北京華夏草業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟，報批。三、標準編制原則和主要技術(shù)內(nèi)容確定的依據(jù)1、標準編制原則按照GB/T1.1-2009《標準化工作導則第1部分：標準的結(jié)構(gòu)和編寫》的要求和規(guī)定編寫本標準內(nèi)容。本標準制定過程中，始終遵循密切聯(lián)系生產(chǎn)實踐，確保標準具有較強的科學性、可操作性，堅持促進行業(yè)規(guī)范發(fā)展的基本原則，以科學性、實用性、先進性作為編制標準的指導思想，在文字結(jié)構(gòu)上力求嚴謹、簡潔、科學；在技術(shù)內(nèi)容上力求涵蓋黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白三葉混播技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。制定過程中除了認真總結(jié)多年來的試驗研究結(jié)果外，還參閱和汲取了國內(nèi)相關(guān)標準的經(jīng)驗和條款，符合黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白三葉混播的生產(chǎn)實際，達到內(nèi)容全面、技術(shù)含量高、操作性強的要求。該標準與現(xiàn)行法律法規(guī)無沖突，并保證了對該標準最新版本的引用。2、主要技術(shù)內(nèi)容確定的論據(jù)（1）適用范圍本標準主要是基于在黑龍江省進行的多年大田試驗結(jié)果所制定的。本文件規(guī)定了黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白三葉混播的術(shù)語與定義，輪作設(shè)計、品種選擇、栽培管理、田間管理、病蟲害防治、收獲、生產(chǎn)檔案具體操作要求。本文件適用于黑土區(qū)華南地區(qū)冬閑田飼用小麥的種植生產(chǎn)。（2）規(guī)范性引用文件本標準制定時，參照了GB6141豆科草種子質(zhì)量分級、GB6142禾本科草種子質(zhì)量分級、GB5084農(nóng)田灌溉水質(zhì)標準、GB8321農(nóng)藥合理使用準則、NY/T496肥料合理使用準則通則。（3）術(shù)語與定義本標準中出現(xiàn)的術(shù)語和定義依據(jù)國內(nèi)外相關(guān)文獻資料，包括著作、專著、已發(fā)表的論文、各級標準等。同時結(jié)合標準起草組研究應用實踐經(jīng)驗，最后經(jīng)參編人員討論確定了本標準的術(shù)語為“輪作”，并給出相應定義。（4）主要技術(shù)指標確定的依據(jù)本技術(shù)規(guī)程主要起草單位黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院草業(yè)研究所十二五期間開展糧飼輪作種植研究，先后承擔了國家科研項目及省級項目，參考的文獻資料主要有：XueshanWang,MingmingGuo,JielinLiu*，XiaoleiKong.SoilAnti-ScourabilitiesofFourTypicalHerbaceousPlantsandTheirResponsestoSoilProperties,RootTraitsandSlopePositioninNortheastChina.SUSTAINABILITY,2022.李楠,李強,劉春光,等.糧-草輪作對吉林省西部鹽漬化土壤的改良效果[J].東北農(nóng)業(yè)科學,2019,44(05):38-42.苑廣源,MUNYAMPIRWATito,毛麗萍,等.16年保護性耕作措施對糧草輪作系統(tǒng)土壤碳庫及穩(wěn)定性的影響[J].水土保持學報,2021,35(03):252-258+267.張薈薈,張學洲,阿斯婭·曼力克,等.北疆平原荒漠區(qū)糧草輪作模式經(jīng)濟效益分析[J].