关中平原土壤水分高效利用苜蓿品种筛选研究

张康柱 李志骞 白杜娟

摘要：为了给关中平原筛选产草量高、水分利用效率高的优良苜蓿品种，以关中平原的主栽苜蓿品种关中苜蓿为对照，监测巨能601、巨能耐湿、雷霆、丹农VNS、北极熊等9个苜蓿品种不同刈割期的产草量以及0～200 cm土层土壤水分含量、土壤水分利用效率。结果表明，在降水量丰富的年份且可灌溉的关中平原，不同苜蓿品种从返青至最后一次刈割期前的田间耗水量基本一致且无显著性差异，其中巨能601的产草量及土壤水分利用效率显著高于其他品种，而关中苜蓿的产草量及土壤水分利用效率显著低于其他品种。关中平原应以产草量高、水分利用效率高的巨能601作为主要推广品种，淘汰产草量低、水分利用效率低的关中苜蓿。

关键词：苜蓿;品种;产草量;土壤水分;土壤水分利用效率

中图分类号： S551+.703.7  文献标志码： A  文章编号：1002-1302（2020）03-0184-06

苜蓿（Medicago sativa L.）适应性广，抗旱性强，产草量高，不仅是世界上种植面积最大的多年生优质豆科牧草[1-3]，而且是关中平原栽培的一类高蛋白、高纤维的优质蔬菜。近年来，随着粮食作物经济效益的不断降低及“粮-经-饲”三元种植结构的调整，苜蓿已经成为传统粮食产区农业种植结构转型中的一个重要产业[4]。水分利用效率是农业生产中的一个重要指标，是农业生产研究中的重要理论问题之一。苜蓿生长发育期需水较多且土壤水分利用效率较低[5]，有关苜蓿抗旱性[6-7]、不同灌溉方式对苜蓿生长发育的影响[8-12]及不同栽培措施提高苜蓿土壤水分利用效率[13-14]的报道较多。农业生产的众多因素中，品种的贡献率往往超过30%[15]，但有关不同苜蓿品种对土壤水分利用的影响报道[16-17]较少。关中平原又称渭河平原，是黄河流域传统的粮棉生产基地，随着农村产业结构的调整及当地民众对苜蓿的采食，苜蓿种植面积不断增加[18]，但种植的品种大多数为关中苜蓿，产草量较低且土壤水分利用效率低，关中平原急需产草量高且土壤水分利用效率较高的优良苜蓿品种。为了鉴别陕西省近年来引进、选育的优良苜蓿优良品种的产草量及土壤水分利用效率，为关中平原苜蓿推广提供依据，于2015—2017年开展了土壤水分高效利用苜蓿品种筛选研究。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地位于关中平原中部的泾阳县，陕西省畜牧产业试验示范中心，位于108°56′38″E，34°34′28″N，海拔435 m。试验地年均气温为13 ℃，最低气温为 -20.8 ℃，最高气温为41.4 ℃;年均降水量為 548.7 mm;年日照时数为2 195.2 h，无霜期为213 d，为暖温带大陆性季风气候。试验地地处泾河下游，排灌方便，土壤为塿土，质地为粉沙黏壤质，耕层土壤容重为1.28 g/cm3，土壤孔隙度为51%，田间持水量为22%，凋萎系数为8.6%，土壤有机质含量为1.1%，全氮含量为0.914 g/kg，全磷含量为 1.77 g/kg，全钾含量为21.03 g/kg，碱解氮含量为63.21 mg/kg，速效磷含量为2.78 mg/kg，速效钾含量为201.34 mg/kg，pH值为7.98。20～200 cm 土层土壤比较均一，平均土壤容重为 1.30 g/cm3。

1.2 供试材料

供试材料为陕西省近年来从国内外引进、选育的优良苜蓿品种，分别为维多利亚、SR4030、MF4020、前景、雷霆、北极熊、巨能601、巨能耐湿、丹农VNS及当地的关中苜蓿共10个品种。不同品种均于2015年10月8日播种，行距为30 cm，播种深度为2.0 cm，播种量均为15.0 kg/hm2。不同小区之间间隔1.2 m，边缘修高为30 cm、底宽为30 cm的田埂，防止灌溉水串灌及相互渗透。

