不同前茬下旱地玉米的水分动态及产量效应

张伟，张冬梅，韩彦龙，刘化涛，赵聪，姜春霞，李娜娜

（山西省农业科学院旱地农业研究中心，山西太原030031）

不同前茬下旱地玉米的水分动态及产量效应

张伟，张冬梅，韩彦龙，刘化涛，赵聪，姜春霞，李娜娜

（山西省农业科学院旱地农业研究中心，山西太原030031）

2015年就不同前茬作物对玉米生长发育、土壤含水量变化和产量的影响进行了研究，为当地玉米选择适宜的前茬作物以及合理的种植模式提供了依据。结果表明，大豆茬处理的玉米产量最高，为12 256.91 kg/hm2；玉米连作的产量仅次于大豆茬，而其水分利用效率最高，为34.07 kg/（mm·hm2）；甘蓝茬玉米产量最低，且植株性状、土壤贮水量等均低于其他处理。因此，在轮作时，玉米应避免甘蓝茬，可实现旱地玉米高产稳产。

前茬；玉米；水分利用；产量

作物轮作倒茬技术，以利用不同作物对环境水分、养分等生态因素需求差异，进行作物间时序配置，不仅能使半干旱区作物稳产、高产，而且可促进对稀缺资源的高效转化与可持续作用[1]。“十三五”期间，推进农业供给侧结构性改革，调整优化种植结构，保障国家粮食安全，实现重要农产品有效供给。构建用地养地结合的耕作制度。针对不同区域的资源条件和生态特点，建立耕地轮作制度，实现可持续发展。目前，有关轮作增产、增收效果的经济学评价[2-5]以及农田水分平衡状况的研究[1，6-8]有较多报道。轮作作为生产上有效的提高产量、改善品质的方式被广泛运用于多种作物，相对连作而言，它具有调养地力、抑制病虫害、调节作物茬口等优点。

轮作条件下，虽然避免了连作的危害，但前茬作物对后茬作物的影响依然存在，土壤作为前后两茬作物联系的载体，前茬作物对后茬作物的影响主要通过对土壤的改变来实现，通过对土壤养分、物理性质、微生物、酶活性等的改变，进而影响后茬作物的生长[9]。

本试验旨在通过不同轮作组合的比较，选取高效的种植模式和作物布局方式，有助于减少生产能耗、提高水肥利用，从而达到改善耕作环境、提高资源利用效率的目的。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2015年在山西省旱作节水农业示范基地——阳曲县河村进行。该区地处山西省中部，为半干旱、半湿润易旱地区，海拔1 270 m，无霜期120 d，年均降水量430 mm，年均蒸发量1 995 mm，年平均气温6～7℃，昼夜温差大，大于10℃活动积温为2 600℃·d。2015年全年降水量为534.6 mm，较多年降水平均值（438.0 mm）高出96.6 mm，属于丰水年型，其中，4—10月降水量为478.8 mm，较多年平均值（393.4 mm）高出85.4 mm。

1.2 试验材料

供试作物为大丰30。

1.3 试验设计

试验采用随机区组设计，共设4个处理，分别为：甘蓝茬、大豆茬、马铃薯茬及玉米茬。各处理3次重复，小区面积为7 m×8 m。所有处理均在整地前施入纯N 225 kg/hm2，P2O5105 kg/hm2，用起垄覆膜播种一体机播种。种植密度为6.6万株/hm2。

1.4 测定项目及方法

1.4.1 降水量自动气象站记录生育期内降水量。

1.4.2 株高分别于6月11日、7月1日、8月19日（定高后）用直尺测量玉米株高及穗位高。

1.4.3 棒三叶面积8月19日用直尺测量棒三叶的长和宽，利用公式“叶面积＝长（cm）×宽（cm）× 0.75”计算各叶叶面积，并计算棒三叶面积。

1.4.4 土壤水分与水分利用效率（WUE）每小区埋设一根中子管，深度为200 cm。播后定期用CPN-503中子仪测定土壤体积含水量。

土壤贮水量（mm）＝土壤体积含水量（%）×土层厚度（mm）；生育期耗水量（mm）＝土壤贮水量变化量（mm）＋生育期降水量（mm）；水分利用率（WUE，kg/（mm·hm2））＝玉米经济产量（kg/hm2）/（播前土壤贮水量（mm）＋生育期总降水量（mm）－成熟期土壤贮水量（mm））。