草地學報,2021,29(05):1107-1112.徐麗君,柳茜,肖石良,等.烏蒙山區(qū)春閑田糧草輪作燕麥的生產(chǎn)性能[J].草業(yè)科學,2020,37(03):514-521.梁志婷.隴東旱塬不同糧草輪作模式下土壤微生物群落特征及土壤養(yǎng)分的研究[D].蘭州大學,2018.謝澤宇,羅珠珠,李玲玲,等.黃土高原不同糧草種植模式土壤碳氮及土壤酶活性[J].草業(yè)科學,2017,34(11):2191-2199.王美艷,李軍,孫劍,等.黃土高原半干旱區(qū)苜蓿草地土壤干燥化特征與糧草輪作土壤水分恢復效應[J].生態(tài)學報,2009,29(08):4526-4534.劉沛松,李軍,賈志寬,等.寧南旱區(qū)苜蓿草地土壤水分消耗規(guī)律及糧草輪作土壤水分恢復效應研究[J].中國農(nóng)學通報,2005,(09):270-274.Guo,M.;Wang,W.;Shi,Q.;Chen,T.;Kang,H.;Li,J.AnexperimentalstudyontheeffectsofgrassrootdensityongullyheadcuterosioninthegullyregionofChina0sLoessPlateau.LandDegrad.Dev.2019,30,2107–2125.參考地方標準：DB23/T3182—2022飼用燕麥與紫花苜蓿間作技術(shù)規(guī)程；DB51/T671-2007糧-草輪作牧草種植技術(shù)規(guī)程；DB37/T1603-2010糧食作物-飼料作物輪作技術(shù)規(guī)程。編寫組成員自十二五期間，在黑龍江省內(nèi)進行玉米輪作黑麥草與白葉三混播技術(shù)相關(guān)研究，系統(tǒng)研究了黑土區(qū)不同輪作模式生長特征、減流產(chǎn)流產(chǎn)沙特征、抗沖性特征、根系特征、土壤屬性特征等，基于以上充分的試驗數(shù)據(jù)，制定了本技術(shù)規(guī)程，本標準的技術(shù)內(nèi)容遵循了科學性和實用性的原則，以相關(guān)研究為基礎(chǔ)，整合國內(nèi)外相關(guān)文獻及標準，提出了主要黑土區(qū)玉米輪作黑麥草與白葉三混播技術(shù)規(guī)程的相關(guān)指標。四、相關(guān)研究成果（1）不同輪作模式生長特征由圖1可知，玉米及三種飼草均在6-8月快速生長而后趨于穩(wěn)定，但各個模式間的生長狀態(tài)也存在一定的差異。6月出苗期株高表現(xiàn)為玉米>燕麥模式>黑麥草模式>高丹草模式。隨著飼草的快速生長，高丹草生長速度較高與其他輪作植物，其株高最高達到285cm；后期株高表現(xiàn)為高丹草>玉米>黑麥草>燕麥。由圖1可知，生育期內(nèi)各模式間的地上生物量存在顯著性差異，通過方差顯著性分析發(fā)現(xiàn)：8月，高丹草的地上生物量顯著高于燕麥與箭筈豌豆和黑麥草與白三葉（P＜0.05），且黑麥草與白三葉顯著高于燕麥與箭筈豌豆；9月，高丹草和玉米的地上生物量顯著高于其他糧飼輪作模式（P＜0.05），但高丹草與玉米間差異不顯著。圖1株高及地上生物量動態(tài)特征注：圖中Maize為玉米建植模式，S.S為高丹草模式，Oat為燕麥與箭筈豌豆混播模式，Ryegrass為黑麥草與白三葉混播模式。（2）不同輪作模式減流產(chǎn)流產(chǎn)沙特征（2022年徑流小區(qū)）結(jié)果表明不同模式的徑流深與產(chǎn)沙模數(shù)總體上保持相同的變化趨勢，即黑麥草與白三葉混播<高丹草<玉米<燕麥與箭筈豌豆混播。累積徑流深和產(chǎn)沙模數(shù)最小的模式為黑麥草與白三葉混播模式，分別為9.76mm和0.94t/hm2，且植被蓋度達到90%以上。圖2降雨徑流深與地表徑流量注：圖中Maize為玉米建植模式，S.S為高丹草模式，Oat為燕麥與箭筈豌豆混播模式，Ryegrass為黑麥草與白三葉混播模式。