1.3 试验设计

2015年至2016年为预试验阶段，2017年为试验监测阶段。

试验以关中苜蓿为对照，监测维多利亚、SR4030、MF4020、前景、雷霆、北极熊、巨能601、巨能耐湿、丹农VNS在关中平原灌区的产草量及其土壤水分利用效率。

试验采用完全随机设计，10个处理，3次重复，共30个小区，小区面积为8 m×12 m=96 m2。

1.4 测定项目

1.4.1 降水量及灌水量 试验地设有自动雨量监测仪，测定2017年试验监测期间的降水量。试验监测期间记录每次的灌水日期及灌水量（灌水量通过水表计数）。

1.4.2 苜蓿生长状况 2017年监测苜蓿返青期、分枝期、现蕾期及初花期，并测定不同品种现蕾期及初花期的株高。

1.4.3 苜蓿产草量 不同苜蓿品种的产草量以其地上部的生物量来表示。2017年苜蓿生长发育期，当苜蓿株高达到60 cm以上时进行刈割并记录刈割日期及测定苜蓿株高，刈割时每个小区随机选择3个样点，每个样点1 m2，留茬高度为3 cm左右，刈割后及时称取鲜草质量并取其平均值作为该小区的鲜草质量。鲜草称样后称取部分鲜草，在105 ℃下杀青30 min，然后在80 ℃烘干至恒质量，测其干草质量并计算生物量，作为产草量。

1.4.4 土壤水分 于2017年苜蓿返青灌溉前及每次刈割前，以10 cm土层为一层，分层采取0～200 cm土层土壤，用烘干法测定土壤含水率，根据土壤容重、土层厚度换算成土壤水层厚度[19-20]。

1.5 农事管理

供试苜蓿均于2015年10月8日播种，行距均为30 cm，播种深度均为2.0 cm，播种量均为 15.0 kg/hm2。2016年苜蓿返青时进行春灌并随水追施45%青海云天复合肥120 kg/hm2，2016年当苜蓿高度达到60 cm以上时进行刈割，每次刈割后并随灌溉水追施尿素120 kg/hm2。2016年分别在5月30日、7月20日及9月30日进行刈割。

2017年3月3日每个小区浇返青水80 mm，并随水追施45%青海云天复合肥120 kg/hm2。2017年当苜蓿株高达到60 cm后进行刈割，每次刈割后根据降水状况进行灌水，并在降水后或随灌水追施尿素125 kg/hm2。

2015年至2017年苜蓿生长期间及时防治病虫害并及时去除田间杂草。

1.6 数据分析方法

试验数据采用Excel 2007制作图表，采用SPSS 19.0软件进行单因素方差分析;若不同品种间差异显著，则采用Duncans多重比较进行检验。

2 结果与分析

2.1 试验期间的降水量和灌水量

2017年返青时灌水80 mm，返青至第1次刈割（5月20日）78 d降水201.3 mm;第1次刈割至第2次刈割（6月27日）38 d降水217.5 mm，灌水 80 mm;第2次刈割至第3次刈割（8月20日）54 d降水247.7 mm，灌水80 mm;第3次刈割至第4次刈割（10月15日）56 d降水807.0 mm，未进行灌溉。2017年苜蓿返青至第4次刈割共降水 1 473.5 mm，灌水240 mm，其中第3次刈割（8月20日）至第4次刈割（10月15日）的降水量远高于常年的降水量（548.7 mm），2017年为多年少见的多雨年（图1）。

2.2 不同苜蓿品种生长状况

不同苜蓿品种均于2017年3月3日开始返青。不同品种的分枝期和现蕾期差异较大，初花期较相近，其中关中苜蓿的分枝期、现蕾期及初花期最早，巨能耐湿的最晚，不同品种均可在关中平原正常生长发育。现蕾期、初花期时，前景、MF4020的株高较高，雷霆、丹农VNS的株高較低（表1）。

