劉 永， 繳錫云,2， 陳俊克， 王樹(shù)仿

(1.河海大學(xué) 農(nóng)業(yè)工程學(xué)院， 江蘇 南京210098； 2.河海大學(xué) 水文水資源與水利工程國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 南京210098； 3.黃河水利出版社， 河南 鄭州 450003)

1 研究背景

苜蓿是世界上種植面積最廣泛的多年生豆科牧草之一，其營(yíng)養(yǎng)價(jià)值高，適應(yīng)性強(qiáng)，享有“牧草之王”的稱(chēng)譽(yù)[1-3]。當(dāng)前，苜蓿是我國(guó)牧區(qū)飼料的主要來(lái)源，其種植區(qū)多集中在相對(duì)缺水的西北干旱地區(qū)，常年降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈。因此，科學(xué)合理地利用水資源以滿(mǎn)足苜蓿種植需求的研究顯得尤為重要。地下滴灌是通過(guò)埋入土壤的毛管和灌水器將水或水肥的混合液緩慢出流滲入到作物根區(qū)土壤中，再借助毛細(xì)管及重力作用將水分?jǐn)U散，供作物吸收利用的一種灌水方法[4-6]。它具有改善品質(zhì)、節(jié)水增產(chǎn)、便于管理等優(yōu)點(diǎn)[7-9]。廉喜旺[10]通過(guò)設(shè)置不同滴灌帶間距、埋深進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在新疆阿勒泰地區(qū)土壤質(zhì)地為淡棕鈣土的條件下，滴灌帶布設(shè)間距80cm、埋深30cm的畝產(chǎn)干草量最高。Kazumba等[11]通過(guò)設(shè)置不同滴灌帶間距和埋深進(jìn)行試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在以色列內(nèi)蓋夫沙漠地區(qū)苜蓿滴灌帶布設(shè)間距100～150 cm，埋深40 cm為宜。吳文奇等[12]通過(guò)對(duì)滴灌帶的不同布設(shè)方式的研究，對(duì)紫花苜蓿的不同生理指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，發(fā)現(xiàn)在毛烏蘇沙漠地區(qū)土壤質(zhì)地為沙土的條件下，滴灌帶間距為90 cm的處理優(yōu)于其他處理。

由于新疆沙漠地區(qū)土質(zhì)中礫質(zhì)土含量較高，蒸發(fā)量較大，且苜蓿需水量較大[13]，地下滴灌不能完全滿(mǎn)足該區(qū)苜蓿的生長(zhǎng)要求。淺埋式滴灌是目前正在研究的應(yīng)用于新疆地區(qū)苜蓿種植的灌溉技術(shù)。與地下滴灌相比，淺埋式滴灌具有安裝成本低，便于管理，更能夠有效調(diào)節(jié)田間小氣候等優(yōu)點(diǎn)[14-16]。在淺埋式滴灌系統(tǒng)的研究中，有關(guān)滴灌帶毛管間距對(duì)苜蓿生長(zhǎng)影響的研究較少，毛管間距的確定還缺乏科學(xué)依據(jù)。因此，本文通過(guò)研究不同毛管間距對(duì)分層土壤含水率及苜蓿生長(zhǎng)的影響，以期為苜蓿淺埋式滴灌技術(shù)提供依據(jù)。

2 材料與方法

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2016年4-10月在新疆阿勒泰阿葦灌區(qū)試驗(yàn)站開(kāi)展，該試驗(yàn)站位于青河縣境內(nèi)。青河縣是阿勒泰地區(qū)最東部的1個(gè)縣，位于東經(jīng)89°47′～91°04′，北緯45°00′～47°20′，地處大陸性北溫帶干旱氣候區(qū)，多年平均氣溫0℃，平均無(wú)霜期為103 d，多年平均降雨量161 mm，平均蒸發(fā)量1 495 mm，其

蒸發(fā)量遠(yuǎn)大于降雨量。試驗(yàn)田的土質(zhì)以礫石為主，根據(jù)國(guó)際制土壤分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，0～30 cm土層為多礫質(zhì)土，30～60 cm土層為輕礫石土，0～60 cm土層平均容重為1.77g/cm3，土壤田間體積持水率為23.45%，2016年試驗(yàn)期總有效降水量為90 mm。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本次主要采用田間小區(qū)對(duì)比試驗(yàn)。田間小區(qū)的規(guī)格均為：30 m×2.4 m，各級(jí)管道均采用PE管作為主要材料，其中干管、支管的管徑分別為φ50、φ40 mm。田間毛管采用可以防負(fù)壓的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴灌帶的直徑為2.0 cm、滴頭標(biāo)定流量為2.2 L/h。本次試驗(yàn)苜蓿品種為當(dāng)?shù)刈匣ㄜ俎０枌穑?012年8月份進(jìn)行種植，種植行距均為30 cm。

