浅埋式滴灌毛管埋深对苜蓿生长的影响

潘小保，缴锡云，2，郭维华，陈俊克

(1. 河海大学水利水电学院，江苏 南京 210098；2. 水文水资源与水利工程科学国家重点试验室，江苏 南京 210098；3. 黄河水利出版社，河南 郑州 450003)

苜蓿作为当前牧区饲料种植作物的首要选择，对我国农业的发展及一些优良畜种的培育发挥着重要作用。新疆阿勒泰地区是我国苜蓿的重点种植地之一，但是该地区水资源严重短缺，牧草种植原本采用的地面灌溉方式已不适应当前形势，需要应用更为高效的灌溉方式。基于此，地表喷滴灌曾适用于苜蓿的种植，但由于苜蓿属多年生长作物，每茬收割时期会损坏大量地表滴灌带，故开始采用地下滴灌的方式来对苜蓿进行生育期灌溉。

前人对苜蓿的地下滴灌技术进行了广泛的研究，Claudio等[1]经过对比滴灌和漫灌条件下的苜蓿产量和干物质量，发现滴灌比漫灌的干物质量多出16%～23%。Bosch等[2]研究表明，地下滴灌与喷灌相比，其对苜蓿的产量影响差异较小，相对喷灌，地下滴灌节省了大量的劳动力。Alam等[3]研究表明：利用地下滴灌进行灌溉苜蓿的水分利用效率与常规的沟灌相比较可以提高20%左右。陶雪等[4-6]主要研究了地下滴灌、喷灌、畦灌对苜蓿生长、光合效率、产量及品质的影响，对比发现地下滴灌显著地提高了苜蓿株高、茎粗、分枝数、产草量等。寇丹等[7]研究了地下调亏滴灌对苜蓿生长的影响表明地下滴灌条件下，苜蓿分枝前期、分枝期和现蕾期的适宜的调亏灌溉可以实现西北旱区紫花苜蓿的高产、优质、节水生产。廉喜旺等[8]在新疆福海地区研究了地下滴灌毛管布置方式和灌水定额对苜蓿生长状况的影响，结果发现毛管间距80 cm、埋深30 cm、灌溉定额375 mm的试验效果最佳。程冬玲等[9]研究得出在苜蓿田间实施地下滴灌技术是可行的，毛管的适宜埋深为30～40 cm，滴灌灌水定额宜采用225～375 m3·hm-2，最大耗水时段的滴水间隔天数约10 d左右。

虽然传统地下滴灌[10]的灌溉效果在苜蓿种植中已得到肯定，但由于毛管埋设过深，轮作期难以维修和回收，且操作较为复杂，基于此，浅埋式地下滴灌技术应运而生。浅埋式滴灌是指滴灌带埋深小于20 cm的滴灌技术，与传统的地下滴灌相比，具有埋深较浅、布设成本低、滴灌带铺设后易于维修和回收等优点[11-12]，但是其灌溉效果的相关研究还相对较少。因此本文针对浅埋式滴灌开展相应实验研究，探讨毛管埋深对浅埋式滴灌效果的影响。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在位于新疆阿勒泰青河县境内的阿苇灌区试验站进行，青河县属大陆性北温带干旱气候，年降雨量小，蒸发量大。极端最低气温为-53℃，最高达36.5℃；多年平均气温0℃，多年平均蒸发量为1 495 mm，多年平均降水量仅为161 mm；无霜期平均为103 d。试验田为荒漠地区，土层中砾石含量较高，其0～30 cm砾石含量约为25%，40～60 cm砾石含量约50%。根据国际制土壤分类标准，试验田表层0～30 cm土层为多砾质土，30～60 cm土层为轻砾石土，0～60 cm土层平均容重为1.77 g·cm-3。土壤田间持水率较低，具体土壤物理性状如表1所示。

表1 土壤基本物理指标Table 1 Soil basic physical indicators

1.2 试验设计

试验于2016年4—10月在新疆阿勒泰阿苇灌区试验站开展，采用田间小区对比试验。每个小区长30 m，宽2.4 m，地面干管为φ50的PE管，支管为φ40的PE管。试验苜蓿为2012年8月播种的当地主栽紫花苜蓿品种阿尔冈金，苜蓿行距为30 cm。毛管采用可以防负压的内镶贴片式滴灌带，滴头标定流量为2.2 L·h-1，其中滴灌带直径为2 mm，滴头间距为30 cm。毛管布置示意图如图1所示。

