毛烏素沙地地埋滴灌對紫花苜蓿生長指標的影響

張 松，李和平，鄭和祥，曹雪松，王 軍，暢利毛(.內蒙古農業大學，呼和浩特 0000；.水利部牧區水利科學研究所，呼和浩特 0000;.內蒙古自治區地質環境監測院，呼和浩特 0008)

紫花苜蓿是一種優質、高產、抗旱、適應性強的多年生豆科牧草，是我國西北牧區的種植最多的人工牧草，在內蒙古牧區有著悠久的種植歷史。它具有培肥地力，保持水土，促進后作物增產等作用，因此在鄂托克前旗牧區紫花苜蓿得到大面積推廣種植。隨著紫花苜蓿的種植面積的增加，水資源成了該地區紫花苜蓿生長增產的限制因素。高效節水技術勢在必行，滴灌成了首選的節水措施。但是由于傳統地面滴灌不利于紫花苜蓿的刈割以及其他的田間作業，同時滴灌帶在地面經過風吹日曬很快就廢棄，所以地面滴灌在人工牧草種植中成本較高。地埋滴灌是用管道系統輸水、通過埋在地下的毛管上的灌水器將灌溉用水釋放到作物根區土壤中供作物吸收利用的一種灌水方法，具有減少地表無效蒸發、改善作物根區土壤水分條件、方便田間管理作業、防止毛管老化、用水效率高、高產優質高效等優點。

目前對地埋滴灌做了一些研究例如何華[1]等研究了地下滴灌管埋深對冬小麥根冠生長及水分利用效率的影響；孟季蒙[2]等研究了地下滴灌對苜蓿的生長發育與種子產量的影響；夏玉慧[3]等研究了地下滴灌埋深深度對紫花苜蓿生長的影響；張樹振[4]等研究了地下滴灌苜蓿地土壤水分分布規律。以前的研究多集中在果樹和大棚作物，對人工牧草的研究很少，尤其是沙漠化較為嚴重的毛烏素沙地人工牧草的地埋滴灌研究很少。本試驗研究滴灌帶埋深對紫花苜蓿主要生長指標株高和產量的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

鄂托克前旗位于毛烏素沙地腹部，地理坐標為：東經106°30′～108°30′和北緯37°38′～38°45′。屬于中溫帶溫暖型干旱、半干旱大陸性氣候，冬寒漫長，夏熱短促，干旱少雨，風大沙多，蒸發強烈，日光充足。多年平均氣溫7.9 ℃；多年平均降水量為260.6 mm；多年平均蒸發量為2 497.9 mm；常年盛行風向為南風，其次是西風和東風，多年平均風速2.6 m/s。平均沙暴日數16.9 d；相對濕度平均49.8%；年平均日照時數2 500～3 200 h，平均為2 958 h；無霜期平均171 d，最大凍土層深度1.54 m。

1.2 試驗材料及種植方法

苜蓿品種：供試紫花苜蓿品種為草原2號，是該地區廣泛種植的品種。

滴灌材料：滴灌帶采用貼片式滴灌帶。

種植方法：2013年6月7日播種，人工條播，行距0.5 m,為保證紫花苜蓿的營養價值和適口性，在初花期適時刈割收貯。苜蓿收割三茬，每年4月上旬開始返青，9月底收割最后一茬。

1.3 試驗設計

采用田間對比試驗法設計，紫花苜蓿地埋滴灌灌溉制度試驗采用2因子3水平正交組合設計(表1)，設滴灌帶埋設深度和灌水水平2個因子；設3種埋設深度，滴灌帶埋深分別為10、20和30 cm；設3個灌水水平，灌水定額分別為15.0 mm(150 m3/hm2)、22.5 mm(225 m3/hm2)和30.0 mm(300 m3/hm2)；試驗共計9個處理，每個處理3次重復，共計27個試驗小區，每個小區的長度均為20.0 m，寬度為5.0 m，每個小區面積為100 m2，試驗區總面積900 m2。采用貼片式滴灌帶，滴灌帶壁厚為0.4 mm，流量為2.0 L/h，滴頭間距為0.3 m；每條滴灌帶控制2行紫花苜蓿，滴灌帶間距60 cm。每個處理的灌水日期和灌水次數相同，灌水日期根據處理5(灌水定額22.5 mm，滴灌帶埋深20 cm)適宜含水率下限計算確定。