2017年5月20日、6月27日、8月20日及10月15日对不同苜蓿品种进行刈割，从第1次刈割至最后一次刈割，不同品种的产草量均逐渐降低，但不同品种的株高变化不大（表2）。

无论是第1次刈割还是第4次刈割，不同品种的株高均表现为前景和MF4020较高，雷霆、丹农VNS及巨能601较低。第1次刈割巨能601和雷霆的产草量较高，而前景、维多利亚及北极熊的较低。第2次刈割巨能601和前景的产草量较高，而关中苜蓿和北极熊的较低。第3次刈割巨能601、MF4020和丹农VNS的产草量较高，而北极熊、维多利亚的较低。第4次刈割丹农VNS和前景的产草量较高，而关中苜蓿、巨能601和雷霆的较低。

整个生长季不同品种的产草量表现为巨能601较高，然后为丹农VNS，而关中苜蓿和北极熊的较低（表2）。

2.3 不同苜蓿品种0～200 cm土层土壤水分含量状况

返青时不同品种的土壤水分含量均值均在 325.40 mm 左右且无显著性差异。第1次刈割前前景、SR4030和维多利亚 0～200 cm 土层土壤水分含量显著高于巨能601，其他品种之间无显著性差异。第2次刈割前维多利亚的土壤水分含量较高，巨能601的较低，但不同品种之间无显著性差异。第3次刈割前维多利亚的土壤水分含量显著高于巨能601，其他品种之间无显著性差异。第4次刈割前关中苜蓿的土壤水分含量较高，丹农VNS的较低，但不同品种之间无显著性差异（表3）。

2.4 不同苜蓿品种的田间耗水量及水分利用效率

返青至第1次刈割前巨能601的田间耗水量显著高于前景，其他品种之间无显著性差异;返青至第1次刈割前不同品种的土壤水分利用效率差异较大，其中巨能601的最高，其次是雷霆和巨能耐湿，而前景和维多利亚的较低，不同品种之间存在显著性差异。第1次刈割至第2次刈割前前景的田间耗水量较高，巨能601的田间耗水量较低，不同品种之间无显著性差异。第1次刈割至第2次刈割前巨能601、前景和SR4030的土壤水分利用效率较高，关中苜蓿、北极熊和雷霆的较低，不同品种之间存在显著性差异。第2次刈割至第3次刈割前巨能601和SR4030的田间耗水量较高，维多利亚和北极熊的较低，不同品种之间无显著性差异;第2次刈割至第3次刈割前巨能601和MF4020的土壤水分利用效率较高，北极熊和维多利亚的较低，不同品种之间存在显著性差异。第3次刈割至第4次刈割前维多利亚和北极熊的田间耗水量较高，巨能601和MF4020的田间耗水量较低，不同品种之间无显著性差异;第3次刈割至第4次刈割前丹农VNS和前景的土壤水分利用效率较高，关中苜蓿和北极熊的较低，不同品种之间存在显著性差异。整个生长发育期不同品种的田间土壤耗水量在1 526.80 mm左右，不同品种之间无显著性差异;整个生长发育期巨能601的土壤水分利用效率最高，其次为丹农VNS、雷霆和巨能耐湿，而关中苜蓿和北极熊的土壤水分利用效率最低，不同品种之间存在显著性差异（表4）。

