壟溝集雨種植對(duì)土壤貯水量和紫花苜蓿生長(zhǎng)特性的影響

宋興陽(yáng)，王 琦 ，胡廣榮，李富春，王鶴齡

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所/甘肅省氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730020)

壟溝集雨種植對(duì)土壤貯水量和紫花苜蓿生長(zhǎng)特性的影響

宋興陽(yáng)1，王 琦1，胡廣榮1，李富春1，王鶴齡2

(1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué) 草業(yè)學(xué)院/草業(yè)生態(tài)系統(tǒng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/甘肅省草業(yè)工程實(shí)驗(yàn)室/中-美草地畜牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展研究中心，甘肅 蘭州 730070； 2.中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所/甘肅省氣候變化與減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,甘肅 蘭州 730020)

采用完全隨機(jī)設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)，研究不同覆蓋材料(普通地膜、生物可降解地膜和土壤結(jié)皮)和不同溝壟比(60∶30，60∶45和60∶60 cm)對(duì)紫花苜蓿土壤貯水量和生長(zhǎng)特性的影響。結(jié)果表明：土壤貯水量的排列次序?yàn)槠胀?生物可降解膜壟>土壟>平作，在同一覆蓋材料下，土壤貯水量、株高和分枝數(shù)隨壟寬增加而增加，莖葉比隨壟寬增加而減小。就同一覆蓋材料平均值而言，與平作相比，土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的土壤貯水量分別增加16.7，29.2和34.9 mm；株高分別提高28%，52%和56%；分枝數(shù)分別提高7%，20%和25%；莖葉比分別降低4%，11%和8%。在半干旱地區(qū)利用壟溝集雨種植紫花苜蓿，土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟可以增加土壤貯水量，改善土壤水分狀況，提高紫花苜蓿越冬率，促進(jìn)紫花苜蓿生長(zhǎng)，綜合分析，生物可降解地膜可以作為半干旱區(qū)種植紫花苜蓿的最佳覆蓋材料。

覆蓋材料；溝壟比；土壤貯水量；紫花苜蓿；生長(zhǎng)特性

甘肅省定西半干旱黃土高原區(qū)位于氣候變化敏感和生態(tài)環(huán)境脆弱帶，是水資源比較缺乏區(qū)和黃河流域水土流失較嚴(yán)重區(qū)域[1]。該地區(qū)溝壑縱橫，地形起伏，地下水埋藏較深(60 m 以下)，礦化度較高，無(wú)法直接用于灌溉和人畜飲用。天然降水是該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展所能利用的主要水資源，但年降水量少且時(shí)空分布不均勻，年降水的60%～70%集中在秋季，造成該地區(qū)農(nóng)作物生長(zhǎng)期需水與自然降水供需錯(cuò)位[2]。多數(shù)降水為< 5 mm的無(wú)效降水，無(wú)效降水無(wú)法直接被作物吸收和利用，少數(shù)降水為大強(qiáng)度降雨或暴雨，大強(qiáng)度降雨或暴雨通常會(huì)導(dǎo)致水土流失。王曉娟等[3]研究表明，半干旱區(qū)僅有25%～30%降雨被作物吸收和利用，而70%～75%降雨以無(wú)效蒸發(fā)和徑流形式損失，降水時(shí)空分布的不均衡和季節(jié)性干旱嚴(yán)重制約了該區(qū)農(nóng)牧業(yè)發(fā)展。充分利用有限降水資源和提高雨水利用效率成為該地區(qū)農(nóng)牧業(yè)可持續(xù)發(fā)展所要解決的關(guān)鍵問題。

紫花苜蓿(Medicagosative)為多年生優(yōu)質(zhì)牧草，具有適應(yīng)性強(qiáng)、產(chǎn)量高、蛋白質(zhì)豐富、適口性好等特點(diǎn)[4]。紫花苜蓿能適應(yīng)各種氣候和土壤條件，且具備可持續(xù)刈割、防風(fēng)固沙、改良草地、提高土壤肥力、保持水土、保護(hù)環(huán)境等功能，是我國(guó)半干旱區(qū)大力推廣的優(yōu)良牧草。紫花苜蓿莖葉繁茂，覆蓋時(shí)間長(zhǎng)，覆蓋度大，在干旱和半干旱地區(qū)種植，可以防止因強(qiáng)烈蒸發(fā)而產(chǎn)生次生鹽漬化，能有效防止水土流失，有利于生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定和草地的可持續(xù)發(fā)展，具有顯著的生態(tài)效益[5]。

