毛乌素沙地地埋滴灌对紫花苜蓿生长指标的影响

张 松，李和平，郑和祥，曹雪松，王 军，畅利毛(.内蒙古农业大学，呼和浩特 0000；.水利部牧区水利科学研究所，呼和浩特 0000;.内蒙古自治区地质环境监测院，呼和浩特 0008)

紫花苜蓿是一种优质、高产、抗旱、适应性强的多年生豆科牧草，是我国西北牧区的种植最多的人工牧草，在内蒙古牧区有着悠久的种植历史。它具有培肥地力，保持水土，促进后作物增产等作用，因此在鄂托克前旗牧区紫花苜蓿得到大面积推广种植。随着紫花苜蓿的种植面积的增加，水资源成了该地区紫花苜蓿生长增产的限制因素。高效节水技术势在必行，滴灌成了首选的节水措施。但是由于传统地面滴灌不利于紫花苜蓿的刈割以及其他的田间作业，同时滴灌带在地面经过风吹日晒很快就废弃，所以地面滴灌在人工牧草种植中成本较高。地埋滴灌是用管道系统输水、通过埋在地下的毛管上的灌水器将灌溉用水释放到作物根区土壤中供作物吸收利用的一种灌水方法，具有减少地表无效蒸发、改善作物根区土壤水分条件、方便田间管理作业、防止毛管老化、用水效率高、高产优质高效等优点。

目前对地埋滴灌做了一些研究例如何华[1]等研究了地下滴灌管埋深对冬小麦根冠生长及水分利用效率的影响；孟季蒙[2]等研究了地下滴灌对苜蓿的生长发育与种子产量的影响；夏玉慧[3]等研究了地下滴灌埋深深度对紫花苜蓿生长的影响；张树振[4]等研究了地下滴灌苜蓿地土壤水分分布规律。以前的研究多集中在果树和大棚作物，对人工牧草的研究很少，尤其是沙漠化较为严重的毛乌素沙地人工牧草的地埋滴灌研究很少。本试验研究滴灌带埋深对紫花苜蓿主要生长指标株高和产量的影响。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

鄂托克前旗位于毛乌素沙地腹部，地理坐标为：东经106°30′～108°30′和北纬37°38′～38°45′。属于中温带温暖型干旱、半干旱大陆性气候，冬寒漫长，夏热短促，干旱少雨，风大沙多，蒸发强烈，日光充足。多年平均气温7.9 ℃；多年平均降水量为260.6 mm；多年平均蒸发量为2 497.9 mm；常年盛行风向为南风，其次是西风和东风，多年平均风速2.6 m/s。平均沙暴日数16.9 d；相对湿度平均49.8%；年平均日照时数2 500～3 200 h，平均为2 958 h；无霜期平均171 d，最大冻土层深度1.54 m。

1.2 试验材料及种植方法

苜蓿品种：供试紫花苜蓿品种为草原2号，是该地区广泛种植的品种。

滴灌材料：滴灌带采用贴片式滴灌带。

种植方法：2013年6月7日播种，人工条播，行距0.5 m,为保证紫花苜蓿的营养价值和适口性，在初花期适时刈割收贮。苜蓿收割三茬，每年4月上旬开始返青，9月底收割最后一茬。

1.3 试验设计

采用田间对比试验法设计，紫花苜蓿地埋滴灌灌溉制度试验采用2因子3水平正交组合设计(表1)，设滴灌带埋设深度和灌水水平2个因子；设3种埋设深度，滴灌带埋深分别为10、20和30 cm；设3个灌水水平，灌水定额分别为15.0 mm(150 m3/hm2)、22.5 mm(225 m3/hm2)和30.0 mm(300 m3/hm2)；试验共计9个处理，每个处理3次重复，共计27个试验小区，每个小区的长度均为20.0 m，宽度为5.0 m，每个小区面积为100 m2，试验区总面积900 m2。采用贴片式滴灌带，滴灌带壁厚为0.4 mm，流量为2.0 L/h，滴头间距为0.3 m；每条滴灌带控制2行紫花苜蓿，滴灌带间距60 cm。每个处理的灌水日期和灌水次数相同，灌水日期根据处理5(灌水定额22.5 mm，滴灌带埋深20 cm)适宜含水率下限计算确定。

表1 实验设计方案

1.4 观测内容

主要指生长状况指标，具体内容及采集方法包括：①株高：每个生育期一次，分别用卷尺和卡尺测定；②干物质和产量：整个生长期结束测定一次，采用样方测定法测定。

1.5 数据处理

所有数据处理均在Excle2003和DPS6.5软件下进行。

2 结果与分析

2.1 滴灌带埋深对紫花苜蓿株高的影响

对紫花苜蓿株高进行定期观测，每个处理均进行定株观测，采用其平均值绘制株高随时间的变化过程。图1是紫花苜蓿第二茬在灌水定额分别为15、22.5和30 mm处理下滴灌带不同埋深对株高的影响。

