寧夏干旱風沙草原區紫花苜蓿固定噴灌水肥耦合試驗

周乾 徐利崗 湯英 劉燕茹

摘要 [目的]研究寧夏干旱風沙草原區紫花苜蓿固定噴灌水肥協同效應和水肥管理制度。[方法]以苜蓿為試驗材料，通過大田試驗對不同水肥組合下固定噴灌紫花苜蓿株高、土壤水分、產量及水分生產效率等指標進行綜合分析。[結果]苜蓿株高隨灌水量的增加而增加，現蕾期和分枝期耗水量顯著大于其他生育階段;處理T4和T10苜蓿產量和水分利用效率均較高，且均無顯著差異（P>0.05）。[結論]寧夏干旱風沙草原區苜蓿固定噴灌水肥耦合灌溉制度為灌溉定額3 600 m3/hm2，灌水次數為9次;施肥量為N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。

關鍵詞 干旱風沙草原區;紫花苜蓿;固定噴灌;灌溉制度;水肥耦合

中圖分類號 S275.5 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2021）17-0195-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.17.051

Key words [Objective] To study the synergistic effects and management system of water and fertilizer of alfalfa with fixed spray irrigation in arid sand savanes of Ningxia. [Method]Taking alfalfa as test materials， the plant height， soil moisture content， yield， water production efficiency and other indices of alfalfa with fixed spray irrigation under different water and fertilizer combinations were analyzed through field experiment.[Result]The plant height of alfalfa increased with the increase of water irrigation amount. Water consumption in budding stage and branching stage was significantly higher than that in other growth stages. Treatment T10 and T4 had higher yield and water use efficiency， and there was no significant difference between the two treatments.[Conclusion] The water-fertilizer coupling irrigation system of alfalfa with fixed spray irrigation in arid sand savanes of Ningxia was as follows： the irrigation quota was 3 600 m3/hm2， irrigation times was 9 times; the fertilization amount of N， P2O5 and K2O were 75， 105 and 90 kg/hm2 respectively.

Key words Arid sand savanes;Alfalfa;Fixed spray irrigation;Irrigation system;Coupling of water and fertilizer

我國是一個干旱缺水極為嚴重的國家，淡水資源總量雖然有2.8萬億m3，占世界水資源總量的6%，居世界第4位，但人均水資源占有量僅為世界平均水平的25%左右，是全球人均水資源最貧乏的國家之一[1]。我國水資源分布極不均勻，寧夏是我國水資源嚴重短缺的省區之一，當地水資源量少質差，多年平均降水量289 mm，70%的降水量集中在汛期，北部引黃灌區不足200 mm，最小的地區僅幾十毫米，多年平均蒸發量為2 200 mm左右，全區水資源總量11.63 億m3，人均占有量190 m3，只有全國平均值的1/12，水資源可利用量少且開發利用難度大。寧夏農業用水量占總用水量的85%，且農業用水水平和用水效率低于全國平均水平，農業節水將是緩解水資源供需矛盾的主要途徑。水肥一體化技術是同時進行灌溉與施肥，適時并適量滿足農作物對水分和養分的需求，實現水肥協同管理和高效利用的農業技術[2-3]。大量研究表明，與傳統方式相比，水肥一體化技術可以減少肥料的損失，同時提高水肥的綜合利用效率。針對寧夏農業用水矛盾突出、水資源利用效率不高等突出問題，大力推廣高效節水灌溉與水肥一體化技術尤為重要[4-5]。在寧夏干旱風沙草原區，由于耕地面積集約化程度較高，人力資源和水資源匱乏，噴灌成為苜蓿高效綜合生產的必選方式，因此摸清苜蓿噴灌條件下需水、需肥規律和水肥協同效應等問題對于提高苜蓿噴灌綜合生產效率、產量、品質和挖掘農業節水潛力極為重要[6-8]。

筆者針對寧夏干旱風沙草原區水資源短缺及優化配置不合理等問題，采用固定式噴灌灌水技術，通過大田試驗研究了苜蓿固定噴灌條件下水肥交互效應，探討了苜蓿不同水肥組合對苜蓿生理生長之間的影響機制，提出了寧夏干旱風沙草原區苜蓿噴灌水肥管理制度，對于提高苜蓿效益、促進寧夏草畜產業發展、緩解寧夏水資源供需矛盾、提高水資源利用效率具有重要意義[9-11]。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗區位于寧夏鹽池縣青山鄉，地處陜、甘、寧、蒙四?。▍^）交界地帶，屬于典型的溫帶大陸性季風氣候，年日照時數為2 868 h;年平均氣溫8.5 ℃，≥10 ℃積溫2 945 ℃，無霜期128 d;降雨量290 mm，多集中在7—9月，年蒸發量2 180 mm。

試驗區土壤類型為砂壤土，土壤理化性質見表1。

1.2 試驗方案

試驗采用灌水量和施肥量兩因素多水平隨機區組設計，共設置12個處理（T1～T12），供試材料為甘農3號苜蓿，灌水方式采用固定式噴灌，噴頭間距為7 m，支管間距為7 m，噴頭流量為1 m3/h。目標產量為15 000 kg/hm2，所有處理均為灌水9次、施肥4次，灌水和施肥時間相同（表2～3）。試驗采用隨灌水施肥，試驗所用肥料為可溶性肥料，包括尿素、磷酸一銨和硫酸鉀。

