微润灌与滴灌对黄芪草地温度与产量的影响差异

高天明，张瑞强，王 健，杨志勇，岳征文(1．中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038；．水利部牧区水利科学研究所，呼和浩特 01000)

0 引 言

黄芪为豆科多年生草本植物，入药部位为膜荚黄芪或蒙古黄芪的干燥根，主要产自内蒙古、山西、甘肃、黑龙江等地。黄芪有补气升阳、固表止汗、托毒排脓、利水消肿和生肌等功效[1]。近年来对于黄芪的研究表明，其具有增强机体免疫功能，促进机体代谢，强心，降压，耐缺氧及应激能力以及调节血糖的功效[2]。目前对黄芪的需求越来越多，但是黄芪的来源匮乏，野生黄芪资源逐年减少，急需发展人工栽培来缓解国内和国际市场对于黄芪的需求[3]。同时，黄芪地上茎叶也是优质的饲草料，牛、羊、马等大型牲畜均喜食。因此，黄芪作为饲药两用植物具有广阔的应用前景[4,5]。

微润灌溉是一种利用半透膜技术原理，用微量的水以缓慢渗透的方式向土壤给水，使土壤保持湿润的地下灌溉方式[6,7]。目前针对微润灌溉的研究在水分入渗特性[7]、分布规律及均匀性评价[7,8]、温室蔬菜与果树增产及水分利用效率[9,10]等方面取得一些重要成果。温度对作物生长影响很大，作物完成各物候期的生长都需要适宜的温度和一定的温度积累，因此，温度是保障作物优质高产的重要因子[11]。对于干旱牧区，以草地节水灌溉为支撑的集约化人工草地建设，已成为我国牧区提高草地生产力，保障养畜规模稳定的有力措施[12]。目前针对黄芪在微润灌溉条件下的温度及产量研究还未见相关报道。因此本文以微润灌黄芪为研究对象，以滴灌黄芪为对照，研究不同灌溉方式条件下黄芪温度、物候期及产量等差异，为这微润灌+黄芪这一高附加值节水型人工草地模式的推广应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验地点位于内蒙古包头市达尔罕茂明安联合旗希拉穆仁镇境内的水利部牧区水利科学研究所综合试验基地(以下简称基地)，地理坐标41°12′ N～41°31′N，111°00′E～111°20′ E。中温带半干旱大陆性季风气候，春秋季干旱多风，夏季雨量较多，冬季干燥寒冷。年均降水量279.4 mm，主要集中于夏季，年均蒸发量2 305 mm，年均气温2.5 ℃，年均日照时数3 100～3 300 h，无霜期83 d，年均风速4.5 m/s，冬春以北风和西北风为主，年大风日数为63 d，沙尘暴日数20～25 d。地带性土壤为栗钙土，质地粗糙，土层厚度一般30 cm，钙积层厚度一般30～50 cm。地带性植被建群种植物为克氏针茅，伴生冷蒿、羊草、冰草、糙隐子草、银灰旋花、狭叶锦鸡儿等多年生旱生草本和小灌木。基地所在希拉穆仁草原一般于4月下旬植物返青，至8月下旬进入枯萎期。

1.2 试验小区布置

于2012年春季建植1 hm2试验小区，土壤为中强石质沙壤土，较为粗糙，有机质约3%，碱解氮16 ppm，速效磷4 ppm，速效钾105 ppm，pH值8.3。将该试验小区等分为两部分，两部分间隔距离6 m，分别布置滴灌和微润灌田间管道，条播黄芪，行距50 cm。灌溉水源均为地下水，其中滴灌由光伏提水系统直接供水，微润灌则由光伏提水至储水箱内，储水箱高2.5 m，由储水箱为微润管供水。

1.3 试验方法

(1)温度测量：2014年4月27日，在试验田安装温度自动监测系统，该套温度监测系统共8个温度传感器，分别编号1号、2号…8号。在滴灌和微润灌试验田以“品”字型各选取典型地段3处，1号传感器监测滴灌试验田3处典型地段中间地段的冠层气温，2号、3号、4号传感器分别监测3处典型地段的土壤15 cm深度处的地温。5号传感器监测微润灌试验田3处典型地段中间地段的冠层气温，6号、7号、8号传感器分别监测微润灌试验田3处典型地段的土壤15 cm深度处的地温。监测时间间隔均为1 h。