图1 灌水定额15、22.5、30 mm时不同滴灌带埋深对苜蓿株高的影响

从图1中可以看出，一定灌水定额下滴灌带不同埋深对株高的影响总体趋势一致的。滴灌带埋深20 cm时的株高最大，其次是滴灌带埋深30 cm时的株高，滴灌带埋深10 cm时的株高最小。如图2在灌水定额22.5 mm(225 m3/hm2)处理下滴灌带埋深为20 cm时的株高为53 cm，滴灌带埋深为30和10 cm时的株高分别为51和49 cm，分别高出3.9%和8.2%。这是由于滴灌带埋深为10 cm时，距离表层土壤很近，加之夏季该地区降雨少，蒸发强度大，灌水很容易蒸发；滴灌带埋深为30 cm时，由于水分向下运动快于向上运动，致使大部分水分流失，灌水不能充分被根系吸收利用，致使水分生产率低，左强等在《乌兰布和沙区紫花苜蓿根系生长及吸水规律的研究》中也得出了紫花苜蓿根系主要0～30 cm的土层中。所以建议采用的滴灌带埋深为20 cm，此时水分既不易蒸发，也不会产生深层渗漏，更能被根系充分吸收利用。一定灌水定额处理下滴灌带不同埋深对苜蓿第一、三茬有相似的结果。

2.2 灌水定额对紫花苜蓿株高的影响

对紫花苜蓿株高进行定期观测，每个处理均进行定株观测，采用其平均值绘制株高随时间的变化过程。图2分别是滴灌带埋深10、20和30 cm处理下不同灌水定额对苜蓿第二茬株高的影响。

图2 滴灌带埋深10、20、30 cm时不同灌水定额对苜蓿株高的影响

从图2中可以看出，不同灌水定额下对株高的影响总体趋势是一致的，都是由快到慢的生长趋势，从返青期到现蕾期株高增长较快，从现蕾期到刈割期增长速率开始变缓，紫花苜蓿由营养生长转向生殖生长，此时同化物优先分配给生殖器官，用于株高和叶片的同化物自然减少，使其生长速率下降。各处理在整个生育期平均增长速率变化相对较小，主要因为从返青到刈割期温度较低，不同的灌水定额对其增长速率影响较小，但对株高还是有一定影响，随着灌水定额的增大，株高随之增大。图2中在滴灌带埋深为20 cm时，处理W1D2、W2D2、W3D2的株高分别为46、53和62 cm，灌水定额由15 mm增加到22.5 mm时，株高增加了15.2%；灌水定额由22.5 mm增加到30 mm时，株高增加了16.9%，这是灌水定额增加的结果。仅此可见，应该建议采用30 mm的灌水定额。一定滴灌带埋深处理下不同灌水定额对苜蓿第一、三茬有相似的结果。

2.3 滴灌带埋深对产量的影响

滴灌带埋深对作物生态性状和生理活动的影响最终反映在产量影响上，作物生长发育的不同时期进行不同滴灌带埋深的水分处理，会直接影响到作物的生育、生理指标，最终影响作物产量。由图3、4、5中可以看出，在相同的灌水定额处理下，滴灌带埋深为20 cm处理的紫花苜蓿的产量最大，滴灌带埋深为10 cm处理的紫花苜蓿的产量最小。就灌水定额22.5 mm(225 m3/hm2)处理进行分析，处理W2D2的产量最大为9 087 kg/hm2，处理W2D1产量最小为8 869.5 kg/hm2，较处理W2D2低217.5 kg/hm2，产量降低2.4%，可见产量降低不大，说明滴灌带埋深对紫花苜蓿的产量影响不大。第一茬紫花苜蓿的各处理的产量与第二茬的产量相差不大。灌水定额为15 mm(150 m3/hm2)处理和30 mm(300 m3/hm2)处理有相似的结果。

图3 灌水定额15 mm(150 m3/hm2)处理下滴灌带不同埋深对苜蓿产量的影响

图4 灌水定额22.5 mm(225 m3/hm2)处理下滴灌带不同埋深对苜蓿产量的影响

图5 灌水定额30 mm(300 m3/hm2)处理下滴灌带不同埋深对苜蓿产量的影响

2.4 灌水定额对产量的影响

水分亏缺对作物生态性状和生理活动的影响最终反映在产量影响上，作物生长发育的不同时期进行不同的水分处理，会直接影响到作物的生育、生理指标，最终影响作物产量。

由图6、7、8中可以看出，紫花苜蓿的产量与生长期总的灌水量有关，随着灌溉定额的增大，产量也逐渐增加。滴灌带埋深20 cm处理下灌溉定额15、22.5和30 mm的第一、二、三茬总产量分别为7 015.5、9 087和10 762.5 kg/hm2。随着灌溉定额的增加，产量分别增加30.4%和18.4%。第一茬紫花苜蓿的各处理的产量与第二茬的产量相差不大。滴灌带埋深10和30 cm处理有相似的结果。

