基于作物-水模型的不同降雨年型苜蓿草田生長季地下滴灌灌溉制度研究

杜建民，周 乾，王占軍，俞鴻千，季 波，蔣 齊

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院荒漠化治理研究所，銀川 750002；2.寧夏水利科學(xué)研究院， 銀川 750021)

苜蓿是多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，具有營養(yǎng)品質(zhì)好、產(chǎn)量高、適應(yīng)性廣等優(yōu)點，是畜牧業(yè)生產(chǎn)重要的高蛋白粗飼料，素有“牧草之王”的美譽[1]。伴隨我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和“振興奶業(yè)苜蓿發(fā)展行動”的實施[2]，各級政府對苜蓿生產(chǎn)的補貼逐步加大，加之西北地區(qū)降雨少利于收獲的自然優(yōu)勢，甘肅、內(nèi)蒙古、寧夏、新疆迅速成為全國苜蓿商品草主產(chǎn)區(qū)[3]。但受苜蓿生產(chǎn)高耗水生理特性[4]的影響，西北地區(qū)苜蓿種植面積的迅速擴大與區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源嚴(yán)重短缺的矛盾日益尖銳，地下滴灌由于具有節(jié)水增產(chǎn)[5,6]、自動化程度高、可實現(xiàn)水肥一體化[7]生產(chǎn)的技術(shù)優(yōu)勢，為該區(qū)域苜蓿的節(jié)水高效生產(chǎn)提供了路徑選擇，已逐步得到推廣應(yīng)用。

目前，關(guān)于苜蓿草田生長季地下滴灌灌溉制度的研究已有報道，周乾[8]通過多因素試驗提出了寧夏干旱風(fēng)沙區(qū)苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度，李富先[9]通過田間控制試驗對新疆石河子地區(qū)苜蓿田間需水規(guī)律進(jìn)行研究并提出了平水年型灌溉制度，張松[10]通過DSSAT4.5模型分別推求了內(nèi)蒙古毛烏素沙地以高產(chǎn)、節(jié)水和灌水次數(shù)最少為目標(biāo)的苜蓿地下滴灌優(yōu)化灌溉制度。而對于不同降雨年型的苜蓿草田地下滴灌灌溉制度鮮有報道，僅Wright[11]對不同水文年型漫灌方式下苜蓿需水規(guī)律進(jìn)行了研究，姜夢琪[12]對烏審旗漫灌方式下不同水文年型紫花苜蓿灌溉制度進(jìn)行了探索?；诖?，本研究以寧夏農(nóng)墾茂盛草業(yè)有限公司3a生苜蓿草地為試材，連續(xù)2年開展地下滴灌不同土壤含水量下限控制試驗，以不同降雨年型下苜蓿各茬次生長、水分利用及產(chǎn)量指標(biāo)為依據(jù)，探尋影響苜蓿產(chǎn)量的關(guān)鍵因子并建立回歸方程，確定各茬次兼顧產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率的最優(yōu)耗水量，結(jié)合自然降雨不同年型分布特征，提出適宜寧夏引黃灌區(qū)苜蓿草田生長季不同降雨年型地下滴灌灌溉制度，為指導(dǎo)地下滴灌苜蓿大田生產(chǎn)提供科學(xué)依據(jù)，為完善不同生態(tài)區(qū)苜蓿節(jié)水高效生產(chǎn)技術(shù)體系提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在寧夏引黃灌區(qū)農(nóng)墾茂盛草業(yè)有限公司開展，地處賀蘭山東麓，屬賀蘭山?jīng)_積扇平原，地理位置N:38°30′～38°39′，E: 105°32′～106°9′，海拔1 108～1 405 m，溫帶大陸性氣候，干旱少雨日照充足，年均氣溫8.5 ℃，年均日照時數(shù)3 000 h，多年平均降雨量150～202 mm，無霜期150 d左右[13]。試驗地土壤類型為淡灰鈣土，0～20 cm土層土壤主要理化性狀為：pH 8.73，全鹽1.25 g/kg，有機質(zhì)12.81 g/kg，全磷0.36 g/kg，全氮0.61 g/kg，堿解氮22.44 mg/kg，速效磷49.45 mg/kg，速效鉀80.18 mg/kg，0～40 cm土層土壤田間持水率25.59%(體積含量)，0～40 cm土層土壤容重1.47 g/cm3。具備灌溉條件。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2017年和2018年連續(xù)開展，采取控制土壤含水量下限的方法進(jìn)行，設(shè)80%θ、70%θ、60%θ、50%θ、40%θ共5個含水量下限處理，上限為土壤田間持水率θ，分別用W1、W2、W3、W4和W5表示，3次重復(fù)，共15個小區(qū)，完全隨機排列。供試苜蓿草田為2015年機械條播皇冠品種，種植行距15 cm，播量22.5 kg/hm2，小區(qū)長10.2 m×寬6 m=61.2 m2，采取地下滴灌方式灌溉，各小區(qū)用水表單獨控水。地下滴灌在苜蓿種植前完成布設(shè)，毛管為內(nèi)鑲貼片式滴灌管(內(nèi)徑16 mm，壁厚0.6 mm，滴頭間距30 cm，額定流量1.6 L/h，額定工作壓力0.1MPa)，布設(shè)間距60 cm，埋深15 cm，單根長6 m。灌溉計劃濕潤土體寬36 cm×深45 cm(地表下5 cm到50 cm處)，計劃濕潤比為0.6。于苜蓿返青進(jìn)入分枝期4月下旬開始灌水，第一次灌水各處理灌水量均為300 m3/hm2,之后，當(dāng)各處理計劃濕潤層內(nèi)土壤平均含水量低于設(shè)計土壤含水量下限時，立即開始對該處理進(jìn)行灌溉，各處理灌水定額見表1。其他生產(chǎn)管理同常規(guī)。

