關中平原土壤水分高效利用苜蓿品種篩選研究

張康柱 李志騫 白杜娟

摘要：為了給關中平原篩選產草量高、水分利用效率高的優良苜蓿品種，以關中平原的主栽苜蓿品種關中苜蓿為對照，監測巨能601、巨能耐濕、雷霆、丹農VNS、北極熊等9個苜蓿品種不同刈割期的產草量以及0～200 cm土層土壤水分含量、土壤水分利用效率。結果表明，在降水量豐富的年份且可灌溉的關中平原，不同苜蓿品種從返青至最后一次刈割期前的田間耗水量基本一致且無顯著性差異，其中巨能601的產草量及土壤水分利用效率顯著高于其他品種，而關中苜蓿的產草量及土壤水分利用效率顯著低于其他品種。關中平原應以產草量高、水分利用效率高的巨能601作為主要推廣品種，淘汰產草量低、水分利用效率低的關中苜蓿。

關鍵詞：苜蓿;品種;產草量;土壤水分;土壤水分利用效率

中圖分類號： S551+.703.7 ?文獻標志碼： A ?文章編號：1002-1302（2020）03-0184-06

苜蓿（Medicago sativa L.）適應性廣，抗旱性強，產草量高，不僅是世界上種植面積最大的多年生優質豆科牧草[1-3]，而且是關中平原栽培的一類高蛋白、高纖維的優質蔬菜。近年來，隨著糧食作物經濟效益的不斷降低及“糧-經-飼”三元種植結構的調整，苜蓿已經成為傳統糧食產區農業種植結構轉型中的一個重要產業[4]。水分利用效率是農業生產中的一個重要指標，是農業生產研究中的重要理論問題之一。苜蓿生長發育期需水較多且土壤水分利用效率較低[5]，有關苜?？购敌訹6-7]、不同灌溉方式對苜蓿生長發育的影響[8-12]及不同栽培措施提高苜蓿土壤水分利用效率[13-14]的報道較多。農業生產的眾多因素中，品種的貢獻率往往超過30%[15]，但有關不同苜蓿品種對土壤水分利用的影響報道[16-17]較少。關中平原又稱渭河平原，是黃河流域傳統的糧棉生產基地，隨著農村產業結構的調整及當地民眾對苜蓿的采食，苜蓿種植面積不斷增加[18]，但種植的品種大多數為關中苜蓿，產草量較低且土壤水分利用效率低，關中平原急需產草量高且土壤水分利用效率較高的優良苜蓿品種。為了鑒別陜西省近年來引進、選育的優良苜蓿優良品種的產草量及土壤水分利用效率，為關中平原苜蓿推廣提供依據，于2015—2017年開展了土壤水分高效利用苜蓿品種篩選研究。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地位于關中平原中部的涇陽縣，陜西省畜牧產業試驗示范中心，位于108°56′38″E，34°34′28″N，海拔435 m。試驗地年均氣溫為13 ℃，最低氣溫為 -20.8 ℃，最高氣溫為41.4 ℃;年均降水量為 548.7 mm;年日照時數為2 195.2 h，無霜期為213 d，為暖溫帶大陸性季風氣候。試驗地地處涇河下游，排灌方便，土壤為塿土，質地為粉沙黏壤質，耕層土壤容重為1.28 g/cm3，土壤孔隙度為51%，田間持水量為22%，凋萎系數為8.6%，土壤有機質含量為1.1%，全氮含量為0.914 g/kg，全磷含量為 1.77 g/kg，全鉀含量為21.03 g/kg，堿解氮含量為63.21 mg/kg，速效磷含量為2.78 mg/kg，速效鉀含量為201.34 mg/kg，pH值為7.98。20～200 cm 土層土壤比較均一，平均土壤容重為 1.30 g/cm3。