表1 實驗設計方案

1.4 觀測內容

主要指生長狀況指標，具體內容及采集方法包括：①株高：每個生育期一次，分別用卷尺和卡尺測定；②干物質和產量：整個生長期結束測定一次，采用樣方測定法測定。

1.5 數據處理

所有數據處理均在Excle2003和DPS6.5軟件下進行。

2 結果與分析

2.1 滴灌帶埋深對紫花苜蓿株高的影響

對紫花苜蓿株高進行定期觀測，每個處理均進行定株觀測，采用其平均值繪制株高隨時間的變化過程。圖1是紫花苜蓿第二茬在灌水定額分別為15、22.5和30 mm處理下滴灌帶不同埋深對株高的影響。

圖1 灌水定額15、22.5、30 mm時不同滴灌帶埋深對苜蓿株高的影響

從圖1中可以看出，一定灌水定額下滴灌帶不同埋深對株高的影響總體趨勢一致的。滴灌帶埋深20 cm時的株高最大，其次是滴灌帶埋深30 cm時的株高，滴灌帶埋深10 cm時的株高最小。如圖2在灌水定額22.5 mm(225 m3/hm2)處理下滴灌帶埋深為20 cm時的株高為53 cm，滴灌帶埋深為30和10 cm時的株高分別為51和49 cm，分別高出3.9%和8.2%。這是由于滴灌帶埋深為10 cm時，距離表層土壤很近，加之夏季該地區降雨少，蒸發強度大，灌水很容易蒸發；滴灌帶埋深為30 cm時，由于水分向下運動快于向上運動，致使大部分水分流失，灌水不能充分被根系吸收利用，致使水分生產率低，左強等在《烏蘭布和沙區紫花苜蓿根系生長及吸水規律的研究》中也得出了紫花苜蓿根系主要0～30 cm的土層中。所以建議采用的滴灌帶埋深為20 cm，此時水分既不易蒸發，也不會產生深層滲漏，更能被根系充分吸收利用。一定灌水定額處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿第一、三茬有相似的結果。

2.2 灌水定額對紫花苜蓿株高的影響

對紫花苜蓿株高進行定期觀測，每個處理均進行定株觀測，采用其平均值繪制株高隨時間的變化過程。圖2分別是滴灌帶埋深10、20和30 cm處理下不同灌水定額對苜蓿第二茬株高的影響。

圖2 滴灌帶埋深10、20、30 cm時不同灌水定額對苜蓿株高的影響

從圖2中可以看出，不同灌水定額下對株高的影響總體趨勢是一致的，都是由快到慢的生長趨勢，從返青期到現蕾期株高增長較快，從現蕾期到刈割期增長速率開始變緩，紫花苜蓿由營養生長轉向生殖生長，此時同化物優先分配給生殖器官，用于株高和葉片的同化物自然減少，使其生長速率下降。各處理在整個生育期平均增長速率變化相對較小，主要因為從返青到刈割期溫度較低，不同的灌水定額對其增長速率影響較小，但對株高還是有一定影響，隨著灌水定額的增大，株高隨之增大。圖2中在滴灌帶埋深為20 cm時，處理W1D2、W2D2、W3D2的株高分別為46、53和62 cm，灌水定額由15 mm增加到22.5 mm時，株高增加了15.2%；灌水定額由22.5 mm增加到30 mm時，株高增加了16.9%，這是灌水定額增加的結果。僅此可見，應該建議采用30 mm的灌水定額。一定滴灌帶埋深處理下不同灌水定額對苜蓿第一、三茬有相似的結果。

2.3 滴灌帶埋深對產量的影響

滴灌帶埋深對作物生態性狀和生理活動的影響最終反映在產量影響上，作物生長發育的不同時期進行不同滴灌帶埋深的水分處理，會直接影響到作物的生育、生理指標，最終影響作物產量。由圖3、4、5中可以看出，在相同的灌水定額處理下，滴灌帶埋深為20 cm處理的紫花苜蓿的產量最大，滴灌帶埋深為10 cm處理的紫花苜蓿的產量最小。就灌水定額22.5 mm(225 m3/hm2)處理進行分析，處理W2D2的產量最大為9 087 kg/hm2，處理W2D1產量最小為8 869.5 kg/hm2，較處理W2D2低217.5 kg/hm2，產量降低2.4%，可見產量降低不大，說明滴灌帶埋深對紫花苜蓿的產量影響不大。第一茬紫花苜蓿的各處理的產量與第二茬的產量相差不大。灌水定額為15 mm(150 m3/hm2)處理和30 mm(300 m3/hm2)處理有相似的結果。

圖3 灌水定額15 mm(150 m3/hm2)處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿產量的影響

圖4 灌水定額22.5 mm(225 m3/hm2)處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿產量的影響