（3）不同輪作模式減流產(chǎn)流產(chǎn)沙特征（2023年徑流小區(qū)）在整個監(jiān)測期間不同輪作模式徑流小區(qū)產(chǎn)流特征用累計徑流深表示，其中S.S-Oat模式累計徑流深最大，達到21.64mm，其次為玉米連作，Oat-Regrass模式和Regrass-S.S模式，分別為9.31mm，7.11mm和5.88mm。Regrass-S.S模式減流效果最好，其累計徑流深為玉米連作模式的0.63倍。不同輪作模式徑流小區(qū)產(chǎn)沙特征用累積產(chǎn)沙模數(shù)表示，S.S-Oat模式累計產(chǎn)沙模數(shù)最大，達到了3302.95kghm-1，其次為玉米連作模式（2214.11kghm-1），而Oat-Regrass模式和Regrass-S.S模式累計輸沙模數(shù)為130.27kghm-1和569.39kghm-1。Oat-Regrass模式減沙效果最佳，其累計產(chǎn)沙模數(shù)為玉米連作模式的0.06倍，其次為Regrass-S.S模式。根據(jù)產(chǎn)流產(chǎn)沙效果分析，進一步篩選出燕麥與箭筈豌豆-黑麥草與白三葉混播輪作模式為最佳的阻控水土流失建植模式。圖3不同輪作模式降雨產(chǎn)流產(chǎn)沙特征注：圖中Maize為玉米建植模式，S.S為高丹草模式，Oat為燕麥與箭筈豌豆混播模式，Ryegrass為黑麥草與白三葉混播模式。（4）不同輪作模式抗沖性特征由圖4中可知，通過模擬沖刷試驗，研究結(jié)果表明四種糧飼輪作模式土壤ANS（土壤抗沖性）平均值為17.55~94.77Lg-1。與休耕相比，玉米土壤ANS降低了33.37%，高丹草、燕麥和黑麥草分別提高了66.87%、18.12%和259.87%。各坡位間土壤ANS無顯著差異，但坡中普遍表現(xiàn)出較高的土壤ANS(66.06Lg-1)，比坡頂和坡底高99.07-127.91%。黑麥草最高的土壤ANS分布在坡頂(80.85Lg-1)和坡中(182.70Lg-1)，分別是其他模式的2.87~9.79倍和2.80~11.21倍。高丹草在坡底的土壤ANS最高(43.78Lg-1)，而玉米在不同坡位的土壤ANS普遍較低(8.26~32.55Lg-1)。圖4不同輪作模式抗沖性特征注：圖中Maize為玉米建植模式，S.S為高丹草模式，Oat為燕麥與箭筈豌豆混播模式，Ryegrass為黑麥草與白三葉混播模式。通過綜合評價初步篩選出經(jīng)濟價值較高的高丹草模式，防控黑土地侵蝕模式是黑麥草和白三葉混播模式。（5）不同輪作飼草根系特征玉米平均根系直徑最大，高丹草次之。黑麥草模式根長密度是其他模式的5.03~9.65倍；其根表面積密度也最高(1.03cm2/cm3)，是其他模式的3.56~9.67倍(圖e)。高丹草的根重密度值最高(圖f)。雖然在不同的坡位之間沒有發(fā)現(xiàn)根系性狀的顯著差異，但方差結(jié)果結(jié)果顯示，坡中的根直徑最高(0.52mm)(圖b)，但其平均根長密度最低(2.38cmcm-3)(圖d)。根表面積密度和根重密度沿坡向下而降低(圖f,h)。圖5不同輪作模式抗沖性特征注：圖中Maize為玉米建植模式，S.S為高丹草模式，Oat為燕麥與箭筈豌豆混播模式，Ryegrass為黑麥草與白三葉混播模式。（6）不同輪作模式土壤屬性特征土壤容重最大(休耕地)比最小值(黑麥草模式)高12.76%(圖4)。土壤孔隙結(jié)構(gòu)和土壤飽和含水量以黑麥草與白三葉混播模式最好；隨著坡位的增加，土壤孔隙結(jié)構(gòu)和土壤含水量普遍增加，而土壤容重則相反。圖6不同輪作模式土壤屬性特征注：圖中Maize為玉米建植模式，S.S為高丹草模式，Oat為燕麥與箭筈豌豆混播模式，Ryegrass為黑麥草與白三葉混播模式。（7）不同輪作模式土壤養(yǎng)分變化不同飼草模式對土壤全磷含量無顯著影響，在成熟期土壤全磷含量變化趨勢不一。在飼草成熟期0-10cm土壤全磷變化范圍為0.508-0.596gkg-1，燕麥模式最高，其次為黑麥草和玉米模式，與本底值相比，黑麥草和高丹草分別減少了3.24%和16.20%，而燕麥增加了10.31%。