玉米大豆不同轮作方式对水分利用和产量的影响

杨扬 张慧 高莉莉

摘 要：对玉米和大豆不同的轮作方式进行研究，结果表明，大豆耗水量和水分利用率均低于玉米。大豆和玉米轮作，水分利用率均高于连作，分别高出11.1%和16.3%;从播种到三叶期，玉米轮作耗水量明显低于连作;玉米消耗深层土壤水分多于大豆，耐旱性好于大豆;玉米连作对产量影响不大，但与大豆轮作后增产7.2%;大豆连作会造成产量降低，比轮作减产12.3%。

关键词：玉米;大豆;轮作;产量;土壤水分

中图分类号 S344文献标识码 A文章编号 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

東北地区是我国的粮食主要产区之一，玉米、大豆为传统的粮食作物。东北地区是半干旱地区，典型的雨养农业，玉米连作，使土壤团粒减少，保水保墒性能变差，杂草数量增多，化肥农药使用量增加[1-3]。因此，在提高产量的同时，提高水资源利用效率是农业生产的研究重点。目前正在进行农业供给侧结构性改革，农业部提出在镰刀弯地区进行玉米种植结构调整，提出种地养地相结合，恢复东北地区大豆玉米轮作以及玉米和杂粮杂豆轮作。合理的粮豆轮作能不仅能改善土壤结构，提高土壤肥力，平衡土壤养分，减少杂草生长，减轻病虫害发生，还能提高水分利用率，增加粮食产量[4-7]。

1 材料与方法

1.1 试验地情况 试验在中国气象局锦州野外科学试验基地（41°09′N，121°10′E，海拔27.4m）进行，位于辽宁省西南部，属典型温带季风型气候，年平均气温9.5℃，1月平均气温-8.0℃，7月平均气温24.4℃，年均降水量568mm，试验地点地势平坦，土壤为平地淤黄土，土层较厚，颜色为淡黄棕色。土质不沙不粘，透水性和保水性较好。上层0～30cm为中壤土，40～70cm为重壤土，80～100cm为粘土，酸碱度为中性，地下水位为2～6m，土壤pH6.38，土壤养分有机质23.59g/kg、硝态氮4.04mg/kg、氨态氮22.34mg/kg、速效磷94.58mg/kg和速效钾0.09g/kg。

1.2 试验设计 同时播种玉米和大豆，播种方式为机播，分别利用前茬种植的玉米和大豆地块，形成玉米—玉米、玉米—大豆、大豆—大豆、大豆—玉米、裸地对照5种耕作方式，采用相同施肥量以及与大田相同的田间管理措施。每隔10d利用人工土钻烘干称重法分别测量5个地段分层次的土壤含水量。生物量测定按照玉米和大豆的发育期，分别在三叶、七叶、拔节、抽雄、乳熟、成熟和三真叶、分枝、开花、鼓粒、成熟测定叶面积和分器官干鲜重。考种按照农业气象观测规范玉米和大豆，分别测定果穗长、果穗粗、秃尖比、株籽粒重、百粒重、理论产量、茎秆重、籽粒与茎秆比和株荚数、空秕荚率、株结实粒数、株籽粒重、百粒重、理论产量、茎秆重、籽粒与茎秆比等项目。玉米品种为丹玉405，大豆品种为铁丰15。

2 结果与分析

2.1 土壤水分 播种时大豆茬口土壤含水量高于玉米茬口9.2%，出苗前不同轮作方式土壤含水量变化趋势一致，玉米三叶期和大豆三真叶期之后，出现明显差异。营养生长期降水量较多，作物耗水量较小，土壤含水量均呈现增高趋势;8月中上旬出现阶段性干旱，土壤含水量急剧下降;生殖生长期降水量偏少，作物需水量增加，土壤含水量为降低趋势。土壤含水量变化均与降水量相关，0～20cm土壤含水量随降水量变化更明显。玉米由于根系较深，能够吸收深层水分，虽然出现阶段性干旱，但土壤含水量变化不明显，玉米连作在生育期内土壤含水量变化最为平缓。大豆相对玉米根系较浅，生长耗水吸收浅层土壤水分较多，出现阶段性干旱时，大量消耗土壤水分，造成土壤含水量急剧降低。总体来看，大豆种植地段土壤含水量高于玉米种植地段，作物成熟后土壤含水量为大豆—大豆>玉米—大豆>大豆—玉米>玉米—玉米。与玉米连作相比，大豆—大豆，玉米—大豆，大豆—玉米地段土壤含水量分别高出51%、33%、19%。与播种时大豆茬口土壤水分高于玉米一致。

