阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律與灌溉定額

孫洪仁，楊曉潔，吳雅娜，劉 琳，沈 月(中國農業(yè)大學草地研究所,北京 100193)

阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律與灌溉定額

孫洪仁，楊曉潔，吳雅娜，劉 琳，沈 月
(中國農業(yè)大學草地研究所,北京 100193)

為了給阿魯科爾沁旗紫花苜蓿(Medicagosativa)灌溉提供科學依據，利用1984-2013年30年氣象數(shù)據，采用聯(lián)合國糧農組織推薦的彭曼-蒙特斯公式法，研究了阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律和灌溉定額。結果表明，阿魯科爾沁旗紫花苜蓿第1茬、第2茬、第3茬、第4茬、生長季、非生長季和全年需水量分別為221、187、169、179、755、70和825 mm，需水強度分別為4.3、4.7、4.1、2.5、3.7、0.4和2.3 mm·d-1，灌溉需水量分別為194、118、66、131、508、56和564 mm，灌溉定額分別為228、139、78、154、598、66和664 mm。

彭曼-蒙特斯公式；參照作物蒸散強度；參照作物蒸散量；需水量；需水強度；有效降水；灌溉需水量

科學灌溉是紫花苜蓿(Medicagosativa)獲得高產的重要條件,需水規(guī)律是制訂紫花苜?？茖W灌溉方案的前提基礎。紫花苜蓿需水規(guī)律因氣候區(qū)域而異[1]。學者們研究了北京平原[2-4]、河北滄州[5]、山東禹城[6]、河北壩上地區(qū)[7-10]、內蒙古錫林浩特[11]、呼和浩特[12]、烏審旗[13]、甘肅臨澤[14]、新疆福海[15]、石河子[16]和渭干河-庫車河三角洲[17]的紫花苜蓿需水規(guī)律；歸納總結了世界各地紫花苜蓿需水規(guī)律研究結果，粗略估計了國內主要生產區(qū)域的紫花苜蓿需水規(guī)律范圍[1，18]；探討了北京通州[3]、甘肅臨澤[14]、新疆石河子[16]、福海[19]和北屯[20]的紫花苜蓿灌溉定額。

內蒙古赤峰阿魯科爾沁旗擁有優(yōu)質高產噴灌紫花苜蓿草地5萬hm2，被中國畜牧業(yè)協(xié)會授予“中國草都”稱號。阿魯科爾沁旗至今尚未開展紫花苜蓿需水規(guī)律和灌溉定額研究。本研究擬利用阿魯科爾沁旗30年氣象數(shù)據，采用聯(lián)合國糧農組織推薦的彭曼-蒙特斯公式法，揭示阿魯科爾沁旗紫花苜蓿不同生產時期的需水量、需水強度、灌溉需水量和灌溉定額，旨為阿魯科爾沁旗紫花苜蓿科學灌溉提供依據。

1 材料與方法

1.1 氣象數(shù)據

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年逐旬平均氣象數(shù)據，包括日照時數(shù)、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度、風速和降水量等由內蒙古赤峰阿魯科爾沁旗氣象局提供。

1.2 參照作物蒸散強度和參照作物蒸散量

利用阿魯科爾沁旗1984-2013年30年逐旬平均氣象數(shù)據，采用聯(lián)合國糧農組織(FAO)推薦的彭曼-蒙特斯公式[21][式(1)]計算參照作物日蒸散量，即參照作物蒸散強度。利用參照作物蒸散強度計算旬、月、年和不同生產階段參照作物蒸散量。

(1)

式中:ET0為參照作物蒸散強度(mm·d-1)，Rn為作物表面凈輻射[MJ·(m2·d)-1]，G為土壤熱通量密度[MJ·(m2·d)-1]，T為2 m高處日平均氣溫(℃)，u2為2 m高處風速(m·s-1)，es為飽和水汽壓(kPa)，ea為實際水汽壓(kPa)，Δ為飽和水汽壓曲線斜率(kPa·℃-1)，γ為干濕表常數(shù)(kPa·℃-1)。

1.3 紫花苜蓿需水量

利用參照作物蒸散量和作物系數(shù)，采用式(2)[21]計算紫花苜蓿需水量。

WR=ETrc×Kc

(2)

式中:WR為作物需水量(mm)，ETrc為參照作物蒸散量(mm)，Kc為作物系數(shù)(無量綱)。紫花苜蓿生長季和非生長季作物系數(shù)分別確定為0.9和0.4[21]。

阿魯科爾沁旗紫花苜蓿生長季確定為4月11日-10月31日，非生長季確定為11月1日-4月10日。第1-4茬的生長期依次確定為4月11日-5月31日、6月1日-7月10日、7月11日-8月20日和8月21日-10月31日。

1.4 紫花苜蓿需水強度

利用紫花苜蓿需水量和生長期(或非生長期)，采用式(3)計算紫花苜蓿需水強度。

WRR=WR÷T

(3)

