王海青, 田育紅,*, 黃薇霖, 肖隨麗

1 北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京師范大學(xué)資源學(xué)院, 北京 100875 2 環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對(duì)外合作中心, 北京 100035

不同灌溉量對(duì)內(nèi)蒙古人工草地主要牧草產(chǎn)量和水分利用效率的影響

王海青1, 田育紅1,*, 黃薇霖1, 肖隨麗2

1 北京師范大學(xué)地表過程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京師范大學(xué)資源學(xué)院, 北京 100875 2 環(huán)境保護(hù)部環(huán)境保護(hù)對(duì)外合作中心, 北京 100035

人工草地建設(shè)是緩解內(nèi)蒙古地區(qū)草地生存壓力的必要途徑，而水分短缺是該區(qū)人工草地建設(shè)中牧草生長(zhǎng)的主要限制因素，適量的人工補(bǔ)水以實(shí)現(xiàn)牧草的高產(chǎn)節(jié)水是解決這一問題的關(guān)鍵。以當(dāng)?shù)刂饕敛荼莺妥匣ㄜ俎檠芯繉?duì)象，開展單播和混播條件下不同灌溉量對(duì)牧草產(chǎn)量、光合性能和水分利用效率影響的對(duì)比試驗(yàn)。研究結(jié)果表明：(1)豆禾混播有利于提高冰草和紫花苜蓿的產(chǎn)量；(2)8月初現(xiàn)蕾期是冰草和紫花苜蓿收割的最佳季節(jié)，此時(shí)牧草產(chǎn)量最高；(3)灌溉量達(dá)到田間持水量的45%(包含降雨量在內(nèi)的單位面積灌溉量在7月初達(dá)到903.8 m3/hm2，在8月初達(dá)到1812.4 m3/hm2)是牧草高產(chǎn)節(jié)水的最佳補(bǔ)水選擇；(4)6—8月水分脅迫更有利于提高牧草的長(zhǎng)期水分利用效率(long-term water use efficiency,WUEL)，開花期后補(bǔ)水對(duì)提高牧草WUEL的作用開始顯著；(5)在牧草產(chǎn)量最高的8月初水分脅迫更有利于提高牧草的瞬時(shí)水分利用效率(instantaneous water use efficiency,WUEI)，而在7月初光照強(qiáng)烈、水分蒸發(fā)量大時(shí)，較多地補(bǔ)水更有利于提高牧草的WUEI。

人工草地; 產(chǎn)量; 光合速率; 水分利用效率; 灌溉量

水分短缺是干旱半干旱區(qū)人工草地建設(shè)中牧草生長(zhǎng)的關(guān)鍵制約因素。在所有的非生物脅迫中，干旱對(duì)牧草造成的損失占首位，僅次于生物脅迫中病蟲害造成的損失[1]。由于內(nèi)蒙古草原區(qū)降水量少，水資源短缺，對(duì)人工草地選擇適當(dāng)?shù)难a(bǔ)水方案進(jìn)而提高牧草的產(chǎn)量和水分利用效率至關(guān)重要。生物量和光合生理特征是牧草產(chǎn)量分析的常用指標(biāo)。其中光合作用是植物生產(chǎn)力構(gòu)成的最主要因素。牧草凈光合速率在一天中的動(dòng)態(tài)變化和出現(xiàn)峰值的高低是葉片光合能力與環(huán)境條件綜合作用的結(jié)果[2]，對(duì)其進(jìn)行研究是分析環(huán)境因素影響植物生長(zhǎng)和代謝的重要手段。

