遼北風沙區牧草需水規律的研究

劉世國

(北票市農業農村局，遼寧 朝陽 122100)

牧草是遼北牧區的重要經濟作物，遼北風沙區十年九旱，嚴重影響牧草產量，制約著當地牧區經濟的發展。為了解決和緩解人工飼料草場的灌溉用水困境，在有限的水資源下，科學規劃、合理灌溉對推動遼北牧區水利工作起到至關重要的作用。苜蓿作為高耗水作物，其耗水規律與生產特點不同于一般農作物[1]，在遼北風沙區種植面積較大，是當地發展畜牧業需要的主要經濟作物。微噴灌溉作為牧區主要發展的一種新型灌溉方式，與漫灌相比，產量提高15%～19%，節水10%～40%，水分生產效率提高25%[2-3]；與噴灌相比，節水效果更高，噴灑更精準；與傳統溝灌相比，微噴灌溉能夠節水50%～70%[4]。因此，通過研究分析微噴灌溉對苜蓿的生長、耗水及產量的影響，探究遼北風沙區苜蓿的需水規律，提出當地的微噴灌溉制度，為制定出科學合理的苜蓿灌溉制度、助力當地經濟的發展有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗于2020年在遼寧省阿爾鄉灌溉試驗站數據采集點(位于遼寧省彰武縣后新秋鎮黃花甸子村)進行。阿爾鄉灌溉試驗站屬于溫帶半干旱季風氣候，且雨熱同期，春季盛行西南風，風大而頻且多沙塵，干燥少雨蒸發快。供試牧草為苜蓿，對試驗地塊進行旋耕、翻平耙細，起壟作業前施基肥以農家肥為主，每畝施有機肥(畜禽糞、堆肥、土雜肥等)1000 kg均勻撒入地塊后進行翻耕耙平，使基肥均勻混入土中，旋耕深度25～ 30 cm。土壤表層(約5 cm)溫度達到12℃左右開始播種，播種同時施氮磷鉀復合肥30 kg底肥。

1.2 試驗設計與方法

試驗共2個處理，在播種后灌保苗水225 m3/hm2。在此之后，以不灌溉的雨養處理(CK)作為對照，再設置微噴灌溉(SI)處理，每個處理3個重復，共6個小區，灌溉處理在各生育階段設置的灌水控制下限為田間持水率(0～60 cm的平均土壤含水率)的60%，各生育期的灌水控制上限為田間持水率的90%。

1.3 測試指標與方法

(1)土壤含水率。苜蓿播種后，在每個處理小區中部埋設自動墑情監測儀，監測土壤含水率，每個點監測5個深度，監測深度分別為10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm。

(2)灌水量。采用水表觀測，記錄每次灌水前后的水表讀數、灌水時間以及灌水日期。

(3)降雨量與蒸發量。降雨量與蒸發量通過試驗站自動氣象站測定。

(4)植株生長性狀。①株高：采用直尺觀測掛牌苜蓿的株高(每小區5株)，每15 d一次。②干物質重量：在各生育期結束后，在每個小區內選擇非掛牌的3株(長勢一般，可代表小區的平均水平)，用天平(精度0.01 g)分別測定其地上部分的干物質重量。取整個植株樣品(地上部分)在105 ℃殺青0.5 h，然后在溫度80 ℃下烘至恒重，稱量植株干物質重量。

(5)產量。理論產量：每小區取1 m2內的所有苜蓿，稱量重量，折算到每公頃產量。

2 結果與分析

2.1 苜蓿生長期內降雨量、蒸發量分析

苜蓿生長期內降雨量、蒸發量如圖1所示，2020年苜蓿生長期內累積降雨307.2 mm，其中6月、7月和8月分別降雨5次、4次和13次，月降雨量分別為45.4 mm、53.8 mm和208.0 mm；6—9月累積蒸發量為687.5 mm，其中6月、7月和8月月蒸發量分別為240.4 mm、220.6 mm和133.2 mm。

圖1 苜蓿生長期內降雨量、蒸發量

苜蓿生長期內，根據試驗的灌溉設計，微噴灌溉試驗區分別在7月14日，7月23日，8月4日，8月11日，8月18日和8月25日土壤含水率達到灌溉設計下限時進行補充灌溉，累計灌水6次，單次灌溉水量分別為782.55 m3/hm2、675.75 m3/hm2、726.75 m3/hm2、553.80 m3/hm2、345.15 m3/hm2和640.65 m3/hm2，累計灌水3724.65 m3/hm2。

2.2 苜蓿生長期內土壤含水率動態變化分析

苜蓿生長期內土壤含水率隨種植時間的動態變化如圖2所示。SI處理受灌溉影響，土壤含水率呈周期性變化，灌溉結束時，土壤含水率達到田間持水率的90%，在作物的消耗和土壤蒸發作用下，土壤含水率持續下降；苜蓿生長期內，灌溉前土層0～10 cm含水率一般為12%～16%，40～60 cm土層土壤含水率為15%～20%，隨著土層深度的增加，土壤含水率逐漸增大，同時表明，表層土壤水分較深層土壤散失更快，在一次灌水周期內，0～10 cm土層含水率為40～60 cm土層土壤含水率的70%～80%，7月氣溫較高，降雨量較少，土壤含水率在垂直方向變幅較大，進入8月后，氣溫較7月份降低，降雨量增加，土壤含水率在垂直方向變幅減小。

