孫洪仁，楊曉潔，吳雅娜，劉 琳，沈 月(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所,北京 100193)

阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律與灌溉定額

孫洪仁，楊曉潔，吳雅娜，劉 琳，沈 月
(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)草地研究所,北京 100193)

為了給阿魯科爾沁旗紫花苜蓿(Medicagosativa)灌溉提供科學(xué)依據(jù)，利用1984-2013年30年氣象數(shù)據(jù)，采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦的彭曼-蒙特斯公式法，研究了阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律和灌溉定額。結(jié)果表明，阿魯科爾沁旗紫花苜蓿第1茬、第2茬、第3茬、第4茬、生長(zhǎng)季、非生長(zhǎng)季和全年需水量分別為221、187、169、179、755、70和825 mm，需水強(qiáng)度分別為4.3、4.7、4.1、2.5、3.7、0.4和2.3 mm·d-1，灌溉需水量分別為194、118、66、131、508、56和564 mm，灌溉定額分別為228、139、78、154、598、66和664 mm。

彭曼-蒙特斯公式；參照作物蒸散強(qiáng)度；參照作物蒸散量；需水量；需水強(qiáng)度；有效降水；灌溉需水量

科學(xué)灌溉是紫花苜蓿(Medicagosativa)獲得高產(chǎn)的重要條件,需水規(guī)律是制訂紫花苜蓿科學(xué)灌溉方案的前提基礎(chǔ)。紫花苜蓿需水規(guī)律因氣候區(qū)域而異[1]。學(xué)者們研究了北京平原[2-4]、河北滄州[5]、山東禹城[6]、河北壩上地區(qū)[7-10]、內(nèi)蒙古錫林浩特[11]、呼和浩特[12]、烏審旗[13]、甘肅臨澤[14]、新疆福海[15]、石河子[16]和渭干河-庫(kù)車河三角洲[17]的紫花苜蓿需水規(guī)律；歸納總結(jié)了世界各地紫花苜蓿需水規(guī)律研究結(jié)果，粗略估計(jì)了國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)區(qū)域的紫花苜蓿需水規(guī)律范圍[1，18]；探討了北京通州[3]、甘肅臨澤[14]、新疆石河子[16]、福海[19]和北屯[20]的紫花苜蓿灌溉定額。

內(nèi)蒙古赤峰阿魯科爾沁旗擁有優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)噴灌紫花苜蓿草地5萬(wàn)hm2，被中國(guó)畜牧業(yè)協(xié)會(huì)授予“中國(guó)草都”稱號(hào)。阿魯科爾沁旗至今尚未開展紫花苜蓿需水規(guī)律和灌溉定額研究。本研究擬利用阿魯科爾沁旗30年氣象數(shù)據(jù)，采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織推薦的彭曼-蒙特斯公式法，揭示阿魯科爾沁旗紫花苜蓿不同生產(chǎn)時(shí)期的需水量、需水強(qiáng)度、灌溉需水量和灌溉定額，旨為阿魯科爾沁旗紫花苜?？茖W(xué)灌溉提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 氣象數(shù)據(jù)

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年逐旬平均氣象數(shù)據(jù)，包括日照時(shí)數(shù)、最高氣溫、最低氣溫、相對(duì)濕度、風(fēng)速和降水量等由內(nèi)蒙古赤峰阿魯科爾沁旗氣象局提供。

1.2 參照作物蒸散強(qiáng)度和參照作物蒸散量

利用阿魯科爾沁旗1984-2013年30年逐旬平均氣象數(shù)據(jù)，采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)推薦的彭曼-蒙特斯公式[21][式(1)]計(jì)算參照作物日蒸散量，即參照作物蒸散強(qiáng)度。利用參照作物蒸散強(qiáng)度計(jì)算旬、月、年和不同生產(chǎn)階段參照作物蒸散量。

(1)

式中:ET0為參照作物蒸散強(qiáng)度(mm·d-1)，Rn為作物表面凈輻射[MJ·(m2·d)-1]，G為土壤熱通量密度[MJ·(m2·d)-1]，T為2 m高處日平均氣溫(℃)，u2為2 m高處風(fēng)速(m·s-1)，es為飽和水汽壓(kPa)，ea為實(shí)際水汽壓(kPa)，Δ為飽和水汽壓曲線斜率(kPa·℃-1)，γ為干濕表常數(shù)(kPa·℃-1)。

