張偉，張冬梅，韓彥龍，劉化濤，趙聰，姜春霞，李娜娜

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030031）

不同前茬下旱地玉米的水分動態(tài)及產(chǎn)量效應(yīng)

張偉，張冬梅，韓彥龍，劉化濤，趙聰，姜春霞，李娜娜

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱地農(nóng)業(yè)研究中心，山西太原030031）

2015年就不同前茬作物對玉米生長發(fā)育、土壤含水量變化和產(chǎn)量的影響進行了研究，為當(dāng)?shù)赜衩走x擇適宜的前茬作物以及合理的種植模式提供了依據(jù)。結(jié)果表明，大豆茬處理的玉米產(chǎn)量最高，為12 256.91 kg/hm2；玉米連作的產(chǎn)量僅次于大豆茬，而其水分利用效率最高，為34.07 kg/（mm·hm2）；甘藍(lán)茬玉米產(chǎn)量最低，且植株性狀、土壤貯水量等均低于其他處理。因此，在輪作時，玉米應(yīng)避免甘藍(lán)茬，可實現(xiàn)旱地玉米高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)。

前茬；玉米；水分利用；產(chǎn)量

作物輪作倒茬技術(shù)，以利用不同作物對環(huán)境水分、養(yǎng)分等生態(tài)因素需求差異，進行作物間時序配置，不僅能使半干旱區(qū)作物穩(wěn)產(chǎn)、高產(chǎn)，而且可促進對稀缺資源的高效轉(zhuǎn)化與可持續(xù)作用[1]?！笆濉逼陂g，推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，調(diào)整優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)，保障國家糧食安全，實現(xiàn)重要農(nóng)產(chǎn)品有效供給。構(gòu)建用地養(yǎng)地結(jié)合的耕作制度。針對不同區(qū)域的資源條件和生態(tài)特點，建立耕地輪作制度，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。目前，有關(guān)輪作增產(chǎn)、增收效果的經(jīng)濟學(xué)評價[2-5]以及農(nóng)田水分平衡狀況的研究[1，6-8]有較多報道。輪作作為生產(chǎn)上有效的提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)的方式被廣泛運用于多種作物，相對連作而言，它具有調(diào)養(yǎng)地力、抑制病蟲害、調(diào)節(jié)作物茬口等優(yōu)點。

輪作條件下，雖然避免了連作的危害，但前茬作物對后茬作物的影響依然存在，土壤作為前后兩茬作物聯(lián)系的載體，前茬作物對后茬作物的影響主要通過對土壤的改變來實現(xiàn)，通過對土壤養(yǎng)分、物理性質(zhì)、微生物、酶活性等的改變，進而影響后茬作物的生長[9]。

本試驗旨在通過不同輪作組合的比較，選取高效的種植模式和作物布局方式，有助于減少生產(chǎn)能耗、提高水肥利用，從而達(dá)到改善耕作環(huán)境、提高資源利用效率的目的。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年在山西省旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)示范基地——陽曲縣河村進行。該區(qū)地處山西省中部，為半干旱、半濕潤易旱地區(qū)，海拔1 270 m，無霜期120 d，年均降水量430 mm，年均蒸發(fā)量1 995 mm，年平均氣溫6～7℃，晝夜溫差大，大于10℃活動積溫為2 600℃·d。2015年全年降水量為534.6 mm，較多年降水平均值（438.0 mm）高出96.6 mm，屬于豐水年型，其中，4—10月降水量為478.8 mm，較多年平均值（393.4 mm）高出85.4 mm。

1.2 試驗材料

供試作物為大豐30。

1.3 試驗設(shè)計

試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，共設(shè)4個處理，分別為：甘藍(lán)茬、大豆茬、馬鈴薯茬及玉米茬。各處理3次重復(fù)，小區(qū)面積為7 m×8 m。所有處理均在整地前施入純N 225 kg/hm2，P2O5105 kg/hm2，用起壟覆膜播種一體機播種。種植密度為6.6萬株/hm2。