表1 試驗各處理土壤含水量上下限及灌水定額Tab.1 The upper and lower of soil water contents limitation and single irrigation volume

各處理灌水定額按下式計算：

灌水定額=(田間持水率θ-土壤含水量下限)×

計劃濕潤土體深度×濕潤比×150×0.667

(1)

其中，灌水定額單位為 m3/hm2；田間持水率θ和灌水量下限土壤含水量均為體積百分含量，單位為%；計劃濕潤土體深度0.45 m，濕潤比取值為0.6。

1.3 田間調(diào)查與樣品采集

1.3.1 土壤水分測量及灌溉記錄

各處理自第一次灌水前用EC-5土壤水分傳感器于每日8∶00時逐日測定5～50 cm土層土壤含水量，以15 cm為一層；在每年返青期及各茬次刈割時用TDR土壤水分速測儀測定0～200 cm土層土壤含水量，以20 cm為一層；記錄各處理灌水日期、灌水次數(shù)、各茬次灌水量。

1.3.2 生長性狀及產(chǎn)量測定

各處理于每茬苜蓿刈割前在小區(qū)內(nèi)隨機調(diào)查20個樣點的株高；各處理隨機取100 g鮮樣，進(jìn)行莖葉分離，稱量莖、葉鮮質(zhì)量，后105 ℃殺青15 min，在70 ℃下烘至恒重，計算莖葉比和干鮮比；在各小區(qū)內(nèi)采用對角線法[14]按固定距離取3個1 m×1 m樣方刈割后測定苜蓿鮮重，統(tǒng)計分枝數(shù)，后將鮮草裝入50目尼龍網(wǎng)袋內(nèi)掛于陰涼通風(fēng)處風(fēng)干稱重，獲取干草產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 土壤供水量、作物耗水量、水分生產(chǎn)效率和灌溉水生產(chǎn)效率計算

土壤供水量、作物耗水量、水分生產(chǎn)效率和灌溉水生產(chǎn)效率按下式計算[15]：

Ws=(W1-W2)×h×150×0.667

(2)

Wc=Ws+R×0.667×15+I+K+C

(3)

WUE=Y/Wc

(4)

WSE=Y/I

(5)

式中：Ws為土壤供水量，m3/hm2；Wc為作物耗水量，m3/hm2；WUE為水分生產(chǎn)效率，kg/m3；WSE為灌溉水生產(chǎn)效率，kg/m3；W1和W2分別為苜蓿各茬次始末2 m土層土壤體積含水量，%；h為土層深度，m；R為苜蓿各茬次內(nèi)降雨量，mm；I為苜蓿各茬次內(nèi)灌水量，m3/hm2；K、C分別為地下水補給量和排水量，用地下水位觀測儀觀測試驗地地下水位常年低于2.8 m，按照《灌溉試驗規(guī)范》(SL13-2015)規(guī)定，地下水對試驗的影響可忽略，故K、C取值均為0；Y為苜蓿各茬次干草產(chǎn)量，kg/hm2。

