灌水量對京南地區(qū)紫花苜蓿生產(chǎn)能力的影響

文 霞,侯向陽,穆懷彬

（1.蘭州大學(xué)草地農(nóng)業(yè)科技學(xué)院,甘肅蘭州 730020；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院草原研究所,內(nèi)蒙古呼和浩特 010010）

紫花苜蓿Medicago sativa（以下簡稱苜蓿）系豆科,苜蓿屬,是具有世界栽培意義的深根系多年生優(yōu)質(zhì)牧草,具耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐瘠薄、適應(yīng)性強、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、耐頻繁刈割和持久性好等特性,同時具有清除田間雜草、改土培肥及經(jīng)濟效益高等優(yōu)點[1-3]。作為最重要的栽培牧草,它在我國的種植面積逐年增加[4]。

苜蓿需水量較高,全年生長季需水量為400～2 250 mm[5],適宜在年降水量為500～800 mm的地區(qū)生長,土壤水分含量直接影響其生長發(fā)育、產(chǎn)量及品質(zhì)[6]。京南地區(qū)是我國推廣苜蓿種植的地區(qū)之一,在該區(qū)種植苜蓿,其主要限制因素是水。研究表明多次刈割的苜蓿平均耗水量在800～900 mm[5],該區(qū)年均降水量只有500～600 mm,且主要集中在7-9月（約占全年降水量的80%）,即前2茬苜蓿的全生長期和第3茬苜蓿的大部分生長時期降水較少,這樣影響了苜蓿的生長和產(chǎn)量,也成為其推廣種植的主要限制因子。灌溉成為調(diào)節(jié)苜蓿生長季水分供給,提高產(chǎn)量的重要措施之一。因此,苜蓿耗水量、耗水規(guī)律、水分利用效率及灌溉制度的研究一直是我國干旱、半干旱和水資源緊缺地區(qū)苜蓿產(chǎn)業(yè)化的熱點[7-15]。

試驗地處水資源緊缺的華北地區(qū),研究該地區(qū)灌水量與苜蓿生產(chǎn)能力的關(guān)系,尋求合理、優(yōu)化的灌溉制度對該區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)節(jié)水具有重要意義。研究通過小區(qū)試驗設(shè)計及灌水量控制試驗,探討了灌水量對苜蓿生產(chǎn)能力的影響,以期獲得適宜當(dāng)?shù)剀俎Ｉa(chǎn)的合理灌溉制度,為京南地區(qū)苜蓿生產(chǎn)實踐提供科學(xué)依據(jù)。

1 試驗地概況

試驗地設(shè)在河北省廊坊市中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院國際農(nóng)業(yè)高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)園試驗基地,該地位于廊坊市北 部,見 圖 1,116°34′60″～ 116°36′13″E,39°35′44″～ 39°36′14″N,屬溫帶半干旱、半濕潤大陸性氣候。海拔25 m,年均氣溫11.9℃,1月份最冷（平均氣溫-5.2℃,極端最低氣溫-25℃）,7月份氣溫最高（平均氣溫26℃,極端最高溫40.2℃）,平均無霜期183 d,≥10℃的年均積溫4 167℃·d,平均日照時間2 659.6 h,年均降水量554.9 mm,降水高度集中在夏季（平均454.7 mm,占全年降水量的77%）。土壤類型為沙壤土。

圖1 研究區(qū)域地理位置示意圖

2 材料與方法

2.1 試驗設(shè)計試驗地為2007年種植的中苜2號,播種量為22.5 kg/hm2,播深2 cm,2008年11月所有小區(qū)均灌足冬水。在該試驗地選取6 m×6 m小區(qū),相鄰小區(qū)間隔0.5 m,四周進行防水隔離處理。以小區(qū)為單位進行4個水平W0、W1、W2、W3的灌水試驗,灌水量分別對應(yīng)為 0、25、50、75 mm/次,并設(shè)計9次重復(fù)。

分別于苜蓿返青（2009年4月2日）及第1（2009年 5月18日）、第2（2009年6月 24日）和第3茬苜蓿刈割后灌水（但因第3茬苜蓿刈割后適逢大雨,故所有小區(qū)均未進行第4次灌水處理）。灌水方式為滴灌,灌水量由水表控制。

2.2 測定項目及方法于2009年5月14日、6月12日、7月12日和8月24日（各茬苜蓿初花期）刈割苜蓿,樣方大小1 m ×1 m,留茬5 cm,每小區(qū)重復(fù)3次,田間測鮮質(zhì)量。同時,在每茬苜蓿測產(chǎn)當(dāng)日,各小區(qū)隨機選5株苜蓿測其絕對高度；每小區(qū)選5個苜蓿1級分枝數(shù),進行莖葉分離并測鮮質(zhì)量,計算莖葉比；根據(jù)樣方苜蓿鮮質(zhì)量及對應(yīng)植株1級枝條數(shù),測定第2、3茬苜蓿分枝質(zhì)量并記錄各茬苜蓿生育期及生育期降水量（表1）。

