玉米大豆不同輪作方式對水分利用和產(chǎn)量的影響

楊揚(yáng) 張慧 高莉莉

摘 要：對玉米和大豆不同的輪作方式進(jìn)行研究，結(jié)果表明，大豆耗水量和水分利用率均低于玉米。大豆和玉米輪作，水分利用率均高于連作，分別高出11.1%和16.3%;從播種到三葉期，玉米輪作耗水量明顯低于連作;玉米消耗深層土壤水分多于大豆，耐旱性好于大豆;玉米連作對產(chǎn)量影響不大，但與大豆輪作后增產(chǎn)7.2%;大豆連作會造成產(chǎn)量降低，比輪作減產(chǎn)12.3%。

關(guān)鍵詞：玉米;大豆;輪作;產(chǎn)量;土壤水分

中圖分類號 S344文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A文章編號 1007-7731（2019）24-0038-03

Abstract：The results showed that the water consumption of soybean was lower than that of maize，and the water use efficiency of soybean was lower than that of maize. Water use efficiency of rotation soybean and maize were higher than that of continuous cropping，11.1% and 16.3% higher respectively;water consumption of rotation maize was significantly lower than that of continuous cropping maize from sowing to trifoliate stage，which was conducive to maize emergence and spring sowing production in arid areas;maize had deeper roots，consumed more water in deep soil than soybean，and had better drought tolerance than soybean. Soybean and soybean depend more on precipitation;maize continuous cropping has little effect on yield，but increases yield by 7.2% compared with soybean rotation;soybean continuous cropping will reduce yield by 12.3% compared with rotation.

Key words：Maize;Soybean;Rotation;Yield;Soil moisture

東北地區(qū)是我國的糧食主要產(chǎn)區(qū)之一，玉米、大豆為傳統(tǒng)的糧食作物。東北地區(qū)是半干旱地區(qū)，典型的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)，玉米連作，使土壤團(tuán)粒減少，保水保墑性能變差，雜草數(shù)量增多，化肥農(nóng)藥使用量增加[1-3]。因此，在提高產(chǎn)量的同時，提高水資源利用效率是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的研究重點。目前正在進(jìn)行農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，農(nóng)業(yè)部提出在鐮刀彎地區(qū)進(jìn)行玉米種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，提出種地養(yǎng)地相結(jié)合，恢復(fù)東北地區(qū)大豆玉米輪作以及玉米和雜糧雜豆輪作。合理的糧豆輪作能不僅能改善土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力，平衡土壤養(yǎng)分，減少雜草生長，減輕病蟲害發(fā)生，還能提高水分利用率，增加糧食產(chǎn)量[4-7]。

1 材料與方法

1.1 試驗地情況 試驗在中國氣象局錦州野外科學(xué)試驗基地（41°09′N，121°10′E，海拔27.4m）進(jìn)行，位于遼寧省西南部，屬典型溫帶季風(fēng)型氣候，年平均氣溫9.5℃，1月平均氣溫-8.0℃，7月平均氣溫24.4℃，年均降水量568mm，試驗地點地勢平坦，土壤為平地淤黃土，土層較厚，顏色為淡黃棕色。土質(zhì)不沙不粘，透水性和保水性較好。上層0～30cm為中壤土，40～70cm為重壤土，80～100cm為粘土，酸堿度為中性，地下水位為2～6m，土壤pH6.38，土壤養(yǎng)分有機(jī)質(zhì)23.59g/kg、硝態(tài)氮4.04mg/kg、氨態(tài)氮22.34mg/kg、速效磷94.58mg/kg和速效鉀0.09g/kg。