图6 滴灌带埋深10 cm处理下不同灌水定额对苜蓿产量的影响

图7 滴灌带埋深20 cm处理下不同灌水定额对苜蓿产量的影响

图8 滴灌带埋深30 cm处理下不同灌水定额对苜蓿产量的影响

2.5 节水量和增产量

从图9中可以看出：节水效果相对于对照而言，处理W1D1、W1D2、W1D3；W2D1、W2D2、W2D3；W3D1、W3D2、W3D3节水效率分别为54.4%、29.3%、6.3%；增产效果相对于对照而言，处理1、2和处理3的减产量分别为1 299、835.5和931.5 kg/hm2；处理4～9增产量分别为1 063.5、1 281、1 272、2 224.5、2 956.5、2 611.5 kg/hm2。

3 讨 语

毛乌素沙地属于干旱、半干旱的大陆性气候，夏季蒸发强烈，在该地区进行地面滴灌等节水措施，水分有很大一部分蒸发损失了，造成水资源的浪费。地埋滴灌很好地解决了这一点，但是在我国地埋滴灌在果树、大棚蔬菜等作物中应用较多，在人工牧草种植中应用较少。本研究通过控制土壤质地、土壤密实度、滴灌带滴孔流量等因素，改变滴灌带埋深和灌水定额进行正交试验，这是试验得出结论和进行讨论的前提。

图9 紫花苜蓿不同试验处理灌溉定额、节水量、增产量

(1)土壤水分的含量直接或间接地影响作物根系的生长，作物又根据根系吸收水分的情况做出适应性 生长，反映到作物的株高和产量。在过去的研究中我们得出，根系的向水性会促使其在水分亏缺的情况下向水源生长，水分胁迫根系会向深生长，使得作物营养分配到根部，造成地上部分干物质产量下降。在传统灌水方式中我们得知苜蓿根系能生长地下2m，地埋滴灌条件下滴灌带附近根系充分吸水得到充分生长，距离湿润土体远的根系得到抑制，利用适宜的滴灌带埋深来约束根系的生长，从而增加作物冠部的干物质产出。

通过对滴灌带不同埋深的试验，发现滴灌带埋深20 cm时紫花苜蓿的株高较埋深10和30 cm分别高出3.9%、8.2%；埋深20 cm时产量最高，埋深10 cm时最低，但是两者相差很小，所以滴灌带埋深对产量影响不大。本试验结果与左强等在《乌兰布和沙区紫花苜蓿根系生长及吸水规律的研究》中也得出了紫花苜蓿根系主要0～30 cm的土层中相吻合。

在田间试验中还发现大型机械田间作业时容易将埋深10 cm的滴灌带压实，这样撑起滴灌带需要更大的压力，很多时候因为压力不足导致滴灌带不能正常工作，影响灌溉水平。试验中也发现滴灌带埋深30 cm时紫花苜蓿长势不如埋深20 cm的好，这是因为滴灌带30 cm时更多的水分向下运动，造成水分浪费。所以建议在毛乌素沙地紫花苜蓿地埋滴灌种植中应控制在20 cm左右。

(2)研究不同灌水定额对紫花苜蓿株高和产量的影响发现随着灌水定额的增加株高和产量都在增加。灌水定额由15 mm增加到22.5 mm时，株高增加了15.2%；灌水定额由22.5 mm增加到30 mm时，株高增加了16.9%。 灌水定额22.5 mm比15 mm增产30.4%，30 mm比22.5 mm增产18.4%。图9中增产量接近正态分布，尽管灌水定额为30 mm(300 m3/hm2)更有利于紫花苜蓿的增产，但是30 mm灌溉定额接近该地区的经验灌水定额，该地区灌溉水源以地下水为主，在现灌溉水平下该地区地下水位下降明显，为了确保地下水的可持续利用，建议灌水定额控制在22.5 mm(225 m3/hm2)左右，这样既增加了苜蓿的产量又有效地节约了地下水资源，为该地区的生态环境提供保障。

[1] 何 华,康绍忠,曹红霞.地下滴灌埋管深度对冬小麦根冠生长及水分利用效率的影响[J].农业工程学报,2001,(6):31-33.

[2] 孟季蒙,李卫军.地下滴灌对苜蓿的生长发育与种子产量的影响[J].草业学报,2012，21(1):291-295.

[3] 夏玉慧, 汪有科,汪治同.地下滴灌埋设深度对紫花苜蓿生长的影响[J].草地学报,2008,16(3):298-302.

[4] 张树振，张鲜花，隋晓青，等．地下滴灌苜蓿地土壤水分分布规律[J]．草业科学,2015,32(7)：1 047-1 053.

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[6] 徐文婷，苏德荣，刘自学，等．地下滴灌条件下水钾耦合对紫花苜蓿的影响[J]．中国草地学报，2014，36(3)：52-56.

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