淺埋式滴灌條件下毛管間距對苜蓿生長的影響

劉 永， 繳錫云,2， 陳俊克， 王樹仿

(1.河海大學 農業工程學院， 江蘇 南京210098； 2.河海大學 水文水資源與水利工程國家重點實驗室， 江蘇 南京210098； 3.黃河水利出版社， 河南 鄭州 450003)

1 研究背景

苜蓿是世界上種植面積最廣泛的多年生豆科牧草之一，其營養價值高，適應性強，享有“牧草之王”的稱譽[1-3]。當前，苜蓿是我國牧區飼料的主要來源，其種植區多集中在相對缺水的西北干旱地區，常年降水稀少，蒸發強烈。因此，科學合理地利用水資源以滿足苜蓿種植需求的研究顯得尤為重要。地下滴灌是通過埋入土壤的毛管和灌水器將水或水肥的混合液緩慢出流滲入到作物根區土壤中，再借助毛細管及重力作用將水分擴散，供作物吸收利用的一種灌水方法[4-6]。它具有改善品質、節水增產、便于管理等優點[7-9]。廉喜旺[10]通過設置不同滴灌帶間距、埋深進行試驗，發現在新疆阿勒泰地區土壤質地為淡棕鈣土的條件下，滴灌帶布設間距80cm、埋深30cm的畝產干草量最高。Kazumba等[11]通過設置不同滴灌帶間距和埋深進行試驗，發現在以色列內蓋夫沙漠地區苜蓿滴灌帶布設間距100～150 cm，埋深40 cm為宜。吳文奇等[12]通過對滴灌帶的不同布設方式的研究，對紫花苜蓿的不同生理指標進行試驗分析，發現在毛烏蘇沙漠地區土壤質地為沙土的條件下，滴灌帶間距為90 cm的處理優于其他處理。

由于新疆沙漠地區土質中礫質土含量較高，蒸發量較大，且苜蓿需水量較大[13]，地下滴灌不能完全滿足該區苜蓿的生長要求。淺埋式滴灌是目前正在研究的應用于新疆地區苜蓿種植的灌溉技術。與地下滴灌相比，淺埋式滴灌具有安裝成本低，便于管理，更能夠有效調節田間小氣候等優點[14-16]。在淺埋式滴灌系統的研究中，有關滴灌帶毛管間距對苜蓿生長影響的研究較少，毛管間距的確定還缺乏科學依據。因此，本文通過研究不同毛管間距對分層土壤含水率及苜蓿生長的影響，以期為苜蓿淺埋式滴灌技術提供依據。

2 材料與方法

2.1 試驗區概況

試驗于2016年4-10月在新疆阿勒泰阿葦灌區試驗站開展，該試驗站位于青河縣境內。青河縣是阿勒泰地區最東部的1個縣，位于東經89°47′～91°04′，北緯45°00′～47°20′，地處大陸性北溫帶干旱氣候區，多年平均氣溫0℃，平均無霜期為103 d，多年平均降雨量161 mm，平均蒸發量1 495 mm，其

蒸發量遠大于降雨量。試驗田的土質以礫石為主，根據國際制土壤分類標準，0～30 cm土層為多礫質土，30～60 cm土層為輕礫石土，0～60 cm土層平均容重為1.77g/cm3，土壤田間體積持水率為23.45%，2016年試驗期總有效降水量為90 mm。

2.2 試驗設計

本次主要采用田間小區對比試驗。田間小區的規格均為：30 m×2.4 m，各級管道均采用PE管作為主要材料，其中干管、支管的管徑分別為φ50、φ40 mm。田間毛管采用可以防負壓的內鑲貼片式滴灌帶，滴灌帶的直徑為2.0 cm、滴頭標定流量為2.2 L/h。本次試驗苜蓿品種為當地紫花苜蓿阿爾岡金，于2012年8月份進行種植，種植行距均為30 cm。

毛管埋深統一設定為10 cm，毛管間距分別設30、60、90 cm 3種處理(見圖1)，每個處理設重復3次。各試驗區依據當地農民用水習慣及苜蓿生理特性制定同一灌溉制度，各處理的灌水定額為370 m3/hm2。

圖1 試驗小區毛管田間布置示意圖(單位：cm)

2.3 測定指標與方法

根據試驗植株調查，試驗小區紫花苜蓿整個生育期各生育階段劃分如表1所示。

表1 試驗區苜蓿生育期劃分 月-日

本試驗測定土壤水分、毛細根生物量、株高、莖粗、作物產量等指標。測定方法如下：

(1)苜蓿毛細根生物量的測定：采用烘干法測定，在試驗小區水平方向上分別距離毛管0、10、20、30、40、50 cm處，豎直方向每層10 cm共60 cm深度分層采集土樣，分離出毛細根，僅選取直徑小于2 mm(誤差≤0.1 mm)的毛細根，然后將挑出的毛細根烘干至恒重后稱重，并換算成毛細根密度。

