新疆阿勒泰地區(qū)淺埋式滴灌苜蓿灌溉制度試驗(yàn)

洪 明， 馬英杰， 趙經(jīng)華， 馬 亮， 保拉提， 馬鐵成

(1. 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2. 阿勒泰地區(qū)水利局， 新疆 阿勒泰 836500；3. 新疆農(nóng)牧區(qū)水利規(guī)劃總站， 新疆 烏魯木齊830000)

牧業(yè)是阿勒泰地區(qū)的支柱產(chǎn)業(yè)，截至2014年底，阿勒泰地區(qū)牧業(yè)總產(chǎn)值占農(nóng)林牧漁業(yè)總產(chǎn)值的42.7%；苜蓿占地區(qū)農(nóng)業(yè)總種植面積的15%[1-2]，是當(dāng)?shù)氐谌蠓N植業(yè)。由于農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展，該地區(qū)畜牧業(yè)發(fā)展與水資源緊缺之間的矛盾日益突顯。傳統(tǒng)的苜蓿種植通常采用地面灌，易造成水肥淋洗，苜蓿產(chǎn)量及水肥利用效率低。相關(guān)研究表明，地下滴灌苜蓿干草產(chǎn)量顯著高于常規(guī)溝灌，滴灌帶埋深宜為30～35 cm[3-5]。由于阿勒泰地區(qū)苜蓿主要種植區(qū)域土層薄，且表層土中礫石較多，若滴灌帶埋設(shè)深度采用30～35 cm，鋪管機(jī)械阻力很大，埋設(shè)困難，同時容易造成灌溉水的深層滲漏。淺埋式滴灌因其埋設(shè)深度較淺，較好地解決了地下滴灌出苗率低、容易產(chǎn)生深層滲漏等問題，同時降低了系統(tǒng)投資成本[6]。近年來，阿勒泰地區(qū)逐漸將淺埋式滴灌技術(shù)應(yīng)用于苜蓿栽培，但有關(guān)淺埋式滴灌苜蓿適宜灌溉制度的研究鮮有報(bào)道，在系統(tǒng)調(diào)查當(dāng)?shù)剀俎\埋式滴灌技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀基礎(chǔ)上，開展了淺埋式滴灌苜蓿灌溉制度試驗(yàn)，以期為苜蓿淺埋式滴灌技術(shù)在該地區(qū)推廣應(yīng)用提供一定的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于 2015 年 4—10月在阿勒泰地區(qū)灌溉試驗(yàn)站內(nèi)進(jìn)行,該區(qū)地理位置:E 87°40′22，N 46°10′45″，海拔558 m，年均太陽輻射總量546.7 kJ·cm-2，年均日照時數(shù)2 881 h，年均氣溫3.4℃，≥10℃的年均積溫2 904.9℃，多年平均無霜期149 d，年均降水量112.7 mm，年均蒸發(fā)量1 830 mm，多年平均風(fēng)速2.7 m·s-1。試驗(yàn)區(qū)表層土壤薄，組成物質(zhì)以砂土和砂壤土為主，站內(nèi)0～50 cm深度的土壤平均容重為1.64 g·cm-3，平均田間持水量26.1%(體積含水量)；50 cm以下為砂礫石，平均容重2.0 g·cm-3，土壤滲透系數(shù)8.78 mm·d-1，站內(nèi)土壤有機(jī)質(zhì)和全氮含量分別為0.21%和0.027%，速效氮、速效磷和速效鉀含量分別為19.50，9.04和92.4 mg·kg-1。土壤總鹽含量 0.161%，pH值8.5。灌溉水來自試驗(yàn)站東南方向1 km的“海子”，雜質(zhì)少，pH值8.1，總含鹽量0.64%。