1.2 供試材料

供試材料為陜西省近年來從國內外引進、選育的優良苜蓿品種，分別為維多利亞、SR4030、MF4020、前景、雷霆、北極熊、巨能601、巨能耐濕、丹農VNS及當地的關中苜蓿共10個品種。不同品種均于2015年10月8日播種，行距為30 cm，播種深度為2.0 cm，播種量均為15.0 kg/hm2。不同小區之間間隔1.2 m，邊緣修高為30 cm、底寬為30 cm的田埂，防止灌溉水串灌及相互滲透。

1.3 試驗設計

2015年至2016年為預試驗階段，2017年為試驗監測階段。

試驗以關中苜蓿為對照，監測維多利亞、SR4030、MF4020、前景、雷霆、北極熊、巨能601、巨能耐濕、丹農VNS在關中平原灌區的產草量及其土壤水分利用效率。

試驗采用完全隨機設計，10個處理，3次重復，共30個小區，小區面積為8 m×12 m=96 m2。

1.4 測定項目

1.4.1 降水量及灌水量 試驗地設有自動雨量監測儀，測定2017年試驗監測期間的降水量。試驗監測期間記錄每次的灌水日期及灌水量（灌水量通過水表計數）。

1.4.2 苜蓿生長狀況 2017年監測苜蓿返青期、分枝期、現蕾期及初花期，并測定不同品種現蕾期及初花期的株高。

1.4.3 苜蓿產草量 不同苜蓿品種的產草量以其地上部的生物量來表示。2017年苜蓿生長發育期，當苜蓿株高達到60 cm以上時進行刈割并記錄刈割日期及測定苜蓿株高，刈割時每個小區隨機選擇3個樣點，每個樣點1 m2，留茬高度為3 cm左右，刈割后及時稱取鮮草質量并取其平均值作為該小區的鮮草質量。鮮草稱樣后稱取部分鮮草，在105 ℃下殺青30 min，然后在80 ℃烘干至恒質量，測其干草質量并計算生物量，作為產草量。

1.4.4 土壤水分 于2017年苜蓿返青灌溉前及每次刈割前，以10 cm土層為一層，分層采取0～200 cm土層土壤，用烘干法測定土壤含水率，根據土壤容重、土層厚度換算成土壤水層厚度[19-20]。

1.5 農事管理

供試苜蓿均于2015年10月8日播種，行距均為30 cm，播種深度均為2.0 cm，播種量均為 15.0 kg/hm2。2016年苜蓿返青時進行春灌并隨水追施45%青海云天復合肥120 kg/hm2，2016年當苜蓿高度達到60 cm以上時進行刈割，每次刈割后并隨灌溉水追施尿素120 kg/hm2。2016年分別在5月30日、7月20日及9月30日進行刈割。

2017年3月3日每個小區澆返青水80 mm，并隨水追施45%青海云天復合肥120 kg/hm2。2017年當苜蓿株高達到60 cm后進行刈割，每次刈割后根據降水狀況進行灌水，并在降水后或隨灌水追施尿素125 kg/hm2。

2015年至2017年苜蓿生長期間及時防治病蟲害并及時去除田間雜草。

1.6 數據分析方法

試驗數據采用Excel 2007制作圖表，采用SPSS 19.0軟件進行單因素方差分析;若不同品種間差異顯著，則采用Duncans多重比較進行檢驗。

2 結果與分析

2.1 試驗期間的降水量和灌水量

2017年返青時灌水80 mm，返青至第1次刈割（5月20日）78 d降水201.3 mm;第1次刈割至第2次刈割（6月27日）38 d降水217.5 mm，灌水 80 mm;第2次刈割至第3次刈割（8月20日）54 d降水247.7 mm，灌水80 mm;第3次刈割至第4次刈割（10月15日）56 d降水807.0 mm，未進行灌溉。2017年苜蓿返青至第4次刈割共降水 1 473.5 mm，灌水240 mm，其中第3次刈割（8月20日）至第4次刈割（10月15日）的降水量遠高于常年的降水量（548.7 mm），2017年為多年少見的多雨年（圖1）。

