在成都平原,高投入、高污染、低效率的“石油农业”生产系统已经导致了农田系统资源的过度消耗,严重制约了区域农业的可持续发展。因此,迫切需要构建以资源的高效利用和循环利用为核心的农田系统运行模式。秸秆还田能够改善农田生产条件,提高农作物产出,是实现农田经济系统和农田生态系统协同发展的有效途径之一,因而秸秆还田耕作制度的技术研究和推广应用一直是广大农业科研工作者集中解决的前沿课题,更是各级政府和农技推广部门关注的焦点。基于此,本文立足于成都平原农作物秸秆资源丰富且存在较大秸秆消纳空间的实际,针对成都平原普遍推行的稻麦轮作制,从农田系统三大基本功能—物质循环、能量流动和价值转移着手,定量分析了成都平原不同秸秆还田模式下农田系统养分物质(N、P、K)的投入产出状况及其产量效应,厘清了系统的能量流动特征和经济效益,并通过构建数学模型,综合对比分析了不同秸秆还田模式下农田系统的运行效益,进而提出了适宜成都平原稻麦轮作区的秸秆还田建议。全文的主要研究结论如下：(1)通过查阅相关资料和数据分析,阐述了现阶段成都平原农田系统的利用结构与特点,以及存在的主要问题,即农田数量逐年减少,农田保护形势日益严峻；农田系统过度开发利用,土壤肥力不高、酸化加剧；农田土壤污染日趋严重,土壤环境质量不断下降。(2)农田系统的养分效益分析表明,较常规施肥模式(CF),秸秆还田模式有效提升了稻麦轮作农田系统的养分物质内部循环利用率,有助于培肥地力并提高了农作物产量,其中：从养分物质盈亏状况和产投比角度分析,秸秆半量还田模式(CFS1)存在钾素亏缺,而秸秆1.5倍量还田模式(CFS3)由于养分物质盈余过大而导致了较低的施肥效益,因而秸秆全量还田模式(CFS2)对于稻麦轮作农田系统具有更为有效且全面的养分物质循环功效。①较CF模式,CFS1、CFS2和CFS3模式通过增施氮肥(还田秸秆含氮量)33.15kg/hm2、66.29 kg/hm2和99.44 kg/hm2,促使稻麦轮作农田系统的氮素输出量分别提高了88.91 kg/hm2、55.15 kg/hm2和33.98 kg/hm2,盈余量增大了-55.76 kg/hm2、11.15kg/hm2和65.47 kg/hm2,产投比提升了18.24%、4.88%和-3.72%。可见,较CF模式,CFS1和CFS2模式有效提高了农田系统的氮肥施用效益。②较CF模式,CFS1、CFS2和CFS3模式通过增施磷肥(还田秸秆含磷量)8.35kg/hm2、18.30 kg/hm2和25.05 kg/hm2,促使稻麦轮作农田系统的磷素输出量分别提高了8.53 kg/hm2、8.26 kg/hm2和12.15 kg/hm2,盈余量增大了-0.18 kg/hm2、8.44 kg/hm2和12.90 kg/hm2,产投比提升了3.78%、1.83%和3.24%。可见,较常规施肥模式,秸秆还田模式有效提高了稻麦轮作农田系统的磷素盈余量和磷肥施用效益。③较CF模式,CFS1、CFS2和CFS3模式通过增施钾肥(还田秸秆含钾量)111.77kg/hm2、223.52 kg/hm2和335.29 kg/hm2,促使稻麦轮作农田系统的钾素输出量分别提高了103.80 kg/hm2、45.66 kg/hm2和78.88 kg/hm2,亏缺量减少了7.95kg/hm2、177.85 kg/hm2(扭亏转盈)和256.40 kg/hm2(扭亏转盈),产投比下降了16.60%、62.53%和72.25%(CF模式的钾素产投比远超100%)。可见,较常规施肥模式,秸秆还田模式明显改善了农田系统的钾素亏缺状况,并在秸秆高量还田模式(CFS2和CFS3模式)下实现了钾素盈余。④不同秸秆还田模式下,稻麦轮作农田系统的氮素、磷素和钾素的内部循环利用率、输入量、盈余量和循环通量均随着秸秆还田量的增加而增大(其中在CFS1模式下,钾素为亏缺状况),即表现为CFS3>CFS2>CFS1,而养分物质的产投比总体上则呈现出随秸秆还田量的增加而降低的趋势,即表现为CFS1>CFS2>CFS3。显然,秸秆还田量的增加有效提高了农田系统养分物质的盈余量,但由此降低了养分物质的转化利用效率。⑤秸秆还田显著提高了稻麦产量,其中较CF模式,CFS1、CFS2和CFS3模式的水稻产量分别提高了27.13%、23.24%和13.18%,小麦产量分别提高了8.41%、9.66%和19.63%。需要指出的是,较常规施肥模式,秸秆还田模式明显提高了农田系统的磷素产出率,但对于氮素和钾素产出率,秸秆高量还田模式(CFS2和CFS3模式)无提升效果,而不同秸秆还田模式下,氮素、磷素和钾素产出率均表现为CFS1>CFS2>CFS3,即养分物质产出率随着秸秆还田量的增加而降低。(3)农田系统的能值分析表明,较常规施肥模式,秸秆还田模式提高了农田系统的能值产出,减轻了农田生产对环境的压力,有助于系统的持续、高效发展,特别是秸秆高量还田模式(秸秆全量还田和秸秆1.5倍量还田模式)具有较强的可持续发展性能。