馬利利，李正鵬，汪文成，韓 梅，嚴(yán)清彪，蔣福禎

(1.青海大學(xué)，西寧 810016；2.青海大學(xué)省部共建三江源生態(tài)與高原農(nóng)牧業(yè)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西寧 810016)

0 引 言

青海省位于青藏高原東北部，是高寒地區(qū)的典型代表地。同時(shí)也是我國五大牧區(qū)之一[1]。青海省具有氣溫低、晝夜溫差大、降雨少而集中、日照長、太陽輻射強(qiáng)等特點(diǎn)，屬于典型的高原大陸性氣候。全省多數(shù)地區(qū)年降水量平均值為200～500 mm，但年潛在蒸發(fā)量一般在1 500～3 000 mm[2]。由于青海省受高寒地區(qū)的水分條件限制，降水量少，蒸發(fā)量大，地下水資源貧乏，嚴(yán)重影響了當(dāng)?shù)啬敛莅l(fā)展。因此，對(duì)當(dāng)?shù)厝斯わ暡葸M(jìn)行適當(dāng)?shù)墓喔仁侵陵P(guān)重要的。

燕麥(Avena sativa L.)是一年生禾本科飼草，具有耐旱、抗寒、適應(yīng)性強(qiáng)和耐貧瘠等特點(diǎn)[3]。在高寒牧區(qū)，燕麥作為優(yōu)質(zhì)的一年生飼草作物，是建立人工草地和冬春補(bǔ)飼的首選草種[4]。青海省作為牧區(qū)省份, 因其低溫、生長季節(jié)短等氣候條件使得燕麥成了本省的重要的飼草，被廣泛地在青海省種植。箭筈豌豆(Vicia sativa)是一年生優(yōu)質(zhì)的豆科牧草，豆科牧草能改善草地氮素的平衡，提高草地動(dòng)物蛋白質(zhì)的形成。但當(dāng)這些豆科牧草高達(dá)50 cm時(shí)，易倒伏，不利于收獲[5]。因此，牧區(qū)常采用燕麥和箭筈豌豆混播，這種模式不但可以提高牧草產(chǎn)量, 而且改善了飼用品質(zhì)，為家畜提供了優(yōu)質(zhì)牧草[6,7]。

土壤水分是作物生長發(fā)育過程中所需水分的主要來源，掌握土壤含水量的變化情況是農(nóng)作物進(jìn)行科學(xué)合理用水的重要依據(jù)[8]。同時(shí)，灌水可以使土壤具備一定的含水量以滿足植物正常生長的需求[9]。因此，在高寒荒漠區(qū)開展灌水對(duì)土壤水分影響的研究，對(duì)該地區(qū)節(jié)約水資源具有一定的實(shí)際意義。近年來，許多學(xué)者已經(jīng)在灌水對(duì)土壤水分影響方面有了一定的研究成果。張步翀等[10]在河西地區(qū)研究了灌溉對(duì)春小麥下土壤水分動(dòng)態(tài)變化的影響，表明春小麥全生育期內(nèi)所有水分處理不同土層深度變化趨勢基本一致，且土壤水分變化隨著土層深度的加深逐漸趨于平緩。趙靜[8]、朱湘寧等[11]分別研究了西北地區(qū)和華北平原地區(qū)灌溉對(duì)苜蓿土壤水分的影響，結(jié)果均表明灌水對(duì)表層土壤含水量影響較大，對(duì)深層的土壤含水量影響較小。灌水可以調(diào)整土壤中的水、肥、氣、熱等環(huán)境參數(shù)，農(nóng)作物的生長受土壤中的水、熱狀況的顯著影響[12]。土壤溫度作為土壤熱狀況的綜合體現(xiàn)，不僅直接影響作物的生長，同時(shí)對(duì)土壤水分有間接的影響[13]。王建東等[12]研究了華北地區(qū)灌水對(duì)玉米地土壤溫度的影響，表明灌水可以顯著延遲氣溫對(duì)地溫的影響，同時(shí)一定的灌水具有顯著平穩(wěn)地溫作用。董波等[14]研究了灌水處理對(duì)冬小麥土壤溫度的影響，結(jié)果表明土壤溫度的變化受到土壤含水量的影響。李萌等[15]研究了灌水處理下香梨地土壤溫度的變化特征，表明灌水處理土壤溫度與氣溫的密切程度隨著土層深度的增加逐漸減小，其中表層土壤溫度受氣溫的影響最大。

