克拉玛依农业开发区紫花苜蓿生长发育与耗水动态分析

王欢庆，彭学春，陈 彦

克拉玛依市农牧业科学技术推广中心，新疆克拉玛依 834000

随着淡水资源的减少以及工业用水和城市生活用水逐年增加，农业用水总量及所占淡水资源比例呈现逐年降低的趋势，新疆在我国生态区位上属于生态荒漠干旱区，具有典型的绿洲农业生态特点，发展节水型高产、优质、高效、生态农业是新疆农牧业现代化的一个重要支撑点。早在上世纪九十年代，新疆就提出了“南园北牧”的农村经济总体发展思路。克拉玛依市提出要大力发展绿色、生态、高效节水的现代农业，建设新疆现代畜牧业示范区[1]，开展作物高产节水栽培研究对缓解水资源危机、粮食安全危机以及走农业可持续化发展道路都具有重要意义。

紫花苜蓿（Medicago sativa）是具有世界栽培意义的多年生优质豆科牧草,也是我国种植面积最大的人工牧草[2]。具有耐旱、耐寒、耐盐碱、耐瘠薄，适应性强，产量高、品质优，耐频繁刈割和持久性好等特性，同时具有清除田间杂草，改土培肥及经济效益高等优点[3]，是北疆地区荒漠区生态植被恢复和草业建设的重要牧草。随着畜牧业的发展和生态建设力度的加大,种植紫花苜蓿已经成为发展地方经济、改善生态环境的一个重要途径[4,5]。灌溉直接影响紫花苜蓿的光合作用进而直接影响产量和品质，主要表现在，叶面积的增加可以提升叶片的有机物合成积累，也侧面提高了紫花苜蓿的产量和品质；而植株高度变化反映着其生长发育状况及草地生产能力；粗蛋白含量衡量着牧草适口性及青干草品质[6]。在北疆地区进行苜蓿灌溉研究成果较少，刘虎等[7,8]以阿勒泰地区苜蓿对研究对象探究了其灌溉制度，郭学良等[9]比较了呼图壁苜蓿在不同灌溉方式下的水利用效率。吴兴荣等[10]研究了北屯苜蓿耗水规律，而处于准噶尔盆地西北缘的克拉玛依地区在研究苜蓿耗水方面尚存空白。

通过监测紫花苜蓿不同生育期灌水量，探究本地紫花苜蓿产量、品质与灌水量之间的关系，可提高作物单产、节约水资源，避免过量灌水造成灌区水资源浪费，也可减缓地下水位逐年抬升、土地盐渍化趋势加重。因此，开展紫花苜蓿耗水量的研究对克拉玛依的畜牧业发展具有重要的意义。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验项目研究区在克拉玛依市大农业开发区，位于准噶尔盆地西北部边缘的半荒漠湖积平原上，南临古尔班通古特沙漠，距克拉玛依市中心约15 km。地形平缓开阔，地势西南高、东北低，海拔高程273～268 m，平均自然地面坡度0.7‰。克拉玛依市属典型的温带大陆性气候。其特点是：寒暑差异悬殊，干燥少雨，春秋季风多，冬夏温差大。积雪薄、蒸发快、冻土深。大风、寒潮、冰雹、山洪等灾害天气频发。四季中冬夏两季漫长且温差大，春秋两季为过渡期，换季不明显。累年平均气温为8.6℃。年平均降水量为108.9 mm,蒸发量为2692.1 mm，是同期降水量的24.7 倍。累计平均大风日数为64.5 d,夏季炎热日（≥35℃）年平均为27.6 d，初霜一般在11月上旬出现，终霜一般在3 月下旬结束，多年平均日照时数为2700 h,无霜期日数180～220 d，多年平均全年≥10℃积温为3968℃。

1.2 试验区土壤、作物与灌溉方式

研究区土壤以灰漠土和盐土为主，土壤肥力中等，缼氮、少磷、富钾。全氮含量70～80 mg·kg-1，速效氮60 mg·kg-1，速效磷8 mg·kg-1，有机质含量10～20 mg·kg-1。土壤质地为轻沙壤土或壤土，质地较轻，透水性较好。研究区耕地自然地面坡降0.5‰～1‰地势平整，土壤容重γ=1.42（g·cm-3），田间持水量θ=24（%）。

试验田灌水方式为喷灌，灌水量计量为管道水表量测，试验区种植苜蓿品种为紫花苜蓿。试验区选取克拉玛依大农业开发区5-3 紫花苜蓿地为主，其他3-4、12-1 紫花苜蓿地为辅助工作样地。

1.3 实验设计

本试验方案中，在试验区选取不同的6 个样点，其中3 个样点位于同块儿地中，其余3 样点分别位于相邻地块。每个样点划分15 个1×1m的样方，对样方内的第二、三茬苜蓿生育期进行连续系统监测。每样点每茬计划15 个样，根据长势快慢3～5 d 采集1 次，成为15 个连续监测样，每样需统计分析长势情况。间隔刈割，采用便携式割草机割草，每次刈割统一留茬2 cm 高度，实数样方内的株数和叶片数目，用刻度尺测量和计算每个样方内的苜蓿生长参数，包括株高、侧枝长、叶面积、鲜草重4 项指标，株高通过用刻度尺量测，叶面积通过测量叶片的横、纵轴，将两者数值相乘取得；平均得出每个样方中紫花苜蓿植株的平均株高、株平均叶数、叶平均面积，计算得出叶总面积：样方叶总面积=样方株数×单株平均叶数×单叶平均面积；将样方内收割的草放入收纳袋，密封、贴上标签，送第三方检测机构分析粗脂肪、粗纤维、粗灰分、粗蛋白、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙、总磷8 项指标；灌水量通过地块供水管线水表量测。样品采集时段为2016-2017 年。