毛管埋深統(tǒng)一設(shè)定為10 cm，毛管間距分別設(shè)30、60、90 cm 3種處理(見(jiàn)圖1)，每個(gè)處理設(shè)重復(fù)3次。各試驗(yàn)區(qū)依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用水習(xí)慣及苜蓿生理特性制定同一灌溉制度，各處理的灌水定額為370 m3/hm2。

圖1 試驗(yàn)小區(qū)毛管田間布置示意圖(單位：cm)

2.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

根據(jù)試驗(yàn)植株調(diào)查，試驗(yàn)小區(qū)紫花苜蓿整個(gè)生育期各生育階段劃分如表1所示。

表1 試驗(yàn)區(qū)苜蓿生育期劃分 月-日

本試驗(yàn)測(cè)定土壤水分、毛細(xì)根生物量、株高、莖粗、作物產(chǎn)量等指標(biāo)。測(cè)定方法如下：

(1)苜蓿毛細(xì)根生物量的測(cè)定：采用烘干法測(cè)定，在試驗(yàn)小區(qū)水平方向上分別距離毛管0、10、20、30、40、50 cm處，豎直方向每層10 cm共60 cm深度分層采集土樣，分離出毛細(xì)根，僅選取直徑小于2 mm(誤差≤0.1 mm)的毛細(xì)根，然后將挑出的毛細(xì)根烘干至恒重后稱(chēng)重，并換算成毛細(xì)根密度。

(2)株高和莖粗的測(cè)定：在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)選取苜蓿長(zhǎng)勢(shì)均勻的區(qū)域，從該區(qū)域隨機(jī)選取10株苜蓿定株，每隔5 d測(cè)定1次，其中孕蕾前株高為苜蓿莖的最基部到最上葉頂端的距離，孕蕾期后為苜蓿莖的最基部到頂端的距離；莖粗用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測(cè)量，單株苜蓿的莖粗在互相垂直的方向各測(cè)定1次。

(3)作物產(chǎn)量的測(cè)定：分別于苜蓿第1、2茬各生育期內(nèi)選取各小區(qū)長(zhǎng)勢(shì)均勻的區(qū)域，樣方面積約為1 m×1 m，刈割3次取平均值，留茬高度5 cm左右，收割后將所測(cè)鮮草置于陰涼處自然風(fēng)干，稱(chēng)重，所得質(zhì)量為干草產(chǎn)量。

(4)土壤水分的測(cè)定：灌溉前、后分別對(duì)樣區(qū)采集土樣，每5 cm土層取1次土樣，土層深度共60 cm深度，將各土樣采用取土烘干法計(jì)算并最終換算成體積含水率。

3 結(jié)果與分析

3.1 毛管間距對(duì)不同土層土壤水分的影響

不同毛管間距處理下各深度土層灌水前后的含水率變化如表2所示。由表2可看出，毛管間距分別為30、60、90 cm時(shí)，其各土層含水率增值隨著土層深度的增加總體均呈現(xiàn)先增后減的趨勢(shì)，且均在10～15 cm深度內(nèi)達(dá)到最大；在埋設(shè)毛管以下的各深度土層中，毛管間距60、90 cm處理的各土層含水率增值均大于間距為30 cm的處理；在0～15 cm土層內(nèi)，毛管間距為30、60 cm處理的土層含水率增值差異不顯著，且均低于毛管間距90 cm的處理，但在15～25cm土層內(nèi)，毛管間距為60 cm處理的含水率增值略大于間距為90 cm的處理；另外隨著毛管間距的增大，水分入滲土層的深度也有所增加。

3.2 毛管間距對(duì)苜蓿水平方向毛細(xì)根分布的影響

3.2.1 毛管間距對(duì)毛細(xì)根生物量的影響 第1茬苜蓿生長(zhǎng)至花期時(shí)，毛管間距分別為30、60、90 cm 3種處理下的毛細(xì)根生物量空間分布見(jiàn)圖2，以0～60 cm深度土層為主要分析區(qū)域。毛管間距為30、60 cm處理其水平方向0～50 cm范圍內(nèi)毛細(xì)根生物量分布均勻，在5.31×10-4g/cm2左右。毛管間距30 cm處理其水平方向在20～40 cm范圍內(nèi)毛細(xì)根生物量略高于間距為60 cm的處理，水平方向0～20、40～50 cm的毛細(xì)根生物量與其基本一致。毛管間距為90 cm處理其毛細(xì)根分布沿水平方向變化較顯著，其根系主要分布在水平方向0～15、25～45 cm范圍內(nèi)，而15～25、45～50 cm范圍內(nèi)毛細(xì)根生物量偏低，低至2.9×0-4g/cm2。

