灌水量对京南地区紫花苜蓿生产能力的影响

文 霞,侯向阳,穆怀彬

（1.兰州大学草地农业科技学院,甘肃兰州 730020；2.中国农业科学院草原研究所,内蒙古呼和浩特 010010）

紫花苜蓿Medicago sativa（以下简称苜蓿）系豆科,苜蓿属,是具有世界栽培意义的深根系多年生优质牧草,具耐旱、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[1-3]。作为最重要的栽培牧草,它在我国的种植面积逐年增加[4]。

苜蓿需水量较高,全年生长季需水量为400～2 250 mm[5],适宜在年降水量为500～800 mm的地区生长,土壤水分含量直接影响其生长发育、产量及品质[6]。京南地区是我国推广苜蓿种植的地区之一,在该区种植苜蓿,其主要限制因素是水。研究表明多次刈割的苜蓿平均耗水量在800～900 mm[5],该区年均降水量只有500～600 mm,且主要集中在7-9月（约占全年降水量的80%）,即前2茬苜蓿的全生长期和第3茬苜蓿的大部分生长时期降水较少,这样影响了苜蓿的生长和产量,也成为其推广种植的主要限制因子。灌溉成为调节苜蓿生长季水分供给,提高产量的重要措施之一。因此,苜蓿耗水量、耗水规律、水分利用效率及灌溉制度的研究一直是我国干旱、半干旱和水资源紧缺地区苜蓿产业化的热点[7-15]。

试验地处水资源紧缺的华北地区,研究该地区灌水量与苜蓿生产能力的关系,寻求合理、优化的灌溉制度对该区农业生产节水具有重要意义。研究通过小区试验设计及灌水量控制试验,探讨了灌水量对苜蓿生产能力的影响,以期获得适宜当地苜蓿生产的合理灌溉制度,为京南地区苜蓿生产实践提供科学依据。

1 试验地概况

试验地设在河北省廊坊市中国农业科学院国际农业高新技术产业园试验基地,该地位于廊坊市北 部,见 图 1,116°34′60″～ 116°36′13″E,39°35′44″～ 39°36′14″N,属温带半干旱、半湿润大陆性气候。海拔25 m,年均气温11.9℃,1月份最冷（平均气温-5.2℃,极端最低气温-25℃）,7月份气温最高（平均气温26℃,极端最高温40.2℃）,平均无霜期183 d,≥10℃的年均积温4 167℃·d,平均日照时间2 659.6 h,年均降水量554.9 mm,降水高度集中在夏季（平均454.7 mm,占全年降水量的77%）。土壤类型为沙壤土。

图1 研究区域地理位置示意图

2 材料与方法

2.1 试验设计试验地为2007年种植的中苜2号,播种量为22.5 kg/hm2,播深2 cm,2008年11月所有小区均灌足冬水。在该试验地选取6 m×6 m小区,相邻小区间隔0.5 m,四周进行防水隔离处理。以小区为单位进行4个水平W0、W1、W2、W3的灌水试验,灌水量分别对应为 0、25、50、75 mm/次,并设计9次重复。

分别于苜蓿返青（2009年4月2日）及第1（2009年 5月18日）、第2（2009年6月 24日）和第3茬苜蓿刈割后灌水（但因第3茬苜蓿刈割后适逢大雨,故所有小区均未进行第4次灌水处理）。灌水方式为滴灌,灌水量由水表控制。

2.2 测定项目及方法于2009年5月14日、6月12日、7月12日和8月24日（各茬苜蓿初花期）刈割苜蓿,样方大小1 m ×1 m,留茬5 cm,每小区重复3次,田间测鲜质量。同时,在每茬苜蓿测产当日,各小区随机选5株苜蓿测其绝对高度；每小区选5个苜蓿1级分枝数,进行茎叶分离并测鲜质量,计算茎叶比；根据样方苜蓿鲜质量及对应植株1级枝条数,测定第2、3茬苜蓿分枝质量并记录各茬苜蓿生育期及生育期降水量（表1）。

