棗園間作條件下不同灌水處理對紫花苜蓿產(chǎn)量及水分利用率影響

王雪，陳國棟，張金龍，馬銀虎，周俊俊，萬素梅

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

棗園間作條件下不同灌水處理對紫花苜蓿產(chǎn)量及水分利用率影響

王雪，陳國棟，張金龍，馬銀虎，周俊俊，萬素梅

(塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾 843300)

【目的】研究塔里木盆地棗園間作紫花苜蓿種植過程中的合理灌水量?！痉椒ā吭O(shè)置4個(gè)灌水處理田間試驗(yàn)，研究幼齡棗園不同灌水處理，對紫花苜蓿不同刈割茬次產(chǎn)量及水分利用效率的影響?！窘Y(jié)果】隨著灌水量的增加，紫花苜蓿產(chǎn)量表現(xiàn)出先增加后下降的變化趨勢，第1、2、3茬和全生長季(1～3茬)干草產(chǎn)量差異極顯著，苜蓿頭茬草產(chǎn)量在W3(5 250 m3/hm2)時(shí)最高，為10 300.52 kg/hm2；不同灌水量處理下紫花苜蓿水分利用效率有明顯差異，第一茬水分利用效率為W1>W2>W3>W4，第二茬水分利用效率為W1>W3>W2>W4，第三茬水分利用效率為W3>W2>W1>W4，總體以第二茬最高，第三茬最低。【結(jié)論】W3(5 250 m3/hm2)灌水條件下，紫花苜蓿田間投入與產(chǎn)出的綜合經(jīng)濟(jì)效益最好。

棗園；間作；紫花苜蓿；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引 言

【研究意義】新疆光熱資源豐富，晝夜溫差大，干旱少雨，保證了瓜果的極佳品質(zhì)，是著名的瓜果之鄉(xiāng)。自2000年以來，大力推進(jìn)新疆特色林果業(yè)發(fā)展，其中紅棗種植面積由2009年的286 569 hm2增長至2014年的499 413 hm2[1]。隨著紅棗種植面積的逐年擴(kuò)大，幼齡棗園的面積隨之增加，但果農(nóng)不注重科學(xué)種植，灌溉管理粗放[2]，清耕式低矮幼齡棗園植被覆蓋率低，行間裸露面大，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，次生鹽漬化程度等情況加劇。因此果草間作的立體化種植模式在南疆地區(qū)日益興起。號稱“牧草之王”的紫花苜蓿(Medicagosativa)不僅具有耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐瘠薄、耐頻繁刈割、適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)等特性，同時(shí)具有改良土壤、防風(fēng)固土、清除田間雜草及經(jīng)濟(jì)效益高等優(yōu)點(diǎn)[3-5]，被間作在幼齡棗園中。果園間作紫花苜蓿既滿足了林果業(yè)發(fā)展需求，還可以解決畜牧業(yè)飼草緊缺的問題，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】間作套種提高資源利用效率的優(yōu)勢已得到廣泛證實(shí)[6-7]，同時(shí)國內(nèi)外學(xué)者[10-11]在紫花苜蓿與水分的關(guān)系方面做了大量研究，認(rèn)為水分供應(yīng)量是影響紫花苜蓿產(chǎn)量及水分利用效率的重要因素。但國內(nèi)外大多從耗水量、耗水規(guī)律方面進(jìn)行分析，對間作系統(tǒng)中紫花苜蓿水分管理和水分利用效率的研究較少；有關(guān)中國西北干旱地區(qū)特別是南疆這一特殊氣候生態(tài)環(huán)境下，果草間作復(fù)合系統(tǒng)水分特征問題更是鮮有報(bào)道。【本研究切入點(diǎn)】西北地區(qū)水資源總量僅為全國的1/12，且新疆屬典型大陸性干旱氣候，常年干燥少雨，作物生育期所需水分幾乎完全依賴人工灌溉。在干旱半干旱地區(qū)，大面積的紫花苜蓿需要適宜的灌溉才能維系其正常的生長發(fā)育[12]。因此，在果草間作種植過程中提高紫花苜蓿水分利用效率不僅是生物節(jié)水的主要途徑之一，也是進(jìn)一步節(jié)水增產(chǎn)的關(guān)鍵和最終潛力所在[13]。在棗園進(jìn)行不同灌水量的田間試驗(yàn)，研究不同灌水處理對紫花苜蓿產(chǎn)量、耗水特性及水分利用效率的影響。【擬解決的關(guān)鍵問題】研究提高棗園間作紫花苜蓿生產(chǎn)力與水分利用效率(WUE)的灌溉技術(shù)，為干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水分高效利用種植灌溉制度提供理論依據(jù)，為南疆農(nóng)林間作合理灌水和提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