表2 灌水前后各土層體積含水率變化表 %

3.2.2 毛管間距對(duì)毛細(xì)根密度的影響 第1茬和第2茬苜蓿不同毛管間距的水平方向毛細(xì)根密度見(jiàn)圖3。由圖3(a)可看出，第一茬苜蓿3種處理沿水平方向毛細(xì)根密度差異性較大；毛管間距30 cm處理其毛細(xì)根密度沿水平方向變化較小，不同距離處毛細(xì)根密度差異不顯著，約為3.70×10-4g/cm3。毛管間距60 cm處理其毛細(xì)根密度沿水平方向總體呈現(xiàn)先減后增趨勢(shì)，其中水平方向20～30、30～40 cm范圍內(nèi)差異不顯著，且二者的密度均略低于0～10、10～20、40～50 cm部分，并在20～30 cm內(nèi)出現(xiàn)最低值，約3.80×10-4g/cm3。毛管間距90 cm處理其毛細(xì)根密度沿水平方向總體呈減小趨勢(shì),且變化較顯著，最大差值為3.65×10-4g/cm3左右。

圖3 不同毛管間距下第1、2茬苜蓿毛細(xì)根密度

相比第1茬，相同處理第2茬苜蓿在各生育期的毛細(xì)根密度有所變化。由圖3(b)可知，毛管間距30 cm處理其不同距離處毛細(xì)根密度差距較大，在水平方向10～20 cm處出現(xiàn)最低點(diǎn)，為3.30×10-4g/cm3左右；毛管間距60 cm處理其毛細(xì)根密度沿水平方向變化規(guī)律與第1茬基本一致，不同距離處毛細(xì)根密度均在3.5×10-4g/cm3左右；毛管間距為90 cm處理其苜蓿在整個(gè)生育期內(nèi)毛細(xì)根密度沿著水平方向逐漸降低；毛細(xì)根密度在水平方向距毛管0～10、10～20 cm范圍內(nèi)變化趨勢(shì)與第1茬基本一致，而距毛管20～30、30～40、40～50 cm范圍內(nèi)差異較顯著，且低于毛管間距為30、60 cm的處理。

由此可見(jiàn)，毛管間距30、60 cm處理時(shí)水平方向上各土層毛細(xì)根生物量分布較均勻，更適合苜蓿的生長(zhǎng)。

3.3 毛管間距對(duì)苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)的影響

3.3.1 毛管間距對(duì)苜蓿株高的影響 株高是作物最基本的生長(zhǎng)指標(biāo)之一，是判定苜蓿生長(zhǎng)狀況的關(guān)鍵因素[17]。同一毛管埋深下，不同毛管間距對(duì)苜蓿株高存在一定的影響(見(jiàn)圖4)。

由圖4可知，第1、2茬苜蓿植株高度均在生育中期(分枝期、孕蕾期、花期)生長(zhǎng)速度較快，到生育后期生長(zhǎng)逐漸減緩。毛管間距為30、60 cm處理第1茬苜蓿生育期內(nèi)株高差異性較??；在生長(zhǎng)前期，兩處理植株高度差異不顯著但均稍高于毛管間距90 cm的處理。收割時(shí)，毛管間距為30、60、90 cm樣區(qū)植株的平均高度分別為72.2、71.1、63.5 cm，毛管間距90 cm處理植株高度遠(yuǎn)低于間距30、60 cm處理。第2茬苜蓿整個(gè)生育期內(nèi)毛管間距為30、60 cm的處理其株高與第1茬基本一致，均高于毛管間距為90 cm的處理；收割時(shí)，毛管間距為30、60、90 cm處理其植株高度分別為69.6、71.4和63.1 cm，90 cm處理植株高度仍遠(yuǎn)低于30、60 cm處理。由此可知，毛管間距90 cm處理相對(duì)30、60 cm處理對(duì)植株高度的影響較大，不宜于苜蓿的生長(zhǎng)，而毛管間距30、60 cm處理的苜蓿生長(zhǎng)穩(wěn)定，為較優(yōu)的布置間距。

3.3.2 毛管間距對(duì)苜蓿莖粗的影響 莖是苜蓿輸送營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分以及保證苜蓿花、葉維持在一定空間的重要組成部分。同一毛管埋深下不同毛管間距處理時(shí)，各生育期苜蓿莖粗如表3所示。由表3可知，在第1、2茬苜蓿整個(gè)生育期內(nèi)，苜蓿生長(zhǎng)主要集中于蕾期至花期階段，花期后，苜蓿生長(zhǎng)緩慢，莖粗維持在3 mm左右。第1茬整個(gè)生育期內(nèi)，毛管間距為30、60 cm處理其莖粗均大于90 cm處理，且差異顯著。第2茬苜蓿在生育前期，3種處理下莖粗差異不顯著，毛管間距30 cm處理略大于間距60、90 cm的處理；在生育后期，毛管間距60 cm處理莖粗略大于30 cm處理；毛管間距90 cm處理苜蓿莖粗在整個(gè)生育期內(nèi)變化與第1茬基本一致且遠(yuǎn)低于前兩者。因而，毛管間距30、60 cm相對(duì)于間距90 cm更有利于苜蓿植株的生長(zhǎng)。

