地下滴灌對苜蓿的生長發(fā)育與種子產(chǎn)量的影響

孟季蒙，李衛(wèi)軍

（1.新疆草地資源與生態(tài)重點實驗室 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，新疆 烏魯木齊830052；2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院，新疆 石河子832000）

苜蓿（Medicagosativa）是多年生優(yōu)質(zhì)豆科牧草，被譽為“牧草之王”，起源于外高加索、小亞細亞山區(qū)、伊朗和土庫曼斯坦高原一帶，在史前即由原產(chǎn)地區(qū)半開化民族所栽培。苜蓿適應(yīng)性強、根系發(fā)達、分枝多、產(chǎn)量高，既可固氮培肥，又是優(yōu)質(zhì)的高蛋白飼料［1－4］。西北農(nóng)牧區(qū)是我國苜蓿的主要栽培地區(qū)，其苜蓿種植面積占全國總數(shù)的78.5%［5］，在新疆畜牧業(yè)發(fā)展中占有舉足輕重的地位。

水分是影響苜蓿生產(chǎn)力的首要條件［6］，并從生理上影響苜蓿生長，是協(xié)調(diào)營養(yǎng)生長和生殖生長的有效措施之一。在苜蓿制種過程中，生殖生長期通過水分調(diào)控，促進苜蓿生殖生長可獲得種子高產(chǎn)。但是，此時期水分供應(yīng)過量，會引起苜蓿的徒長、倒伏；反之，則引起生殖器官的敗育和種子發(fā)育不良，使苜蓿種子產(chǎn)量降低和品質(zhì)下降［7］。在干旱、半干旱地區(qū)的苜蓿種子生產(chǎn)中，灌溉是苜蓿獲得水分的主要途徑。長期以來，我國的苜蓿種子生產(chǎn)一直沿用漫灌方式進行灌溉，而漫灌對苜蓿種子生產(chǎn)存在諸多不足之處，如：不能精量化控制水量以進行營養(yǎng)調(diào)控；造成地面濕度過大，易引起病蟲害的發(fā)生、降低花蜜濃度以影響苜蓿的授粉。引用地下滴灌節(jié)水技術(shù)，實施精量化灌溉管理，探討苜蓿種子生產(chǎn)中水分的有效調(diào)控方法，對提高苜蓿種子產(chǎn)量和效益具有重要意義。

地下滴灌（subsurface drip irrigation，簡稱SDI）是通過鋪設(shè)于地下的毛管把水（或水肥液）滲入到作物根區(qū)土壤中，同時借助毛細管作用和重力作用將水分擴散到根系層，供作物吸收利用的一種微灌技術(shù)［8］。作為一種新的節(jié)水技術(shù)，由于其閥門式供水設(shè)施能有效控制水分供應(yīng)量，并且實施根區(qū)灌水，所以在我國部分引入該技術(shù)的農(nóng)作物栽培上，取得了顯著的節(jié)水增產(chǎn)效果。但地下滴灌技術(shù)應(yīng)用于苜蓿種植方面的研究在國內(nèi)還較少。程冬玲等［9］認為收草用苜蓿田實施地下滴灌是可行的。王東等［10］通過試驗得出，應(yīng)用了地下滴灌技術(shù)的收草苜蓿，其產(chǎn)草量要比常規(guī)灌溉增產(chǎn)近40%，增產(chǎn)效果顯著。單從苜蓿制種角度看，國內(nèi)還未見地下滴灌技術(shù)應(yīng)用的相關(guān)報道。

所以本試驗針對苜蓿種子田的種植要求，把地下滴灌技術(shù)應(yīng)用于苜蓿制種，通過地下滴灌的苜蓿生長發(fā)育表現(xiàn)和苜蓿種子產(chǎn)量，研究地下滴灌應(yīng)用于苜蓿種子田的可行性。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設(shè)在新疆呼圖壁種牛場草地生態(tài)站。該站位于呼圖壁河右岸沖洪積扇緣與沖積平原交錯地帶，地理位置約44°15′N，86°55′E，海拔439～454m，年降水量155.2mm，年蒸發(fā)量2 300mm，冬季有積雪，生長季（4－9月）平均氣溫18.5℃。經(jīng)測定，試驗地地表以下10～20cm土層的田間持水量36.43%（質(zhì)量含水量），地表以下20～30cm土層相對田間持水量37.97%，40cm以下為粘土層。