研究區(qū)位于新疆阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站(N 40°32′34″，E 81°18′07″，海拔1 015 m)。該地太陽輻射年均為559.4～612.1 KJ/cm2，年均日照2 556.3～2 991.8 h，年均氣溫10.8℃，年均降水量40.1～82.5 mm，年均蒸發(fā)量1 976.6～2 558.9 mm；地下水埋深在3 m以下。降雨量稀少，冬季少雪，地表蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣十分干燥，是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)。

1.2 方 法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試棗園于2012年酸棗直播建園，株行距配置3 m×0.5 m，2014年春嫁接紅棗。

試驗(yàn)于2015年進(jìn)行，供試苜蓿品種為新疆大葉苜蓿(M.sativacv. Xinjiangdaye)。距離酸棗1 m處條播苜蓿，行距為0.5 m。試驗(yàn)設(shè)置4個(gè)水分處理，W1：中度水分脅迫，灌水量為3 750 m3/hm2；W2：輕度水分脅迫，灌水量為4 500 m3/hm2；W3：適宜水分，灌水量為5 250 m3/hm2；W4：充分供水，灌水量為6 000 m3/hm2。灌溉方式為滴灌，用水表控制灌水量。2015年全生長季刈割3次，每茬次灌水量分別為125、150、175、200 mm。每個(gè)灌水處理設(shè)2次重復(fù)，共8個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)面積為30 m2(小區(qū)長10 m，寬3 m)，田間試驗(yàn)為隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。試驗(yàn)期間管理同普通大田，適時(shí)進(jìn)行人工除草。

1.2.2 測定項(xiàng)目1.2.2.1 苜蓿干草產(chǎn)量

分別于2015年5月30日、7月12日和9月13日紫花苜蓿初花期進(jìn)行刈割，樣方面積1 m×1 m，留茬高度3 cm，每個(gè)小區(qū)選取3個(gè)有代表性的樣方，田間測定鮮草產(chǎn)量，重復(fù)2次。自然風(fēng)干，測其干草重。

1.2.2.2 土壤水分含量

在2015年5～9月約每月測定一次。使用土鉆法采集土樣，深度0～100 cm，分5層(分別為0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm和80～100 cm)。含水量采用烘干法測定，土壤容重、土壤飽和含水量、田間持水量采用環(huán)刀法測定。

1.2.3 計(jì)算1.2.3.1 土壤貯水量

土壤貯水量W=0.1×r×v×h.

式中，W為0～40 cm深度土壤貯水量(mm)；r為測定的土壤質(zhì)量含水量(%)；v為土壤平均容重(g/cm3)；h為土層深度(cm)；0.1為換算系數(shù)。

1.2.3.2 耗水量

耗水量ET=P+L+S-△W.

式中，ET為耗水量(mm)，P為降雨量(mm)，L為灌溉量(mm)，S為作物利用地下水量(mm)，△W為播種期和收獲期0～40 cm土壤貯水量之差(mm)。試驗(yàn)區(qū)位于塔克拉瑪干沙漠邊緣，氣候極度干燥，降雨稀少且多為無效降雨，作物生長完全依靠人工灌溉補(bǔ)給，且研究區(qū)地下水埋藏較深(3.0 m以下)因此公式可簡化為：

ET=L-△W.

1.2.3.3 水分利用效率與灌溉水利用效率[14]

苜蓿水分利用效率WUE=Y/ET.

灌溉水利用效率IWUE=Y/I(灌水量).

