尽管多数中西部农民采用玉米 - 大豆轮作，但商品价格和玉米产量优势使部分人连续种植玉米。尽管玉米 - 大豆轮作效益的基础研究可追溯至几十年前，伊利诺伊大学香槟分校科学家仍致力于解决轮作情景下作物产量、环境影响和经济回报等整体问题。

在《农业、生态系统与环境》杂志发表的新研究中，该校农业生态系统可持续发展中心和农业、消费者与环境科学学院研究人员借助复杂农业生态系统模型“生态系统”，解释了正常氮肥施用率下玉米产量高于大豆的原因、玉米 - 大豆轮作对土壤温室气体排放和氮淋失的影响，以及玉米 - 大豆轮作最具经济效益的时机。

研究负责人、ASC创始主任兼伊利诺伊州自然资源与环境科学系ACES Levenick教授Kaiyu Guan表示，玉米 - 大豆轮作虽能提高玉米产量、减少氮肥需求，但存在对环境和土壤碳的微妙权衡。

施肥量决定玉米轮作产量：研究人员以作物科学系十年来不同轮作和氮肥施用率的田间试验为基础训练生态系统模型，发现标准氮肥施用率(每公顷151公斤氮)下，大豆种植后种植的玉米平均产量比连续种植的玉米高出约6.4%。进一步研究发现，较低的生物量和大豆残留物分解速度使春季玉米种植时土壤表面更暴露，升温更快，促使土壤微生物从有机质中矿化更多氮，为玉米幼苗提供氮源，类似启动肥效果，从而增加玉米季末产量。然而，随着氮肥施用量增加，这种优势逐渐减弱。研究第一作者、美国土壤学会研究员李子懿称，氮肥施用越多，轮作带来的产量效益越小，某些情况下产量增幅几乎消失。

轮作减少排放，但影响土壤碳和氮的流失：从环境角度看，玉米 - 大豆轮作有助于减少土壤中一氧化二氮和氨的排放，但快速分解的大豆残留物导致土壤有机碳总量减少。大豆种植年份氮淋失量较低，但大豆田下仍有氮淋失，说明有机质中氮矿化重要。在随后的玉米种植年份，由于大豆残茬分解释放氮到土壤中，氮淋失量有所增加。关教授强调，轮作改善了一些可持续性指标，也损害了其他指标，尤其在典型施肥实践下。

轮作有利于经济回报，但取决于肥料使用和市场价格：研究人员利用历史商品价格数据发现，在低氮肥施用量(45磅/英亩)和典型市场条件下(大豆：11美元/蒲式耳，玉米：4.50美元/蒲式耳，氮肥：193美元/毫克(175美元/短吨)UAN)，玉米 - 大豆轮作比连续种植玉米的经济回报更高，最高可达458美元/英亩(1133美元/公顷)。但在高氮投入和玉米价格上涨的市场情况下，这种优势显著减弱甚至逆转。李子懿表示，一种种植制度在净农艺效益方面优于另一种的程度，不仅取决于玉米产量和氮肥使用量，还需考虑大豆产量和市场驱动的价格，包括化肥、粮食和机械等成本。这种全面的经济评估可帮助农民应对市场波动，为保险产品和保护举措提供信息。

没有通用的方法：该研究强调制定氮肥管理方案以平衡盈利能力和可持续性的重要性。与玉米连作相比，玉米 - 大豆轮作中较低的施肥量可最大限度提高经济效益，同时减轻一些环境影响，但农民需权衡土壤有机质潜在下降以及养分流失加剧的风险。论文合著者、伊利诺伊州作物科学副教授安德鲁·马格诺特称，研究让农民和决策者对有机质、氮和产量结果有更全面了解，将各成分联系在一起展现相互关联性是关键。此外，鉴于有机物作为作物吸收氮源的重要性，研究强调了考虑有机物长期变化的必要性。

数十年的研究已指出作物轮作在产量、减少肥料需求和土壤健康方面的优势，此项新研究为轮作提供了科学依据，通过详细量化玉米 - 大豆轮作的农业成果，填补了知识空白。尽管发现一些环境权衡，但经济分析表明作物轮作有利可图，尤其在较低施肥量下。

更多信息： Ziyi Li 等，《美国中西部地区玉米连作与大豆-玉米轮作系统比较：作物产量、养分损失和土壤有机碳变化之间的权衡》，《农业、生态系统与环境》(2025)。