目前，國內(nèi)關(guān)于灌水對(duì)其他作物和多年生飼草土壤水分動(dòng)態(tài)變化和土壤溫度影響方面的研究較多[16-20]，但對(duì)高寒荒漠區(qū)飼草混播模式下灌水對(duì)土壤水分和土壤溫度的影響研究報(bào)道幾乎沒有。因此，本研究通過微噴帶灌溉模式針對(duì)燕麥箭筈豌豆混播，初步探討了高寒荒漠區(qū)飼草混播模式下灌水對(duì)土壤水分和土壤溫度影響，以期為高寒荒漠地區(qū)飼草混播節(jié)水灌溉提供一定的理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)區(qū)位于青海省烏蘭縣茶卡鎮(zhèn)金泰哇玉牧場，地理位置為東經(jīng)99°18′，北緯36°40′，海拔為3 087.6 m。年日照時(shí)數(shù)為3 182 h，年均氣溫3.79 ℃。年平均降水量176 mm，年潛在蒸發(fā)量2 000～3 000 mm，具有明顯的高原大陸性氣候特征。土壤類型為栗鈣土。試驗(yàn)地2018年生育期內(nèi)降雨量和日平均空氣溫度情況如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)區(qū)全生育期內(nèi)降雨量和平均氣溫

1.2 試驗(yàn)材料

供試燕麥品種為青引3號(hào)，由湟中縣天興草業(yè)有限公司提供。箭筈豌豆品種為西牧324，由青海省農(nóng)林科學(xué)院提供。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，共設(shè)兩個(gè)水分處理：全生育期不灌水(CK)及灌拔節(jié)(6月29日)和開花(7月26日)兩水(25 mm +25 mm，Y2)，每處理重復(fù)4次，共計(jì)8個(gè)小區(qū)。試驗(yàn)小區(qū)面積為4 m×5 m，播種方式為南北向條播。播種日期為2018-05-14，收獲日期為2018-09-11。燕麥的播量為112.5 kg/hm2，箭筈豌豆播量為75 kg/hm2，禾豆同行混播，行距為20 cm。播種前施基肥，尿素75 kg/hm2，磷酸二銨150 kg/hm2，2018年6月29日結(jié)合灌水每小區(qū)追施326 g尿素。灌水利用試驗(yàn)田節(jié)水灌溉系統(tǒng)，采用直徑為40 mm的微噴帶灌溉，帶寬1.8 m，每小區(qū)每次灌水0.5 m3，采用水表計(jì)量。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 土壤含水量和土壤溫度

土壤含水量和土壤溫度均采用IST.HRG C-16S型號(hào)土壤墑情儀(北京東方潤澤生態(tài)科技股份有限公司)進(jìn)行監(jiān)測，土壤含水量測定深度為60 cm(每10 cm為一層，共6層)，土壤溫度測定深度為60 cm(每10 cm為一層，加地面溫度，共7層)，每小時(shí)監(jiān)測一次。

1.4.2 氣象數(shù)據(jù)

降雨量、氣溫、風(fēng)速、太陽輻射等氣象指標(biāo)通過安裝在試驗(yàn)地50 m的WSS0G10A天圻氣象站(北京東方潤澤生態(tài)科技股份有限公司)測定。

1.4.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理與方差分析采用均Excel 2010和SPSS 22.0軟件。

2 結(jié)果分析

2.1 灌水對(duì)土壤水分的影響

2.1.1 灌水對(duì)0～60 cm土層平均土壤含水量的影響

灌水和降雨均能有效增加土壤的含水量，使短期內(nèi)土壤含水量得以提高(圖2)。不灌水與灌水處理在飼草整個(gè)生育期內(nèi)變化趨勢一致，但變化幅度有所不同。不灌水處理CK的波動(dòng)范圍在10.19%～24.65%，變幅為14.46%；灌水處理Y2的波動(dòng)范圍在12.48%～23.37%，變幅為10.89 %，波動(dòng)幅度表現(xiàn)為CK>Y2(圖2)。在未灌水前一段時(shí)間(6月2日-6月28日)，不灌水處理平均含水量為22.37%，灌水處理的含水量為20.16%，不灌水處理的土壤體積含水量高于灌水處理(CK>Y2);在第一次灌水后(6月29日)，Y2處理的土壤含水量明顯上升，但隨著飼草生育期的進(jìn)行，對(duì)土壤水分有所消耗，因此土壤含水量呈現(xiàn)下降的趨勢。第二次灌水后(7月26日)，CK和Y2處理的平均土壤含水量分別為13.64%和15.58%，灌水處理土壤含水量高于不灌水處理。這說明，灌水能夠在一定的程度上提高土壤含水量。