壟溝集雨種植技術(shù)是平地或緩坡地沿等高線修筑相互交替的壟和溝，壟覆蓋作為集雨區(qū)，溝覆蓋或不覆蓋作為種植區(qū)，該技術(shù)能對(duì)有限降水資源進(jìn)行重新分配，使降水通過壟面產(chǎn)生的徑流向溝內(nèi)和壟下擴(kuò)滲，使作物種植區(qū)水分產(chǎn)生疊加，有效增加土壤蓄水，延長(zhǎng)水分有效使用期，為作物出苗和生長(zhǎng)提供有利條件[6-8]。朱國(guó)慶等[9]研究表明，壟溝集雨種植可有效改善土壤供水能力，提高水分利用效率，促進(jìn)出苗和成苗的速度，使出苗提前2～6 d，出苗率提高11%～18%，丁瑞霞等[10]研究表明，溝壟集雨種植中，谷子和玉米的平均株高較平作分別增加32.9 cm和12.9 cm。

國(guó)內(nèi)外壟溝集雨種植研究多數(shù)集中于馬鈴薯和玉米等穴播類作物，覆蓋材料普遍利用普通地膜[11-16]，以全膜雙壟溝播種玉米技術(shù)發(fā)展較為完善[17]，但對(duì)生物可降解地膜覆蓋種植條播類作物(紫花苜蓿和小麥等)的研究較少。試驗(yàn)研究了不同覆蓋材料和不同溝壟比對(duì)土壤貯水量和紫花苜蓿生長(zhǎng)特性的影響，以期為壟溝集雨種植技術(shù)在該地區(qū)的發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2013年在中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地進(jìn)行，地理位置N 35°33′，E 104°35′，海拔1 896.7 m，該區(qū)地處黃土高原西部丘陵區(qū)，屬半干旱區(qū)，光能較多，熱量資源不足，雨熱同季，氣候干燥，屬典型溫帶大陸性季風(fēng)氣候。經(jīng)過對(duì)該區(qū)域40年(1972～2012年) 降水量統(tǒng)計(jì)，年均降水量為383.3 mm，降水少，且分配不規(guī)律，5～10月降水量占年降水量的86.9%；蒸發(fā)強(qiáng)烈，年潛在蒸發(fā)量(1 445 mm)是年均降水量的3.8倍；年平均日照時(shí)間為2 659.3 h，年平均氣溫6.7℃，月平均最高和最低氣溫分別為7月(25.9℃)和1月(-13.0℃)；平均無(wú)霜期140 d。試驗(yàn)地地勢(shì)平坦，土壤為重壤土，0～100 cm 土壤平均容重為1.38 g/cm3，田間持水量為25.6%，永久萎蔫系數(shù)為6.7%。當(dāng)?shù)馗髦贫葹橐荒暌皇欤饕r(nóng)作物為春小麥(Triticumaestivum)、玉米(Zeaways)、燕麥(Avenasativa)、蠶豆(Viciafaba)、馬鈴薯(Solanumtuberosum)、谷子(Panicummiliaceum)和胡麻(Sesamumindicum)，主要牧草種類為紫花苜蓿和紅豆草(Onobrychisviciaefolia)。

表1 試驗(yàn)區(qū)肥力狀況Table 1 Soil physical and chemical properties in experimental plot