1.4.2 降雨年型劃分及苜蓿各茬次生長期內(nèi)降雨量計算

降雨年型的劃分按下式進(jìn)行[16]：

Pm=m/(n+1)×100%

(6)

式中：Pm為觀測系列第m項的經(jīng)驗頻率；m為觀測系列由大到小排列的序號；n為觀測系列的年數(shù)。

不同降雨年型苜蓿各茬次生長期內(nèi)平均降雨量按下式進(jìn)行計算[16]：

Piwet=PiavPwet/Pav

(7)

式中：Piwet為第i茬豐水年降雨量；Piav為第i茬多年平均降雨量；Pwet為豐水年降雨量；Pav為多年平均降雨量?？菟旰推剿旮鞑绱紊L期內(nèi)降雨量計算同上。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析及制圖

利用SPSS17.0和Microsoft Excel 2007進(jìn)行試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗苜蓿各茬次歷時及降雨、灌水量統(tǒng)計

為便于試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，在連續(xù)2年的試驗中，各處理各茬次苜蓿收獲日期均相同，如表2所示，試驗地苜蓿自3月20日返青至9月18日第四茬收獲，歷時181 d。2017年苜蓿生長季內(nèi)累積降雨量達(dá)152.4 mm，為平水年型，2018年苜蓿生長季內(nèi)累積降雨量達(dá)262.6 mm，為豐水年型。

表2 試驗地苜蓿各茬次生長歷時及降雨統(tǒng)計Tab.2 Rainfall and every stubble date during alfalfa growth period

受試驗設(shè)計土壤含水量上下限的影響，各處理隨土壤含水量下限降低灌水定額逐步增加，加之各處理灌水時間不一，而導(dǎo)致各處理苜蓿生長期內(nèi)灌水次數(shù)、灌溉定額不同。由表3可知，在2017年平水年型下，W1灌水24次，W2灌水19次，W3灌水16次，W4灌水12次，W5灌水10次；各處理灌溉定額排列順序為：W3>W4>W2>W5>W1，以W3的4 448 m3/hm2為最大值，W1灌溉定額3 481 m3/hm2為最小值；從各處理各茬次灌溉狀況來看，W3、W4和W5灌水次數(shù)和灌水量均以第二茬為最高值，而W2則為第三茬。2018年豐水年型下，W1灌水24次，W2灌水17次，W3灌水14次，W4灌水10次，W5灌水8次；各處理灌溉定額排列順序為：W3>W2>W1>W4>W5，以W3的3 894 m3/hm2為最大值，僅比W2多70 m3/hm2，W1和W4間灌溉定額相差僅71 m3/hm2，W5灌溉定額3 205 m3/hm2為最小值。

表3 各處理苜蓿生長期灌溉水量統(tǒng)計Tab.3 Irrigation amount of alfalfa growth period in different treatments

2.2 不同降雨年型各處理對苜蓿生長的影響

由表4可知，在不同降雨年型下，各處理苜蓿株高、分枝數(shù)和莖葉比變化不一。在平水年型，W1、W2、W3、W4株高在收獲的四茬中，均呈現(xiàn)先升高再下降的2段式變化過程，以第二茬株高達(dá)最大值，其后，隨收獲茬次延續(xù)株高逐步下降，均以第四茬株高為最低值，而W5在收獲的四茬中株高逐步下降；在豐水年型，各處理株高均呈先升高后下降的2段式變化過程，且各處理均以第二茬株高達(dá)最大值，以第四茬株高為最低值；在平水年和豐水年W1、W2、W3、W4間四茬株高均值差異均達(dá)不到顯著水平。

