不同灌水定额对准格尔盆地东北缘浅埋式滴灌苜蓿生长和产量的影响

马 铁 成

(新疆农牧区水利规划总站，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

准格尔盆地北部的阿勒泰是我国传统的牧业地区，草原畜牧业总体上仍然处于粗放的落后生产水平上，当地天然草场均处于严重超载过牧状态。为解决日益矛盾的草蓄供给问题，近年来，该地区已逐步开展灌溉饲草料地建设项目。但由于准格尔盆地北部地区生态脆弱系统脆弱，水资源短缺，传统粗放型的放牧和灌溉模式已无法维持草场生态系统的健康发展。若能在节水灌溉的前提下能，实现在山区草场轻度放牧，荒漠草场实施严禁放牧、绿洲平原区建立人工草料地，这样既能满足畜牧业发展的需要，又能维护草原生态平衡，对促进牧区经济发展，巩固边疆稳定，加强民族团结和实现牧民奔小康具有重要作用。

浅埋式滴灌灌水技术是地下滴灌的一种，是将滴灌带均匀埋设地表以下5～8 cm土层，水流通过灌水器均匀、准确的输送到作物根系土壤，该灌溉技术对提高灌溉用水有效系数和苜蓿产量具有重要意义[1,2]。但该技术目前在干旱地区开展苜蓿浅埋式滴灌技术的研究较少，无法确切评估对当地牧草灌溉种植的影响，不便技术推广和定量化的设定参数。因此，本文对当地主栽牧草紫花苜蓿在同一灌水周期，不同灌水定额条件下生长特性及其对产量的变化进行分析，以期为准格尔盆地北部区域浅埋式滴灌灌水技术种植紫花苜蓿实现节水增产提供精确的理论参数。

1 研究区域概况

试验区位于典型牧业区域新疆准格尔盆地东北缘阿苇灌区境内，乌伦古河上游河段二台水文站下游10 km处北岸，东经89°54′14″，北纬46°11′36″，海拔平均高度约为1 100 m，属于丘陵地带，地势相对平坦，周边苜蓿种植面积达到6 000 hm2。据位于盆地的青河县气象站资料统计：多年平均气温2.5 ℃，极端最高34.3 ℃，最低-49.7 ℃；无霜期平均103 d；多年平均降水量172.2 mm，主要集中在夏季、冬季；多年平均蒸发量1430.1 mm；平均风速5.3 m/s，最大6.3 m/s。土壤为多砾石粗沙土，保水性差，土壤肥力偏低。土壤干密度1.56～1.70 g/cm3，田间持水率(体积比)12%～27%。

2 试验方法

试验于2016年4-9月开展。试验作物为当地主栽紫花苜蓿品种阿尔冈金，三年龄，试验区紫花苜蓿采用机械播种方式一次性完成开沟、播种、滴灌带铺设等操作，播种量45 kg/hm2，种植株行距配置为2 cm×15 cm，一年收割两茬，第一茬生长时间四月底至七月初，第二茬生长时间七月初至八月底，不做施肥、除草与杀虫处理，其他田间管理措施与当地大田管理方式相同。

2.1 试验方法与设计

试验设计采用对比法，试验约定生育期内单次降水大于等于15 mm为有效降雨量，计入总灌溉定额中。全年5月17日为最大单次降雨量8.8 mm，降雨量没有对试验产生影响。试验区地下水位较深，认为无地下水补给。用灌水定额作为自变量来探究浅埋式滴灌条件下不同灌水定额对紫花苜蓿生长和产量的影响[3]，共设置5个处理，分别为T1：300 m3/hm2；T2：375 m3/hm2；T3：450 m3/hm2；T4:525 m3/hm2;T5:600 m3/hm2；每个处理重复3次，各小区间设1 m宽的隔离带，小区按照灌水定额从小到大依次排列，每小区长30 m，宽2.4 m，小区面积72 m2，折合0.007 2 hm2。

滴灌带采用內镶贴片防堵式灌水器，均匀埋设深度5 cm，铺设间距0.6 m，滴头间距0.3 m，额定工作压力0.1 MPa，滴头流量2.0 L/h，滴灌带原料适宜选取新料占比较高颗粒生产。

该试验第一茬于5月4日开始第一次灌水，7月3日最后一次灌水，7月5日第一茬收割，生长周期60 d；第二茬7月9日开始灌水，8月21日最后一次灌水，8月30日第二茬收割，生长周期43 d，全年收割两茬。试验设计见表1。