(2)株高和莖粗的測定：在每個試驗小區選取苜蓿長勢均勻的區域，從該區域隨機選取10株苜蓿定株，每隔5 d測定1次，其中孕蕾前株高為苜蓿莖的最基部到最上葉頂端的距離，孕蕾期后為苜蓿莖的最基部到頂端的距離；莖粗用游標卡尺進行測量，單株苜蓿的莖粗在互相垂直的方向各測定1次。

(3)作物產量的測定：分別于苜蓿第1、2茬各生育期內選取各小區長勢均勻的區域，樣方面積約為1 m×1 m，刈割3次取平均值，留茬高度5 cm左右，收割后將所測鮮草置于陰涼處自然風干，稱重，所得質量為干草產量。

(4)土壤水分的測定：灌溉前、后分別對樣區采集土樣，每5 cm土層取1次土樣，土層深度共60 cm深度，將各土樣采用取土烘干法計算并最終換算成體積含水率。

3 結果與分析

3.1 毛管間距對不同土層土壤水分的影響

不同毛管間距處理下各深度土層灌水前后的含水率變化如表2所示。由表2可看出，毛管間距分別為30、60、90 cm時，其各土層含水率增值隨著土層深度的增加總體均呈現先增后減的趨勢，且均在10～15 cm深度內達到最大；在埋設毛管以下的各深度土層中，毛管間距60、90 cm處理的各土層含水率增值均大于間距為30 cm的處理；在0～15 cm土層內，毛管間距為30、60 cm處理的土層含水率增值差異不顯著，且均低于毛管間距90 cm的處理，但在15～25cm土層內，毛管間距為60 cm處理的含水率增值略大于間距為90 cm的處理；另外隨著毛管間距的增大，水分入滲土層的深度也有所增加。

3.2 毛管間距對苜蓿水平方向毛細根分布的影響

3.2.1 毛管間距對毛細根生物量的影響 第1茬苜蓿生長至花期時，毛管間距分別為30、60、90 cm 3種處理下的毛細根生物量空間分布見圖2，以0～60 cm深度土層為主要分析區域。毛管間距為30、60 cm處理其水平方向0～50 cm范圍內毛細根生物量分布均勻，在5.31×10-4g/cm2左右。毛管間距30 cm處理其水平方向在20～40 cm范圍內毛細根生物量略高于間距為60 cm的處理，水平方向0～20、40～50 cm的毛細根生物量與其基本一致。毛管間距為90 cm處理其毛細根分布沿水平方向變化較顯著，其根系主要分布在水平方向0～15、25～45 cm范圍內，而15～25、45～50 cm范圍內毛細根生物量偏低，低至2.9×0-4g/cm2。

表2 灌水前后各土層體積含水率變化表 %

3.2.2 毛管間距對毛細根密度的影響 第1茬和第2茬苜蓿不同毛管間距的水平方向毛細根密度見圖3。由圖3(a)可看出，第一茬苜蓿3種處理沿水平方向毛細根密度差異性較大；毛管間距30 cm處理其毛細根密度沿水平方向變化較小，不同距離處毛細根密度差異不顯著，約為3.70×10-4g/cm3。毛管間距60 cm處理其毛細根密度沿水平方向總體呈現先減后增趨勢，其中水平方向20～30、30～40 cm范圍內差異不顯著，且二者的密度均略低于0～10、10～20、40～50 cm部分，并在20～30 cm內出現最低值，約3.80×10-4g/cm3。毛管間距90 cm處理其毛細根密度沿水平方向總體呈減小趨勢,且變化較顯著，最大差值為3.65×10-4g/cm3左右。

圖3 不同毛管間距下第1、2茬苜蓿毛細根密度

相比第1茬，相同處理第2茬苜蓿在各生育期的毛細根密度有所變化。由圖3(b)可知，毛管間距30 cm處理其不同距離處毛細根密度差距較大，在水平方向10～20 cm處出現最低點，為3.30×10-4g/cm3左右；毛管間距60 cm處理其毛細根密度沿水平方向變化規律與第1茬基本一致，不同距離處毛細根密度均在3.5×10-4g/cm3左右；毛管間距為90 cm處理其苜蓿在整個生育期內毛細根密度沿著水平方向逐漸降低；毛細根密度在水平方向距毛管0～10、10～20 cm范圍內變化趨勢與第1茬基本一致，而距毛管20～30、30～40、40～50 cm范圍內差異較顯著，且低于毛管間距為30、60 cm的處理。

由此可見，毛管間距30、60 cm處理時水平方向上各土層毛細根生物量分布較均勻，更適合苜蓿的生長。

3.3 毛管間距對苜蓿生長指標的影響

3.3.1 毛管間距對苜蓿株高的影響 株高是作物最基本的生長指標之一，是判定苜蓿生長狀況的關鍵因素[17]。同一毛管埋深下，不同毛管間距對苜蓿株高存在一定的影響(見圖4)。

