寧夏干旱風沙草原區(qū)紫花苜蓿地下滴灌水肥耦合試驗研究

周 乾，徐利崗，杜建民，劉燕茹

(1.寧夏水利科學研究院，銀川 750021；2.寧夏農(nóng)林科學院，銀川 750002；3.寧夏回族自治區(qū)農(nóng)業(yè)綜合開發(fā)辦公室，銀川 750002)

水資源短缺與節(jié)水將是我國不得不面對的永恒的主題。它不僅關系到國家糧食安全、生態(tài)安全,而且關乎國家安全。農(nóng)業(yè)節(jié)水將是緩解我國水資源供需矛盾的主要途徑[1]。水肥一體化技術是通過利用管道灌溉系統(tǒng)，將肥料溶解在水中，同時進行灌溉與施肥，適時、適量地滿足農(nóng)作物對水分和養(yǎng)分需求，實現(xiàn)水肥同步管理和水肥高效利用的農(nóng)業(yè)技術[2]。近年大面積示范表明，與傳統(tǒng)方式相比，水肥一體化技術可減少肥料揮發(fā)、固定以及淋洗的損失，肥料利用率可提高30%～50%，水分利用率可提高40%～60%[3]。因此摸清水肥一體化條件下苜蓿滴灌灌溉制度、水肥協(xié)同效應等問題對提高苜蓿地下滴灌水肥協(xié)同效率及產(chǎn)量顯得尤為重要。寧夏地處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，氣候干旱少雨，水資源極為匱乏，針對寧夏農(nóng)業(yè)用水日趨緊張的現(xiàn)狀，為了使水資源得到高效利用，大力推廣滴灌技術是很有必要的[4]。在寧夏干旱風沙草原區(qū)，滴灌是最為重要的高效節(jié)水灌溉方式之一，地下滴灌灌溉方式比地面滴灌更加節(jié)水，得出科學合理的苜蓿地下滴灌灌溉制度是推廣苜蓿地下滴灌灌溉技術的關鍵。

本文針對寧夏干旱風沙草原區(qū)水資源短缺及優(yōu)化配置不合理的問題，采用地下滴灌灌溉技術，通過田間試驗，研究了水肥一體化下苜蓿地下滴灌灌溉與施肥交互作用機理，探明了水肥協(xié)同效應與紫花苜蓿生長之間的關系，提出了適宜寧夏干旱風沙草原區(qū)苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度，對提高紫花苜蓿產(chǎn)量，促進寧夏干旱風沙草原區(qū)草畜產(chǎn)業(yè)發(fā)展，緩解寧夏水資源短缺，提高有限水資源利用效率和效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗點位于寧夏回族自治區(qū)吳忠市鹽池縣青山鄉(xiāng)旺四灘村。鹽池縣位于寧夏回族自治區(qū)中南部，隸屬吳忠市管轄，地處陜、甘、寧、蒙四省(區(qū))交界地帶，在北緯37°04′～38°10′，東經(jīng)106°30′～107°47′之間；屬典型的溫帶大陸性季風氣候，年日照時數(shù)為2 867.9 h；年平均氣溫8.5 ℃，≥10 ℃積溫2 944.9 ℃，無霜期128 d；降雨量290 mm左右，且年際變化大，多集中在7-9月，年蒸發(fā)量2 179.8 mm。

試驗區(qū)土壤類型屬砂壤土，具體土壤理化性質(zhì)見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用灌水量和施肥量兩因素多水平隨機區(qū)組設計，共12組處理，供試苜蓿品種為甘農(nóng)3號，灌溉方式為地下滴灌，滴灌帶埋設深度為20 cm，滴灌帶鋪設間距60 cm，滴頭流量2 L/h，滴頭間距30 cm。目標產(chǎn)量15 000 kg/hm2，所有試驗處理均灌水12次、施肥4次，具體見表2和表3。試驗采用地下滴灌進行追肥，水溶性單質(zhì)肥分別為：氮肥采用尿素、磷肥采用磷酸一銨、鉀肥采用硫酸鉀。

表1 試驗區(qū)土壤理化性質(zhì)

表2 基于水肥協(xié)同效應地下滴灌苜蓿水肥一體化技術研究試驗處理表

表3 基于水肥協(xié)同效應地下滴灌苜蓿水肥一體化技術研究試驗方案表

續(xù)表3 基于水肥協(xié)同效應地下滴灌苜蓿水肥一體化技術研究試驗方案表

1.3 監(jiān)測指標與方法

(1)氣象參數(shù)：小型自動氣象站，全年逐日溫度、降雨量、太陽輻射、風速，數(shù)據(jù)步長為60 min。

(2)生育期：記錄各生育階段時間節(jié)點。

(3)土壤含水量：采用PR2土壤剖面水分監(jiān)測儀。生育期內(nèi)每10 d測定1次，灌水及有效降水(5 mm以上)后加測。監(jiān)測0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm土層土壤含水量。

(4)生態(tài)指標：用鋼卷尺每隔10 d測定1次株高，苜蓿每茬次收割時測量1次，每個處理選定10株樣株進行測量，取平均值。

(5)產(chǎn)量指標：鮮草重、干草重、干鮮比，每茬次分別測產(chǎn)。苜蓿開花達到5%左右時測定，每茬收割面積1 m2，收割后稱鮮草重,后105 ℃殺青1 h，后置于75 ℃恒溫下烘48 h，冷卻后稱干草重。