(2)产量测定：2012年8月26日和2013年8月14日测定地上饲草产量，2014年9月14日测定地下根茎产量。

(3)生长测定：2014年生长期内，对滴灌和微润灌区的黄芪每隔10 d左右测量高度和记录物候期。

1.4 数据处理

试数据应用Excel软件进行原始数据处理并作图，采用spss17.0软件进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 温度对比

2014年生长期内，滴灌区共灌溉4次，分别为5月20日、5月30日、6月22日、7月17日白天(7∶00-18∶00)灌溉9～10 h。图1中，滴灌区灌溉后，冠层气温在夜间(19∶00-6∶00)与微润灌区相差无几，但是在白天(7∶00-18∶00)则明显低于微润区，其中5月20日-22日昼间平均冠层气温分别低3.2、2.1、2.6 ℃，5月30-6月1日分别低4.5、3.7、5.2 ℃，6月22日-24日分别低4、7.7、4.3 ℃，7月17日-19日分别低1.3、1.1、1.1 ℃。对于地温，图1中，滴灌区无论昼夜均低于微润灌区，其中5月20日-22日滴灌区日平均地温相比微润灌区分别低1.5、2.2、2.3 ℃，5月30-6月1日分别低2.4、3.3、3 ℃，6月22日-24日分别低2.1、3、3 ℃，7月17日-19日分别低2.4、2.1、1.6 ℃。通过对比，滴灌后黄芪冠层气温和地温均低于微润灌黄芪，并且这种情况通常持续3～5 d。

图1 2014年滴灌灌溉后3 d内冠层气温和地温与微润灌对比

滴灌区和微润灌区黄芪的生长期长度不同，滴灌黄芪生长期自4月25日返青至8月25日枯萎，共123 d，微润灌黄芪自4月25日返青至8月29日枯萎，共127 d。生长期内黄芪冠层气温和地温日均值如图2所示。

图2中，微润灌区黄芪生长期内日均冠层气温平均值分别为15.4和15.6 ℃,地温平均值分别为14.3和15 ℃，均不同程度高于滴灌黄芪，特别是在滴灌灌溉后的3～5 d内，差异更为明显。温度对植物的生长发育起着至关重要的作用，一般认为，在温度耐受范围内，植物的新陈代谢速率与温度成正比例关系，并且植物完成其生命周期必须一定的温度累积。

2.2 物候期对比

图3可以看出，滴灌与微润灌黄芪均在2014年4月25日返青，并且在各物候期的生长高度相差并不显著，但二者的物候期有较显著的差异。微润灌黄芪于5月8日进入分枝期，滴灌黄芪于5月10日进入分枝期，相比微润灌黄芪晚2 d。现蕾期微润灌黄芪为6月7日，而滴灌黄芪则于6月10日现蕾，晚3 d。初花期微润灌黄芪为6月10日，而滴灌黄芪则于6月17日初花，晚7 d。以后的盛花期、结荚期、成熟期，滴灌黄芪均较微润灌黄芪晚5～9 d。但是，滴灌黄芪于8月25日进入枯萎期，微润灌黄芪于8月29日才进入枯萎期，较微润灌黄芪早4 d。

营养生长期(返青、分枝)滴灌黄芪冠层≥10 ℃活动积温累积为495日度，微润灌为491日度，土壤≥5℃活动积温累积二者分别为470日度和471日度。滴灌黄芪于6月10日完成营养生长，而微润灌在6月7日由于地温活动积温累积与滴灌黄芪相近，便开始现蕾，比滴灌黄芪提早3 d完成了营养生长。生殖生长期(现蕾、开花、结荚)滴灌黄芪冠层≥10 ℃活动积温累积为853日度，微润灌为845日度，土壤≥5 ℃活动积温累积二者分别为800日度和832日度。微润灌黄芪提早5 d达到了与滴灌黄芪相近的活动积温的累积。成熟期滴灌黄芪冠层≥10 ℃活动积温累积为431日度，微润灌为576日度，土壤≥5 ℃活动积温累积二者分别为441日度和583日度，微润灌黄芪明显大于滴灌黄芪。这是由于微润灌黄芪成熟期相比滴灌黄芪提早9 d，并且枯萎期延后4 d，因此整个成熟期，微润灌黄芪相比滴灌黄芪多13 d。

图2 2014年滴灌与微润灌黄芪生长期内冠层气温与地温日均值

图3 2014年滴灌与微润灌黄芪物候期生长高度

整个生长期内，滴灌黄芪冠层≥10 ℃活动积温累积为1 786日度，土壤≥5 ℃活动积温累积为1 711日度，微润灌黄芪冠层≥10 ℃活动积温累积为1 876日度，土壤≥5 ℃活动积温累积为1 858日度。微润灌黄芪生长期内冠层≥10 ℃和土壤≥5 ℃活动积温较滴灌黄芪分别高90日度和147日度。