圖2 不同處理下0～60 cm土層土壤含水量

2.1.2 灌水對(duì)不同深度土壤含水量的影響

不同土層深度的土壤含水量有較明顯的垂直變化規(guī)律性。0～20、20～40和40～60 cm土層的土壤含水量變化趨勢是一致的。土壤含水量變化幅度隨著土層深度的加深逐漸減小(圖3)。在0～20 cm土層土壤含水量變幅度最大達(dá)到20.04%，這可能是由于淺層土壤易受降雨和灌水的影響；生育前期(6月2日-6月28日)0～20 cm 土層內(nèi)CK和Y2的平均含水量分別為20.42%和18.42%，表現(xiàn)為CK>Y2。但隨著灌水的影響， CK和Y2的平均含水量分別為15.21%和15.89%，這表明，灌水能夠影響土壤含水量。20～40和40～60 cm土層土壤含水量變化幅度次之變化幅度分別為11.78%～15.66%和8.9%～15.38%；隨著生育期的進(jìn)行，20～40 cm土層的土壤含水量均為下降趨勢，這可能是由于隨著飼草生長，根系大量集中在20 cm左右，其植株蒸騰主要消耗20～40 cm土層的水分；40～60 cm土層內(nèi)的土壤含水量在整個(gè)生育期內(nèi)變化比較小，這可能是由于灌水和降水對(duì)深層的土壤影響較小。

2.2 灌水對(duì)土壤溫度的影響

2.2.1 灌水對(duì)不同土層全生育期內(nèi)日平均土壤溫度的影響

隨著土層深度的加深土壤溫度波動(dòng)幅度逐漸減弱，兩個(gè)處理地面溫度、10、20、30、40、50和60 cm的土壤溫度波動(dòng)范圍分別在4.6～20.6、7.8～19.1、10.2～19.2、10.3～18.1、10.6～17.5、10.5～16.7和11.2～17.2 ℃(圖4)，這說明灌水和氣溫對(duì)深層的土壤溫度影響比較小。土壤地面的溫度受太陽輻射和氣溫的影響變化幅度較大為16 ℃，隨著土層深度的加深，土壤溫度受氣溫的影響也逐漸減弱。在飼草生長早期(6月2日-6月29日)，由于飼草的生物量和葉面積都較小，對(duì)太陽輻射的阻擋能力較弱，因此土壤表層容易受到太陽輻射，0～30 cm土層內(nèi)的土壤溫度隨氣溫變化比較明顯。在生育中后期(7月20日以后)，隨著飼草的生長發(fā)育，各處理只有地面溫度受氣溫的影響較大，但影響程度明顯小于生育早期，其他土層的土壤溫度基本趨于穩(wěn)定(圖4)。在整個(gè)生育期內(nèi)，CK與Y2的變化趨勢一致，變化幅度分別為15.96和14.61 ℃， CK處理變化幅度大于Y2處理，這說明灌水能夠降低土壤溫度，使得Y2的土壤溫度變化幅度減弱。因此灌水在一定程度上能夠平穩(wěn)地溫。

圖3 不同處理下不同土層土壤含水量

圖4 不同處理下不同土層全生育期內(nèi)日平均土壤溫度變化

2.2.2 不同處理下土壤溫度日變化特征

土壤溫度日變化呈單峰曲線，CK和Y2處理下土壤溫度日變化幅度隨著土層深度的增加逐漸趨于平穩(wěn)，地面溫度由于受到太陽輻射和氣溫的變化，其變化幅度相對(duì)較大，深層土壤溫度基本保持不變(圖5)。0∶00-24∶00的土壤溫度存在下降和上升兩個(gè)階段，在7∶00-15∶00期間，土壤溫度處于上升的階段，而在16∶00到次日的6∶00土壤溫度處于下降的階段。CK和Y2處理下地面溫度的最大值分別出現(xiàn)在15∶00和14∶00；10 cm的最大值分別出現(xiàn)在17∶00和15∶00，20、30、40、50和60 cm的最大值的出現(xiàn)均隨著土層的加深均有所延后(圖5)。由此可見，各層土壤溫度最大值出現(xiàn)的時(shí)間隨著土層深度的增加逐漸推遲，這可能是由于土壤熱傳導(dǎo)對(duì)太陽輻射變化具有滯后性。