維持人工草地高產(chǎn)的關(guān)鍵性措施是灌溉，研究灌溉量對(duì)人工草地產(chǎn)量、光合性能和水分利用效率影響的較少。孫洪仁等[3]通過研究發(fā)現(xiàn)不同灌溉量之間紫花苜蓿的水分利用效率及耗水系數(shù)差異不顯著。同時(shí)多數(shù)有關(guān)補(bǔ)水灌溉對(duì)植物產(chǎn)量和光合性能影響的研究選擇的對(duì)象側(cè)重于農(nóng)作物如馬鈴薯[4]、小麥[5]、水稻[6]等，而其他相關(guān)研究主要針對(duì)灌溉方式(溝灌、隔溝灌、畦灌、漫灌)對(duì)牧草生物量和水分利用效率的影響[7]、水分脅迫下牧草水分利用效率的變化[8]、不同種植時(shí)期牧草水分利用效率和耗水系數(shù)的差異[9]、不同品種和不同茬次之間耗水系數(shù)和水分利用效率的差異[10]等。但這些研究均未得出人工草地主要牧草高產(chǎn)節(jié)水的最佳補(bǔ)水量和補(bǔ)水時(shí)期。

為獲取內(nèi)蒙古人工草地主要牧草冰草和紫花苜蓿高產(chǎn)節(jié)水的最佳補(bǔ)水量和補(bǔ)水時(shí)期，本研究開展不同補(bǔ)水條件下兩種牧草的單播以及混播情況下的產(chǎn)量、光合速率、瞬時(shí)(葉片、個(gè)體尺度)水分利用效率(WUEI)和長(zhǎng)期(種群、群落尺度)水分利用效率(WUEL)的對(duì)比試驗(yàn)，探討最佳補(bǔ)水方案，以期為緩解當(dāng)?shù)厮Y源短缺的壓力及為人工草地的可持續(xù)發(fā)展提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于內(nèi)蒙古錫林浩特市東部的內(nèi)蒙古大學(xué)毛登牧場(chǎng)生態(tài)學(xué)實(shí)驗(yàn)基地。該區(qū)屬于中溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，冬季受蒙古高壓控制，寒冷干燥；夏季受季風(fēng)影響，溫暖濕潤(rùn)。年平均氣溫1.7 ℃，年平均降水量300 mm，集中在6—9月，年日照時(shí)間2877 h，平均風(fēng)速3.5 m/s[11]。該區(qū)以栗鈣土為主，溫性典型草原是主要的草地植被類型，建群種為大針茅和羊草，群落優(yōu)勢(shì)植物有冰草與糙隱子草，常見種還有冷蒿、蔥類植物等[12]。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本研究試驗(yàn)地塊于2012年5月中旬開地，6月9日播種，采取冰草單播、紫花苜蓿單播和冰草+紫花苜?；觳トN播種方式，全年進(jìn)行鋤草維護(hù)。補(bǔ)水處理在牧草生長(zhǎng)的第二年進(jìn)行，對(duì)每種播種方式均進(jìn)行4種處理，各3個(gè)重復(fù)，共48個(gè)地塊。補(bǔ)水設(shè)計(jì)主要基于樣地的田間持水量(為27.29%)，涉及4個(gè)補(bǔ)水梯度，均不搭配人工遮雨棚。補(bǔ)水處理一按照田間持水量的85%計(jì)；補(bǔ)水處理二按照田間持水量的65%計(jì)；補(bǔ)水處理三按照田間持水量的45%計(jì)；處理四為雨養(yǎng)對(duì)照。澆水時(shí)間選擇牧草的3個(gè)生長(zhǎng)關(guān)鍵期：返青期(5月中旬)、分蘗期(6月下旬)和抽穗期(7月下旬)。其中為保證牧草生長(zhǎng)旺盛，返青期統(tǒng)一澆充足水，澆水量為田間持水量的85%。此后兩個(gè)時(shí)期的澆水則按補(bǔ)水梯度澆灌，補(bǔ)水量見表1。