表1 2009年各茬苜蓿生育期及降水量

2.3 数据分析利用Microsoft Excel,SPSS13.0对测定各指标进行差异显著性分析和LSD检验。

3 结果与分析

3.1 灌水量对苜蓿产量的影响表2表明,第1茬苜蓿产量随灌水量增加呈现波动变化（减少→增加→减少）,第2、3茬苜蓿产量均随灌水量增加呈增加变化,第4茬苜蓿产量则随灌水量增加呈降低变化,全年产量变化规律同第2、3茬。

不同灌水处理对第1茬苜蓿产量虽有一定影响,但各处理间差异不显著。对于第2、3茬苜蓿而言,W3和W2处理苜蓿的产量极显著高于W0处理（P＜0.01）；与W0处理相比,其余3个处理对该 2茬苜蓿的增产幅度分别为15.3%～40.6%和27.2%～64.1%。第4茬苜蓿,W2和W3处理产量显著低于W0处理；与 W0处理相比,其余3个处理对该茬苜蓿的减产幅度为13.5%～35.9%。

表2 灌水量对不同茬次及全年苜蓿产量的影响 kg/hm2

虽然W3和W2或W0和W1之间的苜蓿年产量差异不显著,但较高灌水处理的W3和W2处理的苜蓿年产量均显著高于W0和W1处理。说明,在生长季降水391 mm情况下,每次灌水75和50 mm都能极显著提高苜蓿产量,在全年灌水量为150 mm的基础上,继续增加灌水量不会引起年产量的显著增加。可见,合理灌水能提高苜蓿产量,研究区种植苜蓿的适宜灌水量为150 mm。

3.2 灌水量对苜蓿株高和茎叶比的影响在自然降水条件下,以W0处理为参照,研究不同灌水处理对株高和茎叶比的影响。图2-A表明,W1、W2、W3处理对第 1茬苜蓿的株高无明显影响,但显著提高了第2、3茬苜蓿的株高,明显降低了第4茬株高（P＜0.05）,并且随着灌水量增加苜蓿株高相应增加（第2和3茬）或降低（第4茬）；图2-B表明,灌水对第1、4茬苜蓿茎叶比均无显著影响,第2、3茬苜蓿茎叶比随灌水量增加呈增加趋势,W2处理显著提高了第3茬苜蓿茎叶比,W3处理显著增加第2和3茬苜蓿的茎叶比。

图2 灌水量对苜蓿株高和茎叶比的影响

3.3 灌水量对苜蓿分枝密度和分枝质量的影响灌水处理对第2、3茬苜蓿分枝密度无显著影响,但是,对分枝质量影响明显,分枝质量分别为2.5～3.4和1.6～2.6 g/枝；随着灌水量的增加,苜蓿的分枝质量呈增加趋势,各处理显著高于对照（表3）。以上结果表明灌水利于苜蓿植株个体大小的增加。

表3 不同灌水量对苜蓿分枝数和分枝质量的影响

4 讨论

4.1苜蓿生长初期的轻微干旱[16]或土壤水分不足[17]往往引起苜蓿减产,干旱对苜蓿产量和生长发育产生负面影响,特别是反映在一系列生理生化、形态变化和生产性能上[6],本研究中,第2、3茬以及全年产量均随灌水量的增加而增加,且灌水总量为225和150 mm能极显著提高苜蓿年产量,可见,灌溉对苜蓿有明显的增产效果[7,11,18-19]。有研究表明第1茬苜蓿的产量随灌水量的增加而增加[20],本研究中第1茬苜蓿产量在不同灌水处理间差异不显著,分析认为,第1茬苜蓿所在生长季（3-5月）温度不高,水分蒸发不强烈,试验前1年灌足的冬水已足够其生长所需,在此情况下,水分不是当茬苜蓿生长的限制因子,故苜蓿返青期的灌水对其产量的影响差异不显著。第4茬苜蓿产量随灌水量增加而减少,这是由于7月以后,华北平原降水量略大于苜蓿需水量[21],虽然第4茬苜蓿生长期内未进行灌水,但降水量达244 mm,因而在此前灌水量的基础上,该茬产量随灌水量增加呈减少的趋势,这与赵金梅等[20]的研究结果一致。因此建议,京南地区种植紫花苜蓿,灌水应该在第1、2茬苜蓿刈割后（即第2、3茬生长期内）进行,第4茬苜蓿生长期内不宜灌水,在前1年灌足冬水的情况下,返青时也可不灌水。