1.2 試驗材料

參試材料為新牧1號雜花苜蓿（Medicagovariacv.xinmu No.1），由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。于2008年9月9日播種，10月28日進行冬灌，安全越冬。滴灌試驗于2009年5月14日－10月25日進行。

1.3 試驗設(shè)計及方法

試驗小區(qū)采用隨機排列，3次重復(fù)。小區(qū)面積為3m×5m，播量為3.0kg／hm2，各小區(qū)四周用寬1m的大棚塑料膜隔離（其中地下部分為70cm，地上部分為30cm），以防止水分滲漏。苜蓿采用40cm×80cm寬窄行播種，滴灌帶鋪設(shè)于窄行中間地面以下20cm處。苜蓿灌水量設(shè)置W1（保持在田間相對持水量的65%～80%）、W2（保持在田間相對持水量的50%～65%）、W3（保持在田間相對持水量的35%～50%）3個水平，各小區(qū)設(shè)置水閥，通過水表計量。當(dāng)根系層（地面下20～30cm）含水量低于下限時，開始灌水，高于上限時，停止灌水，以漫灌為對照（CK）（表1）。在灌水時期上，苜蓿返青至種子成熟階段的灌溉為：在苗期、現(xiàn)蕾期和結(jié)莢期進行灌溉；苜蓿種子收獲后，地下滴灌灌水量均保持在W1水平；冬灌時所有處理灌水量180mm。

表1 灌水方案Table 1 Irrigation scheme

1.4 測定內(nèi)容及取樣方法

1.4.1 土壤水分分布和土壤含水量測定 灌水24h后，測定0～60cm土層內(nèi)的土壤含水量，之后每2d測定1次土壤含水量，1周后每5d測定1次土壤含水量，降水、灌溉前后加測1次。

取樣方法：在水平方向上，分別距滴灌帶0，10，20，30，40，50和60cm處共7個取樣點取土樣，在每點的垂直方向按照0～10，10～20，20～30和30～40cm的層次取土樣，共計4個層次。采用烘干法測定土壤含水率。

1.4.2 苜蓿的根系分布 苜蓿種子收獲后，采用切片法測定苜蓿根系分布。根系水平方向取樣方法：以滴灌帶為中心，沿一側(cè)每10cm挖取一樣方（取樣寬度為10cm），挖至兩滴灌帶中間；根系垂直方向取樣方法：在取樣點每10cm為1層向下挖取樣方，共計4層。所取土樣用水沖洗，剔除雜質(zhì)后烘干稱重，并記錄根重。

1.4.3 苜蓿生長高度 在各小區(qū)內(nèi)選取具代表性的植株5株定株，每5d測量1次株高。

1.4.4 葉片相對含水量（RWC）的測定 葉片相對含水量（RWC）＝［（鮮重－干重）／（飽和重－干重）］×100%。鮮重為新鮮葉片重量（g）；干重為85℃的烘箱中烘24h的重量（g）；飽和重為葉片在水中浸泡數(shù)小時充分飽和后，吸干表面水分后測得的重量（g）。分別在分枝期和現(xiàn)蕾－初花期選取晴天，于8，14和20時3個時段取同一部位苜蓿葉片進行測定。

1.4.5 種子產(chǎn)量的測定 種子成熟時對各小區(qū)單收單打，分別記錄小區(qū)產(chǎn)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)處理均在Excel 2003和DPS 6.5軟件下進行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含水量的空間分布

地下滴灌結(jié)束24h后，土壤水分的空間分布呈以滴頭為中心的橢球型濕潤體，水平延伸的距離大于垂直距離。在 W1水量下，表層（0～10cm）和第4層（30～40cm）的濕潤峰水平運動半徑40cm，第2層（10～20cm）和第3層（20～30cm）的水平運動半徑50cm。垂直方向，濕潤峰向上可運動到地表（0cm），向下達地面以下40 cm；W2水量下，表層的水平運動半徑30cm，第2層水平運動半徑50cm，第3層水平運動半徑40cm，第4層水平運動半徑20cm。垂直方向，濕潤峰可達地表，向下可達地面以下40cm；W3水量表層和第4層的濕潤峰水平運動半徑不到10cm，只浸潤到了滴頭垂直位置的地表，第2層和第3層的水平運動半徑20cm，垂直方向上濕潤峰向上可運動到地表，向下運動到30cm處。從3種水量濕潤體的大小看，濕潤體大小與灌水量呈正相關(guān)，灌水量大的在地下形成的濕潤體大，反之則小。漫灌方式下，各土層土壤含水量接近飽和。

