寧夏干旱風沙草原區紫花苜蓿地下滴灌水肥耦合試驗研究

周 乾，徐利崗，杜建民，劉燕茹

(1.寧夏水利科學研究院，銀川 750021；2.寧夏農林科學院，銀川 750002；3.寧夏回族自治區農業綜合開發辦公室，銀川 750002)

水資源短缺與節水將是我國不得不面對的永恒的主題。它不僅關系到國家糧食安全、生態安全,而且關乎國家安全。農業節水將是緩解我國水資源供需矛盾的主要途徑[1]。水肥一體化技術是通過利用管道灌溉系統，將肥料溶解在水中，同時進行灌溉與施肥，適時、適量地滿足農作物對水分和養分需求，實現水肥同步管理和水肥高效利用的農業技術[2]。近年大面積示范表明，與傳統方式相比，水肥一體化技術可減少肥料揮發、固定以及淋洗的損失，肥料利用率可提高30%～50%，水分利用率可提高40%～60%[3]。因此摸清水肥一體化條件下苜蓿滴灌灌溉制度、水肥協同效應等問題對提高苜蓿地下滴灌水肥協同效率及產量顯得尤為重要。寧夏地處西北內陸干旱區，氣候干旱少雨，水資源極為匱乏，針對寧夏農業用水日趨緊張的現狀，為了使水資源得到高效利用，大力推廣滴灌技術是很有必要的[4]。在寧夏干旱風沙草原區，滴灌是最為重要的高效節水灌溉方式之一，地下滴灌灌溉方式比地面滴灌更加節水，得出科學合理的苜蓿地下滴灌灌溉制度是推廣苜蓿地下滴灌灌溉技術的關鍵。

本文針對寧夏干旱風沙草原區水資源短缺及優化配置不合理的問題，采用地下滴灌灌溉技術，通過田間試驗，研究了水肥一體化下苜蓿地下滴灌灌溉與施肥交互作用機理，探明了水肥協同效應與紫花苜蓿生長之間的關系，提出了適宜寧夏干旱風沙草原區苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度，對提高紫花苜蓿產量，促進寧夏干旱風沙草原區草畜產業發展，緩解寧夏水資源短缺，提高有限水資源利用效率和效益具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗點位于寧夏回族自治區吳忠市鹽池縣青山鄉旺四灘村。鹽池縣位于寧夏回族自治區中南部，隸屬吳忠市管轄，地處陜、甘、寧、蒙四省(區)交界地帶，在北緯37°04′～38°10′，東經106°30′～107°47′之間；屬典型的溫帶大陸性季風氣候，年日照時數為2 867.9 h；年平均氣溫8.5 ℃，≥10 ℃積溫2 944.9 ℃，無霜期128 d；降雨量290 mm左右，且年際變化大，多集中在7-9月，年蒸發量2 179.8 mm。

試驗區土壤類型屬砂壤土，具體土壤理化性質見表1。

1.2 試驗設計

試驗采用灌水量和施肥量兩因素多水平隨機區組設計，共12組處理，供試苜蓿品種為甘農3號，灌溉方式為地下滴灌，滴灌帶埋設深度為20 cm，滴灌帶鋪設間距60 cm，滴頭流量2 L/h，滴頭間距30 cm。目標產量15 000 kg/hm2，所有試驗處理均灌水12次、施肥4次，具體見表2和表3。試驗采用地下滴灌進行追肥，水溶性單質肥分別為：氮肥采用尿素、磷肥采用磷酸一銨、鉀肥采用硫酸鉀。

表1 試驗區土壤理化性質

表2 基于水肥協同效應地下滴灌苜蓿水肥一體化技術研究試驗處理表

表3 基于水肥協同效應地下滴灌苜蓿水肥一體化技術研究試驗方案表

續表3 基于水肥協同效應地下滴灌苜蓿水肥一體化技術研究試驗方案表

1.3 監測指標與方法

(1)氣象參數：小型自動氣象站，全年逐日溫度、降雨量、太陽輻射、風速，數據步長為60 min。

(2)生育期：記錄各生育階段時間節點。

(3)土壤含水量：采用PR2土壤剖面水分監測儀。生育期內每10 d測定1次，灌水及有效降水(5 mm以上)后加測。監測0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～100 cm土層土壤含水量。

(4)生態指標：用鋼卷尺每隔10 d測定1次株高，苜蓿每茬次收割時測量1次，每個處理選定10株樣株進行測量，取平均值。

(5)產量指標：鮮草重、干草重、干鮮比，每茬次分別測產。苜蓿開花達到5%左右時測定，每茬收割面積1 m2，收割后稱鮮草重,后105 ℃殺青1 h，后置于75 ℃恒溫下烘48 h，冷卻后稱干草重。

2 結果與分析

2.1 不同水肥組合對地下滴灌苜蓿株高的影響

2018年4月18日進行第一次株高測量，第一茬測量6次，第二茬測量4次，第三茬測量4次，每個處理選定長勢具有代表性的十株植株作為固定測量對象，剔除最大值、最小值求得平均值。根據不同生育期地下滴灌苜蓿的株高繪制圖1、圖2和圖3。