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)以紫花苜蓿品種甘農(nóng)3號(hào)(Medicagosativecv.Gannong No.3)為供試作物，采用田間壟溝覆蓋集雨種植技術(shù)，壟覆蓋作為集雨區(qū)，溝無(wú)覆蓋作為種植區(qū)，小區(qū)隨機(jī)排列，共設(shè)10個(gè)處理(3種覆蓋材料×3種溝壟比+1平作)，重復(fù)3次。3種覆蓋材料分別為生物可降解地膜、普通地膜和土壤結(jié)皮，3種溝壟比分別為60∶30，60∶45和60∶60(cm∶cm)，各處理溝寬均為60 cm，傳統(tǒng)平作作為對(duì)照。土壟、生物可降解膜壟、普通膜壟和傳統(tǒng)平作的代表符號(hào)分別為RCS、RCBF、RCPF和TP，RCS30、RCS45和RCS60(RCBF30、RCBF45和RCBF60或RCPF30、RCPF45和RCPF60)的壟寬分別為30，45和60 cm。根據(jù)當(dāng)?shù)胤N植經(jīng)驗(yàn)，壟坡為40°，壟高為20 cm，每小區(qū)有4條壟和3條溝。普通地膜生產(chǎn)于石家莊市開發(fā)區(qū)永盛塑料制品有限公司，生物可降解地膜生產(chǎn)于德國(guó)BASF公司，生物可降解地膜基料為淀粉和其他生物材料，淀粉和其他生物材料來(lái)源于玉米秸稈和其他可再利用原材料，普通地膜和生物可降解地膜厚度均為0.008 mm，寬度均為1.4 m。土壟為人工木板拍實(shí)原土，經(jīng)過風(fēng)吹雨打形成土壤結(jié)皮(圖1，表2)。

圖1 紫花苜蓿種植圖Fig.1 Schematic diagram of alfalfa planting

1.3 種植管理

前期研究[18]已對(duì)試驗(yàn)種植管理進(jìn)行詳細(xì)介紹。在2012年紫花苜蓿播種前30 d開始整地、人工劃分小區(qū)、起壟和覆膜，于2012年3月28日完成壟溝布置和壟上覆膜等工作。施過磷酸鈣420 kg/hm2和尿素220 kg/hm2作為基肥，播種前將2種肥料混合后條播施入壟溝集雨種植的溝中，平作處理是將肥料用條播機(jī)施入整個(gè)小區(qū)，施肥深度約為20 cm。2012年4月10日條播播種紫花苜蓿。對(duì)于壟溝集雨種植處理，每試驗(yàn)小區(qū)有3條溝和4條壟，每1條溝面積為10 m(長(zhǎng))×0.6 m(寬)，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)種植面積為3條溝× 6 m2(溝面積) =18 m2，播種密度為22.5 kg/hm2，播種深度為2～3 cm，行距為20 cm，每1條溝種植4行紫花苜蓿，每1小區(qū)種植12行紫花苜蓿；平作處理無(wú)集雨區(qū)，種植面積為10 m×3.6 m，平作的施肥密度、播種密度、播種深度和種植行距與壟溝集雨相應(yīng)種植區(qū)(溝)相同，每1小區(qū)種植24行紫花苜蓿。在2012年10月16日紫花苜蓿收獲后，保持和維護(hù)壟和溝的造型和結(jié)構(gòu)，在二齡紫花苜蓿返青前(2013年4月7日)，重新覆蓋生物可降解地膜和普通地膜，土壟維持不變。在第2年齡紫花苜蓿整個(gè)生育期(2013年4月13日～10月27日) 不施肥和灌溉。采用人工除草，禁止人為踩踏集雨區(qū)(壟)和破壞壟覆蓋材料，除草時(shí)間分別為5月12日、6月20日、7月23日、8月20日和9月10日。

表2 溝壟集雨種植紫花苜蓿試驗(yàn)設(shè)計(jì)Table 2 Experimental design for alfalfa planting using rainwater harvesting with furrows and ridges

1.4 測(cè)定指標(biāo)

1.4.1 土壤含水量和貯水量 在紫花苜蓿播種前、收獲后和降水(降水量>5 mm)后測(cè)定土壤含水量。采用烘干法(105℃，10 h)測(cè)定土壤含水量，測(cè)定深度140 cm，0～20 cm以10 cm為分層、20～140 cm以20 cm為分層，每個(gè)小區(qū)在溝中取3鉆土樣，同一層次3個(gè)土樣混合均勻，計(jì)算土壤貯水量。

