辽北风沙区牧草需水规律的研究

刘世国

(北票市农业农村局，辽宁 朝阳 122100)

牧草是辽北牧区的重要经济作物，辽北风沙区十年九旱，严重影响牧草产量，制约着当地牧区经济的发展。为了解决和缓解人工饲料草场的灌溉用水困境，在有限的水资源下，科学规划、合理灌溉对推动辽北牧区水利工作起到至关重要的作用。苜蓿作为高耗水作物，其耗水规律与生产特点不同于一般农作物[1]，在辽北风沙区种植面积较大，是当地发展畜牧业需要的主要经济作物。微喷灌溉作为牧区主要发展的一种新型灌溉方式，与漫灌相比，产量提高15%～19%，节水10%～40%，水分生产效率提高25%[2-3]；与喷灌相比，节水效果更高，喷洒更精准；与传统沟灌相比，微喷灌溉能够节水50%～70%[4]。因此，通过研究分析微喷灌溉对苜蓿的生长、耗水及产量的影响，探究辽北风沙区苜蓿的需水规律，提出当地的微喷灌溉制度，为制定出科学合理的苜蓿灌溉制度、助力当地经济的发展有着重要意义。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验于2020年在辽宁省阿尔乡灌溉试验站数据采集点(位于辽宁省彰武县后新秋镇黄花甸子村)进行。阿尔乡灌溉试验站属于温带半干旱季风气候，且雨热同期，春季盛行西南风，风大而频且多沙尘，干燥少雨蒸发快。供试牧草为苜蓿，对试验地块进行旋耕、翻平耙细，起垄作业前施基肥以农家肥为主，每亩施有机肥(畜禽粪、堆肥、土杂肥等)1000 kg均匀撒入地块后进行翻耕耙平，使基肥均匀混入土中，旋耕深度25～ 30 cm。土壤表层(约5 cm)温度达到12℃左右开始播种，播种同时施氮磷钾复合肥30 kg底肥。

1.2 试验设计与方法

试验共2个处理，在播种后灌保苗水225 m3/hm2。在此之后，以不灌溉的雨养处理(CK)作为对照，再设置微喷灌溉(SI)处理，每个处理3个重复，共6个小区，灌溉处理在各生育阶段设置的灌水控制下限为田间持水率(0～60 cm的平均土壤含水率)的60%，各生育期的灌水控制上限为田间持水率的90%。

1.3 测试指标与方法

(1)土壤含水率。苜蓿播种后，在每个处理小区中部埋设自动墒情监测仪，监测土壤含水率，每个点监测5个深度，监测深度分别为10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm。

(2)灌水量。采用水表观测，记录每次灌水前后的水表读数、灌水时间以及灌水日期。

(3)降雨量与蒸发量。降雨量与蒸发量通过试验站自动气象站测定。

(4)植株生长性状。①株高：采用直尺观测挂牌苜蓿的株高(每小区5株)，每15 d一次。②干物质重量：在各生育期结束后，在每个小区内选择非挂牌的3株(长势一般，可代表小区的平均水平)，用天平(精度0.01 g)分别测定其地上部分的干物质重量。取整个植株样品(地上部分)在105 ℃杀青0.5 h，然后在温度80 ℃下烘至恒重，称量植株干物质重量。

(5)产量。理论产量：每小区取1 m2内的所有苜蓿，称量重量，折算到每公顷产量。

2 结果与分析

2.1 苜蓿生长期内降雨量、蒸发量分析

苜蓿生长期内降雨量、蒸发量如图1所示，2020年苜蓿生长期内累积降雨307.2 mm，其中6月、7月和8月分别降雨5次、4次和13次，月降雨量分别为45.4 mm、53.8 mm和208.0 mm；6—9月累积蒸发量为687.5 mm，其中6月、7月和8月月蒸发量分别为240.4 mm、220.6 mm和133.2 mm。

图1 苜蓿生长期内降雨量、蒸发量

苜蓿生长期内，根据试验的灌溉设计，微喷灌溉试验区分别在7月14日，7月23日，8月4日，8月11日，8月18日和8月25日土壤含水率达到灌溉设计下限时进行补充灌溉，累计灌水6次，单次灌溉水量分别为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，累计灌水3724.65 m3/hm2。

2.2 苜蓿生长期内土壤含水率动态变化分析

苜蓿生长期内土壤含水率随种植时间的动态变化如图2所示。SI处理受灌溉影响，土壤含水率呈周期性变化，灌溉结束时，土壤含水率达到田间持水率的90%，在作物的消耗和土壤蒸发作用下，土壤含水率持续下降；苜蓿生长期内，灌溉前土层0～10 cm含水率一般为12%～16%，40～60 cm土层土壤含水率为15%～20%，随着土层深度的增加，土壤含水率逐渐增大，同时表明，表层土壤水分较深层土壤散失更快，在一次灌水周期内，0～10 cm土层含水率为40～60 cm土层土壤含水率的70%～80%，7月气温较高，降雨量较少，土壤含水率在垂直方向变幅较大，进入8月后，气温较7月份降低，降雨量增加，土壤含水率在垂直方向变幅减小。