1.3 紫花苜蓿需水量

利用參照作物蒸散量和作物系數(shù)，采用式(2)[21]計(jì)算紫花苜蓿需水量。

WR=ETrc×Kc

(2)

式中:WR為作物需水量(mm)，ETrc為參照作物蒸散量(mm)，Kc為作物系數(shù)(無(wú)量綱)。紫花苜蓿生長(zhǎng)季和非生長(zhǎng)季作物系數(shù)分別確定為0.9和0.4[21]。

阿魯科爾沁旗紫花苜蓿生長(zhǎng)季確定為4月11日-10月31日，非生長(zhǎng)季確定為11月1日-4月10日。第1-4茬的生長(zhǎng)期依次確定為4月11日-5月31日、6月1日-7月10日、7月11日-8月20日和8月21日-10月31日。

1.4 紫花苜蓿需水強(qiáng)度

利用紫花苜蓿需水量和生長(zhǎng)期(或非生長(zhǎng)期)，采用式(3)計(jì)算紫花苜蓿需水強(qiáng)度。

WRR=WR÷T

(3)

式中:WRR為需水強(qiáng)度(mm·d-1)，WR為作物需水量(mm)，T為生產(chǎn)階段(d)。

1.5 紫花苜蓿灌溉需水量

利用紫花苜蓿需水量和有效降水量，采用式(4)計(jì)算紫花苜蓿灌溉需水量。

IR=WR-Pe=WR-σ×P

(4)

式中:IR為灌溉需水量(mm)，WR為作物需水量(mm)，Pe為有效降水量(mm)，P為降水量(mm)；σ為有效降水系數(shù)，無(wú)量綱，本研究取值為0.75[22]。

1.6 紫花苜蓿灌溉定額

利用紫花苜蓿灌溉需水量和灌溉效率，采用式(5)計(jì)算紫花苜蓿灌溉定額。

IQ=IR÷IE

(5)

式中:IQ為灌溉定額(mm)，IR為灌溉需水量(mm)，IE為灌溉效率(%)，阿魯科爾沁旗紫花苜蓿灌溉效率確定為85%。

2 結(jié)果與分析

2.1 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強(qiáng)度

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均參照作物蒸散強(qiáng)度為2.77 mm·d-1。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強(qiáng)度旬際差異巨大，1月上旬最小，僅0.38 mm·d-1，5月下旬最大，高達(dá)5.65 mm·d-1，相差近15倍(圖1)。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強(qiáng)度旬際變化規(guī)律總體上呈單峰曲線，自1月上旬至5月下旬逐旬升高，5月下旬至12月下旬逐旬降低(7月略有波動(dòng))。

2.2 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量

2.2.1 阿魯科爾沁旗逐旬參照作物蒸散量 阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均旬參照作物蒸散量為28 mm。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量旬際差異巨大，1月上旬最小，僅4 mm，5月下旬最大，高達(dá)62 mm，相差約15倍(表1)。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量旬際變化規(guī)律大體上為自1月上旬至5月下旬逐旬升高，5月下旬至12月下旬逐旬降低(7月和8月略有波動(dòng))。

圖1 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散強(qiáng)度旬際變化動(dòng)態(tài)Fig. 1 The inter-ten-days dynamic change of reference crop evapotranspiration rate in Ar Horqin Banner

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ分別表示上、中、下旬。

Note: Ⅰ, Ⅱ, and Ⅲ indicate early-month, middle-month, and late-month, respectively.

