高寒荒漠地區(qū)調(diào)虧灌溉對藜麥和毛苕子混播的影響與綜合評價

馬利利，張瑩瑩，李正鵬，韓 梅，蔣福禎

(青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院，省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點實驗室，青海大學(xué)，青海 西寧 810016)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)是一年生藜科草本作物，原產(chǎn)于安第斯山脈[1]，具有極高的營養(yǎng)價值[2]。因青海與安第斯山脈同屬高原山地，藜麥在青海具有良好的適應(yīng)性[3]。毛苕子(Viciavillosa)是一年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，能改善草地氮素平衡，提高草地動物蛋白質(zhì)的形成。由于豆科牧草生長到 50 cm 時容易倒伏，不利于收獲[4]，通常會采用混播模式來提高產(chǎn)量、改善品質(zhì)[5]。

青海是典型的高寒地區(qū)，高原大陸性氣候明顯，是我國五大牧區(qū)之一。由于高寒地區(qū)降雨量少而集中，年蒸發(fā)量大，飼草生長受到限制，因此為當(dāng)?shù)厝斯わ暡葸x擇適當(dāng)?shù)墓喔确绞绞种匾猍6]。調(diào)虧灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)是一種生理節(jié)水灌溉技術(shù)，該技術(shù)通過對植物施加水分脅迫影響其生理生化過程，使其在不明顯減少產(chǎn)量的情況下可以較大幅度地提高水分利用效率[7]。蔻丹[8]、馬彥麟[9]研究表明，隨著水分虧缺程度的加重，紫花苜蓿的產(chǎn)量降低，粗蛋白含量提高，水分利用效率提高，可實現(xiàn)紫花苜蓿高產(chǎn)節(jié)水生產(chǎn)。

近年來，國內(nèi)關(guān)于飼草灌溉方式的研究以畦灌和地下滴灌為主，而微噴帶調(diào)虧灌溉條件下飼草混播的研究則較少。因此，本文以微噴帶調(diào)虧灌溉條件下的藜麥和毛苕子混播為研究對象，探討了不同調(diào)虧灌溉對其產(chǎn)量、營養(yǎng)品質(zhì)及水分效益的綜合影響，旨在獲得適宜當(dāng)?shù)剞见満兔孀踊觳ドa(chǎn)的灌溉方案，以期為高寒荒漠地區(qū)藜麥和毛苕子混播灌溉發(fā)展提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年5— 9月在青海省海西蒙古族藏族自治州烏蘭縣茶卡鎮(zhèn)金泰牧場(99°18′42″E，36°40′21″N)開展，海拔為3 087.6 m，年日照時數(shù)為3 182 h，年平均氣溫為3.79 ℃，年平均降雨量為176 mm，年潛在蒸發(fā)量為 2 000～3 000 mm。2019年飼草生育期內(nèi)(5月19日— 9月6日)降雨量為202.24 mm，最高日平均氣溫為19.62 ℃，最低日平均氣溫為5.07 ℃，平均氣溫為13.14 ℃，見圖1。

試驗地土壤類型為栗鈣土，土壤容重為1.49 g/cm3，田間持水量為30.37%。

1.2 試驗設(shè)計

供試藜麥品種為青藜2號，毛苕子品種為青苕1號，均由青海大學(xué)農(nóng)林科學(xué)院提供。

本試驗在藜麥和毛苕子混播的分枝期和開花期，分別設(shè)置中度調(diào)虧灌溉MDI(45%～55%田間持水量)、輕度調(diào)虧灌溉LDI(55%～65%田間持水量)、充分灌溉SI(65%～75%田間持水量)3種水分調(diào)虧梯度，以全生育期不灌溉為對照(CK)，各處理的灌水量見表1。試驗共4個處理，每處理3個重復(fù)，共計12個小區(qū)，小區(qū)面積為4 m×5 m，播種方式為穴播，播種日期為2019年5月19日，收獲日期為2019年 9月6日。藜麥的播種量為2.8 kg/hm2，毛苕子的播種量為80 kg/hm2，行距和株距分別為40 cm和10 cm，播種前施基肥。尿素為75 kg/hm2，磷酸二銨為150 kg/hm2，2019年8月2日每小區(qū)追施60 g尿素。灌溉利用試驗田節(jié)水微噴帶灌溉系統(tǒng)，當(dāng)各處理的土壤水分達到調(diào)虧控制的下限指標(biāo)時進行灌溉，灌水量利用水表進行計量。

表1 不同處理的灌水量Tab.1 Irrigation amount of different treatments

1.3 測定指標(biāo)與方法

(1)氣象數(shù)據(jù)。降雨量、氣溫等氣象指標(biāo)通過安裝在試驗地50 m處的WSS0G10A天圻氣象站(北京東方潤澤生態(tài)科技股份有限公司)測定。

