劉世國

(北票市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，遼寧 朝陽 122100)

牧草是遼北牧區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物，遼北風(fēng)沙區(qū)十年九旱，嚴(yán)重影響牧草產(chǎn)量，制約著當(dāng)?shù)啬羺^(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了解決和緩解人工飼料草場(chǎng)的灌溉用水困境，在有限的水資源下，科學(xué)規(guī)劃、合理灌溉對(duì)推動(dòng)遼北牧區(qū)水利工作起到至關(guān)重要的作用。苜蓿作為高耗水作物，其耗水規(guī)律與生產(chǎn)特點(diǎn)不同于一般農(nóng)作物[1]，在遼北風(fēng)沙區(qū)種植面積較大，是當(dāng)?shù)匕l(fā)展畜牧業(yè)需要的主要經(jīng)濟(jì)作物。微噴灌溉作為牧區(qū)主要發(fā)展的一種新型灌溉方式，與漫灌相比，產(chǎn)量提高15%～19%，節(jié)水10%～40%，水分生產(chǎn)效率提高25%[2-3]；與噴灌相比，節(jié)水效果更高，噴灑更精準(zhǔn)；與傳統(tǒng)溝灌相比，微噴灌溉能夠節(jié)水50%～70%[4]。因此，通過研究分析微噴灌溉對(duì)苜蓿的生長(zhǎng)、耗水及產(chǎn)量的影響，探究遼北風(fēng)沙區(qū)苜蓿的需水規(guī)律，提出當(dāng)?shù)氐奈姽喔戎贫?，為制定出科學(xué)合理的苜蓿灌溉制度、助力當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)的發(fā)展有著重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)于2020年在遼寧省阿爾鄉(xiāng)灌溉試驗(yàn)站數(shù)據(jù)采集點(diǎn)(位于遼寧省彰武縣后新秋鎮(zhèn)黃花甸子村)進(jìn)行。阿爾鄉(xiāng)灌溉試驗(yàn)站屬于溫帶半干旱季風(fēng)氣候，且雨熱同期，春季盛行西南風(fēng)，風(fēng)大而頻且多沙塵，干燥少雨蒸發(fā)快。供試牧草為苜蓿，對(duì)試驗(yàn)地塊進(jìn)行旋耕、翻平耙細(xì)，起壟作業(yè)前施基肥以農(nóng)家肥為主，每畝施有機(jī)肥(畜禽糞、堆肥、土雜肥等)1000 kg均勻撒入地塊后進(jìn)行翻耕耙平，使基肥均勻混入土中，旋耕深度25～ 30 cm。土壤表層(約5 cm)溫度達(dá)到12℃左右開始播種，播種同時(shí)施氮磷鉀復(fù)合肥30 kg底肥。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

試驗(yàn)共2個(gè)處理，在播種后灌保苗水225 m3/hm2。在此之后，以不灌溉的雨養(yǎng)處理(CK)作為對(duì)照，再設(shè)置微噴灌溉(SI)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共6個(gè)小區(qū)，灌溉處理在各生育階段設(shè)置的灌水控制下限為田間持水率(0～60 cm的平均土壤含水率)的60%，各生育期的灌水控制上限為田間持水率的90%。

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

(1)土壤含水率。苜蓿播種后，在每個(gè)處理小區(qū)中部埋設(shè)自動(dòng)墑情監(jiān)測(cè)儀，監(jiān)測(cè)土壤含水率，每個(gè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)5個(gè)深度，監(jiān)測(cè)深度分別為10 cm、20 cm、30 cm、40 cm、60 cm。

(2)灌水量。采用水表觀測(cè)，記錄每次灌水前后的水表讀數(shù)、灌水時(shí)間以及灌水日期。

(3)降雨量與蒸發(fā)量。降雨量與蒸發(fā)量通過試驗(yàn)站自動(dòng)氣象站測(cè)定。

(4)植株生長(zhǎng)性狀。①株高：采用直尺觀測(cè)掛牌苜蓿的株高(每小區(qū)5株)，每15 d一次。②干物質(zhì)重量：在各生育期結(jié)束后，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)選擇非掛牌的3株(長(zhǎng)勢(shì)一般，可代表小區(qū)的平均水平)，用天平(精度0.01 g)分別測(cè)定其地上部分的干物質(zhì)重量。取整個(gè)植株樣品(地上部分)在105 ℃殺青0.5 h，然后在溫度80 ℃下烘至恒重，稱量植株干物質(zhì)重量。

(5)產(chǎn)量。理論產(chǎn)量：每小區(qū)取1 m2內(nèi)的所有苜蓿，稱量重量，折算到每公頃產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)降雨量、蒸發(fā)量分析

苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)降雨量、蒸發(fā)量如圖1所示，2020年苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)累積降雨307.2 mm，其中6月、7月和8月分別降雨5次、4次和13次，月降雨量分別為45.4 mm、53.8 mm和208.0 mm；6—9月累積蒸發(fā)量為687.5 mm，其中6月、7月和8月月蒸發(fā)量分別為240.4 mm、220.6 mm和133.2 mm。

圖1 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)降雨量、蒸發(fā)量

苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)，根據(jù)試驗(yàn)的灌溉設(shè)計(jì)，微噴灌溉試驗(yàn)區(qū)分別在7月14日，7月23日，8月4日，8月11日，8月18日和8月25日土壤含水率達(dá)到灌溉設(shè)計(jì)下限時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充灌溉，累計(jì)灌水6次，單次灌溉水量分別為782.55 m3/hm2、675.75 m3/hm2、726.75 m3/hm2、553.80 m3/hm2、345.15 m3/hm2和640.65 m3/hm2，累計(jì)灌水3724.65 m3/hm2。

2.2 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)土壤含水率動(dòng)態(tài)變化分析

苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)土壤含水率隨種植時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。SI處理受灌溉影響，土壤含水率呈周期性變化，灌溉結(jié)束時(shí)，土壤含水率達(dá)到田間持水率的90%，在作物的消耗和土壤蒸發(fā)作用下，土壤含水率持續(xù)下降；苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)，灌溉前土層0～10 cm含水率一般為12%～16%，40～60 cm土層土壤含水率為15%～20%，隨著土層深度的增加，土壤含水率逐漸增大，同時(shí)表明，表層土壤水分較深層土壤散失更快，在一次灌水周期內(nèi)，0～10 cm土層含水率為40～60 cm土層土壤含水率的70%～80%，7月氣溫較高，降雨量較少，土壤含水率在垂直方向變幅較大，進(jìn)入8月后，氣溫較7月份降低，降雨量增加，土壤含水率在垂直方向變幅減小。

CK處理0～10 cm土層含水率一般在11%～14%，30～60 cm土層土壤含水率在13%～20%，土壤含水率隨著土層深度的增加而增大，0～10 cm 土層長(zhǎng)期處于土壤水分虧缺狀態(tài)；從圖2(b)中可以看出，表層0～40 cm內(nèi)土壤含水率差異較小，說明在無灌溉條件下，尤其是降雨量較小的7月份，0～40 cm土層土壤含水量均處于長(zhǎng)期虧缺狀態(tài)。在苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)，0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm土層土壤含水率最大值與最小值差分別為1.95%、2.08%、2.96%、5.29%和6.45%，表層土壤含水率穩(wěn)定，變化較小，這是由于在無灌溉條件下表層土壤水分消耗后缺少補(bǔ)充，土壤含水率一直較低，降雨補(bǔ)充后很快被作物吸收、蒸發(fā)和向下層滲漏，深層土壤水分在降雨補(bǔ)充后，耗散速度慢于表層土壤，起到一定的存蓄作用，因此，含水率變幅較大。

有灌溉條件下，SI處理0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm、30～40 cm和40～60 cm土層土壤含水率均值分別高出CK處理31.90%、40.70%、39.70%、26.40%和0.02%，可見灌溉使表層0～20 cm土壤含水率增加了約40%，對(duì)土壤水分有明顯的補(bǔ)充作用，SI處理下土壤含水率均值達(dá)到18.60%～20.11%，約為田間持水率的75%，為作物生長(zhǎng)提供了適宜的水分條件。

圖2 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)土壤含水率變化

2.3 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)株高動(dòng)態(tài)變化分析

苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)株高隨種植時(shí)間的動(dòng)態(tài)變化如圖3所示。CK處理和SI處理均隨著種植時(shí)間的延長(zhǎng)呈現(xiàn)先增大后減小的 趨勢(shì)，CK處理在8月18日達(dá)到最大，株高86.4 cm，收獲前(8月24日)株高減小到82.7 cm，減小3.7 cm；SI處理8月11日時(shí)株高達(dá)到峰值96.3 cm，收獲前減小到92.1 cm，減小4.2 cm。整個(gè)生長(zhǎng)期內(nèi)，SI處理下苜蓿的株高始終高于CK處理，在7月23日和 8月11日處理之間差異達(dá)到峰值，分別為12.93 cm 和11.93 cm，8月11日后處理之間差異減??；在收獲前，處理之間差異又出現(xiàn)增大的趨勢(shì)，SI處理較CK處理高9.47 cm。方差分析結(jié)果表明盡管灌溉與不灌溉處理株高差異明顯，但兩種處理均未達(dá)到顯著水平。