1.4 測定項目及方法

1.4.1 降水量自動氣象站記錄生育期內(nèi)降水量。

1.4.2 株高分別于6月11日、7月1日、8月19日（定高后）用直尺測量玉米株高及穗位高。

1.4.3 棒三葉面積8月19日用直尺測量棒三葉的長和寬，利用公式“葉面積＝長（cm）×寬（cm）× 0.75”計算各葉葉面積，并計算棒三葉面積。

1.4.4 土壤水分與水分利用效率（WUE）每小區(qū)埋設(shè)一根中子管，深度為200 cm。播后定期用CPN-503中子儀測定土壤體積含水量。

土壤貯水量（mm）＝土壤體積含水量（%）×土層厚度（mm）；生育期耗水量（mm）＝土壤貯水量變化量（mm）＋生育期降水量（mm）；水分利用率（WUE，kg/（mm·hm2））＝玉米經(jīng)濟產(chǎn)量（kg/hm2）/（播前土壤貯水量（mm）＋生育期總降水量（mm）－成熟期土壤貯水量（mm））。

1.4.5 產(chǎn)量及考種按小區(qū)實際產(chǎn)量計收（籽粒含水量折算為14%），每小區(qū)連續(xù)收獲20株，測定穗部性狀（穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、穗長）。

1.5 統(tǒng)計方法

試驗數(shù)據(jù)利用Excel 2003，DPS v7.05軟件進行計算及顯著性測驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同前茬對株高的影響

從表1可以看出，不同前茬對玉米株高的影響達(dá)到了極顯著水平，甘藍(lán)茬的玉米株高始終低于其他處理，6月11日株高數(shù)據(jù)顯示，甘藍(lán)茬玉米株高（31.8cm），僅為馬鈴薯茬玉米株高（49.5 cm）的64.2%。6月11日，各處理株高從高到低依次為：馬鈴薯茬＞玉米茬＞大豆茬＞甘藍(lán)茬，且甘藍(lán)茬與其他3個處理之間差異達(dá)到極顯著水平，大豆茬的玉米株高與馬鈴薯茬處理相比，差異顯著，玉米茬的玉米株高與大豆茬、馬鈴薯茬的玉米株高之間差異不顯著。7月1日所測玉米株高由高到低的順序與6月11日順序相同，且甘藍(lán)茬玉米株高與其他處理之間差異達(dá)極顯著水平，其余3個處理的玉米株高間無顯著差異。

表1 不同前茬條件下玉米株高變化cm

定高后（8月19日）株高從高到低的順序為：大豆茬＞玉米茬＞馬鈴薯茬＞甘藍(lán)茬，甘藍(lán)茬處理與馬鈴薯茬處理的株高之間差異沒有達(dá)到顯著水平，二者與其他處理之間的差異極顯著，且大豆茬處理與玉米茬處理對玉米株高的影響也達(dá)到極顯著水平。前茬為甘藍(lán)時，會影響玉米全生育期株高，差異水平始終達(dá)到極顯著水平。

2.2 不同前茬對穗位高及棒三葉面積的影響

在玉米定高后，對各處理的穗位高及棒三葉面積進行測量，各處理間除下位葉面積外，其余指標(biāo)之間的差異達(dá)到顯著水平。從表2可以看出，馬鈴薯茬玉米穗位高與大豆茬、玉米茬的穗位高之間差異達(dá)到極顯著水平，甘藍(lán)茬玉米穗位高與其他處理間差異不顯著；不同茬口對上位葉面積影響沒有達(dá)到極顯著水平，馬鈴薯茬、玉米茬上位葉面積與大豆茬玉米上位葉面積相比，差異顯著，而甘藍(lán)茬玉米上位葉面積與其他處理間差異不顯著；從穗位葉面積來看，大豆茬葉面積均高于其他處理，且與甘藍(lán)茬、馬鈴薯茬處理相比，差異達(dá)到極顯著水平。因此，在棒三葉總面積方面，最大值為大豆茬處理，達(dá)到1 848.98 cm2，顯著高于甘藍(lán)茬、馬鈴薯茬處理，棒三葉總面積的大小直接影響玉米籽粒產(chǎn)量。

