地下滴灌对苜蓿的生长发育与种子产量的影响

2012-06-08孟季蒙李卫军

草业学报 2012年1期

孟季蒙，李卫军

（1.新疆草地资源与生态重点实验室新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐830052；2.新疆农垦科学院，新疆石河子832000）

苜蓿（Medicagosativa）是多年生优质豆科牧草，被誉为“牧草之王”，起源于外高加索、小亚细亚山区、伊朗和土库曼斯坦高原一带，在史前即由原产地区半开化民族所栽培。苜蓿适应性强、根系发达、分枝多、产量高，既可固氮培肥，又是优质的高蛋白饲料［1－4］。西北农牧区是我国苜蓿的主要栽培地区，其苜蓿种植面积占全国总数的78.5%［5］，在新疆畜牧业发展中占有举足轻重的地位。

水分是影响苜蓿生产力的首要条件［6］，并从生理上影响苜蓿生长，是协调营养生长和生殖生长的有效措施之一。在苜蓿制种过程中，生殖生长期通过水分调控，促进苜蓿生殖生长可获得种子高产。但是，此时期水分供应过量，会引起苜蓿的徒长、倒伏；反之，则引起生殖器官的败育和种子发育不良，使苜蓿种子产量降低和品质下降［7］。在干旱、半干旱地区的苜蓿种子生产中，灌溉是苜蓿获得水分的主要途径。长期以来，我国的苜蓿种子生产一直沿用漫灌方式进行灌溉，而漫灌对苜蓿种子生产存在诸多不足之处，如：不能精量化控制水量以进行营养调控；造成地面湿度过大，易引起病虫害的发生、降低花蜜浓度以影响苜蓿的授粉。引用地下滴灌节水技术，实施精量化灌溉管理，探讨苜蓿种子生产中水分的有效调控方法，对提高苜蓿种子产量和效益具有重要意义。

地下滴灌（subsurface drip irrigation，简称SDI）是通过铺设于地下的毛管把水（或水肥液）渗入到作物根区土壤中，同时借助毛细管作用和重力作用将水分扩散到根系层，供作物吸收利用的一种微灌技术［8］。作为一种新的节水技术，由于其阀门式供水设施能有效控制水分供应量，并且实施根区灌水，所以在我国部分引入该技术的农作物栽培上，取得了显著的节水增产效果。但地下滴灌技术应用于苜蓿种植方面的研究在国内还较少。程冬玲等［9］认为收草用苜蓿田实施地下滴灌是可行的。王东等［10］通过试验得出，应用了地下滴灌技术的收草苜蓿，其产草量要比常规灌溉增产近40%，增产效果显著。单从苜蓿制种角度看，国内还未见地下滴灌技术应用的相关报道。

所以本试验针对苜蓿种子田的种植要求，把地下滴灌技术应用于苜蓿制种，通过地下滴灌的苜蓿生长发育表现和苜蓿种子产量，研究地下滴灌应用于苜蓿种子田的可行性。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在新疆呼图壁种牛场草地生态站。该站位于呼图壁河右岸冲洪积扇缘与冲积平原交错地带，地理位置约44°15′N，86°55′E，海拔439～454m，年降水量155.2mm，年蒸发量2 300mm，冬季有积雪，生长季（4－9月）平均气温18.5℃。经测定，试验地地表以下10～20cm土层的田间持水量36.43%（质量含水量），地表以下20～30cm土层相对田间持水量37.97%，40cm以下为粘土层。

1.2 试验材料

参试材料为新牧1号杂花苜蓿（Medicagovariacv.xinmu No.1），由新疆农业大学提供。于2008年9月9日播种，10月28日进行冬灌，安全越冬。滴灌试验于2009年5月14日－10月25日进行。

1.3 试验设计及方法

试验小区采用随机排列，3次重复。小区面积为3m×5m，播量为3.0kg／hm2，各小区四周用宽1m的大棚塑料膜隔离（其中地下部分为70cm，地上部分为30cm），以防止水分渗漏。苜蓿采用40cm×80cm宽窄行播种，滴灌带铺设于窄行中间地面以下20cm处。苜蓿灌水量设置W1（保持在田间相对持水量的65%～80%）、W2（保持在田间相对持水量的50%～65%）、W3（保持在田间相对持水量的35%～50%）3个水平，各小区设置水阀，通过水表计量。当根系层（地面下20～30cm）含水量低于下限时，开始灌水，高于上限时，停止灌水，以漫灌为对照（CK）（表1）。在灌水时期上，苜蓿返青至种子成熟阶段的灌溉为：在苗期、现蕾期和结荚期进行灌溉；苜蓿种子收获后，地下滴灌灌水量均保持在W1水平；冬灌时所有处理灌水量180mm。

表1 灌水方案Table 1 Irrigation scheme

1.4 测定内容及取样方法

1.4.1 土壤水分分布和土壤含水量测定灌水24h后，测定0～60cm土层内的土壤含水量，之后每2d测定1次土壤含水量，1周后每5d测定1次土壤含水量，降水、灌溉前后加测1次。

