玉米与大豆轮作对土壤水分的影响

李晶霞

在黑龙江省东南部地区玉米与大豆轮作，忽略轮作效应对作物增产的影响，主要探讨玉米与大豆轮作对土壤水分吸收、水分利用率及消耗的影响，进而促进当地增加轮作面积，不断调整优化农作物种植结构。

当土壤肥力适中，同时无病虫害，作物轮作可增加产量，我们将这种现象称为轮作效应。在旱作农业当中，土壤水分经常成为限制因子，根据相关文献报道，旱作轮作能有效减少土壤水分蒸发，提高土壤水分利用率，促进作物生物量及经济产量的提高。本文主要分析，研究玉米与大豆轮作是对土壤水分吸收利用的改善，还是对土壤水分利用率的提高。

1、材料与方法

①自然概况试验地位于黑龙江省东南部，张广才岭、老爷岭东坡，西高东低，地带狭长，属中温带大陆湿润性季风气候，夏季炎热多雨，冬季干燥寒冷，全年积温2200-2500℃，降水主要集中在7、8、9月，当地以种植大田粮食作物为主。

②试验设计试验于2014年至2015年实施，采用随机区组设计，进行四次重复，共16个处理。每一组作物进行四个处理，对玉米的处理是：连续种植、种植3年大豆后第一年种植玉米、种植3年大豆后第二年种植玉米、玉米与大豆每年进行轮作种植。对大豆的处理是：连续种植、种植3年玉米后第一年种植大豆、种植3年玉米后第二年种植大豆、玉米与大豆每年进行轮作种植。

③土壤含水量测定从地表0到地下1.5m，按0～10，10～30，30～60，60～90，90～120，120～150cm进行取样，从作物播种至收获，每半月取样一次，采用土钻采样和烘干法测定0～1.5m土壤含水量，分别在行内、机耕行间以及移栽所形成的非机耕行间进行布置采样点取样。

④产量测定玉米收获期每小区取9m的样方，3次重复，测定实际产量和有效穗数，随机取30株有代表性的植株，重复3次，进行室内考种，包括穗粒数和百粒重。大豆收获期每小区均沿对角线方向选取长势均匀的3点，每点取3m，统计亩株数，随机取30株，3次重复，进行室内考种，包括豆荚数和百粒重。用于测定玉米和大豆的理论产量和产量构成。

⑤计算公式生育期耗水量ETa（mm）=P+（We-Wb），其中P为作物生育期有效降水量，We播前土壤蓄水量，Wb收获时土壤蓄水量;水分利用效率为单位种植面积的经济产量与生育期耗水量的比值，即WUE=Ya/ETa，地下水利用及人工灌溉水没有发生，不予计算。

2、结果与分析

①试验地年份降水特征试验地2014年、2015年每年7、8、9月降水丰沛，其降水量占全年降水量的50-55%以上，降水对土壤水分的调节作用显著。

②土壤水分的变化对玉米来说，播种时5月初，土壤深层水分没有明显缺乏，其耗水区更深，收获时土壤含水量与年份降水量存在密切联系，2017年玉米收获时0.8m以下土壤剖面水分基本耗尽，玉米生育期耗水量相比大豆明显。试验表明，无论大豆播种前土壤水分状态如何，大豆收获期土壤剖面水分含量基本呈饱和状态。

③轮作对土壤水分利用效率的影响试验发现，大豆生育期内对土壤水分有明显的补充作用，能够增加土壤剖面含水量，降低土壤容重。四个不同处理对两种作物生育期平均耗水量均无显著差异，从分组处理来看，玉米、大豆每年轮作改善了土壤孔隙度，增加了土壤田间持水量，提高了土壤蓄水保墒的能力，进而使玉米和大豆对土壤水分的吸收利用发生变化。

④轮作对作物产量的影响对作物产量结果进行分析，年份与种植地点对农作物的种植顺序及轮作效应影响不明显，但作物产量因为年份与种植地点的影响而发生变化。在单一环境条件下，种植顺序对作物产量的影响不明显，但连续种植会导致作物产量下降，反之轮作可以使玉米、大豆增产。试验分组的产量结果，且进行相同轮作的长期试验，表明当水分胁迫程度增加时，连续种植第一种作物后第一年种植另一种作物的处理，其单位面积产量大于连续种植同一种作物的产量。

3、讨论

①土壤水分变化和降水季节降水对土壤水分的补充调节作用明显，2年内不同区组处理对0～1.5m土壤剖面水分含量无显著影响。夏季作物生长旺盛，是作物需水高峰期，土壤含水量下降迅速。黑龙江东南部地区年内水分变化一般有三个表现：5月初到6月下作物生长失水期、7月到9月雨季补水期、冬季水分缓慢变化期。

在试验过程中，由于试验年份降水量存在差异，通过对作物生育期进行比较，发现八月份玉米、大豆对土壤水分消耗很少，可忽略不计。测量土壤剖面总含水量，补水期的降水可满足作物对水分的消耗，这种情况同样延续到作物生长的后期。而在干旱酷热的条件下，降水量低于土壤饱和水的平均值，作物对水分的消耗主要依靠土壤自身含水量。

②轮作对土壤水分及利用效率的表现土壤含水量受季节降水影响较大，其土壤含水量在雨季得到补充，在冬季有所下降，符合黑龙江省农作物生长规律，对玉米、大豆生育期进行测定，初耕时期一周之内1.5m土壤剖面的总含水量最大，初耕过去两个月之后的这段时间最小。7月份由于地表蒸发失水和过剩地表水分泄露排水，7月末土壤含水量变动较小，根据对玉米、大豆根系入土深度测定发现，七月初期根系吸收水分深度为0.3m。

与连续单一种植同一种作物相比，玉米、大豆每年轮作降低了土壤容重，改善了耕层土壤孔隙空间分布，增加了土壤透气性，提高了土壤蓄水保墒能力，能够给作物生长提供充足的水分，促进作物增产增收。

综上所述，经过两年区组试验，对作物经济产量进行分析，玉米与大豆间表现轮作效应，说明水分吸收利用与轮作效应之间有密切联系，但两种作物的表现不同。试验过程中，因年份降水差异，加之水分胁迫的存在，两种作物对土壤水分的耗水量不同，玉米生育期耗水量大于大豆，其耗水区的深度更深，两种作物均表现耗水轮作效应，当降水量较多时，因作物根际活力区域内水分自然流失及消耗水分由降水补给，让这种耗水差異减缓。根据对土壤剖面水分消耗量的测定，种植3年大豆后第一年种植玉米的总季节性用水，高于连续种植玉米处理，玉米的水分利用效率与种植顺序有直接关系;种植3年玉米后第一年种植大豆的水分利用效率，高于连续种植大豆处理。在半湿润或湿润条件下，对于降水变化有关土壤水分利用效率的轮作效应变化，也支撑了作物轮作增产的观点。

（作者单位：157131黑龙江省柴河林业局多种经营局）