试验中毛管(滴灌带)埋深为试验因素，毛管埋深设5、10 cm的浅埋式滴灌与20 cm的传统地埋式滴灌等3种水平，毛管间距均为60 cm，共计3个处理，每个处理为1个小区(长30 m×宽2.4 m)，各重复3次。灌水定额依据当地农民用水习惯及苜蓿生理特性而制定，各处理均采用同一灌溉制度，均按照37 mm进行灌溉。具体灌水时间与灌水量见表2。试验小区由水表(水表自带球阀)计量并控制灌水定额。

1.3 测定项目

由于试验区位于干旱荒漠地区，气候干冷，温度回升缓慢，全年无霜期较短，当地紫花苜蓿全年只能收割两茬。根据调查，试验小区紫花苜蓿各生育阶段划分见表3。

图1 毛管田间布置示意图Fig.1 Arrangement of drip belt in the field

表2 苜蓿浅埋式滴灌灌溉制度Table 2 Irrigation schedule of shallow-buried drip in Alfalfa field

表3 试验小区苜蓿生育期(M-d)Table 3 Alfalfa growth period in experimental plots

试验观测内容主要有株高、茎粗、苜蓿毛细根生物量、作物产量等。苜蓿株高和茎粗2个指标，在每个试验小区中按“S”型曲线随机选取10株苜蓿定株，每隔5天测一次。苜蓿株高的测定：孕蕾前为从苜蓿茎的最基部到最上叶顶端的高度，孕蕾期后为从苜蓿茎的最基部到最顶端的高度；茎粗的测定：用游标卡尺测一次苜蓿茎粗，每次测量单株苜蓿茎粗时，取相互垂直的两个方向各测一次，最终取平均值；毛细根生物量采用取样烘干法测定，在测过株高和茎粗的苜蓿植株旁5 cm处，挖60～100 cm深的坑，分别在10、20、30、40、50、60 cm深度分层采集土样，分离出直径小于2 mm的毛细根[13]，放置在烘箱中烘干称重，并换算为毛细根根重密度；苜蓿产量的测定分别于苜蓿第一茬分枝期(05-25)、孕蕾期(06-10)、盛花期(06-20)、收割时(06-26)和第二茬分枝期(07-15)、孕蕾期(08-15)、盛花期(09-05)、收割时(09-12)选取各小区长势均匀区域，样方面积约为100 cm×100 cm，刈割两次取平均值，留茬高度5 cm左右，收割后所取鲜草置于阴凉处自然风干，测干草产量。

2 结果与分析

2.1 毛管埋深对垂直方向毛细根分布的影响

不同埋深处理下的毛细根量空间分布如图2所示。由图2可以看出，毛细根量随着土层深度的增加而减小。毛管埋深为5 cm的处理其毛细根生物量主要分布在0～30 cm土层深度，30～60 cm土层毛细根生物量较小，在1.0×10-4g·cm-3左右；毛管埋深为10 cm处理其毛细根生物量主要分布在0～40 cm土层，40～60 cm土层毛细根生物量较小，也在1.0×10-4g·cm-3左右；毛管埋深为20 cm的处理其毛细根生物量主要分布在0～40 cm土层，40～60 cm土层毛细根生物量较小，与埋深10 cm处理相比，其40～60 cm毛细根生物量的变化并不明显。

图2 不同毛管埋深下毛细根生物量空间分布Fig.2 Spatial distribution of capillary root biomass under different drip belt buried depths

毛管不同埋深对苜蓿垂直方向毛细根根重密度的影响见图3。毛管埋深为10 cm和20 cm时，埋深的增加对各深度土层根系的生长影响不大，埋深10、20 cm相较于埋深5 cm的处理更有助于20～30 cm深度土层毛细根的生长，对30～60 cm深度土层毛细根生长影响较小。

随着第一茬苜蓿的收割，同一种处理下第二茬苜蓿毛细根根重密度有所变化，但变化不大，具体见图4。毛管埋深10、20 cm处理0～60 cm深度各土层差异性仍然较小，毛管埋深5 cm处理与毛管埋深10、20 cm处理在0～20 cm与30～60 cm深度土层差异均不明显。20～30 cm土层毛管埋深5 cm处理其细根根重密度低于毛管埋深10 cm、20 cm处理，且差异达显著水平。另外，第二茬各点毛细根根重密度值均略低于第一茬，但各层所占总根系生物量的比例与第一茬差异不大。

2.2 毛管埋深对苜蓿生长指标及产量的影响

2.2.1 毛管埋深对苜蓿株高的影响 株高是评价作物生长和发育状况的重要因素，是直接影响紫花苜蓿产量的关键因子[14]。由表4可知，第一茬与第二茬苜蓿植株的生长主要集中在苜蓿的分枝期和孕蕾期，开花期后，苜蓿植株高度生长缓慢，其植株高度保持在70 cm左右。