取样方法：在水平方向上，分别距滴灌带0，10，20，30，40，50和60cm处共7个取样点取土样，在每点的垂直方向按照0～10，10～20，20～30和30～40cm的层次取土样，共计4个层次。采用烘干法测定土壤含水率。

1.4.2 苜蓿的根系分布苜蓿种子收获后，采用切片法测定苜蓿根系分布。根系水平方向取样方法：以滴灌带为中心，沿一侧每10cm挖取一样方（取样宽度为10cm），挖至两滴灌带中间；根系垂直方向取样方法：在取样点每10cm为1层向下挖取样方，共计4层。所取土样用水冲洗，剔除杂质后烘干称重，并记录根重。

1.4.3 苜蓿生长高度在各小区内选取具代表性的植株5株定株，每5d测量1次株高。

1.4.4 叶片相对含水量（RWC）的测定叶片相对含水量（RWC）＝［（鲜重－干重）／（饱和重－干重）］×100%。鲜重为新鲜叶片重量（g）；干重为85℃的烘箱中烘24h的重量（g）；饱和重为叶片在水中浸泡数小时充分饱和后，吸干表面水分后测得的重量（g）。分别在分枝期和现蕾－初花期选取晴天，于8，14和20时3个时段取同一部位苜蓿叶片进行测定。

1.4.5 种子产量的测定种子成熟时对各小区单收单打，分别记录小区产量。

1.5 数据处理

所有数据处理均在Excel 2003和DPS 6.5软件下进行。

2 结果与分析

2.1 土壤含水量的空间分布

地下滴灌结束24h后，土壤水分的空间分布呈以滴头为中心的椭球型湿润体，水平延伸的距离大于垂直距离。在 W1水量下，表层（0～10cm）和第4层（30～40cm）的湿润峰水平运动半径40cm，第2层（10～20cm）和第3层（20～30cm）的水平运动半径50cm。垂直方向，湿润峰向上可运动到地表（0cm），向下达地面以下40 cm；W2水量下，表层的水平运动半径30cm，第2层水平运动半径50cm，第3层水平运动半径40cm，第4层水平运动半径20cm。垂直方向，湿润峰可达地表，向下可达地面以下40cm；W3水量表层和第4层的湿润峰水平运动半径不到10cm，只浸润到了滴头垂直位置的地表，第2层和第3层的水平运动半径20cm，垂直方向上湿润峰向上可运动到地表，向下运动到30cm处。从3种水量湿润体的大小看，湿润体大小与灌水量呈正相关，灌水量大的在地下形成的湿润体大，反之则小。漫灌方式下，各土层土壤含水量接近饱和。

2.2 滴灌苜蓿的根系生长

2.2.1 根系干物质的变化多重比较结果显示，3种水量下，苜蓿的根量 W1＞W2＞W3（P＜0.01），表明地下滴灌条件下，根量随水量的增加均呈显著增加趋势；W1处理所得根干物质积累量最高，为25.09g，极显著高于其他试验处理（P＜0.01）。CK（漫灌）次之，为23.58g。说明 W1处理下，苜蓿根系发育受影响最大。又因CK高于W2、W3处理下的根量，说明根量的生长与水分有关，但不呈正相关，水分过多反而抑制根系生长发育。

2.2.2 根系分布地下滴灌试验根系分布主要集中在第1层（0～10cm）和第2层（10～20cm）。各试验处理第1层根量占总根量的32.37%～35.95%，主要由于苜蓿根系为直根型，上部粗下部细，加之根颈在近地表处，所以第1层根系所占比例最大；第2层根系量较大，所占比例在32.88%～38.87%，其主要因为这一层主根较粗，并大量着生侧根，使此区根系分布较大；第3层（20～30cm）、第4层（30～40cm）由于土壤含水量的减少和根系的细弱，所占比例较小。漫灌情况下，根干物质主要集中于第1层和第2层，共占根总量的74.45%，由于水分充足，下层不利于呼吸，所以下层根量分布相对较少。

根系水平方向的分布上，地下滴灌条件下，由于水分的不均匀性，导致苜蓿根系在土壤中的水平分布不均匀。苜蓿行这一空间内苜蓿根量最大，占全部根量的45.97%～55.04%，其原因是苜蓿主根在这一空间。苜蓿行近水源一测，由于根系的趋水性，滴灌带一侧的根系量高于另一侧，近滴灌带一侧根量明显高于另一侧，是其另一侧根量的2.5～6.4倍，根系趋水性表现明显；漫灌的水分相对均匀，根量主要集中于苜蓿主根所在的位置，并向两侧逐渐减少。

