毛烏素沙地地埋滴灌對紫花苜蓿生長指標的影響

張 松，李和平，鄭和祥，曹雪松，王 軍，暢利毛(.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，呼和浩特 0000；.水利部牧區(qū)水利科學研究所，呼和浩特 0000;.內(nèi)蒙古自治區(qū)地質(zhì)環(huán)境監(jiān)測院，呼和浩特 0008)

紫花苜蓿是一種優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗旱、適應性強的多年生豆科牧草，是我國西北牧區(qū)的種植最多的人工牧草，在內(nèi)蒙古牧區(qū)有著悠久的種植歷史。它具有培肥地力，保持水土，促進后作物增產(chǎn)等作用，因此在鄂托克前旗牧區(qū)紫花苜蓿得到大面積推廣種植。隨著紫花苜蓿的種植面積的增加，水資源成了該地區(qū)紫花苜蓿生長增產(chǎn)的限制因素。高效節(jié)水技術(shù)勢在必行，滴灌成了首選的節(jié)水措施。但是由于傳統(tǒng)地面滴灌不利于紫花苜蓿的刈割以及其他的田間作業(yè)，同時滴灌帶在地面經(jīng)過風吹日曬很快就廢棄，所以地面滴灌在人工牧草種植中成本較高。地埋滴灌是用管道系統(tǒng)輸水、通過埋在地下的毛管上的灌水器將灌溉用水釋放到作物根區(qū)土壤中供作物吸收利用的一種灌水方法，具有減少地表無效蒸發(fā)、改善作物根區(qū)土壤水分條件、方便田間管理作業(yè)、防止毛管老化、用水效率高、高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)高效等優(yōu)點。

目前對地埋滴灌做了一些研究例如何華[1]等研究了地下滴灌管埋深對冬小麥根冠生長及水分利用效率的影響；孟季蒙[2]等研究了地下滴灌對苜蓿的生長發(fā)育與種子產(chǎn)量的影響；夏玉慧[3]等研究了地下滴灌埋深深度對紫花苜蓿生長的影響；張樹振[4]等研究了地下滴灌苜蓿地土壤水分分布規(guī)律。以前的研究多集中在果樹和大棚作物，對人工牧草的研究很少，尤其是沙漠化較為嚴重的毛烏素沙地人工牧草的地埋滴灌研究很少。本試驗研究滴灌帶埋深對紫花苜蓿主要生長指標株高和產(chǎn)量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

鄂托克前旗位于毛烏素沙地腹部，地理坐標為：東經(jīng)106°30′～108°30′和北緯37°38′～38°45′。屬于中溫帶溫暖型干旱、半干旱大陸性氣候，冬寒漫長，夏熱短促，干旱少雨，風大沙多，蒸發(fā)強烈，日光充足。多年平均氣溫7.9 ℃；多年平均降水量為260.6 mm；多年平均蒸發(fā)量為2 497.9 mm；常年盛行風向為南風，其次是西風和東風，多年平均風速2.6 m/s。平均沙暴日數(shù)16.9 d；相對濕度平均49.8%；年平均日照時數(shù)2 500～3 200 h，平均為2 958 h；無霜期平均171 d，最大凍土層深度1.54 m。

1.2 試驗材料及種植方法

苜蓿品種：供試紫花苜蓿品種為草原2號，是該地區(qū)廣泛種植的品種。

滴灌材料：滴灌帶采用貼片式滴灌帶。

種植方法：2013年6月7日播種，人工條播，行距0.5 m,為保證紫花苜蓿的營養(yǎng)價值和適口性，在初花期適時刈割收貯。苜蓿收割三茬，每年4月上旬開始返青，9月底收割最后一茬。