因此，微润灌黄芪由于温度高于滴灌黄芪，虽然对高度生长影响不大，但使其各物候期均提前于滴灌黄芪，并且枯萎期延后于滴灌黄芪。

2.3 产量对比

黄芪为多年生饲药两用植物，其地上植株可以每年刈割一次，地下根茎一般需要生长3年才可药用。表1中，2012年和2013年均于8月中下旬的开花期刈割，2014年于9月中旬的枯萎期末收获药用根。微润灌区黄芪干草及根产量明显高于滴灌区：2012年为苗期，两块试验田黄芪饲草产量均不高，但微润灌区明显高于滴灌区81%；2013年为生长第二年，两块试验田黄芪饲草产量相比各自的2012年大幅提高，微润灌区明显高于滴灌区49%；2014年为黄芪干根收获期，微润灌区黄芪根产量明显高于滴灌区60%。

表1 滴灌与微润灌溉区黄芪产量对比

注：2012、2013年为干草产量，2014年为干根产量。

3 讨 论

灌溉方式对地温的影响，不同研究者的结论有所不同，如陈德军[13]等在新疆灌区研究显示灌溉能够增加地温，而刘莹[14]等、张娜[15]等、谢美玲[16]等分别在吉林和新疆地区研究显示灌溉能够降低地温。但笔者认为，灌溉对地温的影响主要取决于水和土壤的温度差异，即如果水温高于地温，则灌溉具有增温作用，如果水温低于地温，则灌溉具有降温作用，另外，当水温与地温接近时，由于水的巨大比热，则灌溉具有减小地温变幅的作用。本研究灌溉水源为地下水，水温较低，灌溉后必然降低地温。这种降温程度显然与灌溉流量呈正比，试验小区微润灌溉流量一般0.1～0.2 mm/h，滴灌流量一般6～8 mm/h，相差悬殊。因此，微润灌由于较小的流量对地温的降温作用明显滴灌，从而导致微润灌区地温高于滴灌区。与此同时，空气与土壤时刻进行着热量交换，地温的降低也同时通过热通量使冠层气温降低，因此，微润灌黄芪冠层气温也同样高于滴灌黄芪。

试验区生长季内，黄芪草地冠层极少数最低气温为-1 ℃，最高也极少数超过40 ℃，而地温大部分时期维持在10～20 ℃之间，春季极少数时期降低至5 ℃。植物完成某一物候期的生长，需要一定的活动温度的积累。一般地上部分的活动温度为≥10 ℃，地下部分为≥5 ℃。由于微润灌黄芪温度相对较高，因此其活动积温高于滴灌黄芪，使其生长期提前于而枯萎期延后于滴灌黄芪，即微润灌黄芪整个生长期较滴灌黄芪长。

众所周知，光合作用是植物生长的保障，而温度是影响光合速率的重要因素。对于C3草本植物，其最低耐受温度为-2～0 ℃，最适温度为20～30 ℃，最高耐受温度为40～50 ℃，在最低耐受温度至适宜温度范围内，温度越高则光合速率也越高，生长量也越大，当在适宜温度至最高耐受温度范围内时，温度越高则光合速率越低，生长量也越小[11]。试验区生长季内，黄芪草地冠气温和地温大多数处于最低耐受温度至适宜温度范围内。因此，黄芪的生长量与温度成正比，由于微润灌黄芪草地的温度高于滴灌黄芪，从而，微润灌黄芪生长量也相应高于滴灌黄芪。

综上，由于微润灌黄芪温度高于滴灌黄芪，导致微润灌黄芪生长期相对较长，生长量相对较高，最终导致微润灌黄芪产量高于滴灌黄芪。

4 结 语

(1)滴灌后黄芪冠层气温和地温均低于微润灌黄芪，并且这种情况通常持续3～5 d。

(2)生长季内，微润灌黄芪冠层≥10 ℃和土壤≥5 ℃活动积温较滴灌黄芪分别高90日度和147日度。

(3)微润灌黄芪与滴灌黄芪相比，高度生长差异不显著，但微润灌黄芪生长期提前于而枯萎期延后于滴灌黄芪，即微润灌黄芪整个生长期较滴灌黄芪长。

(4)微润灌黄芪干草产量高于滴灌黄芪50%以上，药用根产量高于滴灌黄芪60%。

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