表1 2009年各茬苜蓿生育期及降水量

2.3 數(shù)據(jù)分析利用Microsoft Excel,SPSS13.0對測定各指標(biāo)進行差異顯著性分析和LSD檢驗。

3 結(jié)果與分析

3.1 灌水量對苜蓿產(chǎn)量的影響表2表明,第1茬苜蓿產(chǎn)量隨灌水量增加呈現(xiàn)波動變化（減少→增加→減少）,第2、3茬苜蓿產(chǎn)量均隨灌水量增加呈增加變化,第4茬苜蓿產(chǎn)量則隨灌水量增加呈降低變化,全年產(chǎn)量變化規(guī)律同第2、3茬。

不同灌水處理對第1茬苜蓿產(chǎn)量雖有一定影響,但各處理間差異不顯著。對于第2、3茬苜蓿而言,W3和W2處理苜蓿的產(chǎn)量極顯著高于W0處理（P＜0.01）；與W0處理相比,其余3個處理對該 2茬苜蓿的增產(chǎn)幅度分別為15.3%～40.6%和27.2%～64.1%。第4茬苜蓿,W2和W3處理產(chǎn)量顯著低于W0處理；與 W0處理相比,其余3個處理對該茬苜蓿的減產(chǎn)幅度為13.5%～35.9%。

表2 灌水量對不同茬次及全年苜蓿產(chǎn)量的影響 kg/hm2

雖然W3和W2或W0和W1之間的苜蓿年產(chǎn)量差異不顯著,但較高灌水處理的W3和W2處理的苜蓿年產(chǎn)量均顯著高于W0和W1處理。說明,在生長季降水391 mm情況下,每次灌水75和50 mm都能極顯著提高苜蓿產(chǎn)量,在全年灌水量為150 mm的基礎(chǔ)上,繼續(xù)增加灌水量不會引起年產(chǎn)量的顯著增加。可見,合理灌水能提高苜蓿產(chǎn)量,研究區(qū)種植苜蓿的適宜灌水量為150 mm。

3.2 灌水量對苜蓿株高和莖葉比的影響在自然降水條件下,以W0處理為參照,研究不同灌水處理對株高和莖葉比的影響。圖2-A表明,W1、W2、W3處理對第 1茬苜蓿的株高無明顯影響,但顯著提高了第2、3茬苜蓿的株高,明顯降低了第4茬株高（P＜0.05）,并且隨著灌水量增加苜蓿株高相應(yīng)增加（第2和3茬）或降低（第4茬）；圖2-B表明,灌水對第1、4茬苜蓿莖葉比均無顯著影響,第2、3茬苜蓿莖葉比隨灌水量增加呈增加趨勢,W2處理顯著提高了第3茬苜蓿莖葉比,W3處理顯著增加第2和3茬苜蓿的莖葉比。

圖2 灌水量對苜蓿株高和莖葉比的影響

3.3 灌水量對苜蓿分枝密度和分枝質(zhì)量的影響灌水處理對第2、3茬苜蓿分枝密度無顯著影響,但是,對分枝質(zhì)量影響明顯,分枝質(zhì)量分別為2.5～3.4和1.6～2.6 g/枝；隨著灌水量的增加,苜蓿的分枝質(zhì)量呈增加趨勢,各處理顯著高于對照（表3）。以上結(jié)果表明灌水利于苜蓿植株個體大小的增加。

表3 不同灌水量對苜蓿分枝數(shù)和分枝質(zhì)量的影響

4 討論

4.1苜蓿生長初期的輕微干旱[16]或土壤水分不足[17]往往引起苜蓿減產(chǎn),干旱對苜蓿產(chǎn)量和生長發(fā)育產(chǎn)生負面影響,特別是反映在一系列生理生化、形態(tài)變化和生產(chǎn)性能上[6],本研究中,第2、3茬以及全年產(chǎn)量均隨灌水量的增加而增加,且灌水總量為225和150 mm能極顯著提高苜蓿年產(chǎn)量,可見,灌溉對苜蓿有明顯的增產(chǎn)效果[7,11,18-19]。有研究表明第1茬苜蓿的產(chǎn)量隨灌水量的增加而增加[20],本研究中第1茬苜蓿產(chǎn)量在不同灌水處理間差異不顯著,分析認(rèn)為,第1茬苜蓿所在生長季（3-5月）溫度不高,水分蒸發(fā)不強烈,試驗前1年灌足的冬水已足夠其生長所需,在此情況下,水分不是當(dāng)茬苜蓿生長的限制因子,故苜蓿返青期的灌水對其產(chǎn)量的影響差異不顯著。第4茬苜蓿產(chǎn)量隨灌水量增加而減少,這是由于7月以后,華北平原降水量略大于苜蓿需水量[21],雖然第4茬苜蓿生長期內(nèi)未進行灌水,但降水量達244 mm,因而在此前灌水量的基礎(chǔ)上,該茬產(chǎn)量隨灌水量增加呈減少的趨勢,這與趙金梅等[20]的研究結(jié)果一致。因此建議,京南地區(qū)種植紫花苜蓿,灌水應(yīng)該在第1、2茬苜蓿刈割后（即第2、3茬生長期內(nèi)）進行,第4茬苜蓿生長期內(nèi)不宜灌水,在前1年灌足冬水的情況下,返青時也可不灌水。