2.2 不同苜蓿品種生長狀況

不同苜蓿品種均于2017年3月3日開始返青。不同品種的分枝期和現蕾期差異較大，初花期較相近，其中關中苜蓿的分枝期、現蕾期及初花期最早，巨能耐濕的最晚，不同品種均可在關中平原正常生長發育。現蕾期、初花期時，前景、MF4020的株高較高，雷霆、丹農VNS的株高較低（表1）。

2017年5月20日、6月27日、8月20日及10月15日對不同苜蓿品種進行刈割，從第1次刈割至最后一次刈割，不同品種的產草量均逐漸降低，但不同品種的株高變化不大（表2）。

無論是第1次刈割還是第4次刈割，不同品種的株高均表現為前景和MF4020較高，雷霆、丹農VNS及巨能601較低。第1次刈割巨能601和雷霆的產草量較高，而前景、維多利亞及北極熊的較低。第2次刈割巨能601和前景的產草量較高，而關中苜蓿和北極熊的較低。第3次刈割巨能601、MF4020和丹農VNS的產草量較高，而北極熊、維多利亞的較低。第4次刈割丹農VNS和前景的產草量較高，而關中苜蓿、巨能601和雷霆的較低。

整個生長季不同品種的產草量表現為巨能601較高，然后為丹農VNS，而關中苜蓿和北極熊的較低（表2）。

2.3 不同苜蓿品種0～200 cm土層土壤水分含量狀況

返青時不同品種的土壤水分含量均值均在 325.40 mm 左右且無顯著性差異。第1次刈割前前景、SR4030和維多利亞 0～200 cm 土層土壤水分含量顯著高于巨能601，其他品種之間無顯著性差異。第2次刈割前維多利亞的土壤水分含量較高，巨能601的較低，但不同品種之間無顯著性差異。第3次刈割前維多利亞的土壤水分含量顯著高于巨能601，其他品種之間無顯著性差異。第4次刈割前關中苜蓿的土壤水分含量較高，丹農VNS的較低，但不同品種之間無顯著性差異（表3）。

2.4 不同苜蓿品種的田間耗水量及水分利用效率

返青至第1次刈割前巨能601的田間耗水量顯著高于前景，其他品種之間無顯著性差異;返青至第1次刈割前不同品種的土壤水分利用效率差異較大，其中巨能601的最高，其次是雷霆和巨能耐濕，而前景和維多利亞的較低，不同品種之間存在顯著性差異。第1次刈割至第2次刈割前前景的田間耗水量較高，巨能601的田間耗水量較低，不同品種之間無顯著性差異。第1次刈割至第2次刈割前巨能601、前景和SR4030的土壤水分利用效率較高，關中苜蓿、北極熊和雷霆的較低，不同品種之間存在顯著性差異。第2次刈割至第3次刈割前巨能601和SR4030的田間耗水量較高，維多利亞和北極熊的較低，不同品種之間無顯著性差異;第2次刈割至第3次刈割前巨能601和MF4020的土壤水分利用效率較高，北極熊和維多利亞的較低，不同品種之間存在顯著性差異。第3次刈割至第4次刈割前維多利亞和北極熊的田間耗水量較高，巨能601和MF4020的田間耗水量較低，不同品種之間無顯著性差異;第3次刈割至第4次刈割前丹農VNS和前景的土壤水分利用效率較高，關中苜蓿和北極熊的較低，不同品種之間存在顯著性差異。整個生長發育期不同品種的田間土壤耗水量在1 526.80 mm左右，不同品種之間無顯著性差異;整個生長發育期巨能601的土壤水分利用效率最高，其次為丹農VNS、雷霆和巨能耐濕，而關中苜蓿和北極熊的土壤水分利用效率最低，不同品種之間存在顯著性差異（表4）。