研究还发现,一定灌水范围内,苜蓿年产量随灌水量增加而增加,在苜蓿生长季灌水总量为150 mm（不包括自然降水）情况下,再增加灌水量,不会引起苜蓿显著增产。贾恒以等[22]研究沙打旺Astragalus adsurgens水肥协同效应的结果表明肥料的增产效应随水分量的提高而增加,可见植物产量除了受水分影响外,还受肥力等其他因素限制,当灌水量达到一定时,水分已不再是其生长的限制因子,产量趋于稳定,此时其产量增加潜能可能受肥力等其他因素限制。因此,仅灌水对苜蓿增产是有限的,要想获得更高产量,需寻求与其他因素的耦合,我国农业科技工作者早在21世纪就开始了水肥效应的研究,但目前有关水分、养分对苜蓿生长的互作效应研究较少,有待加强。

4.2植株高度是反映牧草生长状况和评价高产的主要指标之一。有研究表明,不同强度水分胁迫会降低紫花苜蓿的主茎高度[23],可见,干旱并不利于植株高度的增加。本研究发现,第2、3茬苜蓿株高随灌水量增加而增高,第4茬株高则随灌水量增加而降低,但灌水并不能引起第1茬苜蓿株高产生显著差异,后两者的原因同第4、1茬产量变化的解释。

紫花苜蓿蛋白含量较高,蛋白的主要来源是叶片,叶片在整株紫花苜蓿中所占的比例是影响紫花苜蓿蛋白质含量的主要因素。赵金梅等[20]与Halim等[24]的研究结果表明无灌水处理的茎叶比最低,后者还指出水分胁迫下紫花苜蓿茎叶比减少一方面是由于成熟度延迟,另一方面是水分胁迫对茎生长的抑制作用大于叶,本研究结果符合上述规律,同时解释了为何第2、3茬苜蓿的茎叶比随灌水量增加而增加。第1、4茬苜蓿茎叶比在4个处理间无明显差异,分析认为可能是由于这2茬苜蓿生长不受水分胁迫。

4.3分枝数是反映个体的分枝能力和生长健壮程度的指标之一,分枝质量则反映个体大小,植物产量的高低取决于此二者大小的变化。虽然第2、3茬苜蓿的分枝数在4个处理间无明显差异,但相对于对照处理,其余各处理均显著提高二者分枝质量,并随灌水量的增加而增加,从而导致其产量也随之增加。

4.4由于本研究是基于自然条件下进行的,因而灌溉量多寡以及灌水对苜蓿的影响受降水分布和降水量等因素影响较大,如第4茬苜蓿产量随灌水量增加而减少是由于7月以后华北平原降水量略大于苜蓿需水量所致,但具体的需水量,或者说会造成苜蓿减产的降水量（或灌水量）的阈值尚无定量描述。因此,今后研究应当引入控制试验,以确定各生长期、生长阶段具体需水量,再结合降水量状况等进行水分补给或者排水,从而获得高产。

5 结论与建议

在试验前1年灌足冬水情况下,灌水对第1茬产量无显著影响,第2、3茬以及全年产量随灌水量增加而增加,第4茬则随灌水量增加而减少,第1～4茬苜蓿株高的变化规律与产量相同。

灌水对第1、4茬苜蓿茎叶比无显著影响,第2、3茬茎叶比随灌水量增加而增加。

第2、3茬苜蓿分枝质量随灌水增加呈增加趋势,灌水25、50、75 mm/次的分枝质量显著高于不灌水（P＜0.05）。

因此,京南地区种植苜蓿应在第1、2茬苜蓿刈割后灌水,第4茬苜蓿生长期内不宜灌水,在头年越冬前灌足冬水的情况下,返青也可不灌水。在生长季降水总量为391mm的情况下,全年最适宜灌水量为150 mm。

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