1.3 觀測指標

1.3.1 氣象指標。自動氣象站觀測溫度、降雨量和風速，數據步長為1 h。

1.3.2 土壤含水量。使用PR2土壤水分監測儀檢測0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm土壤含水量，每10 d檢測1次。

1.3.3 生長量。每10 d測1次株高，每茬次收割前測1次。每個處理選取10個樣株進行測量，去掉1個最大值、最小值，取其平均值。

1.3.4 產量。每茬次均測產。5%苜蓿開花時進行測產，每個處理取1 m2苜蓿，收割后稱量其鮮草重，自然晾曬干后稱量干草重。

2 結果與分析

2.1 不同處理對固定噴灌苜蓿株高的影響

2019年共測量株高15次，其中第1茬6次，第2茬4次，第3茬5次，每個處理選取具有代表性的10株苜蓿植株作為測量對象，去掉1個最大值和1個最小值，取平均值。根據苜蓿平均株高，繪制圖1～3。

從圖1～3可以看出，各處理噴灌苜蓿平均每茬次的株高從大到小依次為T11、T10、T6、T5、T7、T4、T9、T8、T3、T2、T1、T12。結果表明，苜蓿的株高隨灌水量的增加而增加，但當灌水量大于3 600 m3/hm2時，株高的增長幅度有所減小;苜蓿的株高隨施肥量的增加并不一定增加。

2.2 不同處理對固定噴灌苜蓿耗水量和耗水強度的影響

采用水量平衡法對苜蓿耗水量和耗水強度進行計算。水量平衡采用下式計算：

ED=（W0-WE）+M+P+K-D-R（1）

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

由于試驗區地下水位埋藏較深，K取值0;在不考慮深層滲漏量的情況下，D取值0;生育期內降雨量少、強度低，地表徑流量可以忽略，R取值0;土壤濕潤深度取值100 cm。

采用公式（1）計算生育期內各處理實際耗水量和耗水強度，計算出苜蓿各茬次耗水量和耗水強度，見表4～6。

2019年不同處理苜蓿全生育期耗水量比較見圖4。由圖4可知，各處理苜蓿全生育期耗水量從大到小依次為T6、T5、T11、T10、T8、T4、T9、T7、T12、T3、T2、T1。各處理苜蓿在現蕾期和分枝期的耗水量顯著大于其他生育階段耗水量，說明該時段是苜蓿的需水關鍵期。2019年各處理的苜蓿第2茬次平均耗水強度最大，第3茬次平均耗水強度次之，第1茬次平均耗水強度最小。

2.3 不同處理對固定噴灌苜蓿產量和水分利用效率的影響

根據不同處理苜蓿產量和作物水分利用效率，繪制圖5～6。由圖5可知，不同處理紫花苜蓿干草產量從大到小依次為T10、T5、T4、T6、T11、T9、T3、T8、T2、T7、T1、T12，產量最高的是處理T10（灌溉定額3 600 m3/hm2，施肥量N 82.5 kg/hm2、P2O5 115.5 kg/hm2、K2O 99 kg/hm2），苜蓿產量達到14 925 kg/hm2，其次是處理T5、T4和T6，分別為14 910、14 835和14 805 kg/hm2。由圖6可知，不同處理苜蓿水分利用效率從大到小依次為T4、T10、T9、T3、T11、T5、T2、T6、T8、T1、T7、T12，苜蓿水分利用效率最高的是處理T4（灌溉定額3 600 m3/hm2，施肥量N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2），苜蓿水分利用效率達到1.87 kg/m3;其次為處理T10，為1.86 kg/m3，而處理T12苜蓿水分利用效率僅為0.91 kg/m3。

綜上分析，各水肥處理下苜蓿產量和水分利用效率均較高的是處理T4（灌溉定額3 600 m3/hm2，施肥量N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2）和T10（灌溉定額3 600 m3/hm2，施肥量N 82.5 kg/hm2、P2O5 115.5 kg/hm2、K2O 99 kg/hm2），且二者無顯著差異，由于處理T4和T10的灌水量相同，施肥量不同，推薦施肥量更小的處理T4作為推薦的苜蓿噴灌水肥組合。

3 結論

（1）固定噴灌苜蓿每茬次株高從大到小依次為T11、T10、T6、T5、T7、T4、T9、T8、T3、T2、T1、T12。

（2）各處理苜蓿全生育期耗水量從大到小依次為T6、T5、T11、T10、T8、T4、T9、T7、T12、T3、T2、T1。各處理苜蓿在現蕾期和分枝期耗水量顯著大于其他生育階段耗水量。2019年各處理紫花苜蓿第2茬次平均耗水強度最大，第3茬次平均耗水強度次之，第1茬次平均耗水強度最小。

（3）不同處理苜蓿干草產量從大到小依次為T10、T5、T4、T6、T11、T9、T3、T8、T2、T7、T1、T12，產量最高的處理是處理T10，苜蓿產量達到14 925 kg/hm2;不同處理苜蓿水分利用效率從大到小依次為T4、T10、T9、T3、T11、T5、T2、T6、T8、T1、T7、T12，其中處理T4和T10處理苜蓿水分利用效率不存在顯著差異。

（4）綜合分析紫花苜蓿生長、水分、產量及水分生產效率等指標，得出寧夏干旱風沙草原區苜蓿固定噴灌水肥耦合灌溉制度為灌溉定額3 600 m3/hm2，灌水次數為9次，施肥量N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2，具體水肥耦合灌溉制度見表7。

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