2.2 滴灌苜蓿的根系生長

2.2.1 根系干物質(zhì)的變化 多重比較結(jié)果顯示，3種水量下，苜蓿的根量 W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3（P＜0.01），表明地下滴灌條件下，根量隨水量的增加均呈顯著增加趨勢；W1處理所得根干物質(zhì)積累量最高，為25.09g，極顯著高于其他試驗處理（P＜0.01）。CK（漫灌）次之，為23.58g。說明 W1處理下，苜蓿根系發(fā)育受影響最大。又因CK高于W2、W3處理下的根量，說明根量的生長與水分有關(guān)，但不呈正相關(guān)，水分過多反而抑制根系生長發(fā)育。

2.2.2 根系分布 地下滴灌試驗根系分布主要集中在第1層（0～10cm）和第2層（10～20cm）。各試驗處理第1層根量占總根量的32.37%～35.95%，主要由于苜蓿根系為直根型，上部粗下部細，加之根頸在近地表處，所以第1層根系所占比例最大；第2層根系量較大，所占比例在32.88%～38.87%，其主要因為這一層主根較粗，并大量著生側(cè)根，使此區(qū)根系分布較大；第3層（20～30cm）、第4層（30～40cm）由于土壤含水量的減少和根系的細弱，所占比例較小。漫灌情況下，根干物質(zhì)主要集中于第1層和第2層，共占根總量的74.45%，由于水分充足，下層不利于呼吸，所以下層根量分布相對較少。

根系水平方向的分布上，地下滴灌條件下，由于水分的不均勻性，導(dǎo)致苜蓿根系在土壤中的水平分布不均勻。苜蓿行這一空間內(nèi)苜蓿根量最大，占全部根量的45.97%～55.04%，其原因是苜蓿主根在這一空間。苜蓿行近水源一測，由于根系的趨水性，滴灌帶一側(cè)的根系量高于另一側(cè)，近滴灌帶一側(cè)根量明顯高于另一側(cè)，是其另一側(cè)根量的2.5～6.4倍，根系趨水性表現(xiàn)明顯；漫灌的水分相對均勻，根量主要集中于苜蓿主根所在的位置，并向兩側(cè)逐漸減少。

2.3 不同灌水處理對苜蓿生長高度影響

從時間上看，從5月10日到6月25日所有試驗處理株高均明顯增高，6月25日苜蓿開花后，高度增長緩慢（圖1）。5月10日到6月10日期間，由于氣溫低，蒸騰、蒸發(fā)強度較弱，苜蓿生長速度不快；6月10日灌水后，隨著氣溫的升高，新陳代謝作用增強，苜蓿生長速度加快；從6月25日苜蓿進入盛花期，此時處于高溫期，雖進行了人工灌水，但是苜蓿的株高幾乎沒有增加。此階段苜蓿由營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)換，營養(yǎng)生長減少，生殖生長增加，積累的營養(yǎng)物質(zhì)主要用于生殖生長（莢及種子的形成和生長）。此時灌水有利于苜蓿種子產(chǎn)量的增加。根據(jù)楊起簡等［11］的研究，在結(jié)莢期苜蓿處于生殖生長階段，積累的營養(yǎng)物質(zhì)主要用于莢及種子的形成和生長，此期間灌水對株高影響不大，本試驗研究結(jié)果與此一致。

所有試驗處理，因剔除肥料因素的干擾，未進行施肥，所以苜蓿生長相對緩慢。6月10日前苜蓿對水分的要求不強烈，加之溫度較低，生長速度平穩(wěn)緩慢，此時期根和芽生長旺盛。苜?，F(xiàn)蕾至開花，為苜蓿的快速生長期。此后，生長速度緩慢，營養(yǎng)生長向生殖生長轉(zhuǎn)換，莖葉儲存積累的養(yǎng)分供應(yīng)種子發(fā)育，營養(yǎng)生長基本停止。

圖1 不同時期各灌水處理植株生長高度變化Fig.1 The change in plant height of all treatments in different growth stages

