克拉瑪依農業開發區紫花苜蓿生長發育與耗水動態分析

王歡慶，彭學春，陳 彥

克拉瑪依市農牧業科學技術推廣中心，新疆克拉瑪依 834000

隨著淡水資源的減少以及工業用水和城市生活用水逐年增加，農業用水總量及所占淡水資源比例呈現逐年降低的趨勢，新疆在我國生態區位上屬于生態荒漠干旱區，具有典型的綠洲農業生態特點，發展節水型高產、優質、高效、生態農業是新疆農牧業現代化的一個重要支撐點。早在上世紀九十年代，新疆就提出了“南園北牧”的農村經濟總體發展思路。克拉瑪依市提出要大力發展綠色、生態、高效節水的現代農業，建設新疆現代畜牧業示范區[1]，開展作物高產節水栽培研究對緩解水資源危機、糧食安全危機以及走農業可持續化發展道路都具有重要意義。

紫花苜蓿（Medicago sativa）是具有世界栽培意義的多年生優質豆科牧草,也是我國種植面積最大的人工牧草[2]。具有耐旱、耐寒、耐鹽堿、耐瘠薄，適應性強，產量高、品質優，耐頻繁刈割和持久性好等特性，同時具有清除田間雜草，改土培肥及經濟效益高等優點[3]，是北疆地區荒漠區生態植被恢復和草業建設的重要牧草。隨著畜牧業的發展和生態建設力度的加大,種植紫花苜蓿已經成為發展地方經濟、改善生態環境的一個重要途徑[4,5]。灌溉直接影響紫花苜蓿的光合作用進而直接影響產量和品質，主要表現在，葉面積的增加可以提升葉片的有機物合成積累，也側面提高了紫花苜蓿的產量和品質；而植株高度變化反映著其生長發育狀況及草地生產能力；粗蛋白含量衡量著牧草適口性及青干草品質[6]。在北疆地區進行苜蓿灌溉研究成果較少，劉虎等[7,8]以阿勒泰地區苜蓿對研究對象探究了其灌溉制度，郭學良等[9]比較了呼圖壁苜蓿在不同灌溉方式下的水利用效率。吳興榮等[10]研究了北屯苜蓿耗水規律，而處于準噶爾盆地西北緣的克拉瑪依地區在研究苜蓿耗水方面尚存空白。

通過監測紫花苜蓿不同生育期灌水量，探究本地紫花苜蓿產量、品質與灌水量之間的關系，可提高作物單產、節約水資源，避免過量灌水造成灌區水資源浪費，也可減緩地下水位逐年抬升、土地鹽漬化趨勢加重。因此，開展紫花苜蓿耗水量的研究對克拉瑪依的畜牧業發展具有重要的意義。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

試驗項目研究區在克拉瑪依市大農業開發區，位于準噶爾盆地西北部邊緣的半荒漠湖積平原上，南臨古爾班通古特沙漠，距克拉瑪依市中心約15 km。地形平緩開闊，地勢西南高、東北低，海拔高程273～268 m，平均自然地面坡度0.7‰。克拉瑪依市屬典型的溫帶大陸性氣候。其特點是：寒暑差異懸殊，干燥少雨，春秋季風多，冬夏溫差大。積雪薄、蒸發快、凍土深。大風、寒潮、冰雹、山洪等災害天氣頻發。四季中冬夏兩季漫長且溫差大，春秋兩季為過渡期，換季不明顯。累年平均氣溫為8.6℃。年平均降水量為108.9 mm,蒸發量為2692.1 mm，是同期降水量的24.7 倍。累計平均大風日數為64.5 d,夏季炎熱日（≥35℃）年平均為27.6 d，初霜一般在11月上旬出現，終霜一般在3 月下旬結束，多年平均日照時數為2700 h,無霜期日數180～220 d，多年平均全年≥10℃積溫為3968℃。

1.2 試驗區土壤、作物與灌溉方式

研究區土壤以灰漠土和鹽土為主，土壤肥力中等，缼氮、少磷、富鉀。全氮含量70～80 mg·kg-1，速效氮60 mg·kg-1，速效磷8 mg·kg-1，有機質含量10～20 mg·kg-1。土壤質地為輕沙壤土或壤土，質地較輕，透水性較好。研究區耕地自然地面坡降0.5‰～1‰地勢平整，土壤容重γ=1.42（g·cm-3），田間持水量θ=24（%）。

試驗田灌水方式為噴灌，灌水量計量為管道水表量測，試驗區種植苜蓿品種為紫花苜蓿。試驗區選取克拉瑪依大農業開發區5-3 紫花苜蓿地為主，其他3-4、12-1 紫花苜蓿地為輔助工作樣地。

1.3 實驗設計

本試驗方案中，在試驗區選取不同的6 個樣點，其中3 個樣點位于同塊兒地中，其余3 樣點分別位于相鄰地塊。每個樣點劃分15 個1×1m的樣方，對樣方內的第二、三茬苜蓿生育期進行連續系統監測。每樣點每茬計劃15 個樣，根據長勢快慢3～5 d 采集1 次，成為15 個連續監測樣，每樣需統計分析長勢情況。間隔刈割，采用便攜式割草機割草，每次刈割統一留茬2 cm 高度，實數樣方內的株數和葉片數目，用刻度尺測量和計算每個樣方內的苜蓿生長參數，包括株高、側枝長、葉面積、鮮草重4 項指標，株高通過用刻度尺量測，葉面積通過測量葉片的橫、縱軸，將兩者數值相乘取得；平均得出每個樣方中紫花苜蓿植株的平均株高、株平均葉數、葉平均面積，計算得出葉總面積：樣方葉總面積=樣方株數×單株平均葉數×單葉平均面積；將樣方內收割的草放入收納袋，密封、貼上標簽，送第三方檢測機構分析粗脂肪、粗纖維、粗灰分、粗蛋白、中性洗滌纖維、酸性洗滌纖維、鈣、總磷8 項指標；灌水量通過地塊供水管線水表量測。樣品采集時段為2016-2017 年。