表2 不同前茬對玉米穗位高及棒三葉面積的影響

2.3 不同前茬對土壤水分利用的影響

本試驗對不同處理的土壤含水量進行了監(jiān)測，從圖1～4可以看出，8月9日前，120 cm以下土層土壤水分含量波動不大，表明玉米生長主要利用0～120 cm土壤水分，且0～40 cm土層土壤水分受降水影響出現(xiàn)波動。隨著前期降水的入滲，9月3日各處理土壤含水量不同程度增加，收獲后各處理160～180 cm土層的土壤含水量為各土層最高，表明該土層土壤貯水量高于其他土層。

從圖5可以看出，前茬作物由于其生育期的耗水量不同，從而對土壤貯水量產(chǎn)生影響，不同處理下土壤貯水量變化趨勢相同，呈現(xiàn)先降低后增加，7月1日前，各處理土壤貯水量由大到小依次為：大豆茬＞馬鈴薯茬＞玉米茬＞甘藍(lán)茬，可能是由于玉米生長對土壤貯水量的消耗且降水量較少，各處理土壤貯水量呈現(xiàn)不同程度的降低，大豆茬處理降低幅度最大，甘藍(lán)茬土壤貯水量趨于穩(wěn)定，即大豆茬處理中玉米耗水量高于其他處理，且甘藍(lán)茬處理中玉米耗水量最少，也是前期甘藍(lán)茬玉米株高顯著低于其他處理的一個原因；7月1日至收獲，各處理土壤貯水量由大到小依次為：馬鈴薯茬＞大豆茬＞玉米茬＞甘藍(lán)茬。與播后土壤貯水量相比，收獲時土壤貯水量都有不同程度的增加，增幅最大的為馬鈴薯茬處理，增加了94.38 mm，增幅達(dá)到29.0%，大豆茬土壤貯水量增幅僅為0.5%。

本試驗玉米全生育期降水量為416.8 mm，根據(jù)全生育期耗水量公式計算得出，不同處理玉米生育期耗水量分別為：大豆茬431.62 mm、馬鈴薯茬375.06 mm、甘藍(lán)茬373.51 mm、玉米茬342.21 mm，大豆茬處理耗水量較玉米茬多出89.41 mm，高出26.13%，旱地玉米耗水一般用于蒸騰和蒸發(fā)，而蒸騰作用影響光合作用進而影響作物產(chǎn)量。

2.4 不同前茬對玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響

不同處理下玉米穗部性狀存在一定差異，對產(chǎn)量、水分利用效率的影響達(dá)到顯著水平（表3）。不同處理中大豆茬穗長值最大，為20.10 cm，馬鈴薯茬處理最小，為18.71 cm，二者間的差異達(dá)到顯著水平，與其他處理間差異不顯著；玉米茬禿尖長最短，為1.22 cm，與馬鈴薯茬處理相比，差異達(dá)到顯著水平；不同處理間行粒數(shù)的差異較大，從大到小依次為大豆茬＞玉米茬＞甘藍(lán)茬＞馬鈴薯茬，大豆茬處理與馬鈴薯茬處理間差異達(dá)到極顯著水平，與其他處理間差異不顯著；百粒質(zhì)量最大值為玉米茬處理，為34.09 g，與大豆茬處理相比差異不顯著，而與甘藍(lán)茬、馬鈴薯茬處理相比，差異達(dá)到極顯著水平。

穗部性狀包括產(chǎn)量構(gòu)成因素，因此，玉米穗部性狀的差異直接影響各處理玉米產(chǎn)量。從表3可以看出，產(chǎn)量間差異達(dá)到顯著水平，大豆茬產(chǎn)量最高（12 256.91 kg/hm2），與其他處理間差異顯著，比甘藍(lán)茬玉米產(chǎn)量高出8.1%；水分利用效率為玉米茬最高，為34.07 kg/（mm·hm2），與其他處理間差異顯著，而其他處理間差異不顯著，最小值為大豆茬（28.40 kg/（mm·hm2））。