W=θ×BD×H×10

式中：W為土壤貯水量，θ為土壤質(zhì)量含水量(%)，BD為土壤容量(g/cm3)，H為土壤深度(cm)，10為系數(shù)。

1.4.2 紫花苜蓿生長(zhǎng)特性 當(dāng)土壤解凍，紫花苜蓿開始返青時(shí)每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取60 cm×60 cm的樣方，用小鏟子鏟掉周圍的土露出根莖部，并使各植株之間相互分離，然后計(jì)算越冬后存活的株數(shù)和越冬率。越冬后存活的株數(shù)=植株總數(shù)-根莖部脫水、腐爛等死亡的株數(shù)；越冬率=(存活總株數(shù)/總植株數(shù))×100%；在紫花苜蓿初花期，隨機(jī)選取20株紫花苜蓿測(cè)量株高；莖葉比(LSR) 在紫花苜蓿刈割后，每個(gè)小區(qū)隨機(jī)取鮮樣500 g，自然風(fēng)干后人工分離莖葉，用1%天平分別稱量莖和葉的重量：莖葉比=莖干重(g)/葉干重(g)；在初花期苜蓿刈割之前每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取60 cm×60 cm的樣方，重復(fù)3次，將樣方內(nèi)苜蓿齊地刈割測(cè)定分枝數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用Excel 2010和SPSS 21.0軟件進(jìn)行方差分析和顯著性檢驗(yàn)，方差分析多重比較用Duncan法(P<0.05)，各圖表中數(shù)據(jù)均為平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 紫花苜蓿生育期降水量特征

2013年試驗(yàn)地年降水量為448.8 mm，降水量數(shù)據(jù)由中國(guó)氣象局蘭州干旱氣象研究所定西干旱氣象與生態(tài)環(huán)境試驗(yàn)基地提供，與近40年(1972～2012年)年平均降水量(383.3 mm)相比，2013年降水豐富。在2013年紫花苜蓿全生育期(4月13日～10月27日)，降水發(fā)生次數(shù)為82次，降水量為427.6 mm，占年降水量的95.3%，其中<5 mm降水56次，占總降水次數(shù)的68.3%；5～10 mm的降水12次，占總降水次數(shù)的14.6%；10～20 mm降水7次，占總降水次數(shù)的8.5%；>20 mm的降水7次，占總降水次數(shù)的8.5%(圖2)。大于5 mm降水定義為有效降水，2013年無(wú)效降水次數(shù)(56次)大于有效降水次數(shù)(26次)，但有效降水對(duì)總降水量貢獻(xiàn)率(76%)大于無(wú)效降水貢獻(xiàn)率(24%)，降水分布不規(guī)則，其中4、5、6、7、8、9和10月降水量分別為24.7、68.9、36.1、139.3、85、63.7和9.9 mm，分別占紫花苜蓿全生育期降水量的5.8%、16.1%、8.4%、32.5%、19.9%、15.0%和2.3%。

圖2 2013年試驗(yàn)地紫花苜蓿生育期降水量Fig.2 Rainfall during alfalfa growing season at the experiment site in 2013

