再生水、自来水混合灌溉及保水剂施用对饲用甜高粱产草量及品质的影响

于 辉，刘惠青，王 静

(1.鄂尔多斯生态环境职业学院，内蒙古 鄂尔多斯 017010； 2.鄂尔多斯市草原监督管理局，内蒙古 鄂尔多斯 017010；3.内蒙古农业大学草原与资源环境学院，内蒙古 呼和浩特 010011)

随着鄂尔多斯市畜牧业的快速发展，优质饲草短缺问题日益突出，而饲用甜高粱(Sorghumbicolor)因其生物量大，越来越受到人们重视。饲用甜高粱是一种优良饲料作物，耐干旱、贫瘠，生物产量高，籽粒可用作配合饲料，茎叶和秸秆可进行青饲、青贮等[1]。其吸收土壤养分能力强，获得的生物产量高[2]。但由于饲用甜高粱生长需水量很大，而鄂尔多斯市位于内蒙古自治区西南部，春季干旱严重，属于水资源匮乏的地区[3]，因此水源无法保障，种植饲用甜高粱存在灌水不足的困难。

再生水(也称中水)是生活污水和工业废水经过深度处理后达到一定水质标准的回用水[4]，其水质稳定、水量集中。目前，很多干旱半干旱地区尝试利用再生水灌溉来缓解用水矛盾[5]。利用再生水灌溉农田可以节约大量自来水，降低生产能耗[6]。再生水中富含的营养元素能有效改善土壤速效养分供应状况[7]。近年来，一些学者研究了不同比例再生水和自来水(或清水、地下水)混合灌溉对玉米(Zeamays)、苜蓿(Medicagosativa)生产特性等方面的影响[8-9]，并确定了适宜的再生水灌溉比例，但对不同比例再生水和自来水混合灌溉饲用甜高粱效果的研究较少。

此外，在灌溉用水紧张的情况下，提高植物水分利用率也是促进旱作饲用甜高粱的一条重要途径。其中施用保水剂是改善作物旱作种植的有效措施之一，在农业上得到了广泛应用[10]。保水剂的主要成分是一种高分子吸水性树脂，在土壤缺水时供作物利用，可以显著提高不同深度土层的土壤含水量，为植物生长提供适宜的环境条件[11]。当前保水剂主要应用于食用高粱，有研究发现在旱地施用保水剂能保证高粱苗齐苗壮并实现增产[12]，但产量仅体现了食用高粱的籽粒产量，施用保水剂对饲用高粱秸秆、叶片产量或品质影响的研究不多。因此，本研究在鄂尔多斯地区以饲用甜高粱为研究对象，利用再生水、自来水进行不同混合比例的灌溉试验，同时在降低正常灌水量的条件下施用保水剂，通过比较各处理的干草产量、品质各项指标，选出适合当地的节水灌溉方式，以解决当地优质饲草短缺问题，为饲用甜高粱在旱作条件下实现节水增产提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在鄂尔多斯市伊金霍洛旗纳林希里镇进行，地理位置为108°58′ E、38°56′ N，海拔1 556 m，属于温带大陆性气候，年降水量340～420 mm(图1)，全年蒸发量2 163 mm，年平均气温6.2 ℃，无霜期130～140 d；年日照时数2 740～3 100 h，土壤类型为栗钙土，土壤pH 7.2，有机质含量0.64%，全氮含量0.08%，速效磷含量5.15 mg·kg-1，速效钾含量129.57 mg·kg-1。

图1 2015-2016年试验期内各月降水情况Fig. 1 Monthly precipitation during the experimental period of 2015-2016

1.2 试验材料

1.2.1供试植物 试验用饲用甜高粱品种为辽甜1号，种子由鄂尔多斯市草监局提供，发芽率为95%、净度为99%、千粒重为34 g。

1.2.2试验用水 再生水源自市政的污水处理系统，自来水源自鄂尔多斯市水务公司的自来水系统。水质指标数据源自实验室自行测定，利用多功能水质测定仪(BSH/CM-05)测定(表1)。

1.2.3试验药剂 保水剂(PAM)为AQUASORBTM系列保水剂，是以聚丙烯酰胺为主要材料的高分子树脂，pH为中性，白色颗粒，由北京绿冠草业科技发展中心生产。