(2)飼草產(chǎn)量的測定。在藜麥?zhǔn)斋@期(9月6日)，每小區(qū)選取1 m2具有代表性的樣方進行刈割，每處理重復(fù)3次，稱鮮重，計算鮮草產(chǎn)量，然后烘干至恒重，測定并計算干草產(chǎn)量。

(3)土壤體積含水量。土壤體積含水量在全生育期內(nèi)采用IST.HRG C-16S型號土壤墑情儀(北京東方潤澤生態(tài)科技股份有限公司)進行監(jiān)測。土壤體積含水量測定深度為60 cm(每10 cm為1層，共6層)。

(4)飼草品質(zhì)的測定。每小區(qū)隨機稱取200 g鮮草，105 ℃殺青后烘干至恒重，隨后用植物粉碎機粉碎干草樣，過篩后測定粗蛋白含量及粗纖維含量。粗蛋白含量采用半自動凱式定氮儀測定，酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)采用Van Soest[10]法測定。

(5)指標(biāo)的計算。水分利用效率[9]的計算 ：

式中：WUE為水分利用效率(kg/m3)；Y為飼草的干物質(zhì)產(chǎn)量(kg/hm2)；ETa為作物耗水量(mm)，其值由下列公式得出：

ETa=P+I+W+K-D

式中：P為生育期內(nèi)的降雨量(mm)；I為生育期內(nèi)的灌水量(mm)；W為土壤水分消耗量(mm)；K為地下水補給量(mm)；D為土壤深層滲漏量(mm)。由于試驗地的地下水水位較深(>50 m)，因此K值和D值均可忽略不計。

粗蛋白產(chǎn)量[11]的計算：

CPY=CP×Y

式中：CPY為粗蛋白產(chǎn)量(kg/hm2)；CP為粗蛋白含量(%)；Y為飼草的干物質(zhì)產(chǎn)量(kg/hm2)。

粗蛋白水分利用效率的計算：

式中：WUECP為粗蛋白水分利用效率(kg/m3)；CPY為粗蛋白產(chǎn)量(kg/hm2)；ETa為作物耗水量(mm)。

相對飼喂價值的計算：

RFV=DMI×DDM/1.29

式中：RFV為相對飼喂價值；DMI為粗飼料干物質(zhì)采食量，單位為占體重的百分比，即%BW；DDM為可消化的干物質(zhì)，單位為占干物質(zhì)的百分比，即%DM。DMI和DDM的預(yù)測模型分別為：

DMI=120/NDF

DDM=88.9-0.779ADF

式中：NDF為飼草的中性洗滌纖維(%)；ADF為飼草的酸性洗滌纖維(%)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用 Microsoft Excel 2010進行數(shù)據(jù)整理和圖表繪制；利用 SPSS 22.0進行方差分析和顯著性檢驗，方差分析和多重比較均采用Duncan分析法。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)虧灌溉對藜麥和毛苕子混播產(chǎn)量及耗水規(guī)律的影響

由表2可知，藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量在MDI、LDI、SI處理下顯著高于CK處理(P<0.05)。LDI處理下藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量最高，為11 030.48 kg/hm2；CK處理下藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量最低，為7 065.12 kg/hm2；MDI、LDI、SI處理與CK處理相比，分別增產(chǎn)39.73%、56.13%和48.99%。

表2 不同處理下藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量與水分利用效率Tab.2 Yield and water use efficiency of mixed seeding of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

藜麥和毛苕子混播的耗水量隨灌水量的增加而增加，SI處理下耗水量最高，為498.58 mm。LDI處理下水分利用效率最大，為2.51 kg/m3；SI處理下水分利用效率最小，為2.11 kg/m3。這說明輕度調(diào)虧灌溉可獲得較高的水分利用效率。

2.2 調(diào)虧灌溉對藜麥和毛苕子混播品質(zhì)的影響

2.2.1 調(diào)虧灌溉對藜麥和毛苕子混播粗蛋白含量及產(chǎn)量的影響 由表3可知，CK處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白含量最高，為19.10%；MDI處理下粗蛋白含量最低，為18.01%。MDI、LDI、SI處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白產(chǎn)量顯著高于CK處理(P<0.05)。LDI處理下粗蛋白產(chǎn)量最高，為2 098.45 kg/hm2；粗蛋白水分利用效率也最高，為0.48 kg/m3。這與藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量與水分利用效率結(jié)果一致。

表3 不同處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白含量及產(chǎn)量Tab.3 Crude protein content and yield of mixed seeding of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

2.2.2 調(diào)虧灌溉對藜麥和毛苕子混播ADF、NDF含量和RFV值的影響 表4為不同處理下藜麥和毛苕子混播的ADF、NDF含量和RFV值。

表4 不同處理下藜麥和毛苕子混播的ADF、NDF含量和RFV值Tab.4 ADF and NDF content & RFV values of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

分析藜麥和毛苕子混播的ADF、NDF含量可知，在CK處理下ADF、NDF含量最低，為23.06%和33.10%；SI處理下ADF、NDF含量較MDI處理下降了0.98%和2.33%，較LDI處理下降了0.75%和1.81%；在CK處理下RFV值最高，為199.60%；MDI處理下RFV值最低，為 178.11%。