表1 试验设计Tab.1 Experimental design

2.2 观测内容与方法

(1)株高。自返青开始，每隔10 d用钢卷尺测量一次株高，直到作物基本停止生长结束。测量方法：每小区取长势均匀固定样本5柱，量测自地表至作物顶端长度，取5柱平均值作为该小区株高。第一茬收割时统一留茬高度10 cm。

(2)茎粗[4]。自返青开始，每隔10 d用游标卡尺测量一次作物茎围，直到作物基本停止生长结束。测量方法：每小区取长势均匀固定样本5柱，量测地表以上1 cm处作物主茎单茎直径，取5柱平均值作为该小区茎围粗。

(3)茎节数。自返青开始，每隔10 d人工统计单个样本茎节数，直到作物基本停止生长结束。测量方法：每小区取长势均匀固定样本5柱，记录样本自茎基部至顶部茎节数，取5柱平均值作为该小区茎节数。

(4)产量。进入初花期后，每个小区选取长势均匀3组样本，每组面积1 m2，乘量鲜草重，在烘箱中105 ℃杀青1 h后,置于70 ℃恒温下烘干48 h,自然冷却至常温后称重计算干湿比得出每组干草重，取3组平均值作为该小区1 m2产量，乘以667最终确定该处理亩产量。

2.3 数据处理与分析

采用Excel2010和SPSS17.0(IBM，美国)进行数据处理与分析，采用Pearson相关性分析法进行差异显著性分析，对测量数据进行回归分析，采用输入方法。

3 结果与分析

3.1 不同灌水处理对紫花苜蓿株高的影响

灌水定额的大小对紫花苜蓿的株高在一定范围内有影响，平均株高随着灌水定额的增大而增高，两茬株高在不同生长期差异显著。根据观测数据绘制不同灌溉定额对紫花苜蓿株高变化如图1所示。

图1 不同灌溉定额对紫花苜蓿株高变化Fig.1 Changes of alfalfa plant height under different irrigation quota

由图1可以看出，各生育阶段紫花苜蓿株高生长速度不同。第一茬在生长的前40 d株高发生较大变化，斜率最大，日均增长1.5 cm，随后增长缓慢，平均株高78.78 cm；第二茬在灌水20 d内，株高生长较快，日均增长2.1 cm，之后增长减缓，平均株高77.08 cm。两茬低灌水定额处理(T1、T2)均出现缺水现象，已经影响作物生长，对应株高与其他处理相比明显偏低。高灌水定额处理(T4、T5)对株高生长提供较大帮助，其中第二茬株高出现差异，样本差幅接近4 cm，两茬灌水定额T4处理株高生长最好。

紫花苜蓿两茬在灌水初期均生长较快，随着蒸腾作用的不断加大，株高折线斜率逐渐降低，生长速度较前期放缓，第二茬生长期日平均温度比一茬高，生长速度较第一茬快。低灌水定额处理出现水分亏缺，灌水量在一定范围内对紫花苜蓿株高生长产生影响，灌水定额525 m3/hm2以上并不能使株高显著提高。

3.2 不同灌水处理对紫花苜蓿茎围的影响

在不同的灌溉处理下，紫花苜蓿径围变化存在差异，不同灌溉定额对紫花苜蓿茎粗变化如图2所示。

图2 不同灌溉定额对紫花苜蓿茎粗变化Fig.2 Changes of alfalfa plant stem thickness under different irrigation quota

由图2可以看出，增加灌水量有利于紫花苜蓿茎粗的生长，茎粗随着灌水定额的增大而增大。第一茬在生长的前10 d后，茎粗发生较大变化，折线斜率最大，日均增长0.12 mm，随后生长放缓。第二茬茎粗生长变化缓慢，日均增长0.02 mm，灌水量的增加有效影响茎粗的生长。两茬紫花苜蓿茎粗生长趋势相同。

3.3 不同灌水处理对紫花苜蓿茎节数的影响

茎节数是反映紫花苜蓿生长健壮程度的一个指标，节数越多相应茎上生长的复叶越多，植株越健壮。不同灌溉定额对紫花苜蓿茎节变化如图3所示。

图3 不同灌溉定额对紫花苜蓿茎节变化Fig.3 Changes of alfalfa plant stem section under different irrigation quota