在平水年型和豐水年型，各處理分枝數(shù)均隨收獲茬次的延續(xù)呈逐步下降的過程，但各處理分枝數(shù)四茬均值在平水年型排列順序為：W1>W2>W3>W5>W4，W1與其他各處理間差異達(dá)顯著水平；在豐水年型各處理分枝數(shù)四茬均值排列順序為：W4>W1>W3>W5>W2，且W4、W1、W3、W5間差異不顯著。在平水年型，各處理苜蓿莖葉比均隨收獲茬次延續(xù)而逐步下降，各處理莖葉比四茬均值排列順序為：W2>W3>W5>W1>W4，以W2的1.33為最高值，且W2、W3、W5間差異不顯著；在豐水年型，各處理莖葉比隨收獲茬次的延續(xù)變化不一，W1莖葉比呈先增加后降低的趨勢，最高值出現(xiàn)在第二茬，而其余各處理莖葉比的變化均隨收獲茬次延續(xù)逐步下降，但均隨灌溉定額的下降而逐步下降。

表4 不同降雨年型各處理苜蓿形態(tài)指標(biāo)比較Tab.4 Comparison of alfalfa growth indices in different rainfall year types

2.3 不同降雨年型各處理對苜蓿產(chǎn)量的影響

由表5可知，在平水年和豐水年型下，各處理鮮草和干草四茬合計產(chǎn)量均以W3為最高值，且W3、W2、W1間鮮草和干草產(chǎn)量差異均不顯著，W4、W5間鮮草和干草產(chǎn)量差異達(dá)不到顯著水平；各處理在豐水年型四茬合計鮮草產(chǎn)量均高于平水年型，而四茬苜蓿干鮮比平均值W1、W2、W3和W4在平水年型高于豐水年型，僅W5四茬苜蓿干鮮比平均值在平水年型低于豐水年型；受鮮草產(chǎn)量和干鮮比的影響，W2和W4在平水年型四茬合計干草產(chǎn)量高于豐水年型，W1、W3和W5在平水年四茬合計干草產(chǎn)量低于豐水年型。

從各茬次鮮草和干草產(chǎn)量變化來看，不同降雨年型下各處理均隨收獲茬次的延續(xù)鮮草、干草產(chǎn)量呈逐步下降的過程，各處理在不同降雨年型均以第一茬鮮草、干草產(chǎn)量為最高值，以第四茬為最低值，但在豐水年型各處理鮮草和干草產(chǎn)量第一、第二茬均高于平水年型，而各處理在第三、第四茬鮮草產(chǎn)量在豐水年型低于平水年型，干草產(chǎn)量W1、W2、W3和W4第三、第四茬在豐水年型低于平水年型。

2.4 不同降雨年型各土壤含水量下限處理的水分效應(yīng)

由表6可知，不同降雨年型下，受降雨時空變化和灌溉水管理不同的影響，各處理苜蓿草田2 m土層土壤供水量、耗水量和耗水強度差異較大。在平水年型各處理2 m土層土壤供水量排列順序為： W2>W1>W4>W3>W5，各處理在苜蓿生長期內(nèi)2 m土層土壤水分均呈消耗狀態(tài)，且耗水量和耗水強度均為：W3>W2>W4>W5>W1，以灌溉定額最高的W3耗水量6 382.76 m3/hm2和3.41 mm/d耗水強度為最大值，灌溉定額最低的W1耗水量5 815.26 m3/hm2和3.11 mm/d耗水強度為最小值；在豐水年型各處理2 m土層土壤供水量排列順序為：W5>W2>W4>W3>W1，其中W1在苜蓿生長期內(nèi)2 m土層土壤水分為增加狀態(tài)，土壤供水量為-5.7 m3/hm2，而W5、W2、W4、W3土壤水分則為消耗狀態(tài)，且以灌溉定額最低的W5土壤供水量545.97 m3/hm2最高，各處理耗水量和耗水強度均為：W2>W3>W4>W5>W1(見圖1)。

表5 不同降雨年型各處理對苜蓿產(chǎn)量指標(biāo)的影響Tab.5 Effects of different tremtments on alfalfa yield in different rainfall year types

灌溉水生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率在不同降雨年型各處理間差異較大，從苜蓿生產(chǎn)四茬均值來看，各處理在豐水年型灌溉水生產(chǎn)效率均高于平水年型，而水分生產(chǎn)效率在豐水年型W1和W5高于平水年型，W2、W3、W4水分生產(chǎn)效率則在豐水年型低于平水年型，但各年型下灌溉水生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率均以灌水次數(shù)最多、灌水定額最低的W1為最高值；從苜蓿生產(chǎn)各茬次來看，在平水年型，各處理水分生產(chǎn)效率和灌溉水生產(chǎn)效率均以第一茬為最高值，各處理水分生產(chǎn)效率隨收獲茬次延續(xù)逐步下降，而灌溉水生產(chǎn)效率僅W2隨收獲茬次延續(xù)逐步下降，W1、W3、W5呈現(xiàn)下降上升再下降的過程，W4為先下降后上升的2段式變化過程；在豐水年型，各處理灌溉水生產(chǎn)效率均以第三茬為最低，而最高值則W1、W3、W5出現(xiàn)在第二茬，W2和W4出現(xiàn)在第一茬，W1、W2、W4水分生產(chǎn)效率隨收獲茬次的延續(xù)而逐步下降，而W3、W5水分生產(chǎn)效率最低值出現(xiàn)在第三茬。