試驗(yàn)觀測(cè)在生長(zhǎng)期的5月17日(返青期)、6月4日(分蘗期)、7月1日(抽穗期)、8月9日(現(xiàn)蕾期)和9月9日(初花期)5個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行，主要觀測(cè)地上生物量和土壤含水量，重復(fù)3次，調(diào)查時(shí)補(bǔ)水總量(從年初牧草開始生長(zhǎng)算起的降雨量+補(bǔ)水量)見表1。同時(shí)利用Li- 6400便攜式光合系統(tǒng)測(cè)定儀測(cè)定牧草一天中的各項(xiàng)光合性能指標(biāo)，包括光合速率(Pn，μmol CO2m-2s-1)、蒸騰速率(Tr，molm-2s-1)等，測(cè)定時(shí)間為6:00—18:00，每隔2h測(cè)定一次，每個(gè)處理測(cè)定3個(gè)葉片作為重復(fù)，每個(gè)葉片記錄2次穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，并依據(jù)公式WUEI =Pn/Tr計(jì)算牧草WUEI。牧草WUEL利用下列計(jì)算公式[4]表示：

WUEL =W干物質(zhì)/ET

式中,W干物質(zhì)是牧草在某一生長(zhǎng)期單位面積的干物質(zhì)重(kg/hm2)，ET為牧草在某一生長(zhǎng)期的蒸散發(fā)(mm)，其值由下列公式得出：

ET=P+I±vS

式中，P是某一時(shí)期的降雨量(mm)；I為某一時(shí)期的補(bǔ)水量(mm)；vS是該時(shí)期后期和初期土壤剖面水分含量(mm)之差，當(dāng)后期土壤剖面水分含量高于前期時(shí)取-，反之取+。

表1 各時(shí)期補(bǔ)水量及調(diào)查時(shí)總補(bǔ)水量Table 1 Irrigation amount of different phases and gross irrigation amount

3 研究結(jié)果

3.1 不同補(bǔ)水處理對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

3.1.1 不同補(bǔ)水處理下牧草產(chǎn)量動(dòng)態(tài)變化

圖1 不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期各牧草的生物量

圖1顯示了不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期各牧草的生物量。從圖1可以看出，返青期澆水后，牧草的生物量差異均不明顯，因此，后期的生物量可作為補(bǔ)水處理影響牧草產(chǎn)量的依據(jù)。無論是單播還是混播，冰草和紫花苜蓿的生物量均在8月份達(dá)到最大，且補(bǔ)水處理三在生物量最高時(shí)對(duì)牧草產(chǎn)量的影響均最大。進(jìn)入9月份之后，各處理下牧草的產(chǎn)量均有下降。牧草的生長(zhǎng)季節(jié)十分短暫，抓住關(guān)鍵生長(zhǎng)期進(jìn)行補(bǔ)水是十分必要的。同時(shí)，建議在8月初對(duì)牧草進(jìn)行收割，此時(shí)無論冰草和紫花苜蓿是單播還是混播，產(chǎn)量都是最高的。

3.1.2 不同補(bǔ)水處理對(duì)各時(shí)期牧草產(chǎn)量增量的影響

圖2顯示了不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期牧草的生物量增量。從圖2可以看出，對(duì)于單播冰草而言，無論哪種補(bǔ)水處理，生物量增長(zhǎng)最快的都在6—7月份，而雨養(yǎng)處理下生物量增長(zhǎng)最快的是在7—8月份，因此補(bǔ)水處理提前了單播冰草的快速生長(zhǎng)時(shí)間。對(duì)于單播紫花苜蓿而言，補(bǔ)水處理一和處理二下生物量增長(zhǎng)最快的時(shí)期均為6—7月份，而補(bǔ)水處理三和雨養(yǎng)條件下生物量增長(zhǎng)最快的時(shí)期是7—8月份，因此補(bǔ)水處理一和補(bǔ)水處理二提前了它的快速生長(zhǎng)時(shí)間。此外，在整個(gè)生長(zhǎng)季內(nèi)，大部分情況下，冰草和紫花苜蓿生物量增長(zhǎng)最多的是補(bǔ)水處理一，且生物量的增長(zhǎng)量一般隨著補(bǔ)水量的減少而降低。如果考慮在最佳收割季節(jié)8月初收獲，此時(shí)補(bǔ)水處理三是各牧草生物量增長(zhǎng)最多的最佳補(bǔ)水方案，即在7月初對(duì)牧草的補(bǔ)水總量(包含降雨量)達(dá)到903.8 m3/hm2，在8月初對(duì)牧草的補(bǔ)水總量達(dá)到1812.4 m3/hm2。

