玉米與大豆輪作對土壤水分的影響

李晶霞

在黑龍江省東南部地區玉米與大豆輪作，忽略輪作效應對作物增產的影響，主要探討玉米與大豆輪作對土壤水分吸收、水分利用率及消耗的影響，進而促進當地增加輪作面積，不斷調整優化農作物種植結構。

當土壤肥力適中，同時無病蟲害，作物輪作可增加產量，我們將這種現象稱為輪作效應。在旱作農業當中，土壤水分經常成為限制因子，根據相關文獻報道，旱作輪作能有效減少土壤水分蒸發，提高土壤水分利用率，促進作物生物量及經濟產量的提高。本文主要分析，研究玉米與大豆輪作是對土壤水分吸收利用的改善，還是對土壤水分利用率的提高。

1、材料與方法

①自然概況試驗地位于黑龍江省東南部，張廣才嶺、老爺嶺東坡，西高東低，地帶狹長，屬中溫帶大陸濕潤性季風氣候，夏季炎熱多雨，冬季干燥寒冷，全年積溫2200-2500℃，降水主要集中在7、8、9月，當地以種植大田糧食作物為主。

②試驗設計試驗于2014年至2015年實施，采用隨機區組設計，進行四次重復，共16個處理。每一組作物進行四個處理，對玉米的處理是：連續種植、種植3年大豆后第一年種植玉米、種植3年大豆后第二年種植玉米、玉米與大豆每年進行輪作種植。對大豆的處理是：連續種植、種植3年玉米后第一年種植大豆、種植3年玉米后第二年種植大豆、玉米與大豆每年進行輪作種植。

③土壤含水量測定從地表0到地下1.5m，按0～10，10～30，30～60，60～90，90～120，120～150cm進行取樣，從作物播種至收獲，每半月取樣一次，采用土鉆采樣和烘干法測定0～1.5m土壤含水量，分別在行內、機耕行間以及移栽所形成的非機耕行間進行布置采樣點取樣。

④產量測定玉米收獲期每小區取9m的樣方，3次重復，測定實際產量和有效穗數，隨機取30株有代表性的植株，重復3次，進行室內考種，包括穗粒數和百粒重。大豆收獲期每小區均沿對角線方向選取長勢均勻的3點，每點取3m，統計畝株數，隨機取30株，3次重復，進行室內考種，包括豆莢數和百粒重。用于測定玉米和大豆的理論產量和產量構成。

⑤計算公式生育期耗水量ETa（mm）=P+（We-Wb），其中P為作物生育期有效降水量，We播前土壤蓄水量，Wb收獲時土壤蓄水量;水分利用效率為單位種植面積的經濟產量與生育期耗水量的比值，即WUE=Ya/ETa，地下水利用及人工灌溉水沒有發生，不予計算。

2、結果與分析

①試驗地年份降水特征試驗地2014年、2015年每年7、8、9月降水豐沛，其降水量占全年降水量的50-55%以上，降水對土壤水分的調節作用顯著。

②土壤水分的變化對玉米來說，播種時5月初，土壤深層水分沒有明顯缺乏，其耗水區更深，收獲時土壤含水量與年份降水量存在密切聯系，2017年玉米收獲時0.8m以下土壤剖面水分基本耗盡，玉米生育期耗水量相比大豆明顯。試驗表明，無論大豆播種前土壤水分狀態如何，大豆收獲期土壤剖面水分含量基本呈飽和狀態。

③輪作對土壤水分利用效率的影響試驗發現，大豆生育期內對土壤水分有明顯的補充作用，能夠增加土壤剖面含水量，降低土壤容重。四個不同處理對兩種作物生育期平均耗水量均無顯著差異，從分組處理來看，玉米、大豆每年輪作改善了土壤孔隙度，增加了土壤田間持水量，提高了土壤蓄水保墑的能力，進而使玉米和大豆對土壤水分的吸收利用發生變化。

④輪作對作物產量的影響對作物產量結果進行分析，年份與種植地點對農作物的種植順序及輪作效應影響不明顯，但作物產量因為年份與種植地點的影響而發生變化。在單一環境條件下，種植順序對作物產量的影響不明顯，但連續種植會導致作物產量下降，反之輪作可以使玉米、大豆增產。試驗分組的產量結果，且進行相同輪作的長期試驗，表明當水分脅迫程度增加時，連續種植第一種作物后第一年種植另一種作物的處理，其單位面積產量大于連續種植同一種作物的產量。

3、討論

①土壤水分變化和降水季節降水對土壤水分的補充調節作用明顯，2年內不同區組處理對0～1.5m土壤剖面水分含量無顯著影響。夏季作物生長旺盛，是作物需水高峰期，土壤含水量下降迅速。黑龍江東南部地區年內水分變化一般有三個表現：5月初到6月下作物生長失水期、7月到9月雨季補水期、冬季水分緩慢變化期。

在試驗過程中，由于試驗年份降水量存在差異，通過對作物生育期進行比較，發現八月份玉米、大豆對土壤水分消耗很少，可忽略不計。測量土壤剖面總含水量，補水期的降水可滿足作物對水分的消耗，這種情況同樣延續到作物生長的后期。而在干旱酷熱的條件下，降水量低于土壤飽和水的平均值，作物對水分的消耗主要依靠土壤自身含水量。

②輪作對土壤水分及利用效率的表現土壤含水量受季節降水影響較大，其土壤含水量在雨季得到補充，在冬季有所下降，符合黑龍江省農作物生長規律，對玉米、大豆生育期進行測定，初耕時期一周之內1.5m土壤剖面的總含水量最大，初耕過去兩個月之后的這段時間最小。7月份由于地表蒸發失水和過剩地表水分泄露排水，7月末土壤含水量變動較小，根據對玉米、大豆根系入土深度測定發現，七月初期根系吸收水分深度為0.3m。

與連續單一種植同一種作物相比，玉米、大豆每年輪作降低了土壤容重，改善了耕層土壤孔隙空間分布，增加了土壤透氣性，提高了土壤蓄水保墑能力，能夠給作物生長提供充足的水分，促進作物增產增收。

綜上所述，經過兩年區組試驗，對作物經濟產量進行分析，玉米與大豆間表現輪作效應，說明水分吸收利用與輪作效應之間有密切聯系，但兩種作物的表現不同。試驗過程中，因年份降水差異，加之水分脅迫的存在，兩種作物對土壤水分的耗水量不同，玉米生育期耗水量大于大豆，其耗水區的深度更深，兩種作物均表現耗水輪作效應，當降水量較多時，因作物根際活力區域內水分自然流失及消耗水分由降水補給，讓這種耗水差異減緩。根據對土壤剖面水分消耗量的測定，種植3年大豆后第一年種植玉米的總季節性用水，高于連續種植玉米處理，玉米的水分利用效率與種植順序有直接關系;種植3年玉米后第一年種植大豆的水分利用效率，高于連續種植大豆處理。在半濕潤或濕潤條件下，對于降水變化有關土壤水分利用效率的輪作效應變化，也支撐了作物輪作增產的觀點。

（作者單位：157131黑龍江省柴河林業局多種經營局）