式中，Y為苜蓿干草產(chǎn)量(kg/hm2)，ET為耗水量(mm)，L為灌溉量(mm)。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel 2007整理匯總，用DPS 7.05數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理不同刈割次數(shù)苜蓿產(chǎn)量與水分利用效率比較

2.1.1 不同灌水處理苜蓿頭茬草產(chǎn)量與水分利用效率比較

研究表明，W3處理苜蓿產(chǎn)量極顯著地高于其他處理，W1與W2處理之間差異不顯著，但極顯著地高于W4處理。W4處理產(chǎn)量最低，較W1、W2、W3處理分別降低36.67%、38.04%、44.66%。

從水分利用效率來看，各處理間苜蓿水分利用效率高低表現(xiàn)為W1處理>W2處理>W3處理>W4處理。W4處理的灌水量最大，耗水量為301.15 mm，而其灌水利用效率、水分利用效率最小，水分利用效率僅為18.93 kg/(mm·hm2)。隨著灌水量的增加，頭茬草耗水量逐漸增加，而灌水利用效率和水分利用效率隨之降低。

2.1.2 不同灌水處理苜蓿第二茬產(chǎn)量與水分利用效率比較

對第二茬干草產(chǎn)量進(jìn)行方差分析，研究表明，在P<0.01的水平下，W3處理的干草產(chǎn)量都顯著高于其他處理，各個(gè)處理之間存在極顯著差異。W4處理產(chǎn)量最低，較W1、W2、W3處理分別降低26.32%、35.38%、48.15%。

隨著灌水量的增加，耗水量先增加后降低，苜蓿水分利用效率、灌溉水利用效率高低表現(xiàn)為W1處理>W3處理>W2處理>W4處理。W3處理的水分利用效率和灌溉利用效率較W2處理有所提高，與其較高產(chǎn)量有關(guān)。灌水量最高的W4處理耗水量較W3有所降低，這與當(dāng)時(shí)生長環(huán)境有關(guān)，第二茬生育期位于6、7月，因南疆天氣炎熱，棗園地表溫度較高，過多灌水造成表土濕度較大導(dǎo)致蒸發(fā)量過大，苜蓿耗水量下降。表1

2.1.3 不同灌水處理苜蓿第三茬產(chǎn)量與水分利用效率比較

對第三茬干草產(chǎn)量進(jìn)行方差分析，方差分析表明，在P<0.01的水平下，W3的干草產(chǎn)量都顯著高于其他處理。不同水分處理之間苜蓿產(chǎn)量也都存在極顯著差異。W4的耗水量最多，水分利用效率和灌溉利用率最低，這與第一茬相同。水分利用效率最高的是W2處理，灌水利用率最高的是W3處理。表1

表1 不同灌水處理下苜蓿水分利用效率比較

Table 1 Contrast of WUE among different water treatments

注：同一列數(shù)據(jù)后不同大寫字母表示處理之間差異極顯著(P<0.01)，下同Note：Different capital letters in the same column indicated extremely significant difference at the 0.001 level, the same as blow

2.2 灌水量對苜蓿全年產(chǎn)量和水分利用效率的影響

不同供水處理下，第一茬苜蓿水分利用效率隨灌水量的增加呈現(xiàn)逐漸下降的趨勢，表現(xiàn)為W1>W2>W3>W4，可見灌水量越充足對苜蓿水分利用效率的貢獻(xiàn)值越小，使得W1處理的水分利用效率最高，W4處理的水分利用效率最低；第二茬苜蓿水分利用效率表現(xiàn)為W1>W3>W2>W4；第三茬苜蓿水分利用效率表現(xiàn)為W3>W2>W1>W4。紫花苜蓿全年生長期W3處理的水分利用效率最高，為43.10 kg/(mm·hm2)，W4處理的水分利用效率最低為21.85 kg/(mm·hm2)。說明，在紅棗間作苜蓿系統(tǒng)中過高的供水不僅顯著增加了系統(tǒng)耗水總量而且降低了苜蓿產(chǎn)量，從而降低水分利用效率。從各茬次看，不同供水處理的水分利用效率總體表現(xiàn)出第二茬>第一茬>第三茬，與張謀草等[15]研究結(jié)果相同。第二茬的水分利用效率最大，平均為43.68 kg/(mm·hm2)；其次為第一茬，為39.84 kg/(mm·hm2)；第三茬最小，為28.05 kg/(mm·hm2)。表2

表2 不同灌溉下苜蓿全年干草產(chǎn)量和水分利用效率變化

Table 2 Hay yield and water use efficiency of alfalfa as affected by irrigation in total year

