高寒荒漠地区调亏灌溉对藜麦和毛苕子混播的影响与综合评价

马利利，张莹莹，李正鹏，韩 梅，蒋福祯

(青海大学农林科学院，省部共建三江源生态与高原农牧业国家重点实验室，青海大学，青海 西宁 810016)

藜麦(ChenopodiumquinoaWilld.)是一年生藜科草本作物，原产于安第斯山脉[1]，具有极高的营养价值[2]。因青海与安第斯山脉同属高原山地，藜麦在青海具有良好的适应性[3]。毛苕子(Viciavillosa)是一年生优质豆科牧草，能改善草地氮素平衡，提高草地动物蛋白质的形成。由于豆科牧草生长到 50 cm 时容易倒伏，不利于收获[4]，通常会采用混播模式来提高产量、改善品质[5]。

青海是典型的高寒地区，高原大陆性气候明显，是我国五大牧区之一。由于高寒地区降雨量少而集中，年蒸发量大，饲草生长受到限制，因此为当地人工饲草选择适当的灌溉方式十分重要[6]。调亏灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)是一种生理节水灌溉技术，该技术通过对植物施加水分胁迫影响其生理生化过程，使其在不明显减少产量的情况下可以较大幅度地提高水分利用效率[7]。蔻丹[8]、马彦麟[9]研究表明，随着水分亏缺程度的加重，紫花苜蓿的产量降低，粗蛋白含量提高，水分利用效率提高，可实现紫花苜蓿高产节水生产。

近年来，国内关于饲草灌溉方式的研究以畦灌和地下滴灌为主，而微喷带调亏灌溉条件下饲草混播的研究则较少。因此，本文以微喷带调亏灌溉条件下的藜麦和毛苕子混播为研究对象，探讨了不同调亏灌溉对其产量、营养品质及水分效益的综合影响，旨在获得适宜当地藜麦和毛苕子混播生产的灌溉方案，以期为高寒荒漠地区藜麦和毛苕子混播灌溉发展提供理论依据与技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2019年5— 9月在青海省海西蒙古族藏族自治州乌兰县茶卡镇金泰牧场(99°18′42″E，36°40′21″N)开展，海拔为3 087.6 m，年日照时数为3 182 h，年平均气温为3.79 ℃，年平均降雨量为176 mm，年潜在蒸发量为 2 000～3 000 mm。2019年饲草生育期内(5月19日— 9月6日)降雨量为202.24 mm，最高日平均气温为19.62 ℃，最低日平均气温为5.07 ℃，平均气温为13.14 ℃，见图1。

试验地土壤类型为栗钙土，土壤容重为1.49 g/cm3，田间持水量为30.37%。

1.2 试验设计

供试藜麦品种为青藜2号，毛苕子品种为青苕1号，均由青海大学农林科学院提供。

本试验在藜麦和毛苕子混播的分枝期和开花期，分别设置中度调亏灌溉MDI(45%～55%田间持水量)、轻度调亏灌溉LDI(55%～65%田间持水量)、充分灌溉SI(65%～75%田间持水量)3种水分调亏梯度，以全生育期不灌溉为对照(CK)，各处理的灌水量见表1。试验共4个处理，每处理3个重复，共计12个小区，小区面积为4 m×5 m，播种方式为穴播，播种日期为2019年5月19日，收获日期为2019年 9月6日。藜麦的播种量为2.8 kg/hm2，毛苕子的播种量为80 kg/hm2，行距和株距分别为40 cm和10 cm，播种前施基肥。尿素为75 kg/hm2，磷酸二铵为150 kg/hm2，2019年8月2日每小区追施60 g尿素。灌溉利用试验田节水微喷带灌溉系统，当各处理的土壤水分达到调亏控制的下限指标时进行灌溉，灌水量利用水表进行计量。

表1 不同处理的灌水量Tab.1 Irrigation amount of different treatments

1.3 测定指标与方法

(1)气象数据。降雨量、气温等气象指标通过安装在试验地50 m处的WSS0G10A天圻气象站(北京东方润泽生态科技股份有限公司)测定。

(2)饲草产量的测定。在藜麦收获期(9月6日)，每小区选取1 m2具有代表性的样方进行刈割，每处理重复3次，称鲜重，计算鲜草产量，然后烘干至恒重，测定并计算干草产量。

