淺埋式滴灌毛管埋深對(duì)苜蓿生長(zhǎng)的影響

潘小保，繳錫云，2，郭維華，陳俊克

(1. 河海大學(xué)水利水電學(xué)院，江蘇 南京 210098；2. 水文水資源與水利工程科學(xué)國(guó)家重點(diǎn)試驗(yàn)室，江蘇 南京 210098；3. 黃河水利出版社，河南 鄭州 450003)

苜蓿作為當(dāng)前牧區(qū)飼料種植作物的首要選擇，對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)的發(fā)展及一些優(yōu)良畜種的培育發(fā)揮著重要作用。新疆阿勒泰地區(qū)是我國(guó)苜蓿的重點(diǎn)種植地之一，但是該地區(qū)水資源嚴(yán)重短缺，牧草種植原本采用的地面灌溉方式已不適應(yīng)當(dāng)前形勢(shì)，需要應(yīng)用更為高效的灌溉方式。基于此，地表噴滴灌曾適用于苜蓿的種植，但由于苜蓿屬多年生長(zhǎng)作物，每茬收割時(shí)期會(huì)損壞大量地表滴灌帶，故開(kāi)始采用地下滴灌的方式來(lái)對(duì)苜蓿進(jìn)行生育期灌溉。

前人對(duì)苜蓿的地下滴灌技術(shù)進(jìn)行了廣泛的研究，Claudio等[1]經(jīng)過(guò)對(duì)比滴灌和漫灌條件下的苜蓿產(chǎn)量和干物質(zhì)量，發(fā)現(xiàn)滴灌比漫灌的干物質(zhì)量多出16%～23%。Bosch等[2]研究表明，地下滴灌與噴灌相比，其對(duì)苜蓿的產(chǎn)量影響差異較小，相對(duì)噴灌，地下滴灌節(jié)省了大量的勞動(dòng)力。Alam等[3]研究表明：利用地下滴灌進(jìn)行灌溉苜蓿的水分利用效率與常規(guī)的溝灌相比較可以提高20%左右。陶雪等[4-6]主要研究了地下滴灌、噴灌、畦灌對(duì)苜蓿生長(zhǎng)、光合效率、產(chǎn)量及品質(zhì)的影響，對(duì)比發(fā)現(xiàn)地下滴灌顯著地提高了苜蓿株高、莖粗、分枝數(shù)、產(chǎn)草量等。寇丹等[7]研究了地下調(diào)虧滴灌對(duì)苜蓿生長(zhǎng)的影響表明地下滴灌條件下，苜蓿分枝前期、分枝期和現(xiàn)蕾期的適宜的調(diào)虧灌溉可以實(shí)現(xiàn)西北旱區(qū)紫花苜蓿的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、節(jié)水生產(chǎn)。廉喜旺等[8]在新疆福海地區(qū)研究了地下滴灌毛管布置方式和灌水定額對(duì)苜蓿生長(zhǎng)狀況的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)毛管間距80 cm、埋深30 cm、灌溉定額375 mm的試驗(yàn)效果最佳。程冬玲等[9]研究得出在苜蓿田間實(shí)施地下滴灌技術(shù)是可行的，毛管的適宜埋深為30～40 cm，滴灌灌水定額宜采用225～375 m3·hm-2，最大耗水時(shí)段的滴水間隔天數(shù)約10 d左右。

雖然傳統(tǒng)地下滴灌[10]的灌溉效果在苜蓿種植中已得到肯定，但由于毛管埋設(shè)過(guò)深，輪作期難以維修和回收，且操作較為復(fù)雜，基于此，淺埋式地下滴灌技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。淺埋式滴灌是指滴灌帶埋深小于20 cm的滴灌技術(shù)，與傳統(tǒng)的地下滴灌相比，具有埋深較淺、布設(shè)成本低、滴灌帶鋪設(shè)后易于維修和回收等優(yōu)點(diǎn)[11-12]，但是其灌溉效果的相關(guān)研究還相對(duì)較少。因此本文針對(duì)淺埋式滴灌開(kāi)展相應(yīng)實(shí)驗(yàn)研究，探討毛管埋深對(duì)淺埋式滴灌效果的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在位于新疆阿勒泰青河縣境內(nèi)的阿葦灌區(qū)試驗(yàn)站進(jìn)行，青河縣屬大陸性北溫帶干旱氣候，年降雨量小，蒸發(fā)量大。極端最低氣溫為-53℃，最高達(dá)36.5℃；多年平均氣溫0℃，多年平均蒸發(fā)量為1 495 mm，多年平均降水量?jī)H為161 mm；無(wú)霜期平均為103 d。試驗(yàn)田為荒漠地區(qū)，土層中礫石含量較高，其0～30 cm礫石含量約為25%，40～60 cm礫石含量約50%。根據(jù)國(guó)際制土壤分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，試驗(yàn)田表層0～30 cm土層為多礫質(zhì)土，30～60 cm土層為輕礫石土，0～60 cm土層平均容重為1.77 g·cm-3。土壤田間持水率較低，具體土壤物理性狀如表1所示。