1.3 試驗設(shè)計

采用田間對比試驗法設(shè)計，紫花苜蓿地埋滴灌灌溉制度試驗采用2因子3水平正交組合設(shè)計(表1)，設(shè)滴灌帶埋設(shè)深度和灌水水平2個因子；設(shè)3種埋設(shè)深度，滴灌帶埋深分別為10、20和30 cm；設(shè)3個灌水水平，灌水定額分別為15.0 mm(150 m3/hm2)、22.5 mm(225 m3/hm2)和30.0 mm(300 m3/hm2)；試驗共計9個處理，每個處理3次重復，共計27個試驗小區(qū)，每個小區(qū)的長度均為20.0 m，寬度為5.0 m，每個小區(qū)面積為100 m2，試驗區(qū)總面積900 m2。采用貼片式滴灌帶，滴灌帶壁厚為0.4 mm，流量為2.0 L/h，滴頭間距為0.3 m；每條滴灌帶控制2行紫花苜蓿，滴灌帶間距60 cm。每個處理的灌水日期和灌水次數(shù)相同，灌水日期根據(jù)處理5(灌水定額22.5 mm，滴灌帶埋深20 cm)適宜含水率下限計算確定。

表1 實驗設(shè)計方案

1.4 觀測內(nèi)容

主要指生長狀況指標，具體內(nèi)容及采集方法包括：①株高：每個生育期一次，分別用卷尺和卡尺測定；②干物質(zhì)和產(chǎn)量：整個生長期結(jié)束測定一次，采用樣方測定法測定。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)處理均在Excle2003和DPS6.5軟件下進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌帶埋深對紫花苜蓿株高的影響

對紫花苜蓿株高進行定期觀測，每個處理均進行定株觀測，采用其平均值繪制株高隨時間的變化過程。圖1是紫花苜蓿第二茬在灌水定額分別為15、22.5和30 mm處理下滴灌帶不同埋深對株高的影響。

圖1 灌水定額15、22.5、30 mm時不同滴灌帶埋深對苜蓿株高的影響

從圖1中可以看出，一定灌水定額下滴灌帶不同埋深對株高的影響總體趨勢一致的。滴灌帶埋深20 cm時的株高最大，其次是滴灌帶埋深30 cm時的株高，滴灌帶埋深10 cm時的株高最小。如圖2在灌水定額22.5 mm(225 m3/hm2)處理下滴灌帶埋深為20 cm時的株高為53 cm，滴灌帶埋深為30和10 cm時的株高分別為51和49 cm，分別高出3.9%和8.2%。這是由于滴灌帶埋深為10 cm時，距離表層土壤很近，加之夏季該地區(qū)降雨少，蒸發(fā)強度大，灌水很容易蒸發(fā)；滴灌帶埋深為30 cm時，由于水分向下運動快于向上運動，致使大部分水分流失，灌水不能充分被根系吸收利用，致使水分生產(chǎn)率低，左強等在《烏蘭布和沙區(qū)紫花苜蓿根系生長及吸水規(guī)律的研究》中也得出了紫花苜蓿根系主要0～30 cm的土層中。所以建議采用的滴灌帶埋深為20 cm，此時水分既不易蒸發(fā)，也不會產(chǎn)生深層滲漏，更能被根系充分吸收利用。一定灌水定額處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿第一、三茬有相似的結(jié)果。

2.2 灌水定額對紫花苜蓿株高的影響

對紫花苜蓿株高進行定期觀測，每個處理均進行定株觀測，采用其平均值繪制株高隨時間的變化過程。圖2分別是滴灌帶埋深10、20和30 cm處理下不同灌水定額對苜蓿第二茬株高的影響。