表1 阿魯科爾沁旗1984-2013年平均逐旬、逐月參照作物蒸散量(mm)Table 1 The mean reference crop evapotranspiration(mm) from 1984 to 2013 every ten-days and month in Ar Horqin Banner

2.2.2 阿魯科爾沁旗逐月參照作物蒸散量 阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均月參照作物蒸散量為85 mm。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量月際差異巨大，1月最小，僅14 mm，5月最大，高達(dá)163 mm，相差超過(guò)10倍(表1)。阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量月際變化規(guī)律為自1月至5月逐月升高，5月至12月逐月降低。

2.2.3 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿不同生產(chǎn)階段參照作物蒸散量 阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均全年參照作物蒸散量略高于1 000 mm，其中生長(zhǎng)季占比82.7%，非生長(zhǎng)季占比17.3%；生長(zhǎng)季第1茬參考作物蒸散量最高，第2、3茬逐漸降低，第4茬略微升高(表2)。

2.2.4 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量年際動(dòng)態(tài) 阿魯科爾沁旗參照作物蒸散量年際差異巨大，1986、1991和1992年不足900 mm，依次為897、892和874 mm，2001、2009和2010年超過(guò)1 100 mm，分別為1 120、1 187和1 158 mm，高低相差超過(guò)300 mm(圖2)。除1994年外，1984-1999年皆低于1 000 mm，16年平均年參照作物蒸散量為950 mm；2000-2013年皆高于1 000 mm，14年平均年參照作物蒸散量為1 086 mm；兩個(gè)階段相差136 mm。

2.3 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量

阿魯科爾沁旗都1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季和全年需水量分別為755和825 mm；生長(zhǎng)季占比91.5%，非生長(zhǎng)季占比8.5%；生長(zhǎng)季第1茬需水量最高，第2、3茬逐漸降低，第4茬略微回升(表2)。

2.4 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水強(qiáng)度

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季和全年需水強(qiáng)度分別為3.7和2.3 mm·d-1；生長(zhǎng)季遠(yuǎn)高于非生長(zhǎng)季，相差近10倍；生長(zhǎng)季第2茬需水強(qiáng)度最高，第1茬次之，第3茬再次之，第4茬最低，明顯低于前3茬(表2)。

2.5 阿魯科爾沁旗降水量和有效降水量

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均全年降水量和有效降水量分別約為348和261 mm，其中生長(zhǎng)季占比約為94.8%，非生長(zhǎng)季占比約為5.2%；生長(zhǎng)季第3茬降水量和有效降水量最高，第2茬次之，第4茬再次之，第1茬最低，高低相差近4倍(表2)。

表2 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿不同生產(chǎn)時(shí)期參照作物蒸散量、需水量、需水強(qiáng)度、降水量、有效降水量、灌溉需水量和灌溉定額Table 2 The reference crop evapotranspiration, water requirement, water requirement rate, precipitation, effective precipitation, irrigation requirement, and irrigation quota of alfalfa for different production phase in Ar Horqin Banner

圖2 阿魯科爾沁旗參考作物蒸散量年際變化動(dòng)態(tài)Fig. 2 The inter-annual dynamic change of reference crop evapotranspiration in Ar Horqin Banner

2.6 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿灌溉需水量

阿魯科爾沁旗在1984-2013年30年間，其平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季灌溉需水量接近510 mm，全年超過(guò)560 mm；生長(zhǎng)季占比約為90%，非生長(zhǎng)季占比約為10%；生長(zhǎng)季第1茬灌溉需水量最高，第4茬次之，第2茬再次之，第3茬最低，高低相差近3倍(表2)。

2.7 阿魯科爾沁旗紫花苜蓿適宜灌溉定額

阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季適宜灌溉定額接近600 mm，全年超過(guò)660 mm；生長(zhǎng)季占比約為90%，非生長(zhǎng)季占比約為10%；生長(zhǎng)季第1茬灌溉定額最高，第4茬次之，第2茬再次之，第3茬最低，高低相差近3倍(表2)。

3 討論與結(jié)論

3.1 紫花苜蓿需水量

本研究結(jié)果表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季和全年需水量分別為755和825 mm。該結(jié)果明顯高于內(nèi)蒙古錫林浩特[11]、呼和浩特[12]、河北壩上地區(qū)[7-10]、甘肅臨澤內(nèi)部綠洲[14]和新疆石河子[16]，低于內(nèi)蒙古烏審旗[13]、甘肅臨澤邊緣綠洲[14]、新疆福海[15]和渭干河-庫(kù)車河三角洲[17]，與北京[2-4]、河北滄州[5]和山東禹城[6]較為接近。在世界范圍內(nèi)則屬于低值[1]。