圖5 不同處理下不同土層土壤溫度日變化(7月31日)

2.3 不同處理下土壤溫度隨氣溫變化特征

通過對(duì)CK和Y2全生育期內(nèi)氣溫(x)與土壤溫度(y)進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，各處理及不同深度的土壤溫度與氣溫都呈正相關(guān)，并且相關(guān)性顯著(表1)。CK和Y2的地面溫度與氣溫相關(guān)系數(shù)分別為0.919 3和0.900 8，均達(dá)到0.9以上，說明地面溫度受氣溫的影響最大。CK和Y2 10～60 cm土壤溫度與氣溫的相關(guān)系數(shù)范圍分別在0.529 3～0.816 5和0.541 3～0.761 5，由此可知，各處理隨著土層深度的加深，氣溫與土壤溫度的相關(guān)系數(shù)逐漸減小，這說明氣溫對(duì)土壤溫度的影響隨著土層深度的加深而逐漸減弱。同時(shí)，Y2處理下氣溫與土壤溫度的相關(guān)程度都小于CK處理，這說明CK處理下的地溫受氣溫的影響大于Y2處理，變化幅度也較大；Y2的土壤溫度受氣溫影響較小，變化幅度較平穩(wěn)(表1)。因此可以得出，灌水在一定程度上能夠平穩(wěn)土壤溫度。

表1 全生育期內(nèi)氣溫對(duì)不同土層土壤溫度的影響

2.4 不同土層土壤溫度隨土壤含水率變化特征

CK與Y2處理下各土層土壤含水率與各層土壤溫度之間的Person相關(guān)系數(shù)表明，各土層含水量與土壤溫度之間均存在負(fù)相關(guān)(表2)，這可能是由于土壤含水量的變化直接影響了土壤的比熱容，從而影響土壤溫度的變化，土壤含水量高時(shí)，土壤溫度升溫較慢，兩者之間反向變化導(dǎo)致了負(fù)相關(guān)。在CK處理下，地面溫度、10 cm和20 cm土壤溫度與0～30 cm的土壤含水量均為極顯著負(fù)相關(guān)，地面溫度與10 cm處的土壤水分相關(guān)系數(shù)最大達(dá)到0.497，這是由于表層土壤含水率易受到降雨等外界因素影響，尤其是在溫度的影響下變化更為活躍。同時(shí)，40～60 cm的土壤溫度與0～60 cm的土壤水分之間也均為極顯著負(fù)相關(guān)，60 cm處的土壤溫度與40 cm處的土壤水分相關(guān)系數(shù)最大達(dá)到0.626。在Y2處理下，地面溫度與0～30 cm的土壤含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；30 cm處的土壤水分與30～60 cm的土壤溫度也存在極顯著負(fù)相關(guān)；40～60 cm處的土壤含水率與相鄰?fù)翆拥耐寥罍囟纫泊嬖跇O顯著負(fù)相關(guān)，在60 cm處土壤溫度與土壤水分的相關(guān)系數(shù)最高為0.511。

表2 各層土壤含水率與各層土壤溫度之間的Person相關(guān)系數(shù)

注： *表示顯著相關(guān)(P<0.05)；**表示極顯著相關(guān)(P<0.01) 。

3 討 論

灌水可以為牧草提供適宜的土壤水分，土壤水分通過影響土壤肥力、土壤溫度等指標(biāo)，對(duì)作物生長發(fā)育產(chǎn)生重要的作用。因此，研究土壤水分的變化規(guī)律具有一定的實(shí)際意義[21]。本試驗(yàn)通過對(duì)高寒荒漠區(qū)飼草混播模式下灌水對(duì)土壤水分的影響研究表明，CK與Y2處理在飼草整個(gè)生育期內(nèi)土壤水分變化趨勢一致，但變化幅度卻有所不同，CK變化幅度為14.46%；Y2變化幅度為10.89%，波動(dòng)幅度表現(xiàn)為CK>Y2。這一結(jié)論與劉戰(zhàn)東[22]對(duì)不同灌水處理下玉米地土壤水分動(dòng)態(tài)變化研究結(jié)果一致。不同土層深度的土壤含水量有較明顯的垂直變化規(guī)律性。0～20、20～40和40～60 cm土層的土壤含水量變化趨勢是一致的。土壤含水量變化幅度隨著土層深度的加深基本趨于穩(wěn)定，這與張步翀[4]和杜宏娟[23]研究結(jié)果一致。本試驗(yàn)中，0～20 cm的土壤含水量由于受灌水和降雨的影響變化幅度最大達(dá)到20.04%。這與佟長福[24]對(duì)飼草地土壤水分動(dòng)態(tài)變化的研究結(jié)果一致。