CK处理0～10 cm土层含水率一般在11%～14%，30～60 cm土层土壤含水率在13%～20%，土壤含水率随着土层深度的增加而增大，0～10 cm 土层长期处于土壤水分亏缺状态；从图2(b)中可以看出，表层0～40 cm内土壤含水率差异较小，说明在无灌溉条件下，尤其是降雨量较小的7月份，0～40 cm土层土壤含水量均处于长期亏缺状态。在苜蓿生长期内，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm土层土壤含水率最大值与最小值差分别为1.95%、2.08%、2.96%、5.29%和6.45%，表层土壤含水率稳定，变化较小，这是由于在无灌溉条件下表层土壤水分消耗后缺少补充，土壤含水率一直较低，降雨补充后很快被作物吸收、蒸发和向下层渗漏，深层土壤水分在降雨补充后，耗散速度慢于表层土壤，起到一定的存蓄作用，因此，含水率变幅较大。

有灌溉条件下，SI处理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm土层土壤含水率均值分别高出CK处理31.90%、40.70%、39.70%、26.40%和0.02%，可见灌溉使表层0～20 cm土壤含水率增加了约40%，对土壤水分有明显的补充作用，SI处理下土壤含水率均值达到18.60%～20.11%，约为田间持水率的75%，为作物生长提供了适宜的水分条件。

图2 苜蓿生长期内土壤含水率变化

2.3 苜蓿生长期内株高动态变化分析

苜蓿生长期内株高随种植时间的动态变化如图3所示。CK处理和SI处理均随着种植时间的延长呈现先增大后减小的 趋势，CK处理在8月18日达到最大，株高86.4 cm，收获前(8月24日)株高减小到82.7 cm，减小3.7 cm；SI处理8月11日时株高达到峰值96.3 cm，收获前减小到92.1 cm，减小4.2 cm。整个生长期内，SI处理下苜蓿的株高始终高于CK处理，在7月23日和 8月11日处理之间差异达到峰值，分别为12.93 cm 和11.93 cm，8月11日后处理之间差异减小；在收获前，处理之间差异又出现增大的趋势，SI处理较CK处理高9.47 cm。方差分析结果表明尽管灌溉与不灌溉处理株高差异明显，但两种处理均未达到显著水平。

图3 苜蓿生长期内株高动态变化

试验说明灌溉(SI处理)和雨养(CK处理)条件下，作物生长仍保持自身的生物学特性，灌溉对土壤水分条件的改变没有影响作物的生长进程，但对作物生长发育状况产生了影响；灌溉促进了植株生长，雨养条件下，苜蓿在缺水时生长受到抑制，在降雨补充土壤水分后，恢复生长，株高峰值较灌溉处理条件下推迟；不同处理株高达到峰值后均减小，灌溉处理条件下，株高减小缓慢，即对植株的衰老有一定的抑制作用。

2.4 不同处理对苜蓿干物质重量的影响分析

苜蓿花期和成熟期灌溉和雨养处理下植株地上干物质重量如图4所示。SI处理地上干物质重量最高达到26.83 g,CK处理为16.92 g,SI处理显著高于CK处理，高出近58%，但两种不同处理均未达到显著水平。这说明灌溉有助于促进苜蓿干物质重量累积，为提高产量奠定了基础。

图4 花期和成熟期苜蓿干物质重量

2.5 苜蓿产量、耗水量和水分生产率分析

苜蓿产量、全生长期内耗水量和水分生产率如表1所示，灌溉处理条件下耗水量和产量达到6135.00 m3/hm2和12.26 t/hm2，分别是CK处理的1.41和2.55倍，且差异均达到显著水平；从表1中还可以看出，SI处理水分生产率为2.00 kg/m3，低于CK处理，约为CK处理的55.62%，差异也达到显著水平。试验结果说明，灌溉可显著增加苜蓿产量，但同时显著降低了水分生产率。

表1 不同灌溉处理产量、耗水量和水分生产率

2.6 苜蓿生长期内耗水规律及灌溉制度

SI处理苜蓿生长期内耗水规律如表2所示，苗期、分蘖分枝期、开花现蕾期、灌浆期和成熟期苜蓿日耗水量分别为1.30 mm、5.25 mm、10.75 mm、12.26 mm和16.17 mm。

表2 灌溉条件下苜蓿耗水规律

SI处理增产效益明显，根据本次灌溉试验结果，应在苜蓿分蘖分枝期、开花现蕾期、灌浆期各灌溉一次，成熟期灌溉3次，单次灌溉水量以土壤田间持水率的相对含水率作为依据，灌溉下限为田间持水率的60%，上限为田间持水率的90%，全生育期灌溉定额约为375 mm，即3750 m3/hm2。

3 结 论

(1)灌溉增加了土壤水分含量，表层土壤水分的补充作用尤为明显，土壤含水率增加了约40%，0～60 cm土层土壤含水率均值达到18.60%～20.11%，为作物生长提供了适宜的水分条件。

(2)灌溉有利于促进植株生长，株高达到峰值后减小缓慢，即对植株的衰老有一定的抑制作用，同时，灌溉能够促进苜蓿干物质累积，为提高产量奠定基础。

(3)灌溉条件下耗水量和产量达到6135.00 m3/hm2和12.26 t/hm2，显著高于雨养种植；但水分生产率为2.00 kg/m3，低于CK处理，即灌溉有利于获得高产，但不利于提高水分生产率。

(4) 灌溉条件下苜蓿苗期、分蘖分枝期、开花现蕾期、灌浆期和成熟期苜蓿日耗水量分别为1.30 mm、5.25 mm、10.75 mm、12.26 mm和16.17 mm。根据灌溉试验结果应在苜蓿分蘖分枝期、开花现蕾期、灌浆期各灌溉一次，成熟期灌溉3次，单次灌溉水量以土壤田间持水率的相对含水率作为依据，灌溉下限为田间持水率的60%，上限为田间持水率的90%，全生育期灌溉定额约为375 mm，即3750 m3/hm2。