圖3 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)株高動(dòng)態(tài)變化

試驗(yàn)說明灌溉(SI處理)和雨養(yǎng)(CK處理)條件下，作物生長(zhǎng)仍保持自身的生物學(xué)特性，灌溉對(duì)土壤水分條件的改變沒有影響作物的生長(zhǎng)進(jìn)程，但對(duì)作物生長(zhǎng)發(fā)育狀況產(chǎn)生了影響；灌溉促進(jìn)了植株生長(zhǎng)，雨養(yǎng)條件下，苜蓿在缺水時(shí)生長(zhǎng)受到抑制，在降雨補(bǔ)充土壤水分后，恢復(fù)生長(zhǎng)，株高峰值較灌溉處理?xiàng)l件下推遲；不同處理株高達(dá)到峰值后均減小，灌溉處理?xiàng)l件下，株高減小緩慢，即對(duì)植株的衰老有一定的抑制作用。

2.4 不同處理對(duì)苜蓿干物質(zhì)重量的影響分析

苜蓿花期和成熟期灌溉和雨養(yǎng)處理下植株地上干物質(zhì)重量如圖4所示。SI處理地上干物質(zhì)重量最高達(dá)到26.83 g,CK處理為16.92 g,SI處理顯著高于CK處理，高出近58%，但兩種不同處理均未達(dá)到顯著水平。這說明灌溉有助于促進(jìn)苜蓿干物質(zhì)重量累積，為提高產(chǎn)量奠定了基礎(chǔ)。

圖4 花期和成熟期苜蓿干物質(zhì)重量

2.5 苜蓿產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)率分析

苜蓿產(chǎn)量、全生長(zhǎng)期內(nèi)耗水量和水分生產(chǎn)率如表1所示，灌溉處理?xiàng)l件下耗水量和產(chǎn)量達(dá)到6135.00 m3/hm2和12.26 t/hm2，分別是CK處理的1.41和2.55倍，且差異均達(dá)到顯著水平；從表1中還可以看出，SI處理水分生產(chǎn)率為2.00 kg/m3，低于CK處理，約為CK處理的55.62%，差異也達(dá)到顯著水平。試驗(yàn)結(jié)果說明，灌溉可顯著增加苜蓿產(chǎn)量，但同時(shí)顯著降低了水分生產(chǎn)率。

表1 不同灌溉處理產(chǎn)量、耗水量和水分生產(chǎn)率

2.6 苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)耗水規(guī)律及灌溉制度

SI處理苜蓿生長(zhǎng)期內(nèi)耗水規(guī)律如表2所示，苗期、分蘗分枝期、開花現(xiàn)蕾期、灌漿期和成熟期苜蓿日耗水量分別為1.30 mm、5.25 mm、10.75 mm、12.26 mm和16.17 mm。

表2 灌溉條件下苜蓿耗水規(guī)律

SI處理增產(chǎn)效益明顯，根據(jù)本次灌溉試驗(yàn)結(jié)果，應(yīng)在苜蓿分蘗分枝期、開花現(xiàn)蕾期、灌漿期各灌溉一次，成熟期灌溉3次，單次灌溉水量以土壤田間持水率的相對(duì)含水率作為依據(jù)，灌溉下限為田間持水率的60%，上限為田間持水率的90%，全生育期灌溉定額約為375 mm，即3750 m3/hm2。

3 結(jié) 論

(1)灌溉增加了土壤水分含量，表層土壤水分的補(bǔ)充作用尤為明顯，土壤含水率增加了約40%，0～60 cm土層土壤含水率均值達(dá)到18.60%～20.11%，為作物生長(zhǎng)提供了適宜的水分條件。

(2)灌溉有利于促進(jìn)植株生長(zhǎng)，株高達(dá)到峰值后減小緩慢，即對(duì)植株的衰老有一定的抑制作用，同時(shí)，灌溉能夠促進(jìn)苜蓿干物質(zhì)累積，為提高產(chǎn)量奠定基礎(chǔ)。

(3)灌溉條件下耗水量和產(chǎn)量達(dá)到6135.00 m3/hm2和12.26 t/hm2，顯著高于雨養(yǎng)種植；但水分生產(chǎn)率為2.00 kg/m3，低于CK處理，即灌溉有利于獲得高產(chǎn)，但不利于提高水分生產(chǎn)率。

(4) 灌溉條件下苜蓿苗期、分蘗分枝期、開花現(xiàn)蕾期、灌漿期和成熟期苜蓿日耗水量分別為1.30 mm、5.25 mm、10.75 mm、12.26 mm和16.17 mm。根據(jù)灌溉試驗(yàn)結(jié)果應(yīng)在苜蓿分蘗分枝期、開花現(xiàn)蕾期、灌漿期各灌溉一次，成熟期灌溉3次，單次灌溉水量以土壤田間持水率的相對(duì)含水率作為依據(jù)，灌溉下限為田間持水率的60%，上限為田間持水率的90%，全生育期灌溉定額約為375 mm，即3750 m3/hm2。