2.2 耗水量 不同作物生长对水分需求不同，消耗水分量也不同，前茬作物不同也会影响作物耗水量。耗水量直接影响土壤水分贮存量，影响后茬作物的生长，是衡量生态效益的一个重要指标。利用作物生育期的土壤水分含量和降水量计算耗水量。作物生育期耗水量（mm）=播种时土壤含水量（mm）+生育期降水量（mm）-成熟时土壤含水量。由图2可以看出作物生育期耗水量为玉米—玉米>大豆—玉米>玉米—大豆>大豆—大豆，玉米耗水量明显高于大豆。

根据作物发育期测定玉米耗水量发现，生长前期，轮作耗水量明显低于连作耗水量，对于春旱易发区来说，在播种-三叶期豆玉轮作可以保持土壤水分，减少耗水量，将有利于三叶-乳熟期的水分消耗。

2.3 水分利用率 作物水分利用率是由单位面积的产量和作物生育期间的耗水量构成的，与作物收获方式和收取部位有很大关系，因此，耗水量和水分利用率之間存在较大差异。水分利用效率（g/mm·m2）=作物单位面积产量（kg/hm2）/作物生育期间耗水量（kg/hm2）。由图4可知，大豆水分利用率明显低于玉米，大豆和玉米轮作下的水分利用率均高于其连作，分别高出11.1%和16.3%。

2.4 理论产量 按照农业气象观测规范取样40株，测定玉米果穗长、果穗粗、秃尖比、株籽粒重、百粒重、理论产量、茎秆重、籽粒与茎秆比;测定大豆株荚数、空秕荚率、株结实粒数、株籽粒重、百粒重、理论产量、茎秆重、籽粒与茎秆比等项目。大豆连作，导致其叶面积、叶面积指数、生物量积累速率均不同程度降低，株荚数、百粒重等下降，与大豆轮作相比减产12.3%。玉米轮作，其茎粗、果穗长、株籽粒重等均明显增加，玉米轮作产量比连作增产7.2%。

3 讨论

大豆连作方式，会导致叶面积、叶面积指数、生物量积累速率均不同程度降低，株荚数、百粒重等下降，导致作物减产（12.3%）。大豆连作还会增加病虫草害风险，增加种植成本。大豆生育期内耗水量和水分利用率均低于玉米，大豆玉米轮作水分利用率高于大豆连作（11.1%）;玉米连作方式，对产量影响不大，但长期连作会使土壤团粒减少，保水保墒性能变差，杂草数量增多，化肥农药使用量增加;玉米大豆轮作能极大改善土壤的物理状况，平衡土壤养分，增加土壤肥力。轮作后的玉米产量增加（7.2%），轮作情况下水分利用率高于连作方式（16.3%）。轮作可以保持土壤结构平衡，减轻病虫草危害，节约农药化肥使用成本和人力成本，提升农产品的品质和产量。目前，玉米单位面积产量高于大豆，大豆单价高于玉米，总体种植收益玉米高于大豆，综合玉米大豆的种植成本、粮食产值、农民种植习惯以及本项目研究成果等多方面因素，2年玉米1年大豆的轮作方式是最适宜推广的粮豆轮作方式[8-10]。

参考文献

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[2]李蕊，杨越，李彦生，等.基于玉米-大豆轮作的不同施肥体系对大豆开花后根系形态及产量的影响[J].中国油料作物学报，2018（01）.

[3]张丽琼，郝明德，臧逸飞，等.长期定位条件下不同轮作系统的土壤肥力数值化综合评价[J].核农学报，2013（08）.

[4]李蕊，杨越，李彦生，等.基于玉米-大豆轮作的不同施肥体系对大豆开花后根系形态及产量的影响[J].中国油料作物学报.2018（01）.

[5]孙仕军，闫瀛，张旭东，等.不同耕作深度对玉米田间土壤水分和生长状况的影响[J].沈阳农业大学学报，2010（04）.

[6]张丽琼.长期轮作与施肥对土壤肥力的影响及其综合评价[D].杨凌：西北农林科技大学，2016.

[7]郭步庆，陶洪斌，王璞，等.华北平原不同粮作模式下作物水分利用[J].中国农业大学学报，2013（01）.

[8]曾昭海.豆科作物与禾本科作物轮作研究进展及前景[J].中国生态农业学报.2018（01）.

[9]董非非，刘爱民，封志明，等.大豆传统产区种植结构变化及影响因素的定量化评价——以黑龙江省嫩江县为例[J].自然资源学报.2017（01）.

[10]陈玉珠，周宏，殷戈.东北玉米播种面积变化与相关成本效益比较研究：基于替代种植视角[J].农业现代化研究，2016（03）.

（责编：张 丽）