3 讨论

水分是影响苜蓿生长发育的主要因素之一，尤其在苜蓿生长前期，轻度干旱也会限制苜蓿生长，降低苜蓿产草量[21-22]，但当土壤水分过多则会引起土壤通气不良，产生涝渍化，降低苜蓿土壤水分利用效率[23]。在干旱半干旱地区，苜蓿产草量及生长年限主要受土壤水分限制，苜蓿对土壤水分，特别是对深层土壤水分的强烈消耗是导致苜蓿生产力随生长年限延长而降低的重要原因[1，18，24-31]。苜蓿年田间耗水量为500～800 mm，高产苜蓿的年田间耗水量为750～800 mm[14]，适度的土壤水分可促进苜蓿生长[32-33]。试验地在返青期、第1次刈割后和第2次刈割后共灌水240 mm，返青至第3次刈割前共降水666.5 mm，返青至第3次刈割前试验地土壤水分含量较高，苜蓿生长应不受土壤水分的影响[9，13，34]，不同品种的生长应主要与品种生长特性密切相关[5，16-17]。返青至第3次刈割前巨能601的产草量及土壤水分利用效率均高于其他品种，仅在第4次刈割时的产草量及第3次刈割至第4次刈割前的土壤水分利用效率低于前景及丹农VNS，这主要是第3次至第4次刈割56 d降水807.0 mm，远高于苜蓿最适宜生长的供水量，说明巨能601较前景及丹农VNS的耐湿性、耐涝性差。由于第4次刈割所获取的产草量在整个生长期所占的比例较小，整个生长期巨能601的产草量及土壤水分利用效率仍表现为最高，其次为丹农VNS。

4 结论

在降水量丰富的年份且可灌溉的关中平原，不同苜蓿品种从返青至最后一次刈割前的田间耗水量基本一致且无显著性差异，其中巨能601的产草量及土壤水分利用效率显著高于其他品种，关中苜蓿则显著低于其他品种。关中平原应以产草量高及水分利用效率高的巨能601作为主要推广品种，淘汰产草量低、水分利用效率低的关中苜蓿。

参考文献：

[1]金风霞，麻冬梅，刘昊焱，等. 不同种植年限苜蓿地土壤环境效应的研究[J]. 干旱地区农业研究，2014，32（2）：73-77.

[2]刘玉华，贾志宽，史纪安，等. 旱作条件下不同苜蓿品种光合作用的日变化[J]. 生态学报，2006，26（5）：1468-1477.

[3]张 曦，王振南，陆姣云，等. 紫花苜蓿叶性状对干旱的阶段性响应[J]. 生态学报，2016，36（9）：2669-2676.

[4]杨 菁，谢应忠，吴旭东，等. 不同种植年限人工苜蓿草地植物和土壤化学计量特征[J]. 草业学报，2014，23（2）：340-345.

[5]伏兵哲，高雪芹，高永发，等. 21个苜蓿品种主要农艺性状关联分析与综合评价[J]. 草业学报，2015，24（11）：174-182.

[6]周玲艳，刘胜洪，秦华明，等. 5个苜蓿品种叶片表面蜡质覆盖与抗旱性的关系[J]. 草业科学，2013，30（4）：596-601.

[7]姜 华，毕玉芬，陈连仙，等. 旱作条件下紫花苜蓿生理特性的研究[J]. 草地学报，2012，20（6）：1077-1080.

[8]张爱宁，王玉祥，隋晓青，等. 不同灌溉方式对苜蓿形态及生理的影响[J]. 中国农学通报，2014，30（18）：161-165.

[9]郭学良，李卫军. 不同灌溉方式对紫花苜蓿产量及灌溉水利用效率的影响[J]. 草地学报，2014，22（5）：1086-1090.

[10]王宏洋，李陈建，陈述明，等. 不同灌水量对苜蓿花部性状、结荚率和种子产量的影響[J]. 中国草地学报，2015，37（5）：52-56.

[11]Li X L，Su D R，Yuan Q H. Ridge-furrow planting of alfalfa （Medicago sativa L.） for improved rainwater harvest in rainfed semiarid areas in Northwest China[J]. Soil and Tillage Research，2007，93（1）：117-125.

[12]Jia Y，Li F M，Wang X L. Soil water and alfalfa yields as affected by alternating ridges and furrows in rainfall harvest in a semiarid environment[J]. Field Crops Research，2006，97（2/3）：167-175.