2.3 不同灌水处理对苜蓿生长高度影响

从时间上看，从5月10日到6月25日所有试验处理株高均明显增高，6月25日苜蓿开花后，高度增长缓慢（图1）。5月10日到6月10日期间，由于气温低，蒸腾、蒸发强度较弱，苜蓿生长速度不快；6月10日灌水后，随着气温的升高，新陈代谢作用增强，苜蓿生长速度加快；从6月25日苜蓿进入盛花期，此时处于高温期，虽进行了人工灌水，但是苜蓿的株高几乎没有增加。此阶段苜蓿由营养生长向生殖生长转换，营养生长减少，生殖生长增加，积累的营养物质主要用于生殖生长（荚及种子的形成和生长）。此时灌水有利于苜蓿种子产量的增加。根据杨起简等［11］的研究，在结荚期苜蓿处于生殖生长阶段，积累的营养物质主要用于荚及种子的形成和生长，此期间灌水对株高影响不大，本试验研究结果与此一致。

所有试验处理，因剔除肥料因素的干扰，未进行施肥，所以苜蓿生长相对缓慢。6月10日前苜蓿对水分的要求不强烈，加之温度较低，生长速度平稳缓慢，此时期根和芽生长旺盛。苜蓿现蕾至开花，为苜蓿的快速生长期。此后，生长速度缓慢，营养生长向生殖生长转换，茎叶储存积累的养分供应种子发育，营养生长基本停止。

图1 不同时期各灌水处理植株生长高度变化Fig.1 The change in plant height of all treatments in different growth stages

2.4 不同灌水处理对叶片相对含水量的影响

叶片相对含水量是通过在干旱胁迫下植物表现出体内含水量下降来反映植物体内水分状况的参数［12］。从苜蓿分枝期与开花期灌水24h后的苜蓿叶片相对含水量的日变化可以看出（图2），叶片相对含水量14时低于8时与20时。在分枝期叶片相对含水量日变化幅度较小，中午比早晨和傍晚降低0.73%～3.43%，所有试验处理平均下降2.20%。由于土壤水分供应相对充足，各处理所受水分胁迫较低，苜蓿叶片相对含水量保持在较高水平上（图2a）。在苜蓿开花期，苜蓿叶片相对含水量日变化幅度增大，所有试验处理平均下降4.05%，降幅在1.74%～5.89%（图2b）。漫灌在试验处理中降幅最小，分枝期中午比早晨和傍晚分别降低0.90%和0.73%，开花期分别降低2.69%和1.74%。说明漫灌水量充足，未受到水分胁迫。

图2 苜蓿叶片相对含水量日变化Fig.2 Day change of relative water content（RWC）of alfalfa leaf

2.5 不同处理对产量的影响

试验得出，种子产量顺序为 W1（909.62kg／hm2）＞CK（611.39kg／hm2）＞W2（479.39kg／hm2）＞W3（393.06kg／hm2），任意两者间存在极显著性差异（P＜0.01）（图3）。从地下滴灌处理看，种子产量顺序为W1＞W2＞W3，说明苜蓿种子产量与滴灌量的大小成正关，滴灌量大种子产量高，反之则小。地下滴灌处理与对照比较结果说明，在W1水量下，地下滴灌获得的种子产量高于对照，并且W1的种子产量是W2种子产量的1.5倍。而W2、W3的种子产量低于对照，W2、W3由于灌水量过少，而造成种子产量低。种子产量结果说明地下滴灌应用于苜蓿制种，能够起到增产的效果。

图3 不同灌水量的种子产量与方差图Fig.3 Seed yield of different irrigation quantity and variance

3 讨论

本试验灌水次数与灌水量，只是在传统制种苜蓿按生育期进行灌水的基础上略有改动。而在地下滴灌条件下，玉米（Zeamays）、棉花（Gossypiumspp.）等作物灌水次数在12～15次，采用少量多餐的方式进行灌溉，并且取得了好的效果［13－15］。所以苜蓿灌溉制度也应以地下滴灌玉米、棉花等作物的灌溉制度为参照进行相应变革，以充分利用地下滴灌系统能够有效控制灌水量的优点。

肥料是影响苜蓿种子产量的重要因素。苜蓿种子生产是一个综合的水肥调控过程，漫灌条件下，因供水无法实现精确定量化，所以往往削弱了水分对苜蓿生长的调控。地下滴灌系统能够有效的控制水分的供应量，加之肥料可通过地下滴灌直接施入，所以地下滴灌能够按苜蓿的需求进入水肥供应，解决了水肥量化施入的技术问题。本试验主要研究地下滴灌条件下，水分对苜蓿种子产量的影响，剔除了肥料因子对苜蓿种子产量的贡献。随着制种苜蓿地下滴灌技术研究的不断拓展与深入，水肥结合对苜蓿生长调控方面的研究有必要尽快开展。

地下滴灌系统能够实现精量化灌溉，引入苜蓿种子生产后，解决了灌水的精量化技术问题，相对于漫灌能够有效控制水分对苜蓿生长的调控。同时地下滴灌为作物根区供水，从而减少了无效水的供应及水分散失造成的浪费。

地下滴灌系统是阀门式操作系统，可节约大量的劳动力。同时，苜蓿收获后，可及时进行灌水以补充苜蓿收获后对水分的需求。

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