圖4 不同毛管間距對(duì)第1、2茬苜蓿株高的影響

毛管間距/cm第1茬莖粗/mm分枝期蕾期花期收割第2茬莖粗/mm分枝期蕾期花期收割302.68a2.71b3.33b3.40b1.88a2.78a2.92b3.03b602.58b2.92a3.39a3.48a1.83b2.44b2.96a3.13a902.31c2.50c2.90c2.92c1.62c2.32c2.70c2.82c

注：不同的小寫(xiě)字母a、b、c表示在P<0.05水平下差異顯著。

3.4 毛管間距對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響

不同毛管間距下，苜蓿各生育階段干草產(chǎn)量如圖5所示。第1、2茬整個(gè)生育期內(nèi)產(chǎn)量快速增長(zhǎng)時(shí)間與莖粗、株高增長(zhǎng)時(shí)間一致。3種處理下，收割時(shí)干草產(chǎn)量均在6.00 t/hm2左右。其中，第1、2茬毛管間距30、60 cm處理的苜蓿產(chǎn)量較高且兩者差異較小，以毛管間距60 cm處理為優(yōu)，二者干草產(chǎn)量差值在0.3 t/hm2內(nèi)；而毛管間距為90 cm處理的苜蓿產(chǎn)量相對(duì)較低，生育期各階段產(chǎn)量與毛管間距30、60 cm處理均有顯著差異，間距過(guò)大對(duì)苜蓿的正常生長(zhǎng)影響較大，嚴(yán)重影響其產(chǎn)量。因而，毛管間距60 cm處理更適合苜蓿植株的生長(zhǎng)。

圖5 不同毛管間距下各生育階段第1、2茬苜蓿干草產(chǎn)量

4 結(jié)論與討論

本文設(shè)置了毛管間距為30、60、90 cm 3種處理，研究了淺埋式滴灌條件下不同毛管間距對(duì)土壤水分分布及苜蓿生長(zhǎng)的影響。試驗(yàn)表明，不同處理的各土層含水率均在滴頭附近達(dá)到最大，并且隨著毛管間距的增大，水分入滲的深度也增大，這與已有的研究結(jié)果相一致[18-19]；通過(guò)對(duì)0～60 cm深度土層的毛細(xì)根生物量進(jìn)行分析，毛管間距60 cm處理的沿水平方向上毛細(xì)根密度更均勻；通過(guò)對(duì)苜蓿的株高、莖粗、產(chǎn)量等指標(biāo)進(jìn)行分析，不同毛管間距處理的各項(xiàng)指標(biāo)基本表現(xiàn)為：60 cm>30 cm>90 cm，毛管間距90 cm最不利于苜蓿的生長(zhǎng)，主要原因是毛管間距過(guò)大導(dǎo)致水分分布不均勻[20]，苜蓿部分區(qū)域的需水量不能得到滿(mǎn)足，對(duì)苜蓿的生長(zhǎng)產(chǎn)生的影響較大。主要結(jié)論如下：

(1)不同毛管間距處理下各深度土層灌水前后含水率增值有所差異，毛管間距60、90 cm處理灌水前后土層含水率增值優(yōu)于30 cm處理。

(2)毛管間距30、60 cm處理對(duì)苜蓿毛細(xì)根分布影響較小，而毛管間距為90 cm的處理對(duì)其毛細(xì)根密度分布影響較大，與毛管間距30、60 cm處理差異顯著，因而毛管布設(shè)間距不宜過(guò)大，毛管間距30、60 cm處理更有利于苜蓿毛細(xì)根的生長(zhǎng)。

(3)毛管間距30、60cm對(duì)苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量的影響差異較小，以間距60 cm處理為優(yōu)；而毛管間距為90 cm的影響相對(duì)較大，其各階段苜蓿的生長(zhǎng)狀況均低于前兩者的處理，對(duì)苜蓿生長(zhǎng)不利，故3種處理下以毛管間距60 cm更有利于苜蓿的生長(zhǎng)。

綜上所述，淺埋式滴灌在毛管間距30、60、90 cm 3種處理中毛管間距為60 cm的處理能夠達(dá)到苜蓿節(jié)水、高產(chǎn)、高效的目的，為最優(yōu)毛管布置間距，適合應(yīng)用于新疆荒漠地區(qū)苜蓿的灌溉。