表1 土壤基本物理指標(biāo)Table 1 Soil basic physical indicators

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2016年4—10月在新疆阿勒泰阿葦灌區(qū)試驗(yàn)站開(kāi)展，采用田間小區(qū)對(duì)比試驗(yàn)。每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)30 m，寬2.4 m，地面干管為φ50的PE管，支管為φ40的PE管。試驗(yàn)苜蓿為2012年8月播種的當(dāng)?shù)刂髟宰匣ㄜ俎Ｆ贩N阿爾岡金，苜蓿行距為30 cm。毛管采用可以防負(fù)壓的內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭標(biāo)定流量為2.2 L·h-1，其中滴灌帶直徑為2 mm，滴頭間距為30 cm。毛管布置示意圖如圖1所示。

試驗(yàn)中毛管(滴灌帶)埋深為試驗(yàn)因素，毛管埋深設(shè)5、10 cm的淺埋式滴灌與20 cm的傳統(tǒng)地埋式滴灌等3種水平，毛管間距均為60 cm，共計(jì)3個(gè)處理，每個(gè)處理為1個(gè)小區(qū)(長(zhǎng)30 m×寬2.4 m)，各重復(fù)3次。灌水定額依據(jù)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民用水習(xí)慣及苜蓿生理特性而制定，各處理均采用同一灌溉制度，均按照37 mm進(jìn)行灌溉。具體灌水時(shí)間與灌水量見(jiàn)表2。試驗(yàn)小區(qū)由水表(水表自帶球閥)計(jì)量并控制灌水定額。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

由于試驗(yàn)區(qū)位于干旱荒漠地區(qū)，氣候干冷，溫度回升緩慢，全年無(wú)霜期較短，當(dāng)?shù)刈匣ㄜ俎Ｈ曛荒苁崭顑刹纭８鶕?jù)調(diào)查，試驗(yàn)小區(qū)紫花苜蓿各生育階段劃分見(jiàn)表3。

圖1 毛管田間布置示意圖Fig.1 Arrangement of drip belt in the field

表2 苜蓿淺埋式滴灌灌溉制度Table 2 Irrigation schedule of shallow-buried drip in Alfalfa field

表3 試驗(yàn)小區(qū)苜蓿生育期(M-d)Table 3 Alfalfa growth period in experimental plots

試驗(yàn)觀測(cè)內(nèi)容主要有株高、莖粗、苜蓿毛細(xì)根生物量、作物產(chǎn)量等。苜蓿株高和莖粗2個(gè)指標(biāo)，在每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)中按“S”型曲線隨機(jī)選取10株苜蓿定株，每隔5天測(cè)一次。苜蓿株高的測(cè)定：孕蕾前為從苜蓿莖的最基部到最上葉頂端的高度，孕蕾期后為從苜蓿莖的最基部到最頂端的高度；莖粗的測(cè)定：用游標(biāo)卡尺測(cè)一次苜蓿莖粗，每次測(cè)量單株苜蓿莖粗時(shí)，取相互垂直的兩個(gè)方向各測(cè)一次，最終取平均值；毛細(xì)根生物量采用取樣烘干法測(cè)定，在測(cè)過(guò)株高和莖粗的苜蓿植株旁5 cm處，挖60～100 cm深的坑，分別在10、20、30、40、50、60 cm深度分層采集土樣，分離出直徑小于2 mm的毛細(xì)根[13]，放置在烘箱中烘干稱(chēng)重，并換算為毛細(xì)根根重密度；苜蓿產(chǎn)量的測(cè)定分別于苜蓿第一茬分枝期(05-25)、孕蕾期(06-10)、盛花期(06-20)、收割時(shí)(06-26)和第二茬分枝期(07-15)、孕蕾期(08-15)、盛花期(09-05)、收割時(shí)(09-12)選取各小區(qū)長(zhǎng)勢(shì)均勻區(qū)域，樣方面積約為100 cm×100 cm，刈割兩次取平均值，留茬高度5 cm左右，收割后所取鮮草置于陰涼處自然風(fēng)干，測(cè)干草產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 毛管埋深對(duì)垂直方向毛細(xì)根分布的影響