1.3 试验设计

试验采用二因素随机区组试验设计，试验因素1：再生水、自来水混合比例(再生水∶自来水)，分别为1∶0、3∶1、2∶1、1∶1、1∶2、1∶3、0∶1，灌溉方式为喷灌，灌水时间为09：30，共灌溉3 次，灌溉日期分别为5月12日、6月12日、7月12日，每次灌水量为120 mm，使田间土壤持水量达到80%；试验因素2：灌水量，分别为正常灌水量的100%(Water 100%)、75%(Water 75%+PAM)和50%(Water 50%+PAM)，即正常灌水量75%和50%的处理施用保水剂，保水剂施用量为30 kg·hm-2，在土壤即将封冻前(2015年11月24日)迅速开沟施入保水剂，覆土，沟深20 cm，沟距50 cm。试验共设21个处理，每处理设3次重复，每个重复试验小区面积5 m×6 m，小区之间用PVC板隔开，深度1 m，防止水分互相渗透。

表1 试验用再生水和自来水的水质指标Table 1 Quality indicators of reclaimed and tap water in the experiment

饲用甜高粱播种时间为2016年4月28日，播种方式采用条播，种植行距50 cm，保苗9 万株·hm-2。试验期间基肥为腐熟羊粪15 t·hm-2、磷酸二铵150 kg·hm-2，2015年10月18日开沟施入。高粱在抽穗期(2016年8月17日)刈割收获，同时测定各项试验指标。

1.4 测定项目及方法

1.4.1产量测定 试验的每个重复在田间各取样5个点，每个点取样1 m2(即同行取样2 m)，留茬高度为3 cm，人工刈割收获鲜秸秆，切为长度20 cm左右，整齐摆入远红外鼓风干燥箱(深圳三利实验仪器DHG-9030)中，先在105 ℃条件下杀青30 min，然后置于85 ℃条件下烘干至恒重，称重，计算平均值，换算为单位面积干草产量。

1.4.2品质测定 采用凯氏定氮法[13]测定粗蛋白质含量(crude protein,CP)，范氏洗涤法[13]测定中性洗涤纤维含量(neutral detergent fibre,NDF)和酸性洗涤纤维含量(acid detergent fibre,ADF)，蒽酮比色法[13]测定可溶性糖含量(soluble sugar,SS)。

1.5 统计分析

文中数据处理分析使用DPS软件[14]。各指标多重比较均采用SSR测定方法，执行“试验设计-方差分析-随机区组设计”功能项。

2 结果

2.1 干草产量

产草量反映了单位面积上牧草通过光合作用生产的地上部分各类器官的生物量之和。不同灌水量下，随着再生水所占灌水比例逐渐降低，饲用甜高粱干草产量先升高后降低，其中再生水和自来水为2∶1混合灌溉处理干草产量均最高，灌溉水质为纯自来水处理的产量均最低(表2)。正常灌水量100%处理下，再生水和自来水为2∶1混合灌溉处理较纯自来水灌溉处理的干草产量提高了46.95%。灌水75%+保水剂处理下，再生水和自来水2/1混合灌溉处理比纯自来水灌溉处理的干草产量高出39.68%。灌水75%+保水剂处理的干草产量均高于正常灌水量100%处理，灌水100%和75%+保水剂处理的干草产量均显著(P<0.05)高于50%+保水剂处理。灌水50%(+保水剂)处理的干草产量急剧降低，饲用甜高粱生长受干旱抑制非常明显。

2.2 品质

2.2.1粗蛋白质含量 在不同灌水量下，随着再生水所占灌水比例逐渐降低，饲用甜高粱CP先升高后降低，其中再生水和自来水1∶1混合灌溉处理的CP高于其他比例处理，纯自来水灌溉处理的CP均最低(表3)。灌水100%处理下，再生水和自来水1∶1混合灌溉较纯自来水灌溉的CP提高了11.77%。灌水75%+保水剂处理下，再生水和自来水1∶1混合灌溉处理比纯自来水灌溉处理的CP高出9.7%。灌水100%处理的CP比灌水75%+保水剂处理的CP高，但差异不显著(P>0.05)，二者的CP均显著(P<0.05)高于灌水50%(+保水剂)的处理，灌水50%+保水剂处理的CP降低幅度大。

表2 不同灌水处理及再生水与自来水比例下饲用甜高粱干草产量Table 2 Hay yield of sweet sorghum under different irrigation treatments with different ratio of reclaimed water to tap water t·hm-2

同列不同大写字母表示再生水与自来水不同比例处理间差异显著(P<0.05)，同行不同小写字母表示不同灌水处理间差异显著(P<0.05)。下同。

Different capital letters within the same column indicate significant difference among different ratio of reclaimed water to tap water at the 0.05 level, and different lowercase letters within the same row indicate significant difference among different irrigation treatments at the 0.05 level, similarly for the following tables.