2.2 覆蓋材料和溝壟比對(duì)土壤貯水量的影響

土壤貯水量反映土壤水分收支平衡狀況，處于不斷變化的過程中，其變化與降水、灌溉、蒸散、徑流和下滲等有關(guān)，該地區(qū)無(wú)灌溉，黃土層較深且降水量較小，土壤水下滲可忽略不計(jì)，半干旱區(qū)溝壟集雨種植的土壤貯水量與降水、徑流和蒸散有關(guān)。在紫花苜蓿返青期(4～5月)，不同處理間土壤貯水量差異較小，此時(shí)氣溫較低，降水量較小，紫花苜蓿植株較小，生長(zhǎng)緩慢，耗水量較小，各處理土壤貯水量處于紫花苜蓿全生育期最高。在第1茬紫花苜蓿分枝期(5～6月)，降水逐漸增多，紫花苜蓿進(jìn)入分枝生長(zhǎng)階段，生長(zhǎng)速度較快，耗水量較大，降水量無(wú)法滿足植株生長(zhǎng)需水量，土壤貯水量開始出現(xiàn)減小趨勢(shì)，不同處理的土壤貯水量差異明顯。第1茬紫花苜蓿初花期(6～7月)，紫花苜蓿進(jìn)入旺盛生長(zhǎng)階段，對(duì)水分的需求較大，同時(shí)氣溫較高和蒸散量較強(qiáng)，各處理的土壤貯水量處于全生育期最低且不同處理間差異明顯。第2茬紫花苜蓿分枝期(7月)降水最多(139.3 mm)，占紫花苜蓿生育期降水量的32.5%，各處理的土壤貯水量開始有增加趨勢(shì)。第2茬紫花苜蓿初花期(8～9月)，耗水量較大，降水量較少，氣溫較高和蒸發(fā)較強(qiáng)，各處理的土壤貯水量較低。在2013年10月，氣溫較低，蒸發(fā)較小，紫花苜蓿生長(zhǎng)緩慢，耗水較低，各處理土壤貯水量開始增加，除平作以外各處理土壤貯水量幾乎與返青期土壤貯水量一致(圖3)。在紫花苜蓿全生育期，TP、RCS30、RCS45、RCS60、RCBF30、RCBF45、RCBF60、RCPF30、RCPF45和RCPF60的平均土壤貯水量分別為172.6、185.3、191.7、197.0、193.8、191.7、206.6、196.2、205.3和213.8 mm，各處理土壤貯水量隨壟寬增加而增加。在同一覆蓋材料下，對(duì)不同壟寬的土壤貯水量求平均值，得到平作、土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的平均土壤貯水量。對(duì)紫花苜蓿全生育期平均土壤貯水量分析，平作、土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的土壤貯水量分別為172.6、191.3、197.4和205.1 mm，普通膜壟的土壤貯水量明顯大于生物可降解膜壟，生物可降解膜壟的土壤貯水量明顯大于土壟，土壟的土壤貯水量明顯大于平作。與傳統(tǒng)平作相比，土壟、生物可降解地膜壟和普通地膜壟能將降水和徑流進(jìn)行疊加，從而增加其溝中土壤含水量，同時(shí)覆蓋材料能有效減少壟面土壤水分蒸發(fā)，從而使土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的土壤貯水量明顯高于傳統(tǒng)平作。土壟的徑流效率和減少土壤水分蒸發(fā)的效果低于生物可降解膜壟和普通膜壟，從而使土壟的土壤貯水量明顯低于生物可降解膜壟和普通膜壟.

2.3 覆蓋材料和溝壟比對(duì)紫花苜蓿越冬率的影響

在同一覆蓋材料下，紫花苜蓿越冬率隨壟寬增加而增加，在土壟種植中，RCS60越冬率顯著高于RCS45，RCS45越冬率顯著高于RCS30。在生物可降解膜壟種植中，RCBF60越冬率顯著高于RCBF30， RCBF60與RCBF45、RCBF45與RCBF30之間越冬率相差不顯著。在普通膜壟種植中，RCPF60越冬率顯著高于RCPF45和RCPF30，RCPF45與RCPF30之間越冬率相差不顯著。與平作相比，RCS30、RCS45、RCS60、RCBF30、RCBF45、RCBF60、RCPF30、RCPF45和RCPF60(RCS、RCBF、RCPF分別表示土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟，下標(biāo)30、45、60分別表示壟寬)的越冬率分別提高-5.5%、8.2%、19.2%、16.4%、20.5%、24.7%、20.5%、23.3%和27.4%。在同一覆蓋材料下，對(duì)不同壟寬的紫花苜蓿越冬率求平均值，得到平作、土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的平均越冬率。同一覆蓋材料平均值分析，普通膜壟和生物可降解膜壟越冬率顯著高于土壟，土壟的越冬率顯著高于平作，普通膜壟與生物可降解膜壟之間越冬率相差不顯著。土壟、生物可降解地膜壟和普通地膜壟的紫花苜蓿越冬率比平作分別提高8.2%，21.9%和23.3%(表2)。