處理Treatment灌水量Irrigation(mm)茬次 Cuttingtimes1Firstcut2Secondcut3Thirdcut1～3Total產(chǎn)量Yield(kg/hm2)W11259000.45B5700.29C3600.18C18300.92W21509200.46B6500.33B4400.22B20101.01W317510300.52A8100.41A5500.28A23901.20W42005700.29C4200.21D3100.16D13000.65水分利用效率WUE(kg/(mm·hm2))W112547.8153.6227.4142.95W215047.1242.3533.1540.87W317545.5146.6137.1543.09W420018.9332.1214.4921.85

2.3 間作條件下苜蓿產(chǎn)量、水分利用效率與灌水量關(guān)系的影響

研究表明，苜蓿間作條件下不同供水量對苜蓿產(chǎn)量、水分利用效率影響密切。產(chǎn)量總體上是隨灌水量的增加呈先升高后降低，當(dāng)苜蓿每茬次灌水量大于170 mm時(shí)，苜蓿產(chǎn)量增加不顯著。圖1

圖1 間作條件下苜蓿產(chǎn)量、水分利用效率與灌水量關(guān)系

Fig.1 Relationships between alfalfa yield, WUE and irrigation of Intercropping

3 討 論

3.1 灌水量對苜蓿干草產(chǎn)量的影響

研究表明，苜蓿是一種耗水力極強(qiáng)的作物，需要通過蒸騰消耗相當(dāng)多的土壤水才能合成較多干物質(zhì)[7]。因此水分是限制苜蓿生長的最重要因素。Brown等[16]報(bào)道生長初期輕微的干旱可以造成苜蓿減產(chǎn)15%；Saeed等[17]認(rèn)為苜蓿減產(chǎn)和土壤水分不足顯著線性相關(guān)；羅永忠等[18]研究表明土壤水分含量過高(田間持水量的90%)或過低(田間持水量的20%)時(shí)，均不利于苜蓿生物量的形成。

研究表明，在苜蓿生育期間，水分的短缺會(huì)導(dǎo)致苜蓿產(chǎn)量下降，同時(shí)過高的灌水量對苜蓿產(chǎn)量產(chǎn)生明顯的負(fù)作用。灌水量的提高對第一、二茬苜蓿干重產(chǎn)量有顯著的提高作用，對第三茬苜蓿干草產(chǎn)量影響較小，這與李新樂等[19]研究結(jié)果一致。第一茬苜蓿W3處理產(chǎn)量達(dá)到10 300.52 kg/hm2，且W3處理的灌水量對牧草產(chǎn)量的影響均最大。說明后第一茬時(shí)期適合的灌水處理明顯影響牧草產(chǎn)量。進(jìn)入9月之后，各處理下苜蓿的產(chǎn)量均有下降。苜蓿的生長季節(jié)短暫，抓住關(guān)鍵生長期進(jìn)行適宜供水是十分必要的。

3.2 灌水量下對苜蓿水分利用效率的影響

孫洪仁等[6]、Daigger等[12]、劉國利[10]、Sammis[13]、萬素梅等[20]研究結(jié)果表明，苜蓿在不同茬次或不同供水量條件下的水分利用效率不同。但由于地域環(huán)境的不同，關(guān)于水分利用效率最高和最低的茬次沒有準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)。

研究不同灌水量處理下水分利用效率有明顯差異。第一茬苜蓿水分利用效率W1>W2>W3>W4；第二茬苜蓿水分利用效率W1>W3>W2>W4；第三茬苜蓿水分利用效率W3>W2>W1>W4。從各茬次來看，總體以第二茬最高，第三茬最低。在W2(輕度水分脅迫)和W3(適宜水分)處理下，第二茬的水分利用效率較第一茬和第三茬的高；在W1(中度水分脅迫)及W4(充分供水)條件下，第三茬水分利用效率比第二茬和第一茬的高。