從圖1至圖3可以看出，地下滴灌苜蓿每茬次株高均表現為D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12。

圖1 不同處理對地下滴灌第一茬苜蓿株高的影響

圖2 不同處理對地下滴灌第二茬苜蓿株高的影響

圖3 不同處理對地下滴灌第三茬苜蓿株高的影響

2.2 不同水肥組合對地下滴灌苜蓿耗水量和耗水強度的影響

本次試驗在田間條件下采用水量平衡法對苜蓿耗水量和耗水過程進行分析。因為苜蓿需水的生育期內變化，主要是其自身的生理特性與當地氣象條件及土壤條件影響的結果，因而這種計算能夠基本反映該區苜蓿耗水的實際變化趨勢，且切合生產實際，從而便于調整灌水定額和灌溉制度。根據水分收支情況，試驗區水量平衡可用下式：

ED=(W0-WE)+M+P+K-D-R

(1)

式中：ED為耗水量，mm；W0、WE分別為生育期某階段初、末100 cm土層的土壤含水量，mm；M為某階段內的灌水量，mm；P為某階段內的降雨量，mm；K為某階段內地下水補給量，mm；D為深層滲漏量，mm；R為徑流量，mm。

由于試驗區地下水位埋藏較深，可不計地下水補給，生育期內降雨量較少，且強度低，降水就地入滲，地表徑流量可以忽略，在不考慮深層滲漏量的情況下，水量平衡方程可簡化為：

ED=(W0-WE)+M+P

(2)

采用上式計算生育期內各階段各處理實際耗水量及耗水強度，土壤含水量變化考慮100 cm深土層的含水量變化。計算2018年苜蓿各茬次耗水量及耗水強度，見表4。

表4 2018年苜蓿各茬次耗水量及耗水強度計算表

繪制2018年不同處理苜蓿全生育期耗水量圖，見圖4。各處理苜蓿全生育期耗水量大小依次為：D6>D5>D4>D7>D11>D9>D12>D10>D8>D3>D2>D1。各處理苜蓿在現蕾期和分枝期耗水量顯著大于其他生育階段耗水量，說明該時段是苜蓿需水關鍵期。2018年各品種苜蓿第二茬平均耗水強度>第三茬平均耗水強度>第一茬平均耗水強度。

圖4 2018年不同處理苜蓿全生育期耗水量圖

2.3 不同水肥組合對地下滴灌苜蓿產量和水分利用效率的影響

根據不同處理苜蓿產量，計算出作物水分利用效率，分別繪制圖5和圖6。由圖5可知，不同處理苜蓿干草重表現為：D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12，產量最高的處理是處理D11(灌溉定額為3 150 m3/hm2，施肥量為N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2)，苜蓿產量達到16 590 kg/hm2，其次是處理D10、D6和D5，分別為16 350、16 200和16 005 kg/hm2；由圖6可知，不同處理苜蓿水分利用效率表現為：D3>D10>D11>D1>D9>D4>D2>D5>D8>D6>D7>D12，其中處理D3、D10、D11苜蓿水分利用效率分別為2.03、2.02、2.01 kg/m3，沒有顯著差異。處理D12苜蓿水分利用效率最低僅為1.51 kg/m3。

圖5 2018年不同處理苜蓿干草重

圖6 2018年不同處理苜蓿水分利用效率

綜上分析，各水肥處理下苜蓿水分利用效率和產量都較高的是處理D11(灌溉定額為3 150 m3/hm2，施肥量為N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2)，苜蓿水分利用效率達到2.01 kg/m3，對應的產量為16 590 kg/hm2。最適宜的苜蓿地下滴灌水肥灌溉制度為，灌溉定額3 150 m3/hm2，施肥量N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2，具體水肥方案為D11處理。

3 結 論

(1)地下滴灌苜蓿每茬次株高均表現為D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12；各處理苜蓿全生育期耗水量大小依次為：D6>D5>D4>D7>D11>D9>D12>D10>D8>D3>D2>D1。各處理苜蓿在現蕾期和分枝期耗水量顯著大于其他生育階段耗水量。2018年各品種苜蓿第二茬平均耗水強度>第三茬平均耗水強度>第一茬平均耗水強度。

(2)不同處理苜蓿干草重表現為：D11>D10>D6>D5>D4>D9>D3>D8>D7>D2>D1>D12，產量最高的處理是處理D11，苜蓿產量達到1 107 kg/hm2；不同處理苜蓿水分利用效率表現為：D3>D10>D11>D1>D9>D4>D2>D5>D8>D6>D7>D12，其中處理D3、D10、D11苜蓿水分利用效率沒有顯著差異。

(3)綜合分析紫花苜蓿生長、水分、產量及水分生產效率等指標，得出了寧夏干旱風沙草原區苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度為，灌溉定額3 150 m3/hm2，施肥量N 90 kg/hm2、P2O5126 kg/hm2、K2O 108 kg/hm2，具體水肥耦合灌溉制度見表5。

表5 寧夏干旱風沙草原區苜蓿地下滴灌水肥耦合灌溉制度表