圖3 紫花苜蓿生育期內(nèi)0～140 cm 土層土壤貯水量Fig.3 Soil water storage in 0-140 cm soil depth in alfalfa growing season

2.4 覆蓋材料和溝壟比對(duì)紫花苜蓿株高的影響

株高是植株重要的形態(tài)指標(biāo)。在同一覆蓋材料下，壟寬60 cm集雨壟株高最高。在土壟種植中，RCS60株高顯著高于RCS45和RCS30，RCS45和RCS30之間株高相差不顯著。在生物可降解膜壟種植中，RCBF60和RCBF45株高顯著高于RCBF30，RCBF60與RCBF45之間株高相差不顯著。在普通膜壟種植中，不同溝壟比之間株高相差不顯著。與平作相比，RCS30、RCS45、RCS60、RCBF30、RCBF45、RCBF60、RCPF30、RCPF45和RCPF60的株高分別提高13.8%、15.6%、21.0%、25.9%、30.1%、35.3%、28.5%、31.0%和34.0%。就同一覆蓋材料下紫花苜蓿株高平均值而言，生物可降解膜壟和普通膜壟株高顯著高于土壟，土壟株高顯著高于平作，生物可降解膜壟與普通膜壟之間株高相差不顯著(表2)。土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的紫花苜蓿株高比平作分別提高16.8%，30.4%和31.2%。在紫花苜蓿生育期，土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟提高種植帶(溝)內(nèi)土壤貯水量，同時(shí)土壤結(jié)皮、生物可降解地膜和普通地膜減少壟面土壤無(wú)效水分蒸發(fā)和提高種植帶土壤溫度，有利于紫花苜蓿生長(zhǎng)，從而使紫花苜蓿株高高于平作。

表2 壟溝集雨種植處理下的紫花苜蓿生長(zhǎng)特性Table 2 Effects of ridge-furrow rainwater harvesting on alfalfa growth characteristics

注：表中同列不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)

2.5 覆蓋材料和溝壟比對(duì)紫花苜蓿莖葉比的影響

在土壟和普通膜壟種植中，溝壟比對(duì)紫花苜蓿莖葉比影響不顯著。在生物可降解膜壟種植中，RCBF60莖葉比顯著低于RCBF45和RCBF30，RCBF45與RCBF30之間莖葉比相差不顯著(表2)。與平作相比，RCS30、RCS45、RCS60、RCBF30、RCBF45、RCBF60、RCPF30、RCPF45和RCPF60的莖葉比分別降低3.1%、2.2%、5.3%、7.7%、11.0%、18.9%、6.3%、7.8%和15.1%。就同一覆蓋材料下紫花苜蓿莖葉比平均值而言，普通膜壟莖葉比顯著低于生物可降解膜壟，生物可降解膜壟莖葉比顯著低于土壟，土壟莖葉比顯著低于平作。土壟、生物可降解地膜壟和普通地膜壟的紫花苜蓿莖葉比比平作分別降低3.6%，12.4%和9.5%。

2.6 覆蓋材料和溝壟比對(duì)紫花苜蓿分枝數(shù)的影響

同一覆蓋材料，紫花苜蓿分枝數(shù)排列次序?yàn)?0 cm壟寬處理>45 cm壟寬處理>壟寬30 cm處理。在土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟種植中，溝壟比對(duì)分枝數(shù)影響不顯著。與平作相比，RCS30、RCS45、RCS60、RCBF30、RCBF45、RCBF60、RCPF30、RCPF45和RCPF60的分枝數(shù)分別提高1.5%、7.5%、12.3%、15.7%、18.7%、28.6%、19.2%、26.5%和31.5%。就同一覆蓋材料下紫花苜蓿分枝數(shù)平均值而言，普通膜壟和生物可降解膜壟的分枝數(shù)顯著高于土壟和平作，普通膜壟與生物可降解膜壟、土壟與平作之間相差不顯著(表2)。土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的紫花苜蓿分枝數(shù)比平作分別提高7.0%，20.9%和25.7%。壟溝集雨種植技術(shù)能夠在田間形成溝壟相間微地形，壟可以收集降雨，將無(wú)效降雨變?yōu)橛行Ы涤辏瑫r(shí)還可以減小風(fēng)速，降低水分蒸發(fā)，從而增加作物種植區(qū)(溝內(nèi))土壤水分，較高土壤水分有利于紫花苜蓿分枝生長(zhǎng)，從而增加紫花苜蓿分枝數(shù)。