(3)土壤体积含水量。土壤体积含水量在全生育期内采用IST.HRG C-16S型号土壤墒情仪(北京东方润泽生态科技股份有限公司)进行监测。土壤体积含水量测定深度为60 cm(每10 cm为1层，共6层)。

(4)饲草品质的测定。每小区随机称取200 g鲜草，105 ℃杀青后烘干至恒重，随后用植物粉碎机粉碎干草样，过筛后测定粗蛋白含量及粗纤维含量。粗蛋白含量采用半自动凯式定氮仪测定，酸性洗涤纤维(ADF)和中性洗涤纤维(NDF)采用Van Soest[10]法测定。

(5)指标的计算。水分利用效率[9]的计算 ：

式中：WUE为水分利用效率(kg/m3)；Y为饲草的干物质产量(kg/hm2)；ETa为作物耗水量(mm)，其值由下列公式得出：

ETa=P+I+W+K-D

式中：P为生育期内的降雨量(mm)；I为生育期内的灌水量(mm)；W为土壤水分消耗量(mm)；K为地下水补给量(mm)；D为土壤深层渗漏量(mm)。由于试验地的地下水水位较深(>50 m)，因此K值和D值均可忽略不计。

粗蛋白产量[11]的计算：

CPY=CP×Y

式中：CPY为粗蛋白产量(kg/hm2)；CP为粗蛋白含量(%)；Y为饲草的干物质产量(kg/hm2)。

粗蛋白水分利用效率的计算：

式中：WUECP为粗蛋白水分利用效率(kg/m3)；CPY为粗蛋白产量(kg/hm2)；ETa为作物耗水量(mm)。

相对饲喂价值的计算：

RFV=DMI×DDM/1.29

式中：RFV为相对饲喂价值；DMI为粗饲料干物质采食量，单位为占体重的百分比，即%BW；DDM为可消化的干物质，单位为占干物质的百分比，即%DM。DMI和DDM的预测模型分别为：

DMI=120/NDF

DDM=88.9-0.779ADF

式中：NDF为饲草的中性洗涤纤维(%)；ADF为饲草的酸性洗涤纤维(%)。

1.4 数据处理

采用 Microsoft Excel 2010进行数据整理和图表绘制；利用 SPSS 22.0进行方差分析和显著性检验，方差分析和多重比较均采用Duncan分析法。

2 结果与分析

2.1 调亏灌溉对藜麦和毛苕子混播产量及耗水规律的影响

由表2可知，藜麦和毛苕子混播的产量在MDI、LDI、SI处理下显著高于CK处理(P<0.05)。LDI处理下藜麦和毛苕子混播的产量最高，为11 030.48 kg/hm2；CK处理下藜麦和毛苕子混播的产量最低，为7 065.12 kg/hm2；MDI、LDI、SI处理与CK处理相比，分别增产39.73%、56.13%和48.99%。

表2 不同处理下藜麦和毛苕子混播的产量与水分利用效率Tab.2 Yield and water use efficiency of mixed seeding of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

藜麦和毛苕子混播的耗水量随灌水量的增加而增加，SI处理下耗水量最高，为498.58 mm。LDI处理下水分利用效率最大，为2.51 kg/m3；SI处理下水分利用效率最小，为2.11 kg/m3。这说明轻度调亏灌溉可获得较高的水分利用效率。

2.2 调亏灌溉对藜麦和毛苕子混播品质的影响

2.2.1 调亏灌溉对藜麦和毛苕子混播粗蛋白含量及产量的影响 由表3可知，CK处理下藜麦和毛苕子混播的粗蛋白含量最高，为19.10%；MDI处理下粗蛋白含量最低，为18.01%。MDI、LDI、SI处理下藜麦和毛苕子混播的粗蛋白产量显著高于CK处理(P<0.05)。LDI处理下粗蛋白产量最高，为2 098.45 kg/hm2；粗蛋白水分利用效率也最高，为0.48 kg/m3。这与藜麦和毛苕子混播的产量与水分利用效率结果一致。

表3 不同处理下藜麦和毛苕子混播的粗蛋白含量及产量Tab.3 Crude protein content and yield of mixed seeding of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

2.2.2 调亏灌溉对藜麦和毛苕子混播ADF、NDF含量和RFV值的影响 表4为不同处理下藜麦和毛苕子混播的ADF、NDF含量和RFV值。

表4 不同处理下藜麦和毛苕子混播的ADF、NDF含量和RFV值Tab.4 ADF and NDF content & RFV values of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