圖2 滴灌帶埋深10、20、30 cm時不同灌水定額對苜蓿株高的影響

從圖2中可以看出，不同灌水定額下對株高的影響總體趨勢是一致的，都是由快到慢的生長趨勢，從返青期到現(xiàn)蕾期株高增長較快，從現(xiàn)蕾期到刈割期增長速率開始變緩，紫花苜蓿由營養(yǎng)生長轉(zhuǎn)向生殖生長，此時同化物優(yōu)先分配給生殖器官，用于株高和葉片的同化物自然減少，使其生長速率下降。各處理在整個生育期平均增長速率變化相對較小，主要因為從返青到刈割期溫度較低，不同的灌水定額對其增長速率影響較小，但對株高還是有一定影響，隨著灌水定額的增大，株高隨之增大。圖2中在滴灌帶埋深為20 cm時，處理W1D2、W2D2、W3D2的株高分別為46、53和62 cm，灌水定額由15 mm增加到22.5 mm時，株高增加了15.2%；灌水定額由22.5 mm增加到30 mm時，株高增加了16.9%，這是灌水定額增加的結(jié)果。僅此可見，應該建議采用30 mm的灌水定額。一定滴灌帶埋深處理下不同灌水定額對苜蓿第一、三茬有相似的結(jié)果。

2.3 滴灌帶埋深對產(chǎn)量的影響

滴灌帶埋深對作物生態(tài)性狀和生理活動的影響最終反映在產(chǎn)量影響上，作物生長發(fā)育的不同時期進行不同滴灌帶埋深的水分處理，會直接影響到作物的生育、生理指標，最終影響作物產(chǎn)量。由圖3、4、5中可以看出，在相同的灌水定額處理下，滴灌帶埋深為20 cm處理的紫花苜蓿的產(chǎn)量最大，滴灌帶埋深為10 cm處理的紫花苜蓿的產(chǎn)量最小。就灌水定額22.5 mm(225 m3/hm2)處理進行分析，處理W2D2的產(chǎn)量最大為9 087 kg/hm2，處理W2D1產(chǎn)量最小為8 869.5 kg/hm2，較處理W2D2低217.5 kg/hm2，產(chǎn)量降低2.4%，可見產(chǎn)量降低不大，說明滴灌帶埋深對紫花苜蓿的產(chǎn)量影響不大。第一茬紫花苜蓿的各處理的產(chǎn)量與第二茬的產(chǎn)量相差不大。灌水定額為15 mm(150 m3/hm2)處理和30 mm(300 m3/hm2)處理有相似的結(jié)果。

圖3 灌水定額15 mm(150 m3/hm2)處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿產(chǎn)量的影響

圖4 灌水定額22.5 mm(225 m3/hm2)處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿產(chǎn)量的影響

圖5 灌水定額30 mm(300 m3/hm2)處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿產(chǎn)量的影響

2.4 灌水定額對產(chǎn)量的影響

水分虧缺對作物生態(tài)性狀和生理活動的影響最終反映在產(chǎn)量影響上，作物生長發(fā)育的不同時期進行不同的水分處理，會直接影響到作物的生育、生理指標，最終影響作物產(chǎn)量。

由圖6、7、8中可以看出，紫花苜蓿的產(chǎn)量與生長期總的灌水量有關(guān)，隨著灌溉定額的增大，產(chǎn)量也逐漸增加。滴灌帶埋深20 cm處理下灌溉定額15、22.5和30 mm的第一、二、三茬總產(chǎn)量分別為7 015.5、9 087和10 762.5 kg/hm2。隨著灌溉定額的增加，產(chǎn)量分別增加30.4%和18.4%。第一茬紫花苜蓿的各處理的產(chǎn)量與第二茬的產(chǎn)量相差不大。滴灌帶埋深10和30 cm處理有相似的結(jié)果。

圖6 滴灌帶埋深10 cm處理下不同灌水定額對苜蓿產(chǎn)量的影響

圖7 滴灌帶埋深20 cm處理下不同灌水定額對苜蓿產(chǎn)量的影響

圖8 滴灌帶埋深30 cm處理下不同灌水定額對苜蓿產(chǎn)量的影響

2.5 節(jié)水量和增產(chǎn)量

從圖9中可以看出：節(jié)水效果相對于對照而言，處理W1D1、W1D2、W1D3；W2D1、W2D2、W2D3；W3D1、W3D2、W3D3節(jié)水效率分別為54.4%、29.3%、6.3%；增產(chǎn)效果相對于對照而言，處理1、2和處理3的減產(chǎn)量分別為1 299、835.5和931.5 kg/hm2；處理4～9增產(chǎn)量分別為1 063.5、1 281、1 272、2 224.5、2 956.5、2 611.5 kg/hm2。