4 結(jié) 論

不同刈割茬次的水分利用效率的變化與苜蓿生長周期與所處生長環(huán)境有關(guān)。第二茬苜蓿生長期在6月至7月上旬，此時(shí)新疆日照強(qiáng)烈、氣溫偏高、苜蓿光合作用強(qiáng)，相同消耗時(shí)水生物量積累多，從而水分利用效率也最高；苜蓿返青期在春末夏初，新疆晝夜溫差較大，光照時(shí)間較短，生長較慢，且此時(shí)期苜蓿需水量大，耗水強(qiáng)度大，從而第一茬水分利用效率低于第二茬；第三茬生長光照不足，生長周期較短，從而造成消耗1 mm水物質(zhì)積累較低，產(chǎn)量最低，水分利用效率也最低。因此通過冬春保墑增溫和夏季保墑等強(qiáng)化栽培技術(shù)措施抓好第一茬、第二茬草是獲得苜蓿高產(chǎn)，提高水分利用效率的關(guān)鍵。

研究中，W1處理苜蓿灌溉水分利用效率最高，W3處理相對較低，但W3處理產(chǎn)量最高。在干旱條件下，人們?yōu)樘岣咦魑锏乃掷寐释ǔＪ且誀奚a(chǎn)量為代價(jià)，干旱脅迫使植物生長嚴(yán)重受阻，耗水量降低，因而水分利用率相對增加[21]。但最適灌水量不僅僅取決于水分利用效率，關(guān)鍵還得和產(chǎn)量結(jié)合起來，綜合考慮灌溉量、水分利用效率及苜蓿總干草產(chǎn)量，W3處理?xiàng)l件下，苜蓿田間投入與產(chǎn)出的綜合經(jīng)濟(jì)效益最好。因此，間作條件下，5 250 m3/hm2灌水下限是棗園間作苜蓿最佳的灌水方式。

另外，在幼齡棗園中間作苜蓿，目的是以草養(yǎng)林并在棗園初期收獲飼草，提高農(nóng)民收益。所以農(nóng)林間作復(fù)合系統(tǒng)不僅要為苜蓿正常生長及高產(chǎn)提供條件，還要兼顧紅棗的效益。

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Fund project:Supported by NSFC (31260309，31560377); Science and technology Xinjiang supporting program of Xinjiang Production and Construction Corps (2014AB017)

Effects of Different Irrigation Water Amounts under Alfalfa/Jujube Intercropping on Yield and Water Use Efficiency of Alfalfa

WANG Xue，CHEN Guo-dong，ZANG Jin-long，MA Yin-hu，ZHOU Jun-jun, WAN Su-mei

(CollegeofPlantScience，TarimUniversity，AlearXinjiang843300，China)

【Objective】 In order to explore the reasonable irrigation amount in the planting process of Tarim Basin alfalfa/jujube intercropping.【Method】A field experiment setting 4 irrigation treatments was carried out to study the effects of different irrigation water amounts under young jujube/alfalfa intercropping on alfalfa different cutting crop yield and water use efficiency.【Result】The results showed that with the increase of irrigation amount, the yield of alfalfa showed the changing trend of first increasing and then decreasing, and the hay yield was very significant difference between the first 1,2,3 and the whole growing season (1 to 3) Alfalfa yield was highest in W3 (5,250 m3/hm2). at a maximum of 10,300.52 kg/hm2; water use efficiency was also different, the first crop of alfalfa water use efficiency was W1 > W2 > W3 > W4, the second crop alfalfa water use efficiency W1 > W3 > W2 > W4, third crop alfalfa water use efficiency was W3 > W2 > W1 > W4; On the whole, the second crop was the highest and the third one was the lowest.【Conclusion】The comprehensive economic benefit will be the best when the irrigation quantity is W3(5,250 m3/hm2)under alfalfa/jujube intercropping.

jujube；lntercropping；alfalfa; yield; water use efficiency

2016-07-12

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(31260309，31560377)；新疆兵團(tuán)科技支疆計(jì)劃項(xiàng)目(2014AB017)

王雪(1991-)，女，新疆奎屯人，碩士研究生，研究方向?yàn)檗r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展理論與技術(shù)，(E-mail)1306230636@qq.com

萬素梅(1968-)，女，教授，博士，研究方向?yàn)楹祬^(qū)農(nóng)業(yè)資源管理及高效農(nóng)作制度，(E-mail)wansumei510@163.com

10.6048/j.issn.1001-4330.2016.12.004

S541+.1

：A

：1001-4330(2016)12-2187-07