不同埋深處理下的毛細(xì)根量空間分布如圖2所示。由圖2可以看出，毛細(xì)根量隨著土層深度的增加而減小。毛管埋深為5 cm的處理其毛細(xì)根生物量主要分布在0～30 cm土層深度，30～60 cm土層毛細(xì)根生物量較小，在1.0×10-4g·cm-3左右；毛管埋深為10 cm處理其毛細(xì)根生物量主要分布在0～40 cm土層，40～60 cm土層毛細(xì)根生物量較小，也在1.0×10-4g·cm-3左右；毛管埋深為20 cm的處理其毛細(xì)根生物量主要分布在0～40 cm土層，40～60 cm土層毛細(xì)根生物量較小，與埋深10 cm處理相比，其40～60 cm毛細(xì)根生物量的變化并不明顯。

圖2 不同毛管埋深下毛細(xì)根生物量空間分布Fig.2 Spatial distribution of capillary root biomass under different drip belt buried depths

毛管不同埋深對(duì)苜蓿垂直方向毛細(xì)根根重密度的影響見(jiàn)圖3。毛管埋深為10 cm和20 cm時(shí)，埋深的增加對(duì)各深度土層根系的生長(zhǎng)影響不大，埋深10、20 cm相較于埋深5 cm的處理更有助于20～30 cm深度土層毛細(xì)根的生長(zhǎng)，對(duì)30～60 cm深度土層毛細(xì)根生長(zhǎng)影響較小。

隨著第一茬苜蓿的收割，同一種處理下第二茬苜蓿毛細(xì)根根重密度有所變化，但變化不大，具體見(jiàn)圖4。毛管埋深10、20 cm處理0～60 cm深度各土層差異性仍然較小，毛管埋深5 cm處理與毛管埋深10、20 cm處理在0～20 cm與30～60 cm深度土層差異均不明顯。20～30 cm土層毛管埋深5 cm處理其細(xì)根根重密度低于毛管埋深10 cm、20 cm處理，且差異達(dá)顯著水平。另外，第二茬各點(diǎn)毛細(xì)根根重密度值均略低于第一茬，但各層所占總根系生物量的比例與第一茬差異不大。

2.2 毛管埋深對(duì)苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量的影響

2.2.1 毛管埋深對(duì)苜蓿株高的影響 株高是評(píng)價(jià)作物生長(zhǎng)和發(fā)育狀況的重要因素，是直接影響紫花苜蓿產(chǎn)量的關(guān)鍵因子[14]。由表4可知，第一茬與第二茬苜蓿植株的生長(zhǎng)主要集中在苜蓿的分枝期和孕蕾期，開(kāi)花期后，苜蓿植株高度生長(zhǎng)緩慢，其植株高度保持在70 cm左右。

一、二茬苜蓿植株高度存在一定的差異性，第一茬整個(gè)生育期毛管埋深10 cm與20 cm的處理植株高度差異較小，但兩處理植株高度均高于毛管埋深5 cm的處理且差異達(dá)顯著水平。第一茬收割時(shí)埋深10 cm與20 cm植株高度分別為71.2 cm和72.5 cm，兩者相較于埋深5 cm的65.8 cm差別顯著，苜蓿第二茬其生長(zhǎng)規(guī)律與第一茬相似，但苜蓿第二茬生長(zhǎng)期較第一茬有所變化，整個(gè)第二茬生育期除分枝期外，毛管埋深10 cm處理略高于埋深20 cm處理，但差異不顯著，兩者均高于埋深5 cm處理且差異達(dá)顯著水平。因而，毛管埋深10、20 cm對(duì)苜蓿植株高度的生長(zhǎng)影響不大，埋深5 cm處理不利于苜蓿植株的生長(zhǎng)。

圖3 不同毛管埋深下第一茬苜蓿毛細(xì)根根重密度Fig.3 Capillary root weight density of first crop alfalfa under different drip belt buried depths