1.4.5 产量及考种按小区实际产量计收（籽粒含水量折算为14%），每小区连续收获20株，测定穗部性状（穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量、穗长）。

1.5 统计方法

试验数据利用Excel 2003，DPS v7.05软件进行计算及显著性测验。

2 结果与分析

2.1 不同前茬对株高的影响

从表1可以看出，不同前茬对玉米株高的影响达到了极显著水平，甘蓝茬的玉米株高始终低于其他处理，6月11日株高数据显示，甘蓝茬玉米株高（31.8cm），仅为马铃薯茬玉米株高（49.5 cm）的64.2%。6月11日，各处理株高从高到低依次为：马铃薯茬＞玉米茬＞大豆茬＞甘蓝茬，且甘蓝茬与其他3个处理之间差异达到极显著水平，大豆茬的玉米株高与马铃薯茬处理相比，差异显著，玉米茬的玉米株高与大豆茬、马铃薯茬的玉米株高之间差异不显著。7月1日所测玉米株高由高到低的顺序与6月11日顺序相同，且甘蓝茬玉米株高与其他处理之间差异达极显著水平，其余3个处理的玉米株高间无显著差异。

表1 不同前茬条件下玉米株高变化cm

定高后（8月19日）株高从高到低的顺序为：大豆茬＞玉米茬＞马铃薯茬＞甘蓝茬，甘蓝茬处理与马铃薯茬处理的株高之间差异没有达到显著水平，二者与其他处理之间的差异极显著，且大豆茬处理与玉米茬处理对玉米株高的影响也达到极显著水平。前茬为甘蓝时，会影响玉米全生育期株高，差异水平始终达到极显著水平。

2.2 不同前茬对穗位高及棒三叶面积的影响

在玉米定高后，对各处理的穗位高及棒三叶面积进行测量，各处理间除下位叶面积外，其余指标之间的差异达到显著水平。从表2可以看出，马铃薯茬玉米穗位高与大豆茬、玉米茬的穗位高之间差异达到极显著水平，甘蓝茬玉米穗位高与其他处理间差异不显著；不同茬口对上位叶面积影响没有达到极显著水平，马铃薯茬、玉米茬上位叶面积与大豆茬玉米上位叶面积相比，差异显著，而甘蓝茬玉米上位叶面积与其他处理间差异不显著；从穗位叶面积来看，大豆茬叶面积均高于其他处理，且与甘蓝茬、马铃薯茬处理相比，差异达到极显著水平。因此，在棒三叶总面积方面，最大值为大豆茬处理，达到1 848.98 cm2，显著高于甘蓝茬、马铃薯茬处理，棒三叶总面积的大小直接影响玉米籽粒产量。

表2 不同前茬对玉米穗位高及棒三叶面积的影响

2.3 不同前茬对土壤水分利用的影响

本试验对不同处理的土壤含水量进行了监测，从图1～4可以看出，8月9日前，120 cm以下土层土壤水分含量波动不大，表明玉米生长主要利用0～120 cm土壤水分，且0～40 cm土层土壤水分受降水影响出现波动。随着前期降水的入渗，9月3日各处理土壤含水量不同程度增加，收获后各处理160～180 cm土层的土壤含水量为各土层最高，表明该土层土壤贮水量高于其他土层。