一、二茬苜蓿植株高度存在一定的差异性，第一茬整个生育期毛管埋深10 cm与20 cm的处理植株高度差异较小，但两处理植株高度均高于毛管埋深5 cm的处理且差异达显著水平。第一茬收割时埋深10 cm与20 cm植株高度分别为71.2 cm和72.5 cm，两者相较于埋深5 cm的65.8 cm差别显著，苜蓿第二茬其生长规律与第一茬相似，但苜蓿第二茬生长期较第一茬有所变化，整个第二茬生育期除分枝期外，毛管埋深10 cm处理略高于埋深20 cm处理，但差异不显著，两者均高于埋深5 cm处理且差异达显著水平。因而，毛管埋深10、20 cm对苜蓿植株高度的生长影响不大，埋深5 cm处理不利于苜蓿植株的生长。

图3 不同毛管埋深下第一茬苜蓿毛细根根重密度Fig.3 Capillary root weight density of first crop alfalfa under different drip belt buried depths

2.2.2 毛管埋深对苜蓿茎粗的影响 茎是苜蓿输送养分、水分的主要渠道，是影响苜蓿产量的主要构成因素[15]。由表5可知，第一茬与第二茬苜蓿植株茎粗的增长速度集中时间和株高大致相同，分别在苜蓿的分枝期和孕蕾期，开花期后，苜蓿茎粗增长缓慢，第一茬维持在3.5 cm左右，第二茬维持在3 cm左右。

第一茬苜蓿生育前期，毛管埋深10、20 cm差异较小，而埋深5 cm处理略高于两者，生育后期，毛管埋深10 cm处理略高于埋深20 cm处理，差异不显著，两者均高于埋深5 cm处理，且差异达显著水平；苜蓿第二茬不同埋深处理茎粗生长规律较为明显，整个生育期，埋深10、20 cm处理两者差异性较小，但两者均高于埋深5 cm处理，且差异达显著水平。第一茬与第二茬茎粗生长规律存在差异，此种情况应该是由于第一茬苜蓿根系较浅，主要吸收浅层水分，因而埋深5 cm茎粗生长较快，随后随根系生长，埋深10、20 cm更能促进根系吸收水分，促进植株生长。因而，毛管埋深10、20 cm对苜蓿植株茎的生长影响不大，埋深10 cm相对优于埋深20 cm，埋深5 cm处理不利于苜蓿植株茎的生长。

图4 不同毛管埋深下第二茬苜蓿毛细根根重密度Fig.4 Capillary root weight density of second crop alfalfa under different drip belt buried depths

表4 不同毛管埋深下的苜蓿株高/cmTable 4 Plant heights of Alfalfa under different drip belt buried depths

注：不同的小写字母表示在P<0.05水平下差异显著，下同。

Note: Different lowercase letters mean significant difference atP<0.05 level. The same below.

表5 不同毛管埋深下的苜蓿茎粗/mmTable 5 Stem diameter of Alfalfa under different drip belt buried depths

2.2.3 毛管埋深对苜蓿产量的影响 由表6可知，第一茬与第二茬苜蓿干草产量在分枝期到孕蕾期有大幅度增长，孕蕾期后增长放缓，盛花期和收割时基本稳定在8 t·hm-2左右。

第一茬分枝期、孕蕾期毛管埋深5、10 cm处理差异较小，均高于埋深20 cm处理，但差异不显著，盛花期及收割时所测干重埋深10、20 cm差异较小，均高于埋深5 cm处理，且差异达显著水平。第二茬苜蓿收割时所测干重埋深10、20 cm差异较小，均高于埋深5 cm处理，且差异达显著水平,其余时期各处理差异不显著。

3 结 论

本试验通过调整毛管埋深，研究了浅埋式滴灌毛管埋深对苜蓿生长的影响，结果表明：毛管埋深为10 cm和20 cm时，埋深的增加对苜蓿生长指标、产量及各深度土层根系的生长影响不大，均相对优于埋深5 cm的处理，且埋深10、20 cm更有利于20～30 cm深度土层毛细根的生长，对30～60 cm深度土层毛细根生长影响较小。综上，10 cm毛管埋深即可达到传统地埋式滴灌的灌溉效果，对苜蓿的根系生长及产量影响不大，且更加经济方便，适合新疆地区进一步推广。

表6 不同毛管埋深下各生育阶段的苜蓿干草产量/(t·hm-2)Table 6 Alfalfa hay yield at different growth stages under different drip belt buried depths