CK處理0～10 cm土層含水率一般在11%～14%，30～60 cm土層土壤含水率在13%～20%，土壤含水率隨著土層深度的增加而增大，0～10 cm 土層長期處于土壤水分虧缺狀態；從圖2(b)中可以看出，表層0～40 cm內土壤含水率差異較小，說明在無灌溉條件下，尤其是降雨量較小的7月份，0～40 cm土層土壤含水量均處于長期虧缺狀態。在苜蓿生長期內，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm土層土壤含水率最大值與最小值差分別為1.95%、2.08%、2.96%、5.29%和6.45%，表層土壤含水率穩定，變化較小，這是由于在無灌溉條件下表層土壤水分消耗后缺少補充，土壤含水率一直較低，降雨補充后很快被作物吸收、蒸發和向下層滲漏，深層土壤水分在降雨補充后，耗散速度慢于表層土壤，起到一定的存蓄作用，因此，含水率變幅較大。

有灌溉條件下，SI處理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm土層土壤含水率均值分別高出CK處理31.90%、40.70%、39.70%、26.40%和0.02%，可見灌溉使表層0～20 cm土壤含水率增加了約40%，對土壤水分有明顯的補充作用，SI處理下土壤含水率均值達到18.60%～20.11%，約為田間持水率的75%，為作物生長提供了適宜的水分條件。

圖2 苜蓿生長期內土壤含水率變化

2.3 苜蓿生長期內株高動態變化分析

苜蓿生長期內株高隨種植時間的動態變化如圖3所示。CK處理和SI處理均隨著種植時間的延長呈現先增大后減小的 趨勢，CK處理在8月18日達到最大，株高86.4 cm，收獲前(8月24日)株高減小到82.7 cm，減小3.7 cm；SI處理8月11日時株高達到峰值96.3 cm，收獲前減小到92.1 cm，減小4.2 cm。整個生長期內，SI處理下苜蓿的株高始終高于CK處理，在7月23日和 8月11日處理之間差異達到峰值，分別為12.93 cm 和11.93 cm，8月11日后處理之間差異減小；在收獲前，處理之間差異又出現增大的趨勢，SI處理較CK處理高9.47 cm。方差分析結果表明盡管灌溉與不灌溉處理株高差異明顯，但兩種處理均未達到顯著水平。

圖3 苜蓿生長期內株高動態變化

試驗說明灌溉(SI處理)和雨養(CK處理)條件下，作物生長仍保持自身的生物學特性，灌溉對土壤水分條件的改變沒有影響作物的生長進程，但對作物生長發育狀況產生了影響；灌溉促進了植株生長，雨養條件下，苜蓿在缺水時生長受到抑制，在降雨補充土壤水分后，恢復生長，株高峰值較灌溉處理條件下推遲；不同處理株高達到峰值后均減小，灌溉處理條件下，株高減小緩慢，即對植株的衰老有一定的抑制作用。

2.4 不同處理對苜蓿干物質重量的影響分析

苜蓿花期和成熟期灌溉和雨養處理下植株地上干物質重量如圖4所示。SI處理地上干物質重量最高達到26.83 g,CK處理為16.92 g,SI處理顯著高于CK處理，高出近58%，但兩種不同處理均未達到顯著水平。這說明灌溉有助于促進苜蓿干物質重量累積，為提高產量奠定了基礎。

圖4 花期和成熟期苜蓿干物質重量

2.5 苜蓿產量、耗水量和水分生產率分析

苜蓿產量、全生長期內耗水量和水分生產率如表1所示，灌溉處理條件下耗水量和產量達到6135.00 m3/hm2和12.26 t/hm2，分別是CK處理的1.41和2.55倍，且差異均達到顯著水平；從表1中還可以看出，SI處理水分生產率為2.00 kg/m3，低于CK處理，約為CK處理的55.62%，差異也達到顯著水平。試驗結果說明，灌溉可顯著增加苜蓿產量，但同時顯著降低了水分生產率。

表1 不同灌溉處理產量、耗水量和水分生產率

2.6 苜蓿生長期內耗水規律及灌溉制度

SI處理苜蓿生長期內耗水規律如表2所示，苗期、分蘗分枝期、開花現蕾期、灌漿期和成熟期苜蓿日耗水量分別為1.30 mm、5.25 mm、10.75 mm、12.26 mm和16.17 mm。

表2 灌溉條件下苜蓿耗水規律

SI處理增產效益明顯，根據本次灌溉試驗結果，應在苜蓿分蘗分枝期、開花現蕾期、灌漿期各灌溉一次，成熟期灌溉3次，單次灌溉水量以土壤田間持水率的相對含水率作為依據，灌溉下限為田間持水率的60%，上限為田間持水率的90%，全生育期灌溉定額約為375 mm，即3750 m3/hm2。

3 結 論

(1)灌溉增加了土壤水分含量，表層土壤水分的補充作用尤為明顯，土壤含水率增加了約40%，0～60 cm土層土壤含水率均值達到18.60%～20.11%，為作物生長提供了適宜的水分條件。

(2)灌溉有利于促進植株生長，株高達到峰值后減小緩慢，即對植株的衰老有一定的抑制作用，同時，灌溉能夠促進苜蓿干物質累積，為提高產量奠定基礎。

(3)灌溉條件下耗水量和產量達到6135.00 m3/hm2和12.26 t/hm2，顯著高于雨養種植；但水分生產率為2.00 kg/m3，低于CK處理，即灌溉有利于獲得高產，但不利于提高水分生產率。

(4) 灌溉條件下苜蓿苗期、分蘗分枝期、開花現蕾期、灌漿期和成熟期苜蓿日耗水量分別為1.30 mm、5.25 mm、10.75 mm、12.26 mm和16.17 mm。根據灌溉試驗結果應在苜蓿分蘗分枝期、開花現蕾期、灌漿期各灌溉一次，成熟期灌溉3次，單次灌溉水量以土壤田間持水率的相對含水率作為依據，灌溉下限為田間持水率的60%，上限為田間持水率的90%，全生育期灌溉定額約為375 mm，即3750 m3/hm2。