式中:WRR為需水強度(mm·d-1)，WR為作物需水量(mm)，T為生產階段(d)。

1.5 紫花苜蓿灌溉需水量

利用紫花苜蓿需水量和有效降水量，采用式(4)計算紫花苜蓿灌溉需水量。

IR=WR-Pe=WR-σ×P

(4)

式中:IR為灌溉需水量(mm)，WR為作物需水量(mm)，Pe為有效降水量(mm)，P為降水量(mm)；σ為有效降水系數(shù)，無量綱，本研究取值為0.75[22]。

1.6 紫花苜蓿灌溉定額

利用紫花苜蓿灌溉需水量和灌溉效率，采用式(5)計算紫花苜蓿灌溉定額。

IQ=IR÷IE

(5)

式中:IQ為灌溉定額(mm)，IR為灌溉需水量(mm)，IE為灌溉效率(%)，阿魯科爾沁旗紫花苜蓿灌溉效率確定為85%。

2 結果與分析

2.1 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強度

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均參照作物蒸散強度為2.77 mm·d-1。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強度旬際差異巨大，1月上旬最小，僅0.38 mm·d-1，5月下旬最大，高達5.65 mm·d-1，相差近15倍(圖1)。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強度旬際變化規(guī)律總體上呈單峰曲線，自1月上旬至5月下旬逐旬升高，5月下旬至12月下旬逐旬降低(7月略有波動)。

2.2 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量

2.2.1 阿魯科爾沁旗逐旬參照作物蒸散量 阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均旬參照作物蒸散量為28 mm。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量旬際差異巨大，1月上旬最小，僅4 mm，5月下旬最大，高達62 mm，相差約15倍(表1)。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量旬際變化規(guī)律大體上為自1月上旬至5月下旬逐旬升高，5月下旬至12月下旬逐旬降低(7月和8月略有波動)。

圖1 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強度旬際變化動態(tài)Fig. 1 The inter-ten-days dynamic change of reference crop evapotranspiration rate in Ar Horqin Banner

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示上、中、下旬。

Note: Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ indicate early-month, middle-month, and late-month, respectively.

表1 阿魯科爾沁旗1984-2013年平均逐旬、逐月參照作物蒸散量(mm)Table 1 The mean reference crop evapotranspiration(mm) from 1984 to 2013 every ten-days and month in Ar Horqin Banner

2.2.2 阿魯科爾沁旗逐月參照作物蒸散量 阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均月參照作物蒸散量為85 mm。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量月際差異巨大，1月最小，僅14 mm，5月最大，高達163 mm，相差超過10倍(表1)。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量月際變化規(guī)律為自1月至5月逐月升高，5月至12月逐月降低。

2.2.3 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿不同生產階段參照作物蒸散量 阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均全年參照作物蒸散量略高于1 000 mm，其中生長季占比82.7%，非生長季占比17.3%；生長季第1茬參考作物蒸散量最高，第2、3茬逐漸降低，第4茬略微升高(表2)。

2.2.4 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量年際動態(tài) 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量年際差異巨大，1986、1991和1992年不足900 mm，依次為897、892和874 mm，2001、2009和2010年超過1 100 mm，分別為1 120、1 187和1 158 mm，高低相差超過300 mm(圖2)。除1994年外，1984-1999年皆低于1 000 mm，16年平均年參照作物蒸散量為950 mm；2000-2013年皆高于1 000 mm，14年平均年參照作物蒸散量為1 086 mm；兩個階段相差136 mm。

2.3 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量

阿魯科爾沁旗都1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季和全年需水量分別為755和825 mm；生長季占比91.5%，非生長季占比8.5%；生長季第1茬需水量最高，第2、3茬逐漸降低，第4茬略微回升(表2)。

2.4 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水強度

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季和全年需水強度分別為3.7和2.3 mm·d-1；生長季遠高于非生長季，相差近10倍；生長季第2茬需水強度最高，第1茬次之，第3茬再次之，第4茬最低，明顯低于前3茬(表2)。

2.5 阿魯科爾沁旗降水量和有效降水量

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均全年降水量和有效降水量分別約為348和261 mm，其中生長季占比約為94.8%，非生長季占比約為5.2%；生長季第3茬降水量和有效降水量最高，第2茬次之，第4茬再次之，第1茬最低，高低相差近4倍(表2)。

表2 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿不同生產時期參照作物蒸散量、需水量、需水強度、降水量、有效降水量、灌溉需水量和灌溉定額Table 2 The reference crop evapotranspiration, water requirement, water requirement rate, precipitation, effective precipitation, irrigation requirement, and irrigation quota of alfalfa for different production phase in Ar Horqin Banner

圖2 阿魯科爾沁旗參考作物蒸散量年際變化動態(tài)Fig. 2 The inter-annual dynamic change of reference crop evapotranspiration in Ar Horqin Banner