2.4 不同灌水處理對葉片相對含水量的影響

葉片相對含水量是通過在干旱脅迫下植物表現(xiàn)出體內(nèi)含水量下降來反映植物體內(nèi)水分狀況的參數(shù)［12］。從苜蓿分枝期與開花期灌水24h后的苜蓿葉片相對含水量的日變化可以看出（圖2），葉片相對含水量14時低于8時與20時。在分枝期葉片相對含水量日變化幅度較小，中午比早晨和傍晚降低0.73%～3.43%，所有試驗處理平均下降2.20%。由于土壤水分供應(yīng)相對充足，各處理所受水分脅迫較低，苜蓿葉片相對含水量保持在較高水平上（圖2a）。在苜蓿開花期，苜蓿葉片相對含水量日變化幅度增大，所有試驗處理平均下降4.05%，降幅在1.74%～5.89%（圖2b）。漫灌在試驗處理中降幅最小，分枝期中午比早晨和傍晚分別降低0.90%和0.73%，開花期分別降低2.69%和1.74%。說明漫灌水量充足，未受到水分脅迫。

圖2 苜蓿葉片相對含水量日變化Fig.2 Day change of relative water content（RWC）of alfalfa leaf

2.5 不同處理對產(chǎn)量的影響

試驗得出，種子產(chǎn)量順序為 W1（909.62kg／hm2）＞CK（611.39kg／hm2）＞W(wǎng)2（479.39kg／hm2）＞W(wǎng)3（393.06kg／hm2），任意兩者間存在極顯著性差異（P＜0.01）（圖3）。從地下滴灌處理看，種子產(chǎn)量順序為W1＞W(wǎng)2＞W(wǎng)3，說明苜蓿種子產(chǎn)量與滴灌量的大小成正關(guān)，滴灌量大種子產(chǎn)量高，反之則小。地下滴灌處理與對照比較結(jié)果說明，在W1水量下，地下滴灌獲得的種子產(chǎn)量高于對照，并且W1的種子產(chǎn)量是W2種子產(chǎn)量的1.5倍。而W2、W3的種子產(chǎn)量低于對照，W2、W3由于灌水量過少，而造成種子產(chǎn)量低。種子產(chǎn)量結(jié)果說明地下滴灌應(yīng)用于苜蓿制種，能夠起到增產(chǎn)的效果。

圖3 不同灌水量的種子產(chǎn)量與方差圖Fig.3 Seed yield of different irrigation quantity and variance

3 討論

本試驗灌水次數(shù)與灌水量，只是在傳統(tǒng)制種苜蓿按生育期進行灌水的基礎(chǔ)上略有改動。而在地下滴灌條件下，玉米（Zeamays）、棉花（Gossypiumspp.）等作物灌水次數(shù)在12～15次，采用少量多餐的方式進行灌溉，并且取得了好的效果［13－15］。所以苜蓿灌溉制度也應(yīng)以地下滴灌玉米、棉花等作物的灌溉制度為參照進行相應(yīng)變革，以充分利用地下滴灌系統(tǒng)能夠有效控制灌水量的優(yōu)點。

肥料是影響苜蓿種子產(chǎn)量的重要因素。苜蓿種子生產(chǎn)是一個綜合的水肥調(diào)控過程，漫灌條件下，因供水無法實現(xiàn)精確定量化，所以往往削弱了水分對苜蓿生長的調(diào)控。地下滴灌系統(tǒng)能夠有效的控制水分的供應(yīng)量，加之肥料可通過地下滴灌直接施入，所以地下滴灌能夠按苜蓿的需求進入水肥供應(yīng)，解決了水肥量化施入的技術(shù)問題。本試驗主要研究地下滴灌條件下，水分對苜蓿種子產(chǎn)量的影響，剔除了肥料因子對苜蓿種子產(chǎn)量的貢獻。隨著制種苜蓿地下滴灌技術(shù)研究的不斷拓展與深入，水肥結(jié)合對苜蓿生長調(diào)控方面的研究有必要盡快開展。

地下滴灌系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)精量化灌溉，引入苜蓿種子生產(chǎn)后，解決了灌水的精量化技術(shù)問題，相對于漫灌能夠有效控制水分對苜蓿生長的調(diào)控。同時地下滴灌為作物根區(qū)供水，從而減少了無效水的供應(yīng)及水分散失造成的浪費。

地下滴灌系統(tǒng)是閥門式操作系統(tǒng)，可節(jié)約大量的勞動力。同時，苜蓿收獲后，可及時進行灌水以補充苜蓿收獲后對水分的需求。

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