由圖4可知，第1、2茬苜蓿植株高度均在生育中期(分枝期、孕蕾期、花期)生長速度較快，到生育后期生長逐漸減緩。毛管間距為30、60 cm處理第1茬苜蓿生育期內株高差異性較小；在生長前期，兩處理植株高度差異不顯著但均稍高于毛管間距90 cm的處理。收割時，毛管間距為30、60、90 cm樣區植株的平均高度分別為72.2、71.1、63.5 cm，毛管間距90 cm處理植株高度遠低于間距30、60 cm處理。第2茬苜蓿整個生育期內毛管間距為30、60 cm的處理其株高與第1茬基本一致，均高于毛管間距為90 cm的處理；收割時，毛管間距為30、60、90 cm處理其植株高度分別為69.6、71.4和63.1 cm，90 cm處理植株高度仍遠低于30、60 cm處理。由此可知，毛管間距90 cm處理相對30、60 cm處理對植株高度的影響較大，不宜于苜蓿的生長，而毛管間距30、60 cm處理的苜蓿生長穩定，為較優的布置間距。

3.3.2 毛管間距對苜蓿莖粗的影響 莖是苜蓿輸送營養物質和水分以及保證苜蓿花、葉維持在一定空間的重要組成部分。同一毛管埋深下不同毛管間距處理時，各生育期苜蓿莖粗如表3所示。由表3可知，在第1、2茬苜蓿整個生育期內，苜蓿生長主要集中于蕾期至花期階段，花期后，苜蓿生長緩慢，莖粗維持在3 mm左右。第1茬整個生育期內，毛管間距為30、60 cm處理其莖粗均大于90 cm處理，且差異顯著。第2茬苜蓿在生育前期，3種處理下莖粗差異不顯著，毛管間距30 cm處理略大于間距60、90 cm的處理；在生育后期，毛管間距60 cm處理莖粗略大于30 cm處理；毛管間距90 cm處理苜蓿莖粗在整個生育期內變化與第1茬基本一致且遠低于前兩者。因而，毛管間距30、60 cm相對于間距90 cm更有利于苜蓿植株的生長。

圖4 不同毛管間距對第1、2茬苜蓿株高的影響

毛管間距/cm第1茬莖粗/mm分枝期蕾期花期收割第2茬莖粗/mm分枝期蕾期花期收割302.68a2.71b3.33b3.40b1.88a2.78a2.92b3.03b602.58b2.92a3.39a3.48a1.83b2.44b2.96a3.13a902.31c2.50c2.90c2.92c1.62c2.32c2.70c2.82c

注：不同的小寫字母a、b、c表示在P<0.05水平下差異顯著。

3.4 毛管間距對苜蓿產量的影響

不同毛管間距下，苜蓿各生育階段干草產量如圖5所示。第1、2茬整個生育期內產量快速增長時間與莖粗、株高增長時間一致。3種處理下，收割時干草產量均在6.00 t/hm2左右。其中，第1、2茬毛管間距30、60 cm處理的苜蓿產量較高且兩者差異較小，以毛管間距60 cm處理為優，二者干草產量差值在0.3 t/hm2內；而毛管間距為90 cm處理的苜蓿產量相對較低，生育期各階段產量與毛管間距30、60 cm處理均有顯著差異，間距過大對苜蓿的正常生長影響較大，嚴重影響其產量。因而，毛管間距60 cm處理更適合苜蓿植株的生長。

圖5 不同毛管間距下各生育階段第1、2茬苜蓿干草產量

4 結論與討論

本文設置了毛管間距為30、60、90 cm 3種處理，研究了淺埋式滴灌條件下不同毛管間距對土壤水分分布及苜蓿生長的影響。試驗表明，不同處理的各土層含水率均在滴頭附近達到最大，并且隨著毛管間距的增大，水分入滲的深度也增大，這與已有的研究結果相一致[18-19]；通過對0～60 cm深度土層的毛細根生物量進行分析，毛管間距60 cm處理的沿水平方向上毛細根密度更均勻；通過對苜蓿的株高、莖粗、產量等指標進行分析，不同毛管間距處理的各項指標基本表現為：60 cm>30 cm>90 cm，毛管間距90 cm最不利于苜蓿的生長，主要原因是毛管間距過大導致水分分布不均勻[20]，苜蓿部分區域的需水量不能得到滿足，對苜蓿的生長產生的影響較大。主要結論如下：

(1)不同毛管間距處理下各深度土層灌水前后含水率增值有所差異，毛管間距60、90 cm處理灌水前后土層含水率增值優于30 cm處理。

(2)毛管間距30、60 cm處理對苜蓿毛細根分布影響較小，而毛管間距為90 cm的處理對其毛細根密度分布影響較大，與毛管間距30、60 cm處理差異顯著，因而毛管布設間距不宜過大，毛管間距30、60 cm處理更有利于苜蓿毛細根的生長。

(3)毛管間距30、60cm對苜蓿生長指標、產量的影響差異較小，以間距60 cm處理為優；而毛管間距為90 cm的影響相對較大，其各階段苜蓿的生長狀況均低于前兩者的處理，對苜蓿生長不利，故3種處理下以毛管間距60 cm更有利于苜蓿的生長。

綜上所述，淺埋式滴灌在毛管間距30、60、90 cm 3種處理中毛管間距為60 cm的處理能夠達到苜蓿節水、高產、高效的目的，為最優毛管布置間距，適合應用于新疆荒漠地區苜蓿的灌溉。