3 討論

土壤水分是限制草地植物和農(nóng)田作物生長(zhǎng)和發(fā)育的重要因素之一[19]。壟溝集雨種植技術(shù)可以通過改變地形，收集無(wú)效降水，達(dá)到提高土壤貯水量的目的。張杰等[20]研究表明，普通地膜和生物降解膜處理2年平均貯水量較平作分別提高10.25%和8.84%，普通地膜與生物降解膜之間相差不顯著。試驗(yàn)結(jié)果表明，在紫花苜蓿生育期，普通膜壟和生物可降解膜壟的土壤貯水量明顯大于土壟，土壟的土壤貯水量明顯大于平作，普通膜壟與生物可降解膜壟之間相差不顯著，與平作相比，土壟生物可降解膜壟和普通膜壟的土壤貯水量分別提高18.7，24.8和32.5 mm。壟溝集雨種植技術(shù)可以使小于5 mm的降水有效化，增加集水區(qū)徑流，使徑流入滲至種植區(qū)，從而提高種植區(qū)土壤含水量，水分的集中分布可降低蒸發(fā)損失、促進(jìn)降水下滲和增加土壤貯水量，同時(shí)覆蓋材料可以減少膜下土壤水分的無(wú)效蒸發(fā)，從而使集雨處理的土壤貯水量高于平作。

較高紫花苜蓿越冬率有利于紫花苜蓿產(chǎn)量的形成，甘肅省黃土高原丘陵半干旱區(qū)春季降水較少，春旱現(xiàn)象嚴(yán)重，春旱現(xiàn)象經(jīng)常造成紫花苜蓿種植后越冬難的問題。生境對(duì)紫花苜蓿越冬率有較大影響，其中溫度和水分是影響紫花苜蓿安全越冬的主要因素[21]，寇江濤等[22]研究表明，膜壟和土壟處理的越冬率均顯著高于平作，與平作相比，膜壟和土壟處理的紫花苜蓿越冬率分別提高8.45%和3.88%。試驗(yàn)結(jié)果表明，越冬率隨壟寬增加而增加，相對(duì)于平作，土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的紫花苜蓿越冬率分別提高8.2%,21.9%和23.3%。壟溝集雨種植模式能夠在紫花苜蓿越冬期貯藏水分，增加土壤含水量，減少紫花苜蓿在越冬期土壤水分損失，具有明顯的蓄墑保墑作用，同時(shí)壟覆蓋材料可以提高壟下土壤溫度，通過土壤導(dǎo)熱性，來(lái)提高種植行間土壤溫度[17,23]，為紫花苜蓿的順利越冬創(chuàng)造良好生境條件，保證紫花苜蓿安全越冬，從而提高越冬率。

充足的土壤水分是植物生長(zhǎng)的重要條件之一。土壤水分缺乏時(shí)，植物生長(zhǎng)就會(huì)受到影響。紫花苜蓿的株高、分枝數(shù)和莖葉比等生長(zhǎng)特性不僅受遺傳因素的影響，而且受水分供應(yīng)的影響[24]。申麗霞等[25]研究表明，可降解地膜和普通地膜處理的玉米株高、葉面積和地上部干物質(zhì)重均顯著高于平作，而可降解地膜處理的各指標(biāo)均略低于普通地膜，但差異不顯著，寇江濤等[22]研究表明，膜壟和土壟處理的分枝數(shù)較CK 分別提高27.56%和21.30%。本研究結(jié)果表明，與平作相比，土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的紫花苜蓿株高分別提高16.8%，30.4%和31.2%；莖葉比分別降低3.6%，12.4%和9.5%；分枝數(shù)分別提高7.0%，20.9%和25.7%。溝壟集雨種植能夠充分接納天然降水，形成徑流輸送至種植區(qū)，增加種植區(qū)土壤水分含量，同時(shí)，壟覆膜材料還能減少土壤蒸發(fā)，在干旱季節(jié)使壟中水分向溝中運(yùn)移，有效保持溝中水分，在空間上和時(shí)間上實(shí)現(xiàn)對(duì)水分的調(diào)控，從而促進(jìn)紫花苜蓿生長(zhǎng)，進(jìn)而增加紫花苜蓿的株高、分枝數(shù)，增加葉量，從而降低莖葉比。