圖5 灌水定額30 mm(300 m3/hm2)處理下滴灌帶不同埋深對苜蓿產量的影響

2.4 灌水定額對產量的影響

水分虧缺對作物生態性狀和生理活動的影響最終反映在產量影響上，作物生長發育的不同時期進行不同的水分處理，會直接影響到作物的生育、生理指標，最終影響作物產量。

由圖6、7、8中可以看出，紫花苜蓿的產量與生長期總的灌水量有關，隨著灌溉定額的增大，產量也逐漸增加。滴灌帶埋深20 cm處理下灌溉定額15、22.5和30 mm的第一、二、三茬總產量分別為7 015.5、9 087和10 762.5 kg/hm2。隨著灌溉定額的增加，產量分別增加30.4%和18.4%。第一茬紫花苜蓿的各處理的產量與第二茬的產量相差不大。滴灌帶埋深10和30 cm處理有相似的結果。

圖6 滴灌帶埋深10 cm處理下不同灌水定額對苜蓿產量的影響

圖7 滴灌帶埋深20 cm處理下不同灌水定額對苜蓿產量的影響

圖8 滴灌帶埋深30 cm處理下不同灌水定額對苜蓿產量的影響

2.5 節水量和增產量

從圖9中可以看出：節水效果相對于對照而言，處理W1D1、W1D2、W1D3；W2D1、W2D2、W2D3；W3D1、W3D2、W3D3節水效率分別為54.4%、29.3%、6.3%；增產效果相對于對照而言，處理1、2和處理3的減產量分別為1 299、835.5和931.5 kg/hm2；處理4～9增產量分別為1 063.5、1 281、1 272、2 224.5、2 956.5、2 611.5 kg/hm2。

3 討 語

毛烏素沙地屬于干旱、半干旱的大陸性氣候，夏季蒸發強烈，在該地區進行地面滴灌等節水措施，水分有很大一部分蒸發損失了，造成水資源的浪費。地埋滴灌很好地解決了這一點，但是在我國地埋滴灌在果樹、大棚蔬菜等作物中應用較多，在人工牧草種植中應用較少。本研究通過控制土壤質地、土壤密實度、滴灌帶滴孔流量等因素，改變滴灌帶埋深和灌水定額進行正交試驗，這是試驗得出結論和進行討論的前提。

圖9 紫花苜蓿不同試驗處理灌溉定額、節水量、增產量

(1)土壤水分的含量直接或間接地影響作物根系的生長，作物又根據根系吸收水分的情況做出適應性 生長，反映到作物的株高和產量。在過去的研究中我們得出，根系的向水性會促使其在水分虧缺的情況下向水源生長，水分脅迫根系會向深生長，使得作物營養分配到根部，造成地上部分干物質產量下降。在傳統灌水方式中我們得知苜蓿根系能生長地下2m，地埋滴灌條件下滴灌帶附近根系充分吸水得到充分生長，距離濕潤土體遠的根系得到抑制，利用適宜的滴灌帶埋深來約束根系的生長，從而增加作物冠部的干物質產出。

通過對滴灌帶不同埋深的試驗，發現滴灌帶埋深20 cm時紫花苜蓿的株高較埋深10和30 cm分別高出3.9%、8.2%；埋深20 cm時產量最高，埋深10 cm時最低，但是兩者相差很小，所以滴灌帶埋深對產量影響不大。本試驗結果與左強等在《烏蘭布和沙區紫花苜蓿根系生長及吸水規律的研究》中也得出了紫花苜蓿根系主要0～30 cm的土層中相吻合。

在田間試驗中還發現大型機械田間作業時容易將埋深10 cm的滴灌帶壓實，這樣撐起滴灌帶需要更大的壓力，很多時候因為壓力不足導致滴灌帶不能正常工作，影響灌溉水平。試驗中也發現滴灌帶埋深30 cm時紫花苜蓿長勢不如埋深20 cm的好，這是因為滴灌帶30 cm時更多的水分向下運動，造成水分浪費。所以建議在毛烏素沙地紫花苜蓿地埋滴灌種植中應控制在20 cm左右。

(2)研究不同灌水定額對紫花苜蓿株高和產量的影響發現隨著灌水定額的增加株高和產量都在增加。灌水定額由15 mm增加到22.5 mm時，株高增加了15.2%；灌水定額由22.5 mm增加到30 mm時，株高增加了16.9%。 灌水定額22.5 mm比15 mm增產30.4%，30 mm比22.5 mm增產18.4%。圖9中增產量接近正態分布，盡管灌水定額為30 mm(300 m3/hm2)更有利于紫花苜蓿的增產，但是30 mm灌溉定額接近該地區的經驗灌水定額，該地區灌溉水源以地下水為主，在現灌溉水平下該地區地下水位下降明顯，為了確保地下水的可持續利用，建議灌水定額控制在22.5 mm(225 m3/hm2)左右，這樣既增加了苜蓿的產量又有效地節約了地下水資源，為該地區的生態環境提供保障。

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