2.5 苜蓿草田生長季作物-水模型建立及全生育期耗水量推求

通過對平水年型和豐水年型各處理下苜蓿形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)及水分利用指標(biāo)間相關(guān)分析表明，見表7，苜蓿干草產(chǎn)量與形態(tài)指標(biāo)株高、分枝數(shù)、莖葉比均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；干草產(chǎn)量與鮮草產(chǎn)量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；產(chǎn)量指標(biāo)干草產(chǎn)量和鮮草產(chǎn)量均與灌溉水生產(chǎn)效率(WSE)和水分生產(chǎn)效率(WUE)均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，干草產(chǎn)量與耗水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，但與各茬灌水量間相關(guān)關(guān)系不顯著；各茬灌水量與耗水量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且在平水年型與干鮮比間呈正相關(guān)關(guān)系，在豐水年型與干鮮比間呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。由此認(rèn)為苜蓿草田灌水量影響耗水量，而耗水量決定了苜蓿產(chǎn)量的形成，通過耗水量影響苜蓿形態(tài)指標(biāo)株高、分枝數(shù)及莖葉比，進(jìn)而影響了與形態(tài)指標(biāo)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系苜蓿各茬次干草產(chǎn)量。

表7 不同降雨年型苜蓿生長、產(chǎn)量及水分利用指標(biāo)間的相關(guān)性分析Tab.7 Correlation analysis of growth,yield and water index in different rainfall year types

注：*表示0.05顯著水平，**表示0.01極顯著水平；df=18，t(0.05,18)=2.101,t(0.01,18)=2.878。

基于此，本研究按茬次以連續(xù)2年不同灌水量處理干草產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)效率WUE試驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，建立耗水量與干草產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率WUE間的回歸方程，如圖2所示，耗水量與干草產(chǎn)量間各茬次均呈二次函數(shù)關(guān)系，而耗水量與水分生產(chǎn)效率WUE間的函數(shù)第一茬呈負(fù)相關(guān)的線性關(guān)系，而其余各茬次均呈二次函數(shù)關(guān)系。各茬次耗水量-干草產(chǎn)量與耗水量-水分生產(chǎn)效率WUE函數(shù)曲線交叉點或截距最小時為各茬次獲得干草產(chǎn)量、水分生產(chǎn)效率WUE和耗水量相互平衡最理想點位，據(jù)此，地下滴灌條件下，寧夏引黃灌區(qū)苜蓿草田第一茬獲得較高干草產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率WUE的最理想苜蓿耗水量為1 530 m3/hm2，第二茬為1 520 m3/hm2，第三茬為1 660 m3/hm2，第四茬為1 345 m3/hm2，其對應(yīng)的干草產(chǎn)量為第一茬7 300 kg/hm2，第二茬為4 510 kg/hm2，第三茬為3 200 kg/hm2，第四茬為2 200 kg/hm2，累積產(chǎn)量達(dá)17 210 kg/hm2，水分生產(chǎn)效率達(dá)2.84 kg/m3。