3 討論

水分是影響苜蓿生長發育的主要因素之一，尤其在苜蓿生長前期，輕度干旱也會限制苜蓿生長，降低苜蓿產草量[21-22]，但當土壤水分過多則會引起土壤通氣不良，產生澇漬化，降低苜蓿土壤水分利用效率[23]。在干旱半干旱地區，苜蓿產草量及生長年限主要受土壤水分限制，苜蓿對土壤水分，特別是對深層土壤水分的強烈消耗是導致苜蓿生產力隨生長年限延長而降低的重要原因[1，18，24-31]。苜蓿年田間耗水量為500～800 mm，高產苜蓿的年田間耗水量為750～800 mm[14]，適度的土壤水分可促進苜蓿生長[32-33]。試驗地在返青期、第1次刈割后和第2次刈割后共灌水240 mm，返青至第3次刈割前共降水666.5 mm，返青至第3次刈割前試驗地土壤水分含量較高，苜蓿生長應不受土壤水分的影響[9，13，34]，不同品種的生長應主要與品種生長特性密切相關[5，16-17]。返青至第3次刈割前巨能601的產草量及土壤水分利用效率均高于其他品種，僅在第4次刈割時的產草量及第3次刈割至第4次刈割前的土壤水分利用效率低于前景及丹農VNS，這主要是第3次至第4次刈割56 d降水807.0 mm，遠高于苜蓿最適宜生長的供水量，說明巨能601較前景及丹農VNS的耐濕性、耐澇性差。由于第4次刈割所獲取的產草量在整個生長期所占的比例較小，整個生長期巨能601的產草量及土壤水分利用效率仍表現為最高，其次為丹農VNS。

4 結論

在降水量豐富的年份且可灌溉的關中平原，不同苜蓿品種從返青至最后一次刈割前的田間耗水量基本一致且無顯著性差異，其中巨能601的產草量及土壤水分利用效率顯著高于其他品種，關中苜蓿則顯著低于其他品種。關中平原應以產草量高及水分利用效率高的巨能601作為主要推廣品種，淘汰產草量低、水分利用效率低的關中苜蓿。

參考文獻：

[1]金風霞，麻冬梅，劉昊焱，等. 不同種植年限苜蓿地土壤環境效應的研究[J]. 干旱地區農業研究，2014，32（2）：73-77.

[2]劉玉華，賈志寬，史紀安，等. 旱作條件下不同苜蓿品種光合作用的日變化[J]. 生態學報，2006，26（5）：1468-1477.

[3]張 曦，王振南，陸姣云，等. 紫花苜蓿葉性狀對干旱的階段性響應[J]. 生態學報，2016，36（9）：2669-2676.

[4]楊 菁，謝應忠，吳旭東，等. 不同種植年限人工苜蓿草地植物和土壤化學計量特征[J]. 草業學報，2014，23（2）：340-345.

[5]伏兵哲，高雪芹，高永發，等. 21個苜蓿品種主要農藝性狀關聯分析與綜合評價[J]. 草業學報，2015，24（11）：174-182.

[6]周玲艷，劉勝洪，秦華明，等. 5個苜蓿品種葉片表面蠟質覆蓋與抗旱性的關系[J]. 草業科學，2013，30（4）：596-601.

[7]姜 華，畢玉芬，陳連仙，等. 旱作條件下紫花苜蓿生理特性的研究[J]. 草地學報，2012，20（6）：1077-1080.

[8]張愛寧，王玉祥，隋曉青，等. 不同灌溉方式對苜蓿形態及生理的影響[J]. 中國農學通報，2014，30（18）：161-165.

[9]郭學良，李衛軍. 不同灌溉方式對紫花苜蓿產量及灌溉水利用效率的影響[J]. 草地學報，2014，22（5）：1086-1090.

[10]王宏洋，李陳建，陳述明，等. 不同灌水量對苜?；ú啃誀?、結莢率和種子產量的影響[J]. 中國草地學報，2015，37（5）：52-56.

[11]Li X L，Su D R，Yuan Q H. Ridge-furrow planting of alfalfa （Medicago sativa L.） for improved rainwater harvest in rainfed semiarid areas in Northwest China[J]. Soil and Tillage Research，2007，93（1）：117-125.

[12]Jia Y，Li F M，Wang X L. Soil water and alfalfa yields as affected by alternating ridges and furrows in rainfall harvest in a semiarid environment[J]. Field Crops Research，2006，97（2/3）：167-175.