1.4 数据处理

根据同一时期不同样点间的实测结果与生理生化检测结果分析，用Excel 统计与分析数据。

2 结果与分析

2.1 叶总面积的变化

根据得到的叶总面积相关数据，对不同样点在各灌水时期1 m2叶总面积的变化数据在Excel 表中归类分析，得出表1，绘图得出图1。

表1 5-3地不同样点在各灌水时期1 m2样方叶总面积的变化单位：m2

图1 不同灌溉时期紫花苜蓿1m2样方叶总面积的变化

由图1 可知，紫花苜蓿各样方叶总面积从幼苗期到成熟期基本都是不断增大。叶面积从再生期到现蕾期增长幅度较快，之后增长幅度趋缓。

2.2 苜蓿植株高度在各生长期的变化

根据5-3 紫花苜蓿地第二茬3 个试验样点各灌水时期得到的样方平均株高，对不同样点平均株高的变化数据在Excel 表中归类分析，得出表2，绘图得出图2。

表2 5-3地第二茬紫花苜蓿植株高度在各生长期的变化单位：cm

图2 5-3地第二茬紫花苜蓿植株高度在各生长期的变化

从图2 可以看出，紫花苜蓿植株高度在再生期到分枝期增长缓慢，分枝期到初花期增长较快，初花期到成熟期增长趋缓。3 个样点在灌溉量相对均衡的条件下，株高变化呈现类似的规律。试验表明，紫花苜蓿株高在其生育期表现为S 型生长曲线。

2.3 紫花苜蓿粗蛋白含量在生长期的变化

根据5-3 紫花苜蓿第二茬与第三茬粗蛋白的检验结果汇总在Excel 表中归类分析，得出表3，绘图得出图3。

图3 5-3地紫花苜蓿粗蛋白含量在生长期的变化

表3 5-3地紫花苜蓿粗蛋白含量在生长期的变化单位:g·kg-1

由图3 可知，5-3 紫花苜蓿在第二茬和第三茬生育期，随着时间的变化，粗蛋白含量呈现了下降的趋势；而且在同生育期，同一块地第二茬较第三茬的粗蛋白含量偏低。

2.4 紫花苜蓿耗水量与产量分析

试验中，灌水次数经由实测取得，干草产量来自地块总产量的平均单产实测值，耗水系数=干草产量/耗水量；将数据在Excel 表中归类分析，得出表4，绘图得出图4。分析如下：

图4 紫花苜蓿产量与耗水量关系曲线

由表4 可知，通过对3 个不同试验地块2016年紫花苜蓿产量的变化分析发现，不同试验地块的紫花苜蓿产量各不相同，3-4 试验地块的产量最高达到13 302 kg·hm-2，5-3 试验地块的产量较低，为11 838 kg·hm-2。两块地紫花苜蓿干草产量相差1 464 kg·hm-2，究其原因可能是5-3与3-4 地块灌溉差异所致。

表4 紫花苜蓿耗水量与产量统计

根据本次试验成果，通过回归分析，建立紫花苜蓿产量与耗水量之间的函数关系式为：

W1=0.004ET2-58.36ET+22453（ET≤7700），相关系数R2=0.999；

W2=17539ln（ET）-14446（ET＞7700），相关系数R2=0.984；

式中：ET 为紫花苜蓿耗水量/（m3·hm-2）；W为紫花苜蓿产量/（kg·hm-2）。

紫花苜蓿的产量与耗水量之间有着密切的关系，它们呈S 形生长曲线,当耗水量在拐点7700 m3·hm-2前，紫花苜蓿的产量随着耗水量的增加呈加快趋势；当耗水量超过拐点7700 m3·hm-2后，紫花苜蓿的产量随着耗水量的增加呈减缓趋势。同时，耕地也会因灌水量过多而造成土壤盐渍化，致使土壤肥力下降，所以准确掌握紫花苜蓿产量和耗水量之间的关系，不仅能提高产量，减少水资源的浪费，而且对预防土地退化也有重要的意义。

3 结论与讨论

之前，由于缺乏紫花苜蓿作物耗水量及灌溉技术方面的试验成果，当地种植户在实际生产过程中，仅凭经验认为在干旱地区只要多浇水，就能增产，实际灌水超量不仅没有提高产量，反而造成水资源的浪费，灌区地下水位抬升，土地盐渍化现象加重[10]。通过对紫花苜蓿的耗水量、耗水时间、灌溉次数等方面的试验对比分析，总结了紫花苜蓿的耗水规律,揭示了本区域紫花苜蓿耗水量与产量的关系。

紫花苜蓿在不同生育期耗水呈现：从再生期到开花成熟期，先升高后降低类似于抛物线的趋势，其中分枝期最高，再生期与开花成熟期较低；紫花苜蓿产量与耗水量之间的关系曲线呈S 形生长曲线,在营养生长前期，紫花苜蓿的产量随着耗水量的增加而加快,达到耗水拐点后，随着耗水量的増加，紫花苜蓿的产量积累速度减慢。在此基础上，初步建立了克拉玛依大农业开发区紫花苜蓿产量与耗水量之间的数学模型。植株高度和叶面积的变化动态也呈现类似于产量与耗水之间的S 形曲线关系。紫花苜蓿的粗蛋白含量在其生育期内，呈逐渐下降的趋势。