4 結(jié)論

在半干旱地區(qū)利用溝壟集雨種植紫花苜蓿，可以提高種植帶土壤貯水量，生物可降解膜壟和普通膜壟集雨效果高于土壟，在同一覆蓋材料下，土壤貯水量、株高和分枝數(shù)隨壟寬增加而增加，莖葉比隨壟寬增加而減小。與平作相比，土壟、生物可降解膜壟和普通膜壟的紫花苜蓿土壤貯水量分別增加16.7，29.2和34.9 mm；株高分別提高28%，52%和56%；分枝數(shù)分別提高7%，20%和25%；莖葉比分別降低4%，11%和8%。生物可降解地膜和普通地膜具有類似的保水和增產(chǎn)效果，并且在作物收獲后，生物可降解膜壟無(wú)需人工回收殘膜，省時(shí)省力，無(wú)污染，有利于農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，因此生物可降解地膜覆蓋是適合半旱區(qū)紫花苜蓿種植的環(huán)保栽培模式。

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Effects of ridge-furrow rainwater harvesting on soil moisture and alfalfa growth characteristics

SONG Xing-yang1,WANG Qi1,HU Guang-rong1,LI Fu-chun1,WANG He-ling2

(1.CollegeofPrataculturalScience,GansuAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandEcosystem，MinistryofEducation/PrataculturalEngineeringLaboratoryofGansuProvince/Sino-U.S.CentersforGrazinglandEcosystemSustainability,Lanzhou730070,China；2.KeyLaboratoryofAridClimaticChangingandReducingDisasterofGansuProvince/InstituteofAridMeteorology,ChinaMeteorologicalAdministration,Lanzhou730020,China)

In order to provide a theoretical basis for the planting of alfalfa in semiarid areas on Loess Plateau in northwestern China,a field experiment with a randomized complete block design was conducted during alfalfa growing season in 2013,at Dingxi Arid Meteorology and Ecological Environment Experimental Station of the Institute of Arid Meteorology of China Meteorological Administration.The experiment was designed to investigate the effects of different mulching materials (manually compacted soil crust,biodegradable mulch film,and common plastic film) and furrow to ridge ratios (60∶30,60∶45,and 60∶60 [cm∶cm]) on soil moisture and alfalfa growth characteristics.The results showed that the order of soil water storage was ridge covered with common plastic film (RCPF) > ridge covered with biodegradable mulch film(RCBF)>ridge with compacted soil(RCS)>traditional planting(TP).Under the same mulching materials,soil water storage,plant height and branches increased with increasing ridge width,while ratio of steam to leaf increased with decreasing ridge width.Compared with TP,the soil water storage increased by 16.7,29.2 and 34.9 mm,plant height increased by 28%,52% and 56%,branch numbers increased by 7%,20% and 25%,while ratio of steam to leaf decreased by 4%,11% and 8% respectively for RCS,RCBF and RCPF.RCS,RCBF and RCPF could improve soil water content and soil water storage,increase the survival rate and improve growth of alfalfa.Taking all factors into consideration,the biodegradable mulch film could be used in alfalfa production in semiarid areas.

alfalfa；mulching materials；ridge-to-furrow ration；soil water storage；growth characteristics

2016-03-14；

2016-04-12

國(guó)家自然基金 (41461062)，(41161090)資助

宋興陽(yáng)(1991-)，男，甘肅臨澤人，碩士研究生。 E-mail：sxyy_2011@163.com 王琦為通訊作者。

S 541；S152.7

A

1009-5500(2017)03-0060-08