2.6 研究區(qū)降雨典型年劃分及苜蓿生長季內(nèi)降雨量分配

根據(jù)銀川氣象局高家閘觀測點提供的試驗區(qū)64年降雨數(shù)據(jù)進(jìn)行降雨量頻率分布擬合，如圖3所示，得到回歸方程y=-232.1 ln(p)+466，R2=0.97,方程擬合度較高。按照降雨年型劃分，在枯水年、平水年和豐水年對應(yīng)的頻率P值為75%、50%和25%，根據(jù)回歸方程計算其降雨量分別為119.57、159.64和207.84 mm。根據(jù)試驗區(qū)64年降雨量數(shù)據(jù)，分別將枯水年、平水年和豐水年降雨量按照苜蓿收獲茬次歷時進(jìn)行分配，如表8所示，枯水年型苜蓿生產(chǎn)第一茬平均降雨量為22 mm，第二茬為11.54 mm，第三茬為21.23 mm，第四茬為50.27 mm，苜蓿生長季內(nèi)平均降雨量為105.04 mm；平水年型苜蓿生產(chǎn)第一茬平均降雨量為25.83 mm，第二茬為21.37 mm，第三茬為34.9 mm，第四茬為62.45 mm，苜蓿生長季內(nèi)平均降雨量為144.55 mm；豐水年型苜蓿生產(chǎn)第一茬平均降雨量為33.85 mm，第二茬為23.21 mm，第三茬為58.76 mm，第四茬為76.9 mm，苜蓿生長季內(nèi)平均降雨量為192.72 mm。

圖2 苜蓿草田各茬耗水量、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率回歸分析Fig.2 Regression analysis of water consumption,yield and WUE of alfalfa crops

圖3 研究區(qū)64年降雨量頻次分布Fig.3 Frequency distribution of rainfall in 64 years in the research area

2.7 苜蓿草田地下滴灌灌溉制度建立

以作物-水模型推求的寧夏引黃灌區(qū)苜蓿地下滴灌各茬次兼顧產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率最優(yōu)的作物耗水量為依據(jù)，結(jié)合不同降雨年型雨量分布特征，按照：各茬灌水量=各茬作物耗水量-各茬降雨量[9,17,18]，推求苜蓿草田各茬次灌水量；同時，在連續(xù)2年的試驗中，W1、W2和W3處理間鮮草和干草各茬次間產(chǎn)量差異均不顯著，結(jié)合其灌溉水管理措施，認(rèn)為地下滴灌條件下，

表8 研究區(qū)不同降雨年型苜蓿生長季降雨量分配 mm

苜蓿草田灌水定額適宜控制在210～280 m3/hm2。據(jù)此，提出了不同降雨年型下寧夏引黃灌區(qū)苜蓿草田地下滴灌灌溉制度：枯水年苜蓿地下滴灌灌溉定額為5 000 m3/hm2，全生育期灌水20次，第一茬灌水定額262 m3/hm2，灌水5次，灌水量為1 310 m3/hm2；第二茬灌水定額280 m3/hm2，灌水5次，灌水量為1 400 m3/hm2；第三茬灌水定額242 m3/hm2，灌水6次，灌水量為1 450 m3/hm2；第四茬灌水定額210 m3/hm2，灌水4次，視降雨及苜蓿生長狀況適時灌水，灌水量為840 m3/hm2。平水年苜蓿地下滴灌灌溉定額為4 600 m3/hm2，全生育期灌水19次，第一茬灌水定額254 m3/hm2，灌水5次，灌水量為1 270 m3/hm2；第二茬灌水定額260 m3/hm2，灌水5次，灌水量為1 300 m3/hm2；第三茬灌水定額218.3 m3/hm2，灌水6次，灌水量為1 310 m3/hm2；第四茬灌水定額240 m3/hm2，灌水3次，視降雨及苜蓿生長狀況適時灌水，灌水量為720 m3/hm2。豐水年灌溉定額為4 132 m3/hm2，全生育期灌水17次，第一茬灌水定額240 m3/hm2，灌水5次，灌水量為1 200 m3/hm2；第二茬灌水定額256 m3/hm2，灌水5次，灌水量為1 280 m3/hm2；第三茬灌水定額268 m3/hm2，灌水4次，灌水量為1 072 m3/hm2；第四茬灌水定額193.3 m3/hm2，灌水3次，視降雨及苜蓿生長狀況適時灌水，灌水量為580 m3/hm2，見表9。