10-20cm土壤全磷變化范圍為0.484-0.546gkg-1，與本底值相比，黑麥草減少了1.09%，而燕麥和高丹草分別增加了9.99%和1.69%。20-40cm土壤全磷變化范圍為0.395-0.501gkg-1，相較于本底值，黑麥草模式下土壤全磷增加了8.96%，而燕麥和高丹草分別減少了1.97%和9.67%。此外，土壤全磷含量隨著土層深度的增加呈下降趨勢。圖7不同輪作模式土壤全磷分布特征不同飼草模式對0-10cm土壤速效磷有顯著影響，但在成熟期土壤速效磷含量變化趨勢不一。在飼草成熟期0-10cm土壤速效磷變化范圍為15.38-24.74mgkg-1，燕麥模式顯著高于高丹草和黑麥草模式（p<0.05），與本底值相比，黑麥草模式和高丹草模式分別下降了39.98%（p<0.05）和28.86%，而燕麥模式增加了97.67%（p<0.05）。10-20cm土壤速效磷變化范圍為14.26-18.34mgkg-1，不同飼草模式成熟期土壤速效磷含量較本底值增加了23.10%-85.87%，燕麥模式增加幅度最大。20-40cm土壤速效磷含量為15.44-17.59mgkg-1，黑麥草和高丹草分別增加了22.92%和34.70%，而燕麥模式減少了1.37%。圖8不同輪作模式土壤速效磷分布特征不同飼草模式對0-10cm土壤銨態(tài)氮無顯著影響。在飼草成熟期0-10cm土壤銨態(tài)氮變化范圍為28.72-36.16mgkg-1，燕麥模式土壤銨態(tài)氮含量最高，與本底值相比，黑麥草模式和燕麥模式分別增加了5.89%和33.13%，而高丹草模式下降了4.02%。10-20cm土壤銨態(tài)氮變化范圍為24.51-32.53mgkg-1，黑麥草模式和燕麥模式分別減少了1.24%和15.75%，而高丹草模式增加了8.32%。20-40cm土壤銨態(tài)氮含量為22.95-27.68mgkg-1，黑麥草和高丹草分別減少了22.16%和8.06%，而燕麥模式增加了8.98%。圖9不同輪作模式土壤銨態(tài)氮分布特征不同飼草模式對0-10cm土壤硝態(tài)氮有顯著影響，且在成熟期土壤硝態(tài)氮含量呈下降趨勢。在飼草成熟期0-10cm土壤硝態(tài)氮變化范圍為1.88-5.86mgkg-1，燕麥模式和高丹草模式顯著高于黑麥草模式（p<0.05），與本底值相比，不同飼草模式土壤硝態(tài)氮均呈顯著下降趨勢（p<0.05），黑麥草模式下降了82.44%，其次為高丹草（67.27%）和燕麥（44.99%）。10-20cm土壤硝態(tài)氮變化范圍為2.14-3.42mgkg-1，不同飼草模式成熟期土壤硝態(tài)氮含量較本底值減少了32.17%-67.95%，黑麥草模式下降幅度最大。20-40cm土壤硝態(tài)氮含量為1.66-2.80mgkg-1，黑麥草，燕麥和高丹草分別下降了49.65%（p<0.05），26.41%和21.16%。圖10不同輪作模式土壤硝態(tài)氮分布特征（8）不同輪作模式土壤有機碳變化不同輪作模式對土壤有機碳含量無顯著影響。然而，2022年結(jié)果表明通過飼草種植土壤有機碳均呈現(xiàn)增加趨勢，其中，S.S-Maize模式增加了32.49%，其次為Oat-Maize模式（16.74%）和Regrass-Maize模式（2.53%）。2023年結(jié)果表明在糧飼輪作模式下玉米種植能夠維持0-20cm土壤有機碳，Regrass-Maize模式和Oat-Maize模式分別增加了2.83%和1.60%，而S.S-Maize模式減少了1.32%。如圖2所示，不同輪作模式均能夠增加土壤有機碳含量，Oat-Maize模式，S.S-Maize模式和Regrass-Maize模式分別增加了17.19%，9.67%和1.78%，土壤有機碳含量的增加主要表現(xiàn)在飼草種植階段，而后整體趨于穩(wěn)定。圖11糧飼輪作前后土壤有機碳含量變化（9）不同輪作模式對玉米產(chǎn)量的影響不同輪作模式的玉米產(chǎn)量為18098.67-19977.00kghm-1，S.S-Maiz