1.2 供試材料

供試的‘阿爾岡金’紫花苜蓿(Medicagosativa‘Algonquin’)從加拿大引進(jìn)，是阿勒泰地區(qū)主栽苜蓿品種之一。

1.3 試驗(yàn)方法

1.3.1種植模式與灌溉方法 供試紫花苜蓿采用條播，播種量18 kg·hm-2，行距15 cm，采用1管4行的種植模式(圖1)；滴灌帶埋深10 cm，間距60 cm，滴頭流量2.0 L·h-1，滴頭間距30 cm。

圖1 淺埋式滴灌苜蓿的種植模式Fig.1 Planting pattern of alfalfa irrigated with shallow buried drip irrigation

1.3.2試驗(yàn)設(shè)置 采用定周期變定額的灌溉試驗(yàn)，共設(shè)6個處理，其中滴灌處理5個，以地面灌為對照(CK)，為減小誤差，各處理均設(shè)3個重復(fù)，試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)布置，試驗(yàn)方案設(shè)置如表1所示。

表1 試驗(yàn)處理及采用的灌溉制度Table 1 Treatment and irrigation program used in experiment

1.3.3試驗(yàn)方法 供試紫花苜蓿于2015年5月18日，采用專用播種機(jī)一次性完成播種和滴灌帶鋪設(shè)，待出苗整齊后開始灌溉處理，8月19日進(jìn)行第一茬收割和產(chǎn)量測定工作。各處理的苜蓿均采用統(tǒng)一的施肥管理，其他管理與大田苜蓿相同。

1.4 參數(shù)測定及方法

灌溉量：每個試驗(yàn)小區(qū)支管入口安裝1塊旋翼式水表，用于計(jì)量灌水量。

土壤含水量：土壤含水量采用TDR垂直分層測定，測定深度分別為0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm，每次灌溉前后各測定1次，降雨后加測。

株高：待出苗整齊后在每個試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)選定6株苜蓿，使用鋼卷尺每隔10天左右測定一次苜蓿從地表到頂端的高度。

苜蓿產(chǎn)量：每茬收割面積為5 m2，收割后立即稱鮮草重，風(fēng)干后稱干草重。

灌溉水利用系數(shù)=各處理的干草重/灌溉量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖用Excel 2013，用DPS 9.5進(jìn)行統(tǒng)計(jì)性分析及顯著性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌水處理苜蓿根區(qū)土壤水分分布

以7月1日灌前、7月4日灌后(7月2日灌水)滴頭正下方的土壤水分垂向分布來分析不同灌水處理苜蓿根區(qū)土壤水分動態(tài)，各處理灌水前后苜蓿根區(qū)土壤水分垂向分布如圖2所示。

滴灌各處理中，T2土壤水分入滲深度在50 cm左右，T1和T4處理土壤水分入滲深度在55 cm左右；T1、T2 處理灌后60 cm深度土壤含水量較灌前小(圖2(a)、(b))，表明T1、T2的灌溉水入滲深度未達(dá)到60 cm；T3、T4和T5 處理灌后60 cm深度土壤含水量與灌前基本一致(圖2(c)、(d)、(e))，表明3個處理的土壤水分下滲深度未超過60 cm； CK處理灌后60 cm深度的土壤含水量較灌前大，表明地面灌處理灌溉水的入滲深度超過了60 cm；結(jié)合試驗(yàn)區(qū)的土壤情況，同時考慮苜蓿根系深度，采用傳統(tǒng)的地面灌容易造成灌溉水的深層滲漏。

圖2 灌水前后各處理苜蓿根區(qū)土壤水分垂向分布Fig.2 Soil moisture vertical distribution in alfalfa root zone of each treatment before and after irrigation