1.2 試驗設(shè)計 同時播種玉米和大豆，播種方式為機(jī)播，分別利用前茬種植的玉米和大豆地塊，形成玉米—玉米、玉米—大豆、大豆—大豆、大豆—玉米、裸地對照5種耕作方式，采用相同施肥量以及與大田相同的田間管理措施。每隔10d利用人工土鉆烘干稱重法分別測量5個地段分層次的土壤含水量。生物量測定按照玉米和大豆的發(fā)育期，分別在三葉、七葉、拔節(jié)、抽雄、乳熟、成熟和三真葉、分枝、開花、鼓粒、成熟測定葉面積和分器官干鮮重?？挤N按照農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范玉米和大豆，分別測定果穗長、果穗粗、禿尖比、株籽粒重、百粒重、理論產(chǎn)量、莖稈重、籽粒與莖稈比和株莢數(shù)、空秕莢率、株結(jié)實粒數(shù)、株籽粒重、百粒重、理論產(chǎn)量、莖稈重、籽粒與莖稈比等項目。玉米品種為丹玉405，大豆品種為鐵豐15。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤水分 播種時大豆茬口土壤含水量高于玉米茬口9.2%，出苗前不同輪作方式土壤含水量變化趨勢一致，玉米三葉期和大豆三真葉期之后，出現(xiàn)明顯差異。營養(yǎng)生長期降水量較多，作物耗水量較小，土壤含水量均呈現(xiàn)增高趨勢;8月中上旬出現(xiàn)階段性干旱，土壤含水量急劇下降;生殖生長期降水量偏少，作物需水量增加，土壤含水量為降低趨勢。土壤含水量變化均與降水量相關(guān)，0～20cm土壤含水量隨降水量變化更明顯。玉米由于根系較深，能夠吸收深層水分，雖然出現(xiàn)階段性干旱，但土壤含水量變化不明顯，玉米連作在生育期內(nèi)土壤含水量變化最為平緩。大豆相對玉米根系較淺，生長耗水吸收淺層土壤水分較多，出現(xiàn)階段性干旱時，大量消耗土壤水分，造成土壤含水量急劇降低?？傮w來看，大豆種植地段土壤含水量高于玉米種植地段，作物成熟后土壤含水量為大豆—大豆>玉米—大豆>大豆—玉米>玉米—玉米。與玉米連作相比，大豆—大豆，玉米—大豆，大豆—玉米地段土壤含水量分別高出51%、33%、19%。與播種時大豆茬口土壤水分高于玉米一致。

2.2 耗水量 不同作物生長對水分需求不同，消耗水分量也不同，前茬作物不同也會影響作物耗水量。耗水量直接影響土壤水分貯存量，影響后茬作物的生長，是衡量生態(tài)效益的一個重要指標(biāo)。利用作物生育期的土壤水分含量和降水量計算耗水量。作物生育期耗水量（mm）=播種時土壤含水量（mm）+生育期降水量（mm）-成熟時土壤含水量。由圖2可以看出作物生育期耗水量為玉米—玉米>大豆—玉米>玉米—大豆>大豆—大豆，玉米耗水量明顯高于大豆。

根據(jù)作物發(fā)育期測定玉米耗水量發(fā)現(xiàn)，生長前期，輪作耗水量明顯低于連作耗水量，對于春旱易發(fā)區(qū)來說，在播種-三葉期豆玉輪作可以保持土壤水分，減少耗水量，將有利于三葉-乳熟期的水分消耗。

2.3 水分利用率 作物水分利用率是由單位面積的產(chǎn)量和作物生育期間的耗水量構(gòu)成的，與作物收獲方式和收取部位有很大關(guān)系，因此，耗水量和水分利用率之間存在較大差異。水分利用效率（g/mm·m2）=作物單位面積產(chǎn)量（kg/hm2）/作物生育期間耗水量（kg/hm2）。由圖4可知，大豆水分利用率明顯低于玉米，大豆和玉米輪作下的水分利用率均高于其連作，分別高出11.1%和16.3%。