2.6 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿灌溉需水量

阿魯科爾沁旗在1984-2013年30年間，其平均紫花苜蓿生長季灌溉需水量接近510 mm，全年超過560 mm；生長季占比約為90%，非生長季占比約為10%；生長季第1茬灌溉需水量最高，第4茬次之，第2茬再次之，第3茬最低，高低相差近3倍(表2)。

2.7 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿適宜灌溉定額

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季適宜灌溉定額接近600 mm，全年超過660 mm；生長季占比約為90%，非生長季占比約為10%；生長季第1茬灌溉定額最高，第4茬次之，第2茬再次之，第3茬最低，高低相差近3倍(表2)。

3 討論與結論

3.1 紫花苜蓿需水量

本研究結果表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季和全年需水量分別為755和825 mm。該結果明顯高于內蒙古錫林浩特[11]、呼和浩特[12]、河北壩上地區(qū)[7-10]、甘肅臨澤內部綠洲[14]和新疆石河子[16]，低于內蒙古烏審旗[13]、甘肅臨澤邊緣綠洲[14]、新疆福海[15]和渭干河-庫車河三角洲[17]，與北京[2-4]、河北滄州[5]和山東禹城[6]較為接近。在世界范圍內則屬于低值[1]。

3.2 紫花苜蓿需水強度

本研究表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季和全年需水強度分別為3.7和2.3 mm·d-1。該結果在國內介于各地研究結果之間[2-5,7-12,14-17]，在世界范圍內則屬于低值[1]。

3.3 紫花苜蓿灌溉需水量

本研究表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季和全年灌溉需水量分別為508和564 mm。該結果明顯高于北京[2-3]。主要原因在于阿魯科爾沁旗降水量明顯低于北京，而兩地紫花苜蓿需水量較接近。

3.4 紫花苜蓿灌溉定額

本研究表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長季和全年適宜灌溉定額分別為598和664 mm。該結果明顯高于北京通州[3]，明顯低于新疆福海[19]和北屯[20]，略高于甘肅臨澤內部綠洲[14]。明顯高于北京通州的主要原因在于阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量高于北京通州，而降水量低于北京通州；明顯低于新疆福海和北屯的主要原因在于阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量低于新疆福海和北屯，而降水量高于新疆福海和北屯；略高于甘肅臨澤內部綠洲的主要原因在于阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量明顯高于甘肅臨澤內部綠洲，而降水量僅略高于甘肅臨澤內部綠洲。

阿魯科爾沁旗紫花苜蓿生產實踐中，大多數(shù)企業(yè)的灌溉定額為500 mm左右，明顯低于適宜灌溉定額。這是紫花苜蓿干草單產與理論產量存在較大差距，尚未實現(xiàn)15 t·hm-2的主要原因之一。

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(責任編輯 武艷培)

Water requirement regularity and irrigation quota of alfalfa in Ar Horqin Banner

Sun Hong-ren， Yang Xiao-jie， Wu Ya-na， Liu Lin， Shen Yue
(Institute of Grassland Science，China Agricultural University，Beijing 100193)

To provide a scientific basis for alfalfa irrigation in Ar Horqin Banner, 30 years of meteorological data (from 1984 to 2013) and the FAO Penman-Monteith equation were employed to study the water requirement regularity and irrigation quota of alfalfa. The results showed that the water requirement of alfalfa for the first to fourth harvests, growing season, non-growing season, and full year in Ar Horqin Banner were 221, 187, 169, 179, 755, 70, and 825 mm, respectively. The water requirement rates were 4.3, 4.7, 4.1, 2.5, 3.7, 0.4, and 2.3 mm·d-1, respectively. The irrigation requirements were 194, 118, 66, 131, 508, 56, and 564 mm, respectively. The irrigation quotas were 228, 139, 78, 154, 598, 66, and 664 mm, respectively.

Penman-Monteith equation; reference crop evapotranspiration rate; reference crop evapotranspiration; water requirement; water requirement rate; effective precipitation; irrigation requirement

Sun Hong-ren E-mail:sunhongren@cau.edu.cn

2016-09-05 接受日期：2016-11-11

農業(yè)部公益性行業(yè)項目“苜蓿高效種植技術研究與示范”(201403048);國家現(xiàn)代農業(yè)產業(yè)技術體系建設項目“現(xiàn)代牧草產業(yè)技術體系建設”(CARS-35)

孫洪仁(1965-)，男，吉林懷德人，副教授，碩士，研究方向為牧草與作物水肥管理。E-mail:sunhongren@cau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0464

S816;S541+.107

A

1001-0629(2017)06-1272-06

孫洪仁，楊曉潔，吳雅娜，劉琳，沈月.阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律與灌溉定額.草業(yè)科學,2017,34(6)：1272-1277.

Sun H R,Yang X J,Wu Y N,Liu L,Shen Y.Water requirement regularity and irrigation quota of alfalfa in Ar Horqin Banner.Pratacultural Science，2017,34(6)：1272-1277.