研究還發(fā)現(xiàn),一定灌水范圍內(nèi),苜蓿年產(chǎn)量隨灌水量增加而增加,在苜蓿生長季灌水總量為150 mm（不包括自然降水）情況下,再增加灌水量,不會引起苜蓿顯著增產(chǎn)。賈恒以等[22]研究沙打旺Astragalus adsurgens水肥協(xié)同效應(yīng)的結(jié)果表明肥料的增產(chǎn)效應(yīng)隨水分量的提高而增加,可見植物產(chǎn)量除了受水分影響外,還受肥力等其他因素限制,當(dāng)灌水量達到一定時,水分已不再是其生長的限制因子,產(chǎn)量趨于穩(wěn)定,此時其產(chǎn)量增加潛能可能受肥力等其他因素限制。因此,僅灌水對苜蓿增產(chǎn)是有限的,要想獲得更高產(chǎn)量,需尋求與其他因素的耦合,我國農(nóng)業(yè)科技工作者早在21世紀(jì)就開始了水肥效應(yīng)的研究,但目前有關(guān)水分、養(yǎng)分對苜蓿生長的互作效應(yīng)研究較少,有待加強。

4.2植株高度是反映牧草生長狀況和評價高產(chǎn)的主要指標(biāo)之一。有研究表明,不同強度水分脅迫會降低紫花苜蓿的主莖高度[23],可見,干旱并不利于植株高度的增加。本研究發(fā)現(xiàn),第2、3茬苜蓿株高隨灌水量增加而增高,第4茬株高則隨灌水量增加而降低,但灌水并不能引起第1茬苜蓿株高產(chǎn)生顯著差異,后兩者的原因同第4、1茬產(chǎn)量變化的解釋。

紫花苜蓿蛋白含量較高,蛋白的主要來源是葉片,葉片在整株紫花苜蓿中所占的比例是影響紫花苜蓿蛋白質(zhì)含量的主要因素。趙金梅等[20]與Halim等[24]的研究結(jié)果表明無灌水處理的莖葉比最低,后者還指出水分脅迫下紫花苜蓿莖葉比減少一方面是由于成熟度延遲,另一方面是水分脅迫對莖生長的抑制作用大于葉,本研究結(jié)果符合上述規(guī)律,同時解釋了為何第2、3茬苜蓿的莖葉比隨灌水量增加而增加。第1、4茬苜蓿莖葉比在4個處理間無明顯差異,分析認(rèn)為可能是由于這2茬苜蓿生長不受水分脅迫。

4.3分枝數(shù)是反映個體的分枝能力和生長健壯程度的指標(biāo)之一,分枝質(zhì)量則反映個體大小,植物產(chǎn)量的高低取決于此二者大小的變化。雖然第2、3茬苜蓿的分枝數(shù)在4個處理間無明顯差異,但相對于對照處理,其余各處理均顯著提高二者分枝質(zhì)量,并隨灌水量的增加而增加,從而導(dǎo)致其產(chǎn)量也隨之增加。

4.4由于本研究是基于自然條件下進行的,因而灌溉量多寡以及灌水對苜蓿的影響受降水分布和降水量等因素影響較大,如第4茬苜蓿產(chǎn)量隨灌水量增加而減少是由于7月以后華北平原降水量略大于苜蓿需水量所致,但具體的需水量,或者說會造成苜蓿減產(chǎn)的降水量（或灌水量）的閾值尚無定量描述。因此,今后研究應(yīng)當(dāng)引入控制試驗,以確定各生長期、生長階段具體需水量,再結(jié)合降水量狀況等進行水分補給或者排水,從而獲得高產(chǎn)。

5 結(jié)論與建議

在試驗前1年灌足冬水情況下,灌水對第1茬產(chǎn)量無顯著影響,第2、3茬以及全年產(chǎn)量隨灌水量增加而增加,第4茬則隨灌水量增加而減少,第1～4茬苜蓿株高的變化規(guī)律與產(chǎn)量相同。

灌水對第1、4茬苜蓿莖葉比無顯著影響,第2、3茬莖葉比隨灌水量增加而增加。

第2、3茬苜蓿分枝質(zhì)量隨灌水增加呈增加趨勢,灌水25、50、75 mm/次的分枝質(zhì)量顯著高于不灌水（P＜0.05）。

因此,京南地區(qū)種植苜蓿應(yīng)在第1、2茬苜蓿刈割后灌水,第4茬苜蓿生長期內(nèi)不宜灌水,在頭年越冬前灌足冬水的情況下,返青也可不灌水。在生長季降水總量為391mm的情況下,全年最適宜灌水量為150 mm。

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