本試驗(yàn)研究表明，兩個(gè)處理地面溫度、10、20、30、40、50和60 cm的土壤溫度波動(dòng)范圍分別在4.6～20.6、7.8～19.1、10.2～19.2、10.3～18.1、10.6～17.5、10.5～16.7和11.2～17.2 ℃，可以得出隨著土層深度的加深土壤溫度波動(dòng)幅度逐漸減弱。CK與Y2的變化趨勢一致，變化幅度分別為15.96和14.61 ℃，表現(xiàn)為CK>Y2，這說明CK處理下的地溫波動(dòng)范圍受氣溫的影響大于Y2處理。灌水之后Y2處理的土壤溫度明顯有所下降，使得Y2的土壤溫度變化幅度減弱，因此灌水在一定程度上能夠平穩(wěn)地溫。這一結(jié)論與王建東[5]的灌溉具有顯著平抑地溫作用的結(jié)論一致。李波[25]等通過對(duì)土壤溫度日變化分析得出，各層的土壤溫度最大值出現(xiàn)時(shí)間隨土層深度增加而推遲。這與本試驗(yàn)由于土壤熱傳導(dǎo)對(duì)太陽輻射變化具有滯后性，各層土壤溫度最大值出現(xiàn)的時(shí)間隨著土層深度的增加逐漸推遲的研究結(jié)果一致。通過對(duì)CK和Y2全生育期內(nèi)氣溫與土壤溫度進(jìn)行回歸分析發(fā)現(xiàn)，氣溫與地面溫度的相關(guān)系數(shù)達(dá)到0.9以上，說明氣溫對(duì)地面溫度的影響最大。Y2處理下氣溫與土壤溫度的相關(guān)程度都小于CK處理，這說明CK處理下的地溫受氣溫的影響大于Y2處理，這與王建東[5]的未灌水處理下的土壤溫度波動(dòng)受氣溫的影響大于灌水處理這一研究結(jié)果相一致。

本研究通過對(duì)CK與Y2處理下各土層土壤含水率與各層土壤溫度之間的Person相關(guān)系數(shù)表明，由于土壤水分的變化直接影響了土壤的比熱容，從而影響土壤溫度的變化。因此各土層含水量與土壤溫度之間均存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，既土壤含水量越高，土壤溫度越低。這與李波[25]和依艷麗[26]土壤含水率與土壤溫度之間呈負(fù)相關(guān)的研究結(jié)果一致。

4 結(jié) 語

本試驗(yàn)通過灌水對(duì)高寒荒漠區(qū)微噴帶灌溉模式下燕麥箭筈豌豆混播土壤水分和土壤溫度影響的初步研究，得出以下結(jié)論:

(1)不灌水與灌水處理0～60 cm土壤水分在飼草整個(gè)生育期內(nèi)變化趨勢一致，但變化幅度卻有所不同，不灌水處理的變化幅度為14.46%；灌水處理變化幅度為10.89%。土壤含水量變化幅度隨著土層深度的加深逐漸減小，0～20 cm土層的土壤含水量受灌水和降雨的影響變化幅度最大達(dá)到20.04%。

(2)不灌水與灌水處理0～60 cm土壤溫度在整個(gè)生育期內(nèi)的波動(dòng)受氣溫的影響大于灌水處理，土壤溫度變化幅度分別為15.96和14.61 ℃，說明灌水在一定程度上能夠平穩(wěn)地溫。土壤溫度日最大值出現(xiàn)的時(shí)間隨著土層深度的增加逐漸推遲。

(3)灌水與不灌水處理下土壤含水率與土壤溫度之間的Person相關(guān)系數(shù)表明，各土層含水率與土壤溫度之間均存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)最大達(dá)到0.626。