①不同秸秆还田模式下,稻麦轮作农田系统的总能值投入和总能值产出均表现出随秸秆还田量的增加而增大的趋势,即CFS3>CFS2>CFS1>CF,其中CF、CFS1、CFS2和CFS3模式下农田系统可更新有机能投入占总能值投入的比例分别为7.15%、21.57%、32.06%、40.07%,表明随着秸秆还田量的增加,能值投入中可更新有机能的比重逐渐增大,系统生产对于工业化肥的依赖性逐渐下降,系统自我维持能力逐渐增强。②较CF模式,CFS1、CFS2和CFS3模式通过增投有机肥能值(秸秆)4.04E+15sej/hm2、8.08E+15 sej/hm2和1.21E+16 sej/hm2,促使能值反馈率和能值投入密度分别提高了21.24%、42.42%、63.55%和0.41E+12 sej/m2、0.82E+12 sej/m2和1.23E+12 sej/m2,净能值产出率提升了0.23、0.24和0.27,能值-劳动生产率提高了0.27E+14 sej/h、 0.20E+14 sej/h和0.19E+14 sej/h,环境负载率降低了1.63、2.24和2.56,能值可持续发展指数提升了0.42、0.78和1.17。可见,秸秆还田模式在提高了稻麦轮作农田系统的净能值产出率和能值-劳动生产率的同时,降低了系统环境负载率,进而有效提升了农田系统的可持续发展性能,增强了系统发展潜力。③不同秸秆还田模式下,稻麦轮作农田系统的能值反馈率、能值投入密度和净能值产出率均随着秸秆还田量的增加而提高,即表现为CFS3>CFS2>CFS1。尽管农田系统的能值-劳动生产率呈现出CFS1>CFS2>CFS3的趋势,但随着秸秆还田量的增加,系统环境负载率逐渐下降(分别为1.95、1.34和1.02),系统可持续发展性能得以从不可持续状态(CFS1模式)转变为可持续状态(CFS2和CFS3模式)(4)农田系统的经济效益分析表明,较常规施肥模式,秸秆还田模式有效提高了农田系统的经济效益,尤其是秸秆半量还田和秸秆全量还田模式表现出较高的经济产投比和生产净收益,因而具有较强的市场竞争力以及大面积推广的经济效益基础。①经济产出方面,不同秸秆还田模式的经济产值表现为CFS1>CFS2>CFS3>CF,产值分别为41084元/hm2、40373元/hm2、39345元/hm2和34081元/hm2。较CF模式,CFS1、CFS2和CFS3模式的稻麦产值分别提高了20.55%、18.46%和15.45%。②不同秸秆还田模式下,稻麦轮作农田系统的净收益、劳动生产率和经济产投比均表现为CFS1>CFS2>CFS3>CF。这表明：较常规施肥模式,秸秆还田模式下农田生产潜力得到了更好的释放,由此带来了更高的经济收益；而在不同秸秆模式下,稻麦轮作农田系统的经济效益表现出随秸秆还田量的增加而下降的趋势。③试验条件下,劳动投工和秸秆还田投工的规模报酬均为正值,其中：劳动投工的生产弹性系数为7.718,即该投入要素处于收益递增阶段；而秸秆还田投工的生产弹性系数仅为0.024,即该投入要素处于收益递减阶段。(5)运用文献查阅和专家咨询,初步建立了秸秆还田模式下稻麦轮作农田系统运行效益的综合评价方法。评价结果表明,秸秆还田模式下农田系统运行效益要优于常规施肥模式,其中：秸秆全量还田模式下农田系统的运行效益最高,秸秆半量还田和秸秆1.5倍量还田模式次之。在秸秆全量还田模式下,稻麦轮作农田系统的养分物质在盈余状态下持有较高的施用效益,进而表现出可观的生产净收益和经济产投比以及较小的环境负载,系统可持续发展性能较强。因此,针对秸秆覆盖还田耕作制度,就成都平原典型稻麦轮作农田系统而言,秸秆全量还田模式最适合在成都平原稻麦轮作区推广应用。本研究的主要创新点体现在以下两个方面：(1)研究思路的创新农田系统作为一个开放性的复合生态系统,其运行涉及到系统物质流、能量流和价值流的耦合,十分复杂,即单一的技术方法或学科视角仅能在一定程度上解决其运行过程中的一个或几个方面的问题,难以全方位、多角度地把握问题的根源和实质。因此,本研究以农田资源管理学理论和物流能流理论为理论基础,从农田系统三大基本功能—物质循环、能量流动和价值转移着手,系统分析了不同秸秆还田模式下稻麦轮作农田系统中养分物质的收支状况、产量效应、能量流动特征和经济效益,并在此基础上,构建了农田系统运行效益的综合评价指标体系和评价方法。这为区域农田系统的高效运行以及相关政策的制定提供了科学依据,同时也为今后的研究提供了可供参考的研究思路。(2)研究方法与材料创新根据研究内容,本文在研究方法的选择上,注重自然科学与社会科学研究方法的综合运用与交叉融合,这在农业经济管理研究中的应用并不多。实证研究是本研究的一大特色。本研究以成都平原典型稻麦轮作制下农田系统为研究对象,针对不同秸秆还田模式,通过实地调查和田间定位试验,在定量分析的基础上进行比较研究,获取第一手的数据资料。这些都为今后的相关研究提供了可参考的研究方法和详实的研究材料。