圖2 不同處理下不同時(shí)期各牧草的生物量增量

3.1.3 不同播種方式對(duì)牧草產(chǎn)量的影響

從圖1可以看出，無論是冰草還是紫花苜蓿，混播后的產(chǎn)量都明顯要比單播提高很多。通過方差分析發(fā)現(xiàn)(表2)，在4種處理下混播的增產(chǎn)能力在顯著水平為0.05的情況下都是顯著的。因此，為提高牧草產(chǎn)量，用豆禾混播的方式最佳。

表2 不同牧草不同播種方式的方差分析結(jié)果(Duncan grouping)Table 2 Results of variance analysis of different forage under different sowing patterns

播種方式中：1代表單播冰草，2代表單播紫花苜蓿，3代表混播紫花苜蓿+冰草；N為樣本數(shù)；顯著性數(shù)值大于0.05即為顯著

3.2 不同補(bǔ)水處理對(duì)牧草光合性能和WUEI的影響

表3顯示了不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期各牧草的光合速率、蒸騰速率和WUEI的日均值。從表3可以看出，無論是單播還是混播，與7月初相比，冰草和紫花苜蓿的光合速率、蒸騰速率和WUEI在8月初均有下降，因此牧草的葉片在8月初開始衰落，也意味著牧草的產(chǎn)量在此后會(huì)逐漸減少。對(duì)于單播冰草和混播冰草來說，3種補(bǔ)水處理均有利于提高牧草在7月初和8月初的光合速率、8月初的蒸騰速率以及7月初的WUEI。在8月初，雨養(yǎng)更有利于提高單播冰草的WUEI，補(bǔ)水處理三更有利于提高混播冰草的WUEI。對(duì)于單播紫花苜蓿和混播紫花苜蓿而言，三種補(bǔ)水處理均可提高牧草7月初和8月初的光合速率和WUEI以及8月初的蒸騰速率，而雨養(yǎng)更有利于提高牧草7月初的蒸騰速率。

表3 不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期各牧草的光合速率、蒸騰速率和WUEITable 3 Daily mean values of grass Pn, Tr, WUEI in different periods under different irrigation schemes

Duncan多重比較方差分析發(fā)現(xiàn)(表4)，在顯著水平為0.05的情況下，對(duì)于冰草和紫花苜蓿，無論是單播還是混播，4種處理對(duì)7月初和8月初牧草光合速率、蒸騰速率和WUEI影響的差異均不明顯(同屬一類子集)。因此，考慮到節(jié)水的同時(shí)提高牧草光合性能和產(chǎn)量，選用補(bǔ)水三的處理方式比較合適。

表4 不同播種方式下不同補(bǔ)水處理的光合、蒸騰和WUEI方差分析結(jié)果Table 4 Variance analysis of grass Pn, Tr and WUEI of different treatment in different periods

補(bǔ)水方案中：1代表補(bǔ)水處理一，2代表補(bǔ)水處理二，3代表補(bǔ)水處理三，4代表雨養(yǎng)；N為樣本數(shù)；顯著性數(shù)值大于0.05即為顯著