表3 不同灌水处理及再生水与自来水比例下饲用甜高粱粗蛋白质含量Table 3 CP contents of sweet sorghum under different irrigation treatments with different ratio of reclaimed water to tap water %

2.2.2中性洗涤纤维和酸性洗涤纤维含量 不同灌溉量下，再生水、自来水及混合灌溉的饲用甜高粱NDF低于纯自来水灌溉处理，其中再生水和自来水1∶1混合灌溉处理的NDF最低，但与其他处理差异不显著(P>0.05)。灌水50%+保水剂的处理NDF大幅上升，变化剧烈。灌水75%+保水剂处理下，再生水和自来水1∶1混合灌溉处理比纯自来水灌溉处理的NDF低4.8%(表4)。各处理酸性洗涤纤维含量表现与中性洗涤纤维含量相同。在不同灌溉量下，再生水、自来水及混合灌溉处理的饲用甜高粱ADF都低于纯自来水灌溉处理。灌水75%+保水剂处理下，再生水和自来水1∶1混合灌溉处理比纯自来水灌溉处理的ADF低7.3%(表5)。

2.2.3可溶性糖含量 不同灌溉量下，再生水、自来水及混合灌溉的饲用甜高粱的可溶性糖含量均高于纯自来水灌溉处理，其中再生水和自来水1∶1混合灌溉处理的可溶性糖含量最高，但与其他处理差异不显著(P>0.05)。灌水100%处理的可溶性糖含量低于灌水75%+保水剂处理，二者的可溶性糖含量均高于灌水50%+保水剂的处理。灌水75%+保水剂处理下，再生水和自来水1∶1混合灌溉处理比纯自来水灌溉处理的SS高出12.9%(表6)。

表4 不同灌水处理及再生水与自来水比例下饲用甜高粱中性洗涤纤维含量Table 4 NDF contents of sweet sorghum under different irrigation treatments with different ratio of reclaimed water to tap water %

表5 不同灌水处理及再生水与自来水比例下饲用甜高粱酸性洗涤纤维含量Table 5 ADF contents of of sweet sorghum under different irrigation treatments with different ratio of reclaimed water to tap water %

表6 不同灌水处理及再生水与自来水比例下饲用甜高粱可溶性糖含量Table 6 SS contents of sweet sorghum under different irrigation treatments with different ratio of reclaimed water to tap water %

3 讨论与结论

与单纯自来水灌溉方式相比，再生水和自来水混合灌溉方式能改善土壤肥力，为饲用甜高粱生长提供一些营养元素[15]，在一定程度上促进了饲用甜高粱产草量增加、品质改善，但再生水中过高的养分也会导致作物减产或品质下降，而采用一定比例的再生水和自来水混合灌溉，能更有效替代自来水源进行灌溉，减少污水处理成本，降低环境污染风险[16]。本研究发现，再生水和自来水混合灌溉处理的饲用甜高粱干草产量均高于纯自来水灌溉处理，其中再生水和自来水2∶1混合灌溉处理的干草产量最高，干草产量提高了39.68%，这与王晋兴等[17]研究结果类似，再生水和自来水2∶1混合灌溉对提高苜蓿干草产量作用明显。另外，本研究中，随着再生水所占灌水比例逐渐升高，饲用甜高粱干草产量、粗蛋白含量、可溶性糖含量均先升高后降低，中性、酸性洗涤纤维含量均先降低后升高。

正常灌水量100%处理和灌水量75%+保水剂处理的干草产量及粗蛋白、可溶性糖、洗涤纤维含量差异均不显著，虽然降低了一定额度的灌水量，但由于施用了保水剂，灌水量减少对饲用甜高粱生长影响不大，这与周开芳和郑明强[18]的研究结果接近，施用保水剂对高粱土壤保水效果较好。本研究通过保水剂把水分保持在植物根区附近，保证了甜高粱秆、叶、穗的生长，同时也使甜高粱秸秆发生了部分木质化，提高了纤维素含量，降低了饲用品质；灌水50%+保水剂的处理由于灌溉供水不足，保水剂难以发挥作用，造成饲用甜高粱生长发育受到明显抑制，严重影响其产草量和品质。

本研究表明，在鄂尔多斯地区短期利用再生水、自来水以2∶1和1∶1混合灌溉可以促进饲用甜高粱生长的结果，再生水在一定程度上可以替代自来水，节约灌溉水源。但长期使用的效果还有待深入研究；同时需要利用其他饲用甜高粱品种进行多次、多点试验。

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