2.3 綜合評價分析

單一的指標(biāo)性狀存在一定的局限性，不能全面分析單個處理的優(yōu)劣性。本研究采用模糊綜合評判法[12]分析了調(diào)虧灌溉對藜麥和毛苕子混播產(chǎn)量和品質(zhì)的影響。

2.3.1 綜合評價因子的選擇 選取飼草的干物質(zhì)產(chǎn)量(Y)、水分利用效率(WUE)、粗蛋白產(chǎn)量(CPY)、粗蛋白水分利用效率(WUECP)及相對飼喂價值(RFV)5個指標(biāo)作為綜合分析的評價因子(表5)。

表5 綜合評價因子試驗數(shù)據(jù)Tab.5 Test data of comprehensive evaluation factors

2.3.2 構(gòu)建單因子評判矩陣 用以上5個指標(biāo)建立單因子評判矩陣，并取各行的最大值為1，分別求出該行處理值與相應(yīng)指標(biāo)最大值的比值，其單因子評判矩陣如下所示：

2.3.3 構(gòu)建單因子權(quán)重系數(shù)矩陣 5個指標(biāo)之間的相關(guān)系數(shù)如表6所示。

表6 單因子的相關(guān)系數(shù)Tab.6 Correlation coefficients of single factor

每一參評單因子與其他參評單因子之間相關(guān)系數(shù)的平均值r，所有參評因子與其他單因子相關(guān)系數(shù)平均值的總和∑r及權(quán)重系數(shù)r/∑r見表7。

表7 單因子相關(guān)系數(shù)矩陣平均值與權(quán)重系數(shù)Tab.7 Average values and weight coefficients of single factor correlation coefficient matrix

根據(jù)表7，建立各單因子的權(quán)重系數(shù)矩陣為：

2.3.4 評價指標(biāo)的計算 將評判矩陣和權(quán)重系數(shù)矩陣相乘，得出藜麥和毛苕子混播調(diào)虧灌溉的綜合評價指標(biāo)矩陣：

2.3.5 綜合評價指標(biāo)結(jié)果分析 由以上計算得出各參評因子影響大小依次為RFV>WUECP>WUE>Y>CPY；各調(diào)虧灌溉綜合評價指標(biāo)表現(xiàn)為LDI>SI>MDI>CK。LDI綜合評價指標(biāo)值最高，為0.980 5。表明在分枝期和開花期對藜麥和毛苕子混播進行輕度調(diào)虧灌溉時，其產(chǎn)量、品質(zhì)及水分利用效率綜合性狀表現(xiàn)較好，輕度調(diào)虧灌溉為較優(yōu)的調(diào)虧灌溉。

3 討論與結(jié)論

水分對飼草產(chǎn)量的影響主要是通過影響其總干物質(zhì)量達到的。Rawson等[13]認為適宜的水分調(diào)虧并不會減少產(chǎn)量，反而有利于作物增產(chǎn)。本研究表明，藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量在輕度調(diào)虧灌溉時最高，為11 030.48 kg/hm2；增產(chǎn)率最高，為56.13%。其他兩個調(diào)虧灌溉也均有不同程度的增產(chǎn)。適宜的調(diào)虧灌溉可以在保證產(chǎn)量的基礎(chǔ)上減少灌水量，增加水分利用效率[14]。本研究發(fā)現(xiàn)，藜麥和毛苕子混播隨水分調(diào)虧程度的增加，灌水量逐漸減少，耗水量也不斷減少，這與寇丹等[15]的研究結(jié)果相一致。

本試驗中，在CK處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白含量最高，為19.10%；輕度調(diào)虧灌溉時藜麥和毛苕子混播的粗蛋白產(chǎn)量和粗蛋白水分利用效率最大，為2 098.45 kg/hm2和0.48 kg/m3。酸性洗滌纖維含量與養(yǎng)分消化率成負相關(guān)，直接影響家畜對牧草的消化率；中性洗滌纖維含量則直接影響家畜采食率，其含量越高則適口性越差[16]。本研究中，在CK處理下ADF、NDF含量最低，為23.06%和33.10%；其他不同處理的ADF、NDF含量隨水分調(diào)虧程度的減輕呈現(xiàn)降低趨勢。相對飼喂價值可以反映牲畜對纖維的消化率和適口性，其值的高低直接決定飼用價值的高低[17]。本研究中，CK處理下RFV值最高，這可能是由于不灌溉時水分調(diào)虧對莖生長的抑制作用大于葉生長所導(dǎo)致的[18]。

通過對藜麥和毛苕子混播的產(chǎn)量、品質(zhì)及節(jié)水效益綜合考慮，推薦在分枝期和開花期對其進行輕度調(diào)虧灌溉(55%～65%田間持水量)，即灌水量為1 038.52 m3/hm2是適宜藜麥和毛苕子混播高效生產(chǎn)的灌溉方案。