3.3 不同補(bǔ)水處理對(duì)牧草WUEL的影響

圖3顯示了不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期牧草的WUEL。從圖3可以看出，對(duì)于單播冰草而言，在6—7月WUEL最高的是補(bǔ)水處理三，在7—8月WUEL最高的是雨養(yǎng)。對(duì)于單播紫花苜蓿而言，在6—7月WUEL最高的是雨養(yǎng)，在7—8月WUEL最高的是補(bǔ)水處理三。對(duì)于混播紫花苜蓿+冰草而言，在6—7月水分利用效率最高的是雨養(yǎng)，在7—8月WUEL最高的是補(bǔ)水處理三。因此，對(duì)于冰草和紫花苜蓿(無論是單播還是混播)而言，在牧草生長(zhǎng)旺季(6—8月份)，雨養(yǎng)或者補(bǔ)少量水(補(bǔ)水處理三)即可較好地提高牧草的WUEL。

圖3 不同補(bǔ)水處理下不同時(shí)期各牧草的WUEL

3.4 牧草增產(chǎn)節(jié)水效益分析

表5顯示了不同時(shí)期不同補(bǔ)水處理與雨養(yǎng)相比產(chǎn)量和WUEL增加的比例。從表5可以看出，與雨養(yǎng)處理相比，補(bǔ)水處理三在單播紫花苜蓿生長(zhǎng)旺季能使其產(chǎn)量增加157.52%，WUEL增加59.54%；補(bǔ)水處理三在混播紫花苜蓿+冰草生長(zhǎng)旺季能使其產(chǎn)量增加108.01%，WUEL增加36.20%；而對(duì)于單播冰草來說，在牧草的整個(gè)生長(zhǎng)季節(jié)內(nèi)，3種補(bǔ)水處理均能顯著提高牧草的產(chǎn)量和WUEL，為節(jié)水考慮，采取補(bǔ)水處理三為佳。因此，總的來說，對(duì)于冰草和紫花苜蓿而言，無論是單播還是混播，考慮牧草增產(chǎn)節(jié)水且WUEL顯著提高的綜合效益，補(bǔ)水處理三是進(jìn)行人工補(bǔ)水干預(yù)的最佳方案。

4 結(jié)論與討論

在牧草生長(zhǎng)旺季，在水分脅迫的情況下，植物體內(nèi)的水分狀況會(huì)表現(xiàn)出如下特點(diǎn)：組織含水量下降，吸水量降低，蒸騰量減少，但蒸騰仍大于吸水[13]。同時(shí)，植物也會(huì)通過一系列的生理生化變化來適應(yīng)水分脅迫生境，即在缺水條件下，植物體內(nèi)會(huì)主動(dòng)積累一些溶質(zhì)，如可溶性糖、脯氨酸等。由于細(xì)胞內(nèi)溶質(zhì)增多，滲透勢(shì)下

表5 不同時(shí)期不同補(bǔ)水處理與雨養(yǎng)處理相比產(chǎn)量和WUEL增加的比例Table 5 Increase proportion of yield and WUEL of different treatment compared with treatment 4 in different periods

降，植物就可以從外界繼續(xù)吸水，維持細(xì)胞膨壓，使生理過程正常進(jìn)行[14]。在本研究中發(fā)現(xiàn)，8月份冰草和紫花苜蓿充分體現(xiàn)了水分脅迫下的適應(yīng)能力，所以不用補(bǔ)太多的水，牧草一天中的WUEI均值和WUEL均比較高。而7月份是當(dāng)?shù)亟涤昙械臅r(shí)期，且太陽(yáng)光照強(qiáng)烈，蒸發(fā)旺盛，使得牧草的水分保存策略(通過減少水分消耗最大化的提高WUEI)失去了適應(yīng)優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閺?qiáng)烈的蒸發(fā)過程消耗葉片獲取的水分，同時(shí)，與其相比較的牧草使用了充足的水分來保持競(jìng)爭(zhēng)力[15]。因此，在7月份光照強(qiáng)烈時(shí)，牧草的WUEI日均值一般在補(bǔ)水處理二最高。但牧草的WUEL在7月份依然受到水分脅迫的影響，依然是在雨養(yǎng)或補(bǔ)水處理三的情況下數(shù)值最高。