3.2 紫花苜蓿需水強(qiáng)度

本研究表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季和全年需水強(qiáng)度分別為3.7和2.3 mm·d-1。該結(jié)果在國(guó)內(nèi)介于各地研究結(jié)果之間[2-5,7-12,14-17]，在世界范圍內(nèi)則屬于低值[1]。

3.3 紫花苜蓿灌溉需水量

本研究表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季和全年灌溉需水量分別為508和564 mm。該結(jié)果明顯高于北京[2-3]。主要原因在于阿魯科爾沁旗降水量明顯低于北京，而兩地紫花苜蓿需水量較接近。

3.4 紫花苜蓿灌溉定額

本研究表明，阿魯科爾沁旗1984-2013年30年平均紫花苜蓿生長(zhǎng)季和全年適宜灌溉定額分別為598和664 mm。該結(jié)果明顯高于北京通州[3]，明顯低于新疆福海[19]和北屯[20]，略高于甘肅臨澤內(nèi)部綠洲[14]。明顯高于北京通州的主要原因在于阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量高于北京通州，而降水量低于北京通州；明顯低于新疆福海和北屯的主要原因在于阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量低于新疆福海和北屯，而降水量高于新疆福海和北屯；略高于甘肅臨澤內(nèi)部綠洲的主要原因在于阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水量明顯高于甘肅臨澤內(nèi)部綠洲，而降水量?jī)H略高于甘肅臨澤內(nèi)部綠洲。

阿魯科爾沁旗紫花苜蓿生產(chǎn)實(shí)踐中，大多數(shù)企業(yè)的灌溉定額為500 mm左右，明顯低于適宜灌溉定額。這是紫花苜蓿干草單產(chǎn)與理論產(chǎn)量存在較大差距，尚未實(shí)現(xiàn)15 t·hm-2的主要原因之一。

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(責(zé)任編輯 武艷培)

Water requirement regularity and irrigation quota of alfalfa in Ar Horqin Banner

Sun Hong-ren， Yang Xiao-jie， Wu Ya-na， Liu Lin， Shen Yue
(Institute of Grassland Science，China Agricultural University，Beijing 100193)

To provide a scientific basis for alfalfa irrigation in Ar Horqin Banner, 30 years of meteorological data (from 1984 to 2013) and the FAO Penman-Monteith equation were employed to study the water requirement regularity and irrigation quota of alfalfa. The results showed that the water requirement of alfalfa for the first to fourth harvests, growing season, non-growing season, and full year in Ar Horqin Banner were 221, 187, 169, 179, 755, 70, and 825 mm, respectively. The water requirement rates were 4.3, 4.7, 4.1, 2.5, 3.7, 0.4, and 2.3 mm·d-1, respectively. The irrigation requirements were 194, 118, 66, 131, 508, 56, and 564 mm, respectively. The irrigation quotas were 228, 139, 78, 154, 598, 66, and 664 mm, respectively.

Penman-Monteith equation; reference crop evapotranspiration rate; reference crop evapotranspiration; water requirement; water requirement rate; effective precipitation; irrigation requirement

Sun Hong-ren E-mail:sunhongren@cau.edu.cn

2016-09-05 接受日期：2016-11-11

農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)項(xiàng)目“苜蓿高效種植技術(shù)研究與示范”(201403048);國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)項(xiàng)目“現(xiàn)代牧草產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)”(CARS-35)

孫洪仁(1965-)，男，吉林懷德人，副教授，碩士，研究方向?yàn)槟敛菖c作物水肥管理。E-mail:sunhongren@cau.edu.cn

10.11829/j.issn.1001-0629.2016-0464

S816;S541+.107

A

1001-0629(2017)06-1272-06

孫洪仁，楊曉潔，吳雅娜，劉琳，沈月.阿魯科爾沁旗紫花苜蓿需水規(guī)律與灌溉定額.草業(yè)科學(xué),2017,34(6)：1272-1277.

Sun H R,Yang X J,Wu Y N,Liu L,Shen Y.Water requirement regularity and irrigation quota of alfalfa in Ar Horqin Banner.Pratacultural Science，2017,34(6)：1272-1277.