新疆阿勒泰地區淺埋式滴灌苜蓿灌溉制度試驗

洪 明， 馬英杰， 趙經華， 馬 亮， 保拉提， 馬鐵成

(1. 新疆農業大學水利與土木工程學院， 新疆 烏魯木齊 830052； 2. 阿勒泰地區水利局， 新疆 阿勒泰 836500；3. 新疆農牧區水利規劃總站， 新疆 烏魯木齊830000)

牧業是阿勒泰地區的支柱產業，截至2014年底，阿勒泰地區牧業總產值占農林牧漁業總產值的42.7%；苜蓿占地區農業總種植面積的15%[1-2]，是當地第三大種植業。由于農業和社會經濟不斷發展，該地區畜牧業發展與水資源緊缺之間的矛盾日益突顯。傳統的苜蓿種植通常采用地面灌，易造成水肥淋洗，苜蓿產量及水肥利用效率低。相關研究表明，地下滴灌苜蓿干草產量顯著高于常規溝灌，滴灌帶埋深宜為30～35 cm[3-5]。由于阿勒泰地區苜蓿主要種植區域土層薄，且表層土中礫石較多，若滴灌帶埋設深度采用30～35 cm，鋪管機械阻力很大，埋設困難，同時容易造成灌溉水的深層滲漏。淺埋式滴灌因其埋設深度較淺，較好地解決了地下滴灌出苗率低、容易產生深層滲漏等問題，同時降低了系統投資成本[6]。近年來，阿勒泰地區逐漸將淺埋式滴灌技術應用于苜蓿栽培，但有關淺埋式滴灌苜蓿適宜灌溉制度的研究鮮有報道，在系統調查當地苜蓿淺埋式滴灌技術應用現狀基礎上，開展了淺埋式滴灌苜蓿灌溉制度試驗，以期為苜蓿淺埋式滴灌技術在該地區推廣應用提供一定的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗于 2015 年 4—10月在阿勒泰地區灌溉試驗站內進行,該區地理位置: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，年均蒸發量1 830 mm，多年平均風速2.7 m·s-1。試驗區表層土壤薄，組成物質以砂土和砂壤土為主，站內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8.78 mm·d-1，站內土壤有機質和全氮含量分別為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。灌溉水來自試驗站東南方向1 km的“海子”，雜質少，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，是阿勒泰地區主栽苜蓿品種之一。

1.3 試驗方法

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試驗設置 采用定周期變定額的灌溉試驗，共設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3個重復，試驗小區隨機布置，試驗方案設置如表1所示。

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

1.3.3試驗方法 供試紫花苜蓿于2015年5月18日，采用專用播種機一次性完成播種和滴灌帶鋪設，待出苗整齊后開始灌溉處理，8月19日進行第一茬收割和產量測定工作。各處理的苜蓿均采用統一的施肥管理，其他管理與大田苜蓿相同。

1.4 參數測定及方法

灌溉量：每個試驗小區支管入口安裝1塊旋翼式水表，用于計量灌水量。

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小區隨機選定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。

苜蓿產量：每茬收割面積為5 m2，收割后立即稱鮮草重，風干后稱干草重。

灌溉水利用系數=各處理的干草重/灌溉量。

1.5 數據分析

試驗數據處理及作圖用Excel 2013，用DPS 9.5進行統計性分析及顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 不同灌水處理苜蓿根區土壤水分分布

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土壤水分動態，各處理灌水前后苜蓿根區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；結合試驗區的土壤情況，同時考慮苜蓿根系深度，采用傳統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生顯著性影響。分析認為，該時期試驗地的苜蓿處于分枝現蕾期，營養與生殖生長并進，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量及灌溉水利用效率

由表3可知，在試驗設計的灌溉水平內，滴灌各處理苜蓿干草產量隨灌水定額的增大而增加，其中，T5的干草產量最高(表3)，達到(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干草產量低于CK的，其中，T1與CK差異達到了顯著水平。滴灌各處理的灌溉水利用系數(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，但整體呈現出先增大后減小的趨勢，干草產量隨灌水定額的增大而增加，當灌水定額達到45 mm(T4)時，WUE達到最大值(0.94±0.00)kg·m-3，之后隨灌水定額的增大干草產量繼續增加，WUE卻呈下降趨勢。

表3 各灌水處理苜蓿干草產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 討論與結論

試驗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無規律變化，與曹俊[7]的研究結論不一致，分析原因可能是由于土壤空間變異所致。試驗結果表明滴灌各處理苜蓿根區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)處理干草產量最高。滴灌各處理苜蓿的灌溉水利用系數(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先增大后減小的趨勢，在灌水定額為45 mm(T4)時達到最大值(0.94±0.00)kg·m-3。干草產量、WUE與灌水定額之間的變化關系較好地反映了灌溉水量的“報酬遞減”規律，當灌溉量達到某一臨界值后，干草產量會隨著灌溉量的增大而繼續增加，但WUE反而會下降，結果與廉喜旺、王田濤等[8-10]研究結論基本一致。

綜合產量與灌溉水利用效率兩個指標，同時考慮土壤質地的剖面分布及苜蓿根系層深度，試驗區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。