2 結果與分析

2.1 不同水肥組合對地下滴灌苜蓿株高的影響

2018年4月18日進行第一次株高測量，第一茬測量6次，第二茬測量4次，第三茬測量4次，每個處理選定長勢具有代表性的十株植株作為固定測量對象，剔除最大值、最小值求得平均值。根據(jù)不同生育期地下滴灌苜蓿的株高繪制圖1、圖2和圖3。

從圖1至圖3可以看出，地下滴灌苜蓿每茬次株高均表現(xiàn)為D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12。

圖1 不同處理對地下滴灌第一茬苜蓿株高的影響

圖2 不同處理對地下滴灌第二茬苜蓿株高的影響

圖3 不同處理對地下滴灌第三茬苜蓿株高的影響

2.2 不同水肥組合對地下滴灌苜蓿耗水量和耗水強度的影響

本次試驗在田間條件下采用水量平衡法對苜蓿耗水量和耗水過程進行分析。因為苜蓿需水的生育期內(nèi)變化，主要是其自身的生理特性與當?shù)貧庀髼l件及土壤條件影響的結果，因而這種計算能夠基本反映該區(qū)苜蓿耗水的實際變化趨勢，且切合生產(chǎn)實際，從而便于調(diào)整灌水定額和灌溉制度。根據(jù)水分收支情況，試驗區(qū)水量平衡可用下式：

ED=(W0-WE)+M+P+K-D-R

(1)

式中：ED為耗水量，mm；W0、WE分別為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量，mm；M為某階段內(nèi)的灌水量，mm；P為某階段內(nèi)的降雨量，mm；K為某階段內(nèi)地下水補給量，mm；D為深層滲漏量，mm；R為徑流量，mm。

由于試驗區(qū)地下水位埋藏較深，可不計地下水補給，生育期內(nèi)降雨量較少，且強度低，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略，在不考慮深層滲漏量的情況下，水量平衡方程可簡化為：

ED=(W0-WE)+M+P

(2)

采用上式計算生育期內(nèi)各階段各處理實際耗水量及耗水強度，土壤含水量變化考慮100 cm深土層的含水量變化。計算2018年苜蓿各茬次耗水量及耗水強度，見表4。

表4 2018年苜蓿各茬次耗水量及耗水強度計算表

繪制2018年不同處理苜蓿全生育期耗水量圖，見圖4。各處理苜蓿全生育期耗水量大小依次為：D6>D5>D4>D7>D11>D9>D12>D10>D8>D3>D2>D1。各處理苜蓿在現(xiàn)蕾期和分枝期耗水量顯著大于其他生育階段耗水量，說明該時段是苜蓿需水關鍵期。2018年各品種苜蓿第二茬平均耗水強度>第三茬平均耗水強度>第一茬平均耗水強度。

圖4 2018年不同處理苜蓿全生育期耗水量圖

2.3 不同水肥組合對地下滴灌苜蓿產(chǎn)量和水分利用效率的影響

根據(jù)不同處理苜蓿產(chǎn)量，計算出作物水分利用效率，分別繪制圖5和圖6。由圖5可知，不同處理苜蓿干草重表現(xiàn)為：D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12，產(chǎn)量最高的處理是處理D11(灌溉定額為3 150 m3/hm2，施肥量為N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2)，苜蓿產(chǎn)量達到16 590 kg/hm2，其次是處理D10、D6和D5，分別為16 350、16 200和16 005 kg/hm2；由圖6可知，不同處理苜蓿水分利用效率表現(xiàn)為：D3>D10>D11>D1>D9>D4>D2>D5>D8>D6>D7>D12，其中處理D3、D10、D11苜蓿水分利用效率分別為2.03、2.02、2.01 kg/m3，沒有顯著差異。處理D12苜蓿水分利用效率最低僅為1.51 kg/m3。

圖5 2018年不同處理苜蓿干草重

圖6 2018年不同處理苜蓿水分利用效率

綜上分析，各水肥處理下苜蓿水分利用效率和產(chǎn)量都較高的是處理D11(灌溉定額為3 150 m3/hm2，施肥量為N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2)，苜蓿水分利用效率達到2.01 kg/m3，對應的產(chǎn)量為16 590 kg/hm2。最適宜的苜蓿地下滴灌水肥灌溉制度為，灌溉定額3 150 m3/hm2，施肥量N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2，具體水肥方案為D11處理。

3 結 論

(1)地下滴灌苜蓿每茬次株高均表現(xiàn)為D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12；各處理苜蓿全生育期耗水量大小依次為：D6>D5>D4>D7>D11>D9>D12>D10>D8>D3>D2>D1。各處理苜蓿在現(xiàn)蕾期和分枝期耗水量顯著大于其他生育階段耗水量。2018年各品種苜蓿第二茬平均耗水強度>第三茬平均耗水強度>第一茬平均耗水強度。

(2)不同處理苜蓿干草重表現(xiàn)為：D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12，產(chǎn)量最高的處理是處理D11，苜蓿產(chǎn)量達到1 107 kg/hm2；不同處理苜蓿水分利用效率表現(xiàn)為：D3>D10>D11>D1>D9>D4>D2>D5>D8>D6>D7>D12，其中處理D3、D10、D11苜蓿水分利用效率沒有顯著差異。

(3)綜合分析紫花苜蓿生長、水分、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率等指標，得出了寧夏干旱風沙草原區(qū)苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度為，灌溉定額3 150 m3/hm2，施肥量N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2，具體水肥耦合灌溉制度見表5。

表5 寧夏干旱風沙草原區(qū)苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度表