[13]霍海丽，王 琦，张恩和，等. 不同集雨种植方式对干旱区紫花苜蓿种植的影响[J]. 应用生态学报，2013，24（10）：2770-2778.

[14]李新乐，侯向阳，穆怀彬. 不同降水年型灌溉模式对苜蓿草产量及土壤水分动态的影响[J]. 中国草地学报，2013，35（5）：46-51.

[15]杨青川，康俊梅，张铁军，等. 苜蓿种质资源的分布、育种与利用[J]. 科学通报，2016，61（2）：261-270.

[16]万素梅，胡建宏，胡守林，等. 不同紫花苜蓿品种水分利用效率研究[J]. 西北农业学报，2004，13（2）：133-137.

[17]霍海丽，王 琦，师尚礼，等. 灌溉和施磷对紫花苜蓿分枝数、干草产量及水分利用效率的影响[J]. 土壤通报，2013，44（4）：905-911.

[18]韩 博，张 攀，王卫栋，等. 关中地区紫花苜蓿生产性能和利用年限的研究[J]. 西北农林科技大学学报（自然科学版），2012，40（2）：51-56.

[19]杜社妮，白岗栓，赵世伟，等. 沃特和PAM施用方式对土壤水分及玉米生长的影响[J]. 农业工程学报，2008，24（11）：30-35.

[20]杜社妮，白岗栓，赵世伟，等. 沃特和PAM保水剂对土壤水分及马铃薯生长的影响研究[J]. 农业工程学报，2007，23（8）：72-79.

[21]Guitjens J C. Alfalfa irrigation during drought[J]. Journal of Irrigation and Drainage Engineering，1993，119（6）：1090-1098.

[22]Brown P W，Tanner C B. Alfalfa stem and leaf growth during water stress[J]. Agronomy，1983，75（5）：799-805.

[23]Halim R A，Buxton D R，Hattendorf M J，et al. Water-deficit effects on alfalfa at various growth stages[J]. Agronomy Journal，1989，81（5）：765-770.

[24]李玉山. 苜蓿生产力动态及其水分生态环境效应[J]. 土壤学报，2002，39（3）：404-411.

[25]万素梅，贾志宽，韩清芳，等. 黄土高原半湿润区苜蓿草地土壤干层形成及水分恢复[J]. 生态学报，2008，28（3）：1045-1051.

[26]万素梅，胡守林，贾志宽，等. 黄土高原地区苜蓿生产力动态及其土壤水分消耗规律[J]. 农业工程学报，2007，23（12）：30-34.

[27]李 军，陈 兵，李小芳，等. 黄土高原不同干旱类型区苜蓿草地深层土壤干燥化效应[J]. 生态学报，2007，27（1）：75-89.

[28]谢军红，柴 强，张仁陟，等. 黄土高原区多年生苜蓿地土壤干层恢复的适宜后茬筛选[J]. 水土保持学报，2014，28（5）：51-57.

[29]罗珠珠，李玲玲，牛伊宁，等. 陇中黄土高原半干旱区苜蓿地土壤干燥化特征及适宜种植年限[J]. 应用生态学报，2015，26（10）：3059-3065.

[30]程积民，万惠娥，王 静. 黄土丘陵区紫花苜蓿生长与土壤水分变化[J]. 应用生态学报，2005，16（3）：435-438.

[31]黄明斌，杨新民，李玉山. 黄土高原生物利用型土壤干层的水文生态效应研究[J]. 中国生态农业学报，2003，11（3）：114-116.

[32]张春霞，郝明德，魏孝荣，等. 黄土高原沟壑区苜蓿地土壤水分剖面特征研究[J]. 植物营养与肥料学报，2004，10（6）：604-607.

[33]党志强，赵桂琴，龙瑞军. 河西地区紫花苜蓿的耗水量与耗水规律初探[J]. 干旱地区农业研究，2004，22（3）：67-71.

[34]陶 雪，苏德荣，乔 阳，等. 西北旱区灌溉方式对苜蓿产量及品质的影响[J]. 草业科学，2015，32（10）：1641-1647.