分析藜麦和毛苕子混播的ADF、NDF含量可知，在CK处理下ADF、NDF含量最低，为23.06%和33.10%；SI处理下ADF、NDF含量较MDI处理下降了0.98%和2.33%，较LDI处理下降了0.75%和1.81%；在CK处理下RFV值最高，为199.60%；MDI处理下RFV值最低，为 178.11%。

2.3 综合评价分析

单一的指标性状存在一定的局限性，不能全面分析单个处理的优劣性。本研究采用模糊综合评判法[12]分析了调亏灌溉对藜麦和毛苕子混播产量和品质的影响。

2.3.1 综合评价因子的选择 选取饲草的干物质产量(Y)、水分利用效率(WUE)、粗蛋白产量(CPY)、粗蛋白水分利用效率(WUECP)及相对饲喂价值(RFV)5个指标作为综合分析的评价因子(表5)。

表5 综合评价因子试验数据Tab.5 Test data of comprehensive evaluation factors

2.3.2 构建单因子评判矩阵 用以上5个指标建立单因子评判矩阵，并取各行的最大值为1，分别求出该行处理值与相应指标最大值的比值，其单因子评判矩阵如下所示：

2.3.3 构建单因子权重系数矩阵 5个指标之间的相关系数如表6所示。

表6 单因子的相关系数Tab.6 Correlation coefficients of single factor

每一参评单因子与其他参评单因子之间相关系数的平均值r，所有参评因子与其他单因子相关系数平均值的总和∑r及权重系数r/∑r见表7。

表7 单因子相关系数矩阵平均值与权重系数Tab.7 Average values and weight coefficients of single factor correlation coefficient matrix

根据表7，建立各单因子的权重系数矩阵为：

2.3.4 评价指标的计算 将评判矩阵和权重系数矩阵相乘，得出藜麦和毛苕子混播调亏灌溉的综合评价指标矩阵：

2.3.5 综合评价指标结果分析 由以上计算得出各参评因子影响大小依次为RFV>WUECP>WUE>Y>CPY；各调亏灌溉综合评价指标表现为LDI>SI>MDI>CK。LDI综合评价指标值最高，为0.980 5。表明在分枝期和开花期对藜麦和毛苕子混播进行轻度调亏灌溉时，其产量、品质及水分利用效率综合性状表现较好，轻度调亏灌溉为较优的调亏灌溉。

3 讨论与结论

水分对饲草产量的影响主要是通过影响其总干物质量达到的。Rawson等[13]认为适宜的水分调亏并不会减少产量，反而有利于作物增产。本研究表明，藜麦和毛苕子混播的产量在轻度调亏灌溉时最高，为11 030.48 kg/hm2；增产率最高，为56.13%。其他两个调亏灌溉也均有不同程度的增产。适宜的调亏灌溉可以在保证产量的基础上减少灌水量，增加水分利用效率[14]。本研究发现，藜麦和毛苕子混播随水分调亏程度的增加，灌水量逐渐减少，耗水量也不断减少，这与寇丹等[15]的研究结果相一致。

本试验中，在CK处理下藜麦和毛苕子混播的粗蛋白含量最高，为19.10%；轻度调亏灌溉时藜麦和毛苕子混播的粗蛋白产量和粗蛋白水分利用效率最大，为2 098.45 kg/hm2和0.48 kg/m3。酸性洗涤纤维含量与养分消化率成负相关，直接影响家畜对牧草的消化率；中性洗涤纤维含量则直接影响家畜采食率，其含量越高则适口性越差[16]。本研究中，在CK处理下ADF、NDF含量最低，为23.06%和33.10%；其他不同处理的ADF、NDF含量随水分调亏程度的减轻呈现降低趋势。相对饲喂价值可以反映牲畜对纤维的消化率和适口性，其值的高低直接决定饲用价值的高低[17]。本研究中，CK处理下RFV值最高，这可能是由于不灌溉时水分调亏对茎生长的抑制作用大于叶生长所导致的[18]。

通过对藜麦和毛苕子混播的产量、品质及节水效益综合考虑，推荐在分枝期和开花期对其进行轻度调亏灌溉(55%～65%田间持水量)，即灌水量为1 038.52 m3/hm2是适宜藜麦和毛苕子混播高效生产的灌溉方案。