2.2.2 毛管埋深對(duì)苜蓿莖粗的影響 莖是苜蓿輸送養(yǎng)分、水分的主要渠道，是影響苜蓿產(chǎn)量的主要構(gòu)成因素[15]。由表5可知，第一茬與第二茬苜蓿植株莖粗的增長(zhǎng)速度集中時(shí)間和株高大致相同，分別在苜蓿的分枝期和孕蕾期，開(kāi)花期后，苜蓿莖粗增長(zhǎng)緩慢，第一茬維持在3.5 cm左右，第二茬維持在3 cm左右。

第一茬苜蓿生育前期，毛管埋深10、20 cm差異較小，而埋深5 cm處理略高于兩者，生育后期，毛管埋深10 cm處理略高于埋深20 cm處理，差異不顯著，兩者均高于埋深5 cm處理，且差異達(dá)顯著水平；苜蓿第二茬不同埋深處理莖粗生長(zhǎng)規(guī)律較為明顯，整個(gè)生育期，埋深10、20 cm處理兩者差異性較小，但兩者均高于埋深5 cm處理，且差異達(dá)顯著水平。第一茬與第二茬莖粗生長(zhǎng)規(guī)律存在差異，此種情況應(yīng)該是由于第一茬苜蓿根系較淺，主要吸收淺層水分，因而埋深5 cm莖粗生長(zhǎng)較快，隨后隨根系生長(zhǎng)，埋深10、20 cm更能促進(jìn)根系吸收水分，促進(jìn)植株生長(zhǎng)。因而，毛管埋深10、20 cm對(duì)苜蓿植株莖的生長(zhǎng)影響不大，埋深10 cm相對(duì)優(yōu)于埋深20 cm，埋深5 cm處理不利于苜蓿植株莖的生長(zhǎng)。

圖4 不同毛管埋深下第二茬苜蓿毛細(xì)根根重密度Fig.4 Capillary root weight density of second crop alfalfa under different drip belt buried depths

表4 不同毛管埋深下的苜蓿株高/cmTable 4 Plant heights of Alfalfa under different drip belt buried depths

注：不同的小寫(xiě)字母表示在P<0.05水平下差異顯著，下同。

Note: Different lowercase letters mean significant difference atP<0.05 level. The same below.

表5 不同毛管埋深下的苜蓿莖粗/mmTable 5 Stem diameter of Alfalfa under different drip belt buried depths

2.2.3 毛管埋深對(duì)苜蓿產(chǎn)量的影響 由表6可知，第一茬與第二茬苜蓿干草產(chǎn)量在分枝期到孕蕾期有大幅度增長(zhǎng)，孕蕾期后增長(zhǎng)放緩，盛花期和收割時(shí)基本穩(wěn)定在8 t·hm-2左右。

第一茬分枝期、孕蕾期毛管埋深5、10 cm處理差異較小，均高于埋深20 cm處理，但差異不顯著，盛花期及收割時(shí)所測(cè)干重埋深10、20 cm差異較小，均高于埋深5 cm處理，且差異達(dá)顯著水平。第二茬苜蓿收割時(shí)所測(cè)干重埋深10、20 cm差異較小，均高于埋深5 cm處理，且差異達(dá)顯著水平,其余時(shí)期各處理差異不顯著。

3 結(jié) 論

本試驗(yàn)通過(guò)調(diào)整毛管埋深，研究了淺埋式滴灌毛管埋深對(duì)苜蓿生長(zhǎng)的影響，結(jié)果表明：毛管埋深為10 cm和20 cm時(shí)，埋深的增加對(duì)苜蓿生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量及各深度土層根系的生長(zhǎng)影響不大，均相對(duì)優(yōu)于埋深5 cm的處理，且埋深10、20 cm更有利于20～30 cm深度土層毛細(xì)根的生長(zhǎng)，對(duì)30～60 cm深度土層毛細(xì)根生長(zhǎng)影響較小。綜上，10 cm毛管埋深即可達(dá)到傳統(tǒng)地埋式滴灌的灌溉效果，對(duì)苜蓿的根系生長(zhǎng)及產(chǎn)量影響不大，且更加經(jīng)濟(jì)方便，適合新疆地區(qū)進(jìn)一步推廣。

表6 不同毛管埋深下各生育階段的苜蓿干草產(chǎn)量/(t·hm-2)Table 6 Alfalfa hay yield at different growth stages under different drip belt buried depths