表3 不同前茬對玉米穗部性狀及產(chǎn)量的影響

3 結(jié)論

本試驗結(jié)果表明，大豆茬是種植玉米較好的茬口，但其水分利用效率最低，還有待于進一步的試驗驗證。玉米連作的產(chǎn)量僅次于大豆茬，而其水分利用效率最高，其原因還需要進一步探討。甘藍(lán)茬玉米產(chǎn)量最低，且影響玉米前期株高，同時莖基部為暗紫色，表明玉米在前期生長過程中受到了一定的脅迫。

不同作物，對營養(yǎng)物質(zhì)吸收的種類和數(shù)量不同，收獲后土壤中有效養(yǎng)分不同，而且根系分泌物、病害、伴生雜草、蟲害等也不盡相同。根據(jù)不同茬口特性合理搭配，為不同作物都安排適宜的茬口，為穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)奠定一個良好的基礎(chǔ)[10-12]。前茬對后茬作物的影響主要通過前茬作物的殘體或者根系分泌物改變土壤環(huán)境來實現(xiàn)，植物根系分泌物主要包括有機酸類、糖類、氨基酸類和酚類物質(zhì)，其釋放到土壤中，影響土壤的物理性狀、化學(xué)性狀和酶活性等[13-16]。因此，要探明前茬對后茬作物的影響應(yīng)對前茬作物根系分泌物進行進一步的分析。

［1］張立峰，邊秀舉，劉玉華.冀北高原作物耗水特性與倒茬效應(yīng)研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué)，2001，34（1）：1-4.

［2］任廣鑫，魏其克，閔安成，等.渭北旱塬不同輪作方式比較研究[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，1997，15（3）：12-16.

［3］劉世平，莊恒揚，沈新平，等.蘇北輪作輪耕輪培優(yōu)化模式研究[J].江蘇農(nóng)學(xué)院學(xué)報，1996，17（4）：31-37.

［4］韓秉進，王占哲.黑土旱作農(nóng)區(qū)高產(chǎn)高效輪作體系的研究[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，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］張偉，張冬梅，韓彥龍，等.壟作對旱地甘藍(lán)水分利用及產(chǎn)量的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，44（3）：337-340.

［7］徐祝齡，王硯田.內(nèi)蒙古武川旱農(nóng)試驗區(qū)馬鈴薯田水分平衡[M]//中國北方旱地農(nóng)業(yè)綜合發(fā)展與對策.北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1994：84-88.

［8］張立峰，邊秀舉，趙廣生，等.栗鈣土燕麥田水分平衡分析[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996，19（1）：17-21.

［9］張偉，張冬梅，樊修武，等.不同耕作方式對旱地土壤環(huán)境和玉米產(chǎn)量的影響[J].山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2010，38（7）：44-47.

［10］王欣英.前茬作物玉米和甘薯對煙草的輪作效應(yīng)及其機理的研究[D].泰安：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)，2006.

［11］辛勵，劉錦濤，劉樹堂，等.小麥-玉米輪作體系下長期定位秸稈還田對籽粒產(chǎn)量及品質(zhì)的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2016，31（6）：164-170.

［12］孫志考，田北京，王月福，等.冬小麥-夏玉米復(fù)種連作體系下氮肥周年運籌對其產(chǎn)量及構(gòu)成要素的影響[J].華北農(nóng)學(xué)報，2013，28（3）：164-170.

［13］張照然，范黎明，吳毅歆，等.大白菜根系分泌物的GC-MS分析[J].江西農(nóng)業(yè)學(xué)報，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］董寧禹，焦永吉，楊建新，等.不同前作對烤煙土壤健康狀況的影響[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，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

國家公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項（201503124）；國家重點研發(fā)計劃（2016YFD0300305-2）；山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院攻關(guān)項目（YGG1639）

張偉（1983-），男，山西平遙人，助理研究員，主要從事旱作節(jié)水栽培技術(shù)研究工作。