本研究是在天然無棚的條件下開展的，選擇干旱半干旱地區(qū)人工草地建植的主要草種紫花苜蓿和冰草作為研究對(duì)象，是適應(yīng)當(dāng)?shù)貧夂蚝驮耘鄺l件的，符合建植人工草地的目的和要求。依據(jù)本研究的結(jié)論，即為實(shí)現(xiàn)內(nèi)蒙古人工草地主要牧草冰草和紫花苜蓿高產(chǎn)節(jié)水的目標(biāo)，應(yīng)對(duì)兩種牧草以混播的方式種植，在8月初進(jìn)行收割，同時(shí)在返青期補(bǔ)充足的水分，此后在7月初使單位面積灌水量(包括降雨量和補(bǔ)水量)達(dá)到903.8 m3/hm2，在8月初達(dá)到1812.4 m3/hm2。本研究結(jié)合水分脅迫的理論和實(shí)際降雨情況，同時(shí)考慮牧草WUEI和WUEL，其試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案可用于分析干旱半干旱區(qū)其他常見的人工草種，而研究的結(jié)果也有利于在研究區(qū)的人工草地建設(shè)中進(jìn)行大面積推廣和應(yīng)用。

[1] 李世雄, 王彥榮, 孫建華. 中國(guó)苜蓿品種種子產(chǎn)量性狀的遺傳多樣性. 草葉學(xué)報(bào), 2003, 12(1): 23- 29.

[2] 萬素梅, 賈志寬, 楊寶平. 苜蓿光合速率日變化及其與環(huán)境因子的關(guān)系. 草地學(xué)報(bào), 2009, 17(1): 27- 31.

[3] 孫洪仁, 馬令法, 何淑玲, 李品紅, 劉愛紅. 灌溉量對(duì)紫花苜蓿水分利用效率和耗水系數(shù)的影響. 草地學(xué)報(bào), 2008, 16(6): 636- 639, 645- 645.

[4] 陳光榮, 高世銘, 張曉艷. 補(bǔ)水時(shí)期和施鉀量對(duì)隴中半干旱區(qū)旱地馬鈴薯產(chǎn)量和水分利用率的影響. 中國(guó)土壤與肥料, 2009, (1): 23- 26, 39- 39.

[5] 周續(xù)蓮, 吳宏亮, 康建宏, 許強(qiáng). 不同灌水處理對(duì)春小麥水分利用率和光合速率的影響. 農(nóng)業(yè)科學(xué)研究, 2011, 32(4): 1- 5, 37- 37.

[6] 余青. 不同灌溉方式對(duì)水稻產(chǎn)量及水分利用率的影響. 貴州農(nóng)業(yè)科學(xué), 2010, 38(8): 37- 39.

[7] 王琦, 張恩和, 龍瑞軍, 趙桂琴, 孫永勝. 不同灌溉方式對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)性能及水分利用效率的影響. 草業(yè)科學(xué), 2006, 23(9): 75- 78.

[8] 劉國(guó)利, 何樹斌, 楊惠敏. 紫花苜蓿水分利用效率對(duì)水分脅迫的響應(yīng)及其機(jī)理. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2009, 18(3): 207- 213.

[9] 孫洪仁, 關(guān)天復(fù), 孫建益, 武瑞鑫, 李品紅. 不同年限紫花苜蓿 (生長(zhǎng)) 水分利用效率和耗水系數(shù)的差異. 草業(yè)科學(xué), 2009, 26(3): 39- 42.

[10] 孫洪仁, 張英俊, 歷衛(wèi)宏, 逯濤林, 高飛, 韓建國(guó). 北京地區(qū)紫花苜蓿建植當(dāng)年的耗水系數(shù)和水分利用效率. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2007, 16(1): 41- 46.