2.2 不同灌水處理對苜蓿株高的影響

由表2可知，6月28日至7月17日的3次測定結(jié)果顯示除T3外(表2)，滴灌各處理苜蓿株高均隨灌水定額的增加而增大，且無顯著性差異，表明滴灌條件下，6月下旬至7月中旬灌水定額未對苜蓿株高產(chǎn)生顯著性影響。分析認(rèn)為，該時期試驗(yàn)地的苜蓿處于分枝現(xiàn)蕾期，營養(yǎng)與生殖生長并進(jìn)，因此灌水定額更多地影響生殖生長。方差分析還表明7月29日的測定結(jié)果顯示滴灌處理T3、T4、T5(即灌水定額分別為37.5，45，52.5 mm)的苜蓿株高與CK差異顯著，T4與T1，T2，T3，T5的株高差異均達(dá)到了顯著水平，表明T4處理增加苜蓿株高的效果最顯著。

表2 不同灌水處理的苜蓿的平均株高Table 2 Average stem height of alfalfa under different irrigation treatment/cm

2.3 不同灌水處理下苜蓿產(chǎn)量及灌溉水利用效率

由表3可知，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)的灌溉水平內(nèi)，滴灌各處理苜蓿干草產(chǎn)量隨灌水定額的增大而增加，其中，T5的干草產(chǎn)量最高(表3)，達(dá)到(5 660.9±166.1)kg·hm-2，除與T4差異不顯著外，與其他各處理均差異顯著；T1、T2干草產(chǎn)量低于CK的，其中，T1與CK差異達(dá)到了顯著水平。滴灌各處理的灌溉水利用系數(shù)(WUE)顯著高于地面灌，且隨灌水定額的增大，滴灌各處理的WUE在T3處理處略有下降，但整體呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢，干草產(chǎn)量隨灌水定額的增大而增加，當(dāng)灌水定額達(dá)到45 mm(T4)時，WUE達(dá)到最大值(0.94±0.00)kg·m-3，之后隨灌水定額的增大干草產(chǎn)量繼續(xù)增加，WUE卻呈下降趨勢。

表3 各灌水處理苜蓿干草產(chǎn)量及灌溉水利用效率(WUE)Table 3 Hay yield and irrigation water use efficiency of alfalfa under each treatment

3 討論與結(jié)論

試驗(yàn)中滴灌各處理土壤水分垂直入滲深度隨灌水定額增大呈現(xiàn)無規(guī)律變化，與曹俊[7]的研究結(jié)論不一致，分析原因可能是由于土壤空間變異所致。試驗(yàn)結(jié)果表明滴灌各處理苜蓿根區(qū)土壤水分入滲深度均未超過60 cm，地面灌土壤水分入滲深度明顯超過了60 cm，易造成深層滲漏。

苜蓿干草產(chǎn)量除灌水定額較小的兩個處理T1和T2較地面灌低外，其余各處理均較地面灌高；其中灌水定額45 mm(T4)和52.5 mm(T5)處理干草產(chǎn)量分別為(5233.0±295.1)和(5660.9±166.1)kg·hm-2，顯著高于地面灌(P<0.05)，且隨灌水定額的增大而增加，灌水定額為52.5 mm(T5)處理干草產(chǎn)量最高。滴灌各處理苜蓿的灌溉水利用系數(shù)(WUE)在0.61～0.94 kg·m-3之間變化，顯著高于地面灌(P<0.05)，且隨灌水定額的增加整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，在灌水定額為45 mm(T4)時達(dá)到最大值(0.94±0.00)kg·m-3。干草產(chǎn)量、WUE與灌水定額之間的變化關(guān)系較好地反映了灌溉水量的“報(bào)酬遞減”規(guī)律，當(dāng)灌溉量達(dá)到某一臨界值后，干草產(chǎn)量會隨著灌溉量的增大而繼續(xù)增加，但WUE反而會下降，結(jié)果與廉喜旺、王田濤等[8-10]研究結(jié)論基本一致。

綜合產(chǎn)量與灌溉水利用效率兩個指標(biāo)，同時考慮土壤質(zhì)地的剖面分布及苜蓿根系層深度，試驗(yàn)區(qū)附近淺埋式滴灌苜蓿適宜的灌水定額為45 mm，灌水周期7～10天。