3 討 論

灌溉是干旱半干旱地區(qū)促進(jìn)苜蓿生長、提高產(chǎn)草量的關(guān)鍵[19]，在生產(chǎn)中如何及時有效地進(jìn)行灌溉，彌補降雨的不足[20]，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)苜蓿必要的農(nóng)藝措施。本研究通過田間灌水量下限控制試驗，認(rèn)為苜蓿鮮草、干草產(chǎn)量隨收獲茬次延續(xù)而逐步下降，這與李振松[21]、彭文棟[22]結(jié)論相一致；土壤含水量下限高于60%田間持水率的W1、W2和W3產(chǎn)量差異達(dá)不到顯著水平，而土壤含水量下限低于60%田間持水率的W5和W4產(chǎn)量急劇下降，這與蔻丹[23]、李茂娜[24]和董國鋒[25]認(rèn)為土壤含水率高于60%田間持水率時，隨水分虧缺苜蓿的產(chǎn)量下降不顯著，但是低于60%田間持水率時產(chǎn)量急劇下降的結(jié)論相一致。各茬灌水量與耗水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系與曹雪松[26]的研究相一致，干草產(chǎn)量與灌水量間相關(guān)關(guān)系不顯著[27]而與耗水量呈正相關(guān)關(guān)系[27-29]，而產(chǎn)量與株高[30]、分枝數(shù)[31]及莖葉比均呈顯著或極顯著相關(guān)關(guān)系，為此，本研究認(rèn)為各處理通過灌水量影響耗水量，進(jìn)而通過耗水量影響苜蓿形態(tài)指標(biāo)株高、分枝數(shù)及莖葉比來影響苜蓿各茬次干草產(chǎn)量，建立了耗水量-產(chǎn)量-水分生產(chǎn)效率間的作物-水模型，推求各茬次最優(yōu)耗水量，并參照李富先[9]、楊啟國[17]、王祺[18]的方法，提出了不同降雨年型苜蓿草田各茬次灌溉制度，與周乾[8]、李富先[9]、張松[10]等研究提出的苜蓿草田地下滴灌灌溉制度相比，充分考慮了自然降雨的有效利用，更加貼合苜蓿草田生產(chǎn)實際。

表9 寧夏引黃灌區(qū)苜蓿草田不同降雨年型地下滴灌灌溉制度Tab.9 Irrigation schedule for alfalfa production in different rainfall year types

4 結(jié) 論

(1)不同降雨年型下，地下滴灌苜蓿草田土壤含水量≥50%時植株株高在收獲的各茬中均呈現(xiàn)先升高再下降的2段式變化過程，各處理株高均以第二茬達(dá)最大值；分枝數(shù)隨收獲茬次的延續(xù)呈逐步下降的過程；莖葉比在豐水年型隨灌溉定額的下降而逐步減少，在平水年隨收獲茬次的延續(xù)而逐步下降。各處理鮮草、干草產(chǎn)量在不同降雨年型下，隨收獲茬次的延續(xù)逐步下降，土壤含水量高于田間持水率60%的W3、W1和W2產(chǎn)量差異達(dá)不到顯著水平，而土壤含水量低于60%田間持水率的W4和W5產(chǎn)量急劇下降，且兩者間差異不顯著。

(2)在不同降雨年型下，受降雨時空變化和灌溉水管理不同的影響，各處理苜蓿草田2 m土層土壤供水量、耗水量及耗水強度差異較大，各處理在豐水年型灌溉水生產(chǎn)效率均高于平水年型，而水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)不一。

(3)通過對不同降雨年型下各處理苜蓿形態(tài)指標(biāo)、產(chǎn)量指標(biāo)及水分利用指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，認(rèn)為耗水量決定了苜蓿產(chǎn)量的形成，通過耗水量影響苜蓿形態(tài)指標(biāo)株高、分枝數(shù)和莖葉比，進(jìn)而影響了與形態(tài)指標(biāo)呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系的苜蓿各茬次干草產(chǎn)量；通過苜蓿草田耗水量-產(chǎn)量與耗水量-水分生產(chǎn)效率間回歸方程，推求了苜蓿草田各茬次兼顧產(chǎn)量和水分生產(chǎn)效率的苜蓿最優(yōu)耗水量，第一茬為1 530 m3/hm2，第二茬為1 520 m3/hm2，第三茬為1 660 m3/hm2，第四茬為1 345 m3/hm2。

(4)結(jié)合不同降雨年型苜蓿生長季降雨量分布特征，提出了寧夏引黃灌區(qū)苜蓿草田地下滴灌灌溉制度：枯水年苜蓿地下滴灌灌溉定額為5 000 m3/hm2，全生育期灌水20次；平水年苜蓿地下滴灌灌溉定額為4 600 m3/hm2，全生育期灌水19次；豐水年灌溉定額為4 132 m3/hm2，全生育期灌水17次。