[11] 牛建明. 內(nèi)蒙古主要植被類型與氣候因子關(guān)系的研究. 應(yīng)用生態(tài)學(xué)報(bào), 2000, 11(1): 47- 52.

[12] 李素英, 李曉兵, 鶯歌, 符娜. 基于植被指數(shù)的典型草原區(qū)生物量模型——以內(nèi)蒙古錫林浩特市為例. 植物生態(tài)學(xué)報(bào), 2007, 31(1): 23- 31.

[13] 孫國(guó)榮, 閻秀峰, 肖瑋. 星星草耐鹽堿生理機(jī)制的初步研究. 植物科學(xué)學(xué)報(bào), 1997, 15(2): 162- 166.

[14] 張彤, 齊麟. 植物抗旱機(jī)理研究進(jìn)展. 湖北農(nóng)業(yè)科學(xué), 2005, (4): 107- 110.

[15] Fischer R A. Growth and water limitation to dryland wheat yield in Australia: a physiological framework. Journal of the Australian Institute of Agricultural Science, 1979, 45: 83- 94.

Analyzing the impact of irrigation quantity on biomass and water use efficiency of main grasses in artificial grassland in Inner Mongolia

WANG Haiqing1, TIAN Yuhong1,*, HUANG Weilin1, XIAO Suili2

1StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,CollegeofResourcesScienceandTechnology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China2ForeignEconomicCooperationOffice,MinistryofEnvironmentalProtection,Beijing100035,China

The construction of artificial grassland is the necessary way to alleviate pressures on the grassland in Inner Mongolia. Water shortage is the major limiting factor for grass growth in artificial grassland in this region. Suitable irrigation quantity is the key to solve the problem of water shortage by both increasing grass yield and saving water. In this study, we selected two local typical grassesAgropyroncristatumandMedicagosativaLand conducted irrigation experiments with single sowing and mixture sowing of the two. Then comparative analyses were explored on biomass, photosynthesis and water use efficiency of the two grasses under different irrigation schemes. The results show that: (1) The mixture sowing of leguminous herbage and gramineous herbage is helpful to enhance the yields of the two plants.; (2) Squaring period in the early August is the best season for the harvesting ofAgropyroncristatumandMedicagosativaL, when the yields of the grasses are the highest; (3) Treatment 3, of which the irrigation quantity is up to 45% of the field capacity, the amount of water recharge per unit (including precipitation and irrigation) is 903.8 m3/hm2in early July and 1812.4 m3/hm2in early August, is the best water treatment choice for both grass yields increase and water-saving; (4) Rain-fed condition or irrigating a little water (treatment 3) is effective to increase long-term water use efficiency (WUEL) of the grasses from June to August. Irrigating more water (treatments 1 and 2) started to affect WUEL only after entering the flowering stage of the grasses; (5) Rain-fed condition or irrigating a little water is effective to increase grass leaf instantaneous water use efficiency (WUEI) in early August. However, because of intensive sunlight, water evaporation is high and it is more effective to increase WUEI by irrigating more water in early July.

artificial grassland; yield; photosynthesis; water use efficiency; irrigation quantity

國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃(973計(jì)劃)課題(2014CB138803); 國(guó)家“十二五”科技支撐項(xiàng)目課題(2011BAC07B01)

2013- 12- 02;

2014- 08- 13

10.5846/stxb201312022858

*通訊作者Corresponding author.E-mail: tianyuhong@bnu.edu.cn

王海青, 田育紅, 黃薇霖, 肖隨麗.不同灌溉量對(duì)內(nèi)蒙古人工草地主要牧草產(chǎn)量和水分利用效率的影響.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(10):3225- 3232.

Wang H Q, Tian Y H, Huang W L, Xiao S L.Analyzing the impact of irrigation quantity on biomass and water use efficiency of main grasses in artificial grassland in Inner Mongolia.Acta Ecologica Sinica,2015,35(10):3225- 3232.