由图3可以看出，不同灌水定额对紫花苜蓿茎节数影响有限，最大灌水定额T5茎节数略大于其他处理，灌水定额的增大对茎节数增加不明显，第一茬茎节数平均16节，第二茬平均15节；两茬生长速率相近，分别是0.26和0.30节/天。不同灌水定额下，两茬紫花苜蓿茎节数生长趋势相同，生长期差异不显著。

3.4不同灌水处理对紫花苜蓿产量的影响

不同灌水处理对紫花苜蓿产量的影响见表2。

表2 不同处理灌溉产量Tab.2 Yield of different treated irrigation water

由表2可以看出，灌水定额的大小对紫花苜蓿的产量影响显著。灌水定额T4产量最高，达到11 767.76 kg/hm2，是最低灌水定额T1的1.27倍，产量次高的为T5处理11 516.51 kg/hm2。灌水定额的大小直接影响苜蓿产量，但是，并不是越大越好，T4处理灌水定额525 m3/hm2最有利于苜蓿节水增产。第一茬苜蓿产量均较高，平均占全年总产量的57%。

3.5 不同灌水处理的紫花苜蓿水分生产率

浅埋式滴灌条件下不同灌水定额对紫花苜蓿水分生产率有影响。通过计算紫花苜蓿干草产量，将各灌水处理干草产量与水分利用效率作比较，发现存在水分亏缺的处理T1水分生产率WUE最高，达到1.93 g/m3，随着灌水量的增大WUE呈现出单边规律性下降，T5处理WUE最低，达到1.2 g/m3。分析得出，WUE最高的处理产量较低，从高产及节水增效的目的综合考虑，紫花苜蓿在浅埋式滴灌条件下较合适的灌水处理为T4。

3.6 紫花苜蓿生长特性对产量的影响

采用SPSS17.0软件，选取紫花苜蓿典型生长周期第二茬进行分析，浅埋式滴灌条件下不同灌水定额的作物产量与作物生长特性产生相关性不同。其中，紫花苜蓿产量与茎粗存在显著相关性(P<0.05)，株高和茎节数对产量影响不存在显著相关关系(P>0.05)。通过对紫花苜蓿产量主成分建立评价数学模型，采用产量(W)为因变量，茎粗(J)作为单项指标进行回归分析，得出回归方程：W=-544.28-1 710.472J，方程决定系数R2=0.711，F=10.863。方程影响因子的回归拟合程度较高，可为相同条件下紫花苜蓿产量预测提供参考。

4 讨 论

试验区属于寒旱荒漠区域，春季气温回升缓慢，作物一茬生育期较二茬长；前一年降雪适宜，田间土壤墒情对作物返青有一定贡献。浅埋式滴灌灌水技术当地紫花苜蓿节水增产效益明显，通过田间试验数据分析，得出在紫花苜蓿的生长特性中，株高和茎粗都随着灌水定额的增大而增大，与杨磊[5]的研究结论一致，茎节数变化不明显。增加灌水量并不能提高作物WUE，反而呈现下降趋势，与阿依江·哈比[6-7]的研究结论相同。通过分析影响产量构成的主要生长特性指标，产量与茎粗存在显著相关性，以该指标为主成分，采用回归分析法建立评价数学模型，方程影响因子回归拟合较好，可以对预测本地区紫花苜蓿产量提供理论依据。

5 结 语

(1)随着灌水定额的逐渐增大，紫花苜蓿的株高和茎粗会同步增大，前期生长较快，整体呈现出先快后慢的趋势，但灌水定额对茎节数的变化不大。T1、T2处理出现水分亏缺，影响作物正常生长，在T4灌水定额基础上增加灌水量，不会大幅提高产量，达不到节水增产的目的。T1的WUE最高，但是水分亏缺导致产量不高，随着灌水定额的增加WUE呈现单边下降趋势，说明WUE的提高是以降低产量为代价的。

(2)紫花苜蓿产量与茎粗存在显著相关性，茎粗变化呈现出先快后慢的趋势在第一茬生育期表现的更为显著，回归方程W=-544.28-1 710.472J可以为产量预测提供较高精度。

(3)通过对产量与水分生产率两个指标综合考虑，推荐准格尔盆地北部区域浅埋式滴灌紫花苜蓿灌水定额为525 m3/hm2，灌水周期6～10 d。

本试验结果可以为准格尔盆地东北缘浅埋式滴灌条件下紫花苜蓿制定合理灌溉制度提供参考。