[13]霍海麗，王 琦，張恩和，等. 不同集雨種植方式對干旱區紫花苜蓿種植的影響[J]. 應用生態學報，2013，24（10）：2770-2778.

[14]李新樂，侯向陽，穆懷彬. 不同降水年型灌溉模式對苜蓿草產量及土壤水分動態的影響[J]. 中國草地學報，2013，35（5）：46-51.

[15]楊青川，康俊梅，張鐵軍，等. 苜蓿種質資源的分布、育種與利用[J]. 科學通報，2016，61（2）：261-270.

[16]萬素梅，胡建宏，胡守林，等. 不同紫花苜蓿品種水分利用效率研究[J]. 西北農業學報，2004，13（2）：133-137.

[17]霍海麗，王 琦，師尚禮，等. 灌溉和施磷對紫花苜蓿分枝數、干草產量及水分利用效率的影響[J]. 土壤通報，2013，44（4）：905-911.

[18]韓 博，張 攀，王衛棟，等. 關中地區紫花苜蓿生產性能和利用年限的研究[J]. 西北農林科技大學學報（自然科學版），2012，40（2）：51-56.

[19]杜社妮，白崗栓，趙世偉，等. 沃特和PAM施用方式對土壤水分及玉米生長的影響[J]. 農業工程學報，2008，24（11）：30-35.

[20]杜社妮，白崗栓，趙世偉，等. 沃特和PAM保水劑對土壤水分及馬鈴薯生長的影響研究[J]. 農業工程學報，2007，23（8）：72-79.

[21]Guitjens J C. Alfalfa irrigation during drought[J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering，1993，119（6）：1090-1098.

[22]Brown P W，Tanner C B. Alfalfa stem and leaf growth during water stress[J]. Agronomy，1983，75（5）：799-805.

[23]Halim R A，Buxton D R，Hattendorf M J，et al. Water-deficit effects on alfalfa at various growth stages[J]. Agronomy Journal，1989，81（5）：765-770.

[24]李玉山. 苜蓿生產力動態及其水分生態環境效應[J]. 土壤學報，2002，39（3）：404-411.

[25]萬素梅，賈志寬，韓清芳，等. 黃土高原半濕潤區苜蓿草地土壤干層形成及水分恢復[J]. 生態學報，2008，28（3）：1045-1051.

[26]萬素梅，胡守林，賈志寬，等. 黃土高原地區苜蓿生產力動態及其土壤水分消耗規律[J]. 農業工程學報，2007，23（12）：30-34.

[27]李 軍，陳 兵，李小芳，等. 黃土高原不同干旱類型區苜蓿草地深層土壤干燥化效應[J]. 生態學報，2007，27（1）：75-89.

[28]謝軍紅，柴 強，張仁陟，等. 黃土高原區多年生苜蓿地土壤干層恢復的適宜后茬篩選[J]. 水土保持學報，2014，28（5）：51-57.

[29]羅珠珠，李玲玲，牛伊寧，等. 隴中黃土高原半干旱區苜蓿地土壤干燥化特征及適宜種植年限[J]. 應用生態學報，2015，26（10）：3059-3065.

[30]程積民，萬惠娥，王 靜. 黃土丘陵區紫花苜蓿生長與土壤水分變化[J]. 應用生態學報，2005，16（3）：435-438.

[31]黃明斌，楊新民，李玉山. 黃土高原生物利用型土壤干層的水文生態效應研究[J]. 中國生態農業學報，2003，11（3）：114-116.

[32]張春霞，郝明德，魏孝榮，等. 黃土高原溝壑區苜蓿地土壤水分剖面特征研究[J]. 植物營養與肥料學報，2004，10（6）：604-607.

[33]黨志強，趙桂琴，龍瑞軍. 河西地區紫花苜蓿的耗水量與耗水規律初探[J]. 干旱地區農業研究，2004，22（3）：67-71.

[34]陶 雪，蘇德榮，喬 陽，等. 西北旱區灌溉方式對苜蓿產量及品質的影響[J]. 草業科學，2015，32（10）：1641-1647.