3 討 語

毛烏素沙地屬于干旱、半干旱的大陸性氣候，夏季蒸發(fā)強烈，在該地區(qū)進行地面滴灌等節(jié)水措施，水分有很大一部分蒸發(fā)損失了，造成水資源的浪費。地埋滴灌很好地解決了這一點，但是在我國地埋滴灌在果樹、大棚蔬菜等作物中應用較多，在人工牧草種植中應用較少。本研究通過控制土壤質(zhì)地、土壤密實度、滴灌帶滴孔流量等因素，改變滴灌帶埋深和灌水定額進行正交試驗，這是試驗得出結(jié)論和進行討論的前提。

圖9 紫花苜蓿不同試驗處理灌溉定額、節(jié)水量、增產(chǎn)量

(1)土壤水分的含量直接或間接地影響作物根系的生長，作物又根據(jù)根系吸收水分的情況做出適應性 生長，反映到作物的株高和產(chǎn)量。在過去的研究中我們得出，根系的向水性會促使其在水分虧缺的情況下向水源生長，水分脅迫根系會向深生長，使得作物營養(yǎng)分配到根部，造成地上部分干物質(zhì)產(chǎn)量下降。在傳統(tǒng)灌水方式中我們得知苜蓿根系能生長地下2m，地埋滴灌條件下滴灌帶附近根系充分吸水得到充分生長，距離濕潤土體遠的根系得到抑制，利用適宜的滴灌帶埋深來約束根系的生長，從而增加作物冠部的干物質(zhì)產(chǎn)出。

通過對滴灌帶不同埋深的試驗，發(fā)現(xiàn)滴灌帶埋深20 cm時紫花苜蓿的株高較埋深10和30 cm分別高出3.9%、8.2%；埋深20 cm時產(chǎn)量最高，埋深10 cm時最低，但是兩者相差很小，所以滴灌帶埋深對產(chǎn)量影響不大。本試驗結(jié)果與左強等在《烏蘭布和沙區(qū)紫花苜蓿根系生長及吸水規(guī)律的研究》中也得出了紫花苜蓿根系主要0～30 cm的土層中相吻合。

在田間試驗中還發(fā)現(xiàn)大型機械田間作業(yè)時容易將埋深10 cm的滴灌帶壓實，這樣撐起滴灌帶需要更大的壓力，很多時候因為壓力不足導致滴灌帶不能正常工作，影響灌溉水平。試驗中也發(fā)現(xiàn)滴灌帶埋深30 cm時紫花苜蓿長勢不如埋深20 cm的好，這是因為滴灌帶30 cm時更多的水分向下運動，造成水分浪費。所以建議在毛烏素沙地紫花苜蓿地埋滴灌種植中應控制在20 cm左右。

(2)研究不同灌水定額對紫花苜蓿株高和產(chǎn)量的影響發(fā)現(xiàn)隨著灌水定額的增加株高和產(chǎn)量都在增加。灌水定額由15 mm增加到22.5 mm時，株高增加了15.2%；灌水定額由22.5 mm增加到30 mm時，株高增加了16.9%。 灌水定額22.5 mm比15 mm增產(chǎn)30.4%，30 mm比22.5 mm增產(chǎn)18.4%。圖9中增產(chǎn)量接近正態(tài)分布，盡管灌水定額為30 mm(300 m3/hm2)更有利于紫花苜蓿的增產(chǎn)，但是30 mm灌溉定額接近該地區(qū)的經(jīng)驗灌水定額，該地區(qū)灌溉水源以地下水為主，在現(xiàn)灌溉水平下該地區(qū)地下水位下降明顯，為了確保地下水的可持續(xù)利用，建議灌水定額控制在22.5 mm(225 m3/hm2)左右，這樣既增加了苜蓿的產(chǎn)量又有效地節(jié)約了地下水資源，為該地區(qū)的生態(tài)環(huán)境提供保障。

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