从图5可以看出，前茬作物由于其生育期的耗水量不同，从而对土壤贮水量产生影响，不同处理下土壤贮水量变化趋势相同，呈现先降低后增加，7月1日前，各处理土壤贮水量由大到小依次为：大豆茬＞马铃薯茬＞玉米茬＞甘蓝茬，可能是由于玉米生长对土壤贮水量的消耗且降水量较少，各处理土壤贮水量呈现不同程度的降低，大豆茬处理降低幅度最大，甘蓝茬土壤贮水量趋于稳定，即大豆茬处理中玉米耗水量高于其他处理，且甘蓝茬处理中玉米耗水量最少，也是前期甘蓝茬玉米株高显著低于其他处理的一个原因；7月1日至收获，各处理土壤贮水量由大到小依次为：马铃薯茬＞大豆茬＞玉米茬＞甘蓝茬。与播后土壤贮水量相比，收获时土壤贮水量都有不同程度的增加，增幅最大的为马铃薯茬处理，增加了94.38 mm，增幅达到29.0%，大豆茬土壤贮水量增幅仅为0.5%。

本试验玉米全生育期降水量为416.8 mm，根据全生育期耗水量公式计算得出，不同处理玉米生育期耗水量分别为：大豆茬431.62 mm、马铃薯茬375.06 mm、甘蓝茬373.51 mm、玉米茬342.21 mm，大豆茬处理耗水量较玉米茬多出89.41 mm，高出26.13%，旱地玉米耗水一般用于蒸腾和蒸发，而蒸腾作用影响光合作用进而影响作物产量。

2.4 不同前茬对玉米穗部性状及产量的影响

不同处理下玉米穗部性状存在一定差异，对产量、水分利用效率的影响达到显著水平（表3）。不同处理中大豆茬穗长值最大，为20.10 cm，马铃薯茬处理最小，为18.71 cm，二者间的差异达到显著水平，与其他处理间差异不显著；玉米茬秃尖长最短，为1.22 cm，与马铃薯茬处理相比，差异达到显著水平；不同处理间行粒数的差异较大，从大到小依次为大豆茬＞玉米茬＞甘蓝茬＞马铃薯茬，大豆茬处理与马铃薯茬处理间差异达到极显著水平，与其他处理间差异不显著；百粒质量最大值为玉米茬处理，为34.09 g，与大豆茬处理相比差异不显著，而与甘蓝茬、马铃薯茬处理相比，差异达到极显著水平。

穗部性状包括产量构成因素，因此，玉米穗部性状的差异直接影响各处理玉米产量。从表3可以看出，产量间差异达到显著水平，大豆茬产量最高（12 256.91 kg/hm2），与其他处理间差异显著，比甘蓝茬玉米产量高出8.1%；水分利用效率为玉米茬最高，为34.07 kg/（mm·hm2），与其他处理间差异显著，而其他处理间差异不显著，最小值为大豆茬（28.40 kg/（mm·hm2））。

表3 不同前茬对玉米穗部性状及产量的影响

3 结论

本试验结果表明，大豆茬是种植玉米较好的茬口，但其水分利用效率最低，还有待于进一步的试验验证。玉米连作的产量仅次于大豆茬，而其水分利用效率最高，其原因还需要进一步探讨。甘蓝茬玉米产量最低，且影响玉米前期株高，同时茎基部为暗紫色，表明玉米在前期生长过程中受到了一定的胁迫。

不同作物，对营养物质吸收的种类和数量不同，收获后土壤中有效养分不同，而且根系分泌物、病害、伴生杂草、虫害等也不尽相同。根据不同茬口特性合理搭配，为不同作物都安排适宜的茬口，为稳产高产奠定一个良好的基础[10-12]。前茬对后茬作物的影响主要通过前茬作物的残体或者根系分泌物改变土壤环境来实现，植物根系分泌物主要包括有机酸类、糖类、氨基酸类和酚类物质，其释放到土壤中，影响土壤的物理性状、化学性状和酶活性等[13-16]。因此，要探明前茬对后茬作物的影响应对前茬作物根系分泌物进行进一步的分析。

［1］张立峰，边秀举，刘玉华.冀北高原作物耗水特性与倒茬效应研究[J].中国农业科学，2001，34（1）：1-4.