2.4 理論產(chǎn)量 按照農(nóng)業(yè)氣象觀測規(guī)范取樣40株，測定玉米果穗長、果穗粗、禿尖比、株籽粒重、百粒重、理論產(chǎn)量、莖稈重、籽粒與莖稈比;測定大豆株莢數(shù)、空秕莢率、株結(jié)實粒數(shù)、株籽粒重、百粒重、理論產(chǎn)量、莖稈重、籽粒與莖稈比等項目。大豆連作，導(dǎo)致其葉面積、葉面積指數(shù)、生物量積累速率均不同程度降低，株莢數(shù)、百粒重等下降，與大豆輪作相比減產(chǎn)12.3%。玉米輪作，其莖粗、果穗長、株籽粒重等均明顯增加，玉米輪作產(chǎn)量比連作增產(chǎn)7.2%。

3 討論

大豆連作方式，會導(dǎo)致葉面積、葉面積指數(shù)、生物量積累速率均不同程度降低，株莢數(shù)、百粒重等下降，導(dǎo)致作物減產(chǎn)（12.3%）。大豆連作還會增加病蟲草害風(fēng)險，增加種植成本。大豆生育期內(nèi)耗水量和水分利用率均低于玉米，大豆玉米輪作水分利用率高于大豆連作（11.1%）;玉米連作方式，對產(chǎn)量影響不大，但長期連作會使土壤團(tuán)粒減少，保水保墑性能變差，雜草數(shù)量增多，化肥農(nóng)藥使用量增加;玉米大豆輪作能極大改善土壤的物理狀況，平衡土壤養(yǎng)分，增加土壤肥力。輪作后的玉米產(chǎn)量增加（7.2%），輪作情況下水分利用率高于連作方式（16.3%）。輪作可以保持土壤結(jié)構(gòu)平衡，減輕病蟲草危害，節(jié)約農(nóng)藥化肥使用成本和人力成本，提升農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)和產(chǎn)量。目前，玉米單位面積產(chǎn)量高于大豆，大豆單價高于玉米，總體種植收益玉米高于大豆，綜合玉米大豆的種植成本、糧食產(chǎn)值、農(nóng)民種植習(xí)慣以及本項目研究成果等多方面因素，2年玉米1年大豆的輪作方式是最適宜推廣的糧豆輪作方式[8-10]。

參考文獻(xiàn)

[1]李玉霞，馬保羅，尼爾·麥克勞克林，等.輪作在保護(hù)性耕作中的作用[J].中國農(nóng)技推廣，2006（05）.

[2]李蕊，楊越，李彥生，等.基于玉米-大豆輪作的不同施肥體系對大豆開花后根系形態(tài)及產(chǎn)量的影響[J].中國油料作物學(xué)報，2018（01）.

[3]張麗瓊，郝明德，臧逸飛，等.長期定位條件下不同輪作系統(tǒng)的土壤肥力數(shù)值化綜合評價[J].核農(nóng)學(xué)報，2013（08）.

[4]李蕊，楊越，李彥生，等.基于玉米-大豆輪作的不同施肥體系對大豆開花后根系形態(tài)及產(chǎn)量的影響[J].中國油料作物學(xué)報.2018（01）.

[5]孫仕軍，閆瀛，張旭東，等.不同耕作深度對玉米田間土壤水分和生長狀況的影響[J].沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2010（04）.

[6]張麗瓊.長期輪作與施肥對土壤肥力的影響及其綜合評價[D].楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2016.

[7]郭步慶，陶洪斌，王璞，等.華北平原不同糧作模式下作物水分利用[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2013（01）.

[8]曾昭海.豆科作物與禾本科作物輪作研究進(jìn)展及前景[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報.2018（01）.

[9]董非非，劉愛民，封志明，等.大豆傳統(tǒng)產(chǎn)區(qū)種植結(jié)構(gòu)變化及影響因素的定量化評價——以黑龍江省嫩江縣為例[J].自然資源學(xué)報.2017（01）.

[10]陳玉珠，周宏，殷戈.東北玉米播種面積變化與相關(guān)成本效益比較研究：基于替代種植視角[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2016（03）.

（責(zé)編：張 麗）