1.4 數據處理

根據同一時期不同樣點間的實測結果與生理生化檢測結果分析，用Excel 統計與分析數據。

2 結果與分析

2.1 葉總面積的變化

根據得到的葉總面積相關數據，對不同樣點在各灌水時期1 m2葉總面積的變化數據在Excel 表中歸類分析，得出表1，繪圖得出圖1。

表1 5-3地不同樣點在各灌水時期1 m2樣方葉總面積的變化單位：m2

圖1 不同灌溉時期紫花苜蓿1m2樣方葉總面積的變化

由圖1 可知，紫花苜蓿各樣方葉總面積從幼苗期到成熟期基本都是不斷增大。葉面積從再生期到現蕾期增長幅度較快，之后增長幅度趨緩。

2.2 苜蓿植株高度在各生長期的變化

根據5-3 紫花苜蓿地第二茬3 個試驗樣點各灌水時期得到的樣方平均株高，對不同樣點平均株高的變化數據在Excel 表中歸類分析，得出表2，繪圖得出圖2。

表2 5-3地第二茬紫花苜蓿植株高度在各生長期的變化單位：cm

圖2 5-3地第二茬紫花苜蓿植株高度在各生長期的變化

從圖2 可以看出，紫花苜蓿植株高度在再生期到分枝期增長緩慢，分枝期到初花期增長較快，初花期到成熟期增長趨緩。3 個樣點在灌溉量相對均衡的條件下，株高變化呈現類似的規律。試驗表明，紫花苜蓿株高在其生育期表現為S 型生長曲線。

2.3 紫花苜蓿粗蛋白含量在生長期的變化

根據5-3 紫花苜蓿第二茬與第三茬粗蛋白的檢驗結果匯總在Excel 表中歸類分析，得出表3，繪圖得出圖3。

圖3 5-3地紫花苜蓿粗蛋白含量在生長期的變化

表3 5-3地紫花苜蓿粗蛋白含量在生長期的變化單位:g·kg-1

由圖3 可知，5-3 紫花苜蓿在第二茬和第三茬生育期，隨著時間的變化，粗蛋白含量呈現了下降的趨勢；而且在同生育期，同一塊地第二茬較第三茬的粗蛋白含量偏低。

2.4 紫花苜蓿耗水量與產量分析

試驗中，灌水次數經由實測取得，干草產量來自地塊總產量的平均單產實測值，耗水系數=干草產量/耗水量；將數據在Excel 表中歸類分析，得出表4，繪圖得出圖4。分析如下：

圖4 紫花苜蓿產量與耗水量關系曲線

由表4 可知，通過對3 個不同試驗地塊2016年紫花苜蓿產量的變化分析發現，不同試驗地塊的紫花苜蓿產量各不相同，3-4 試驗地塊的產量最高達到13 302 kg·hm-2，5-3 試驗地塊的產量較低，為11 838 kg·hm-2。兩塊地紫花苜蓿干草產量相差1 464 kg·hm-2，究其原因可能是5-3與3-4 地塊灌溉差異所致。

表4 紫花苜蓿耗水量與產量統計

根據本次試驗成果，通過回歸分析，建立紫花苜蓿產量與耗水量之間的函數關系式為：

W1=0.004ET2-58.36ET+22453（ET≤7700），相關系數R2=0.999；

W2=17539ln（ET）-14446（ET＞7700），相關系數R2=0.984；

式中：ET 為紫花苜蓿耗水量/（m3·hm-2）；W為紫花苜蓿產量/（kg·hm-2）。

紫花苜蓿的產量與耗水量之間有著密切的關系，它們呈S 形生長曲線,當耗水量在拐點7700 m3·hm-2前，紫花苜蓿的產量隨著耗水量的增加呈加快趨勢；當耗水量超過拐點7700 m3·hm-2后，紫花苜蓿的產量隨著耗水量的增加呈減緩趨勢。同時，耕地也會因灌水量過多而造成土壤鹽漬化，致使土壤肥力下降，所以準確掌握紫花苜蓿產量和耗水量之間的關系，不僅能提高產量，減少水資源的浪費，而且對預防土地退化也有重要的意義。

3 結論與討論

之前，由于缺乏紫花苜蓿作物耗水量及灌溉技術方面的試驗成果，當地種植戶在實際生產過程中，僅憑經驗認為在干旱地區只要多澆水，就能增產，實際灌水超量不僅沒有提高產量，反而造成水資源的浪費，灌區地下水位抬升，土地鹽漬化現象加重[10]。通過對紫花苜蓿的耗水量、耗水時間、灌溉次數等方面的試驗對比分析，總結了紫花苜蓿的耗水規律,揭示了本區域紫花苜蓿耗水量與產量的關系。

紫花苜蓿在不同生育期耗水呈現：從再生期到開花成熟期，先升高后降低類似于拋物線的趨勢，其中分枝期最高，再生期與開花成熟期較低；紫花苜蓿產量與耗水量之間的關系曲線呈S 形生長曲線,在營養生長前期，紫花苜蓿的產量隨著耗水量的增加而加快,達到耗水拐點后，隨著耗水量的増加，紫花苜蓿的產量積累速度減慢。在此基礎上，初步建立了克拉瑪依大農業開發區紫花苜蓿產量與耗水量之間的數學模型。植株高度和葉面積的變化動態也呈現類似于產量與耗水之間的S 形曲線關系。紫花苜蓿的粗蛋白含量在其生育期內，呈逐漸下降的趨勢。