［2］任广鑫，魏其克，闵安成，等.渭北旱塬不同轮作方式比较研究[J].干旱地区农业研究，1997，15（3）：12-16.

［3］刘世平，庄恒扬，沈新平，等.苏北轮作轮耕轮培优化模式研究[J].江苏农学院学报，1996，17（4）：31-37.

［4］韩秉进，王占哲.黑土旱作农区高产高效轮作体系的研究[J].黑龙江农业科学，1996（1）：22-26.

［5］CROOKSTON R K，KURLE J E，COPELAND P J.Rotational croppingsequence affects yield ofcorn and soybean[J].AgronomyJournal，1991，83：108-113.

［6］张伟，张冬梅，韩彦龙，等.垄作对旱地甘蓝水分利用及产量的影响[J].山西农业科学，2016，44（3）：337-340.

［7］徐祝龄，王砚田.内蒙古武川旱农试验区马铃薯田水分平衡[M]//中国北方旱地农业综合发展与对策.北京：中国农业科技出版社，1994：84-88.

［8］张立峰，边秀举，赵广生，等.栗钙土燕麦田水分平衡分析[J].河北农业大学学报，1996，19（1）：17-21.

［9］张伟，张冬梅，樊修武，等.不同耕作方式对旱地土壤环境和玉米产量的影响[J].山西农业科学，2010，38（7）：44-47.

［10］王欣英.前茬作物玉米和甘薯对烟草的轮作效应及其机理的研究[D].泰安：山东农业大学，2006.

［11］辛励，刘锦涛，刘树堂，等.小麦-玉米轮作体系下长期定位秸秆还田对籽粒产量及品质的影响[J].华北农学报，2016，31（6）：164-170.

［12］孙志考，田北京，王月福，等.冬小麦-夏玉米复种连作体系下氮肥周年运筹对其产量及构成要素的影响[J].华北农学报，2013，28（3）：164-170.

［13］张照然，范黎明，吴毅歆，等.大白菜根系分泌物的GC-MS分析[J].江西农业学报，2013，25（9）：75-77.

［14］HAICHAR F Z，MAROLC，BERGE O，et al.Plant host habitat and root exudates shape soil bacterial community structure[J].The ISME Journal，2008，2：1221-1230.

［15］ZHUY，ZHANGS，HUANGH，et al.Effects ofmaize root exudates and organic acids on the desorption of phenanthrene from soils[J]. Journal ofEnvironmental Sciences，2009，21：920-926.

［16］董宁禹，焦永吉，杨建新，等.不同前作对烤烟土壤健康状况的影响[J].河南农业科学，2013，42（10）：46-50.

Effects of Different Previous Crops on Soil Moisture and Crop Yield of Maize in Dryland

ZHANGWei，ZHANGDongmei，HANYanlong，LIUHuatao，ZHAOCong，JIANGChunxia，LI Nana
（Research Center ofArid Farming，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

In 2015,the experiment was to choose the proper fore crops for maize and scientific basis for reasonable planter pattern through studying the effect of different fore crops on growth,soil water content and yield of maize.The results showed that the yield of maize in soybean stubble（12 256.91 kg/hm2）was the highest,the yeild of maize continuous cropping was lower than soybean stubble, and the WUE ofmaize continuous croppingreached the maximumvalue,which was 34.07 kg/（mm·hm2）.The growth,soil water storage and yield ofcabbage stubble was lower than other different fore crops.So,the cabbage stubble was not for maize.

fore crop;maize;water use;yield

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.05.20

S513

：A

：1002-2481（2017）05-0749-05

2016-12-14

国家公益性行业（农业）科研专项（201503124）；国家重点研发计划（2016YFD0300305-2）；山西省农业科学院攻关项目（YGG1639）

张伟（1983-），男，山西平遥人，助理研究员，主要从事旱作节水栽培技术研究工作。