朔州市紫花苜蓿生長期氣候條件分析

馬志強(qiáng)，馬士欽，蔡 霞，李麗慧，梁桂花，朱 葉

（1.朔州市氣象局，山西朔州 036001；2.秦皇島市氣象局，河北秦皇島 066001；3.朔城區(qū)氣象局，山西朔州 036001）

紫花苜蓿（Medicago sativaL.）使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值均較高，為優(yōu)質(zhì)豆科多年生草本牧草，產(chǎn)量高、品質(zhì)好、飼用價(jià)值高，被譽(yù)為“牧草之王”［1］。苜蓿高產(chǎn)期年限為4～8 年，生長壽命長達(dá)20～30 年［2］。苜蓿蛋白質(zhì)含量為18%～25%，富含多種營養(yǎng)物質(zhì)，是優(yōu)質(zhì)的蛋白草料，具有強(qiáng)身健體、防病治病的功能，還可以促進(jìn)兒童大腦發(fā)育、增加兒童體重、身高。苜蓿還可以起到改善土壤、固定大氣氮素、保持水土、改善生態(tài)等作用［3］。朔州市推廣種植苜蓿對于農(nóng)民增收、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展有重要的意義。

國內(nèi)外學(xué)者對苜蓿生長氣候適應(yīng)性展開了研究，曾慶飛等［4］研究發(fā)現(xiàn)，寧南縣在5、6 月播種紫花苜蓿為宜；王位泰等［5］對隴東地區(qū)紫花苜蓿適生種植區(qū)進(jìn)行劃分；劉沛松等［6］研究表明，苜蓿生長年限越長，土壤干燥化程度越高；于曉娜等［7］研究表明，紫花苜蓿生長的最適土壤含水量為16%；李曉娜等［8］認(rèn)為再生水灌溉比清水灌溉更能增加苜蓿干物質(zhì)產(chǎn)量；王鵬遠(yuǎn)［9］指出1951—2016 年內(nèi)蒙古自治區(qū)4 月下旬后的苜蓿低溫凍害強(qiáng)度總體在減?。粎墙ㄈA［10］認(rèn)為阿魯科爾沁旗紫花苜蓿生長期降水不足，在適當(dāng)灌溉條件下能夠進(jìn)行規(guī)?；N植；周堅(jiān)［11］指出內(nèi)蒙古自治區(qū)豐鎮(zhèn)市氣溫日較差大，對提高苜蓿的產(chǎn)量和品質(zhì)較為有利；尹衛(wèi)等［12］分析了青海省共和縣氣象數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)毓庹?、降水量和氣溫對紫花苜蓿正常生長的影響效應(yīng)高于風(fēng)速和氣壓；吳立群等［13］通過分析烏審召地區(qū)的氣象數(shù)據(jù)，認(rèn)為當(dāng)?shù)刈匣ㄜ俎＿m宜播種期為3 月和7 月下旬；莊妍［14］研究表明，當(dāng)土壤含水量達(dá)8%、5 cm 土壤溫度達(dá)5 ℃時(shí)紫花苜蓿開始返青；孫玉［15］認(rèn)為內(nèi)蒙古自治區(qū)鄂托克旗除降水偏少外，光照、氣溫都有利于紫花苜蓿的生長。鮮見有關(guān)朔州市苜蓿生長適應(yīng)性氣候的研究，開展該項(xiàng)研究尤為重要。

朔州市地處山西省北部，下轄?wèi)讶适?、右玉縣、應(yīng)縣、山陰縣、平魯區(qū)、朔城區(qū)一市三縣二區(qū)，位于東經(jīng)111°52′—113°35′，北緯39°06′—40°22′，南北長約為133 km，東西寬約145 km，總面積1.06 萬km2。2015 年朔州市被農(nóng)業(yè)農(nóng)村部確定為整市推進(jìn)草牧業(yè)發(fā)展的試點(diǎn)實(shí)驗(yàn)市，全市積極推進(jìn)優(yōu)質(zhì)牧草種植。截至2021 年年底，朔州市全市種植苜蓿累計(jì)面積約1.3 萬hm2。

1 朔州市氣候概況

朔州市屬于溫帶大陸性季風(fēng)氣候，四季分明。春季（3—5 月）雨水較少，風(fēng)沙較大，常出現(xiàn)干旱天氣；夏季（6—8 月）雨量集中，有大雨、暴雨、冰雹等天氣；秋季（9—11 月）雨水較少，中午熱，早晚涼；冬季（12 月至次年2 月）雨雪少大風(fēng)天氣多，氣候寒冷。按地理、氣候特點(diǎn)區(qū)分，右玉縣、平魯區(qū)劃分為山區(qū)，懷仁市、朔城區(qū)、山陰縣、應(yīng)縣劃分為平川區(qū)。

1.1 氣溫的時(shí)空分布

朔州市年平均氣溫7.0 ℃，各縣區(qū)平均氣溫為4.2～8.4 ℃。年極端最高氣溫山區(qū)為30.2～37.7 ℃，平川區(qū)為32.4～40.4 ℃，全市年極端最高氣溫出現(xiàn)在應(yīng)縣（2005 年6 月22 日），為40.4 ℃；年極端最低氣溫平川區(qū)為-17.3～-31.5 ℃，山區(qū)為-20.9～-37.3 ℃，全市年極端最低氣溫出現(xiàn)在右玉縣（2000 年1 月25日），為-37.3 ℃。日最高氣溫≥35 ℃的高溫日數(shù)平均為0.9 d。朔州市春夏季升溫坡度和秋冬季降溫坡度陡且對稱，年平均氣溫和四季平均氣溫空間分布趨勢都呈現(xiàn)出山區(qū)低、平川區(qū)高的特點(diǎn)（圖1）。

圖1 1981—2010 年朔州市氣溫變化

1.2 降水的時(shí)空分布

朔州市年均降水量為382.7 mm，各區(qū)縣年降水量在358.2～407.3 mm。四季降水量的空間分布都呈現(xiàn)出山區(qū)多平川區(qū)少的特點(diǎn)。1 年中6—9 月降水量較多，7 月最多，1 月最少（圖2）。

圖2 1981—2010 年朔州市降水量變化

1.3 日照時(shí)數(shù)的時(shí)空分布

朔州市年平均日照時(shí)數(shù)為2 749.9 h，各區(qū)縣日照時(shí)數(shù)在2 561.4～2 890.2 h，空間分布呈現(xiàn)東北部（右玉縣、懷仁市、山陰縣、應(yīng)縣）多，西南部（平魯區(qū)、朔城區(qū)）少的特點(diǎn)。冬季日照時(shí)數(shù)在547.0～614.6 h，春季日照時(shí)數(shù)在705.7～796.1 h，夏季日照時(shí)數(shù)在690.5～788.0 h，秋季日照時(shí)數(shù)在651.0～691.5 h。四季中春季和夏季日照最多，其次為秋季，冬季最少。4—6 月的日照時(shí)數(shù)比其他月份明顯更多，春夏季充足的日照有利于紫花苜蓿的出苗及苗期旺盛生長（圖3）。

圖3 1981—2010 年朔州市日照時(shí)數(shù)變化

1.4 無霜期的時(shí)空分布

朔州市平均無霜期為161 d，最長為232 d（2006年應(yīng)縣），最短為92 d（1986 年和1997 年右玉縣）。平均初霜日在9 月26 日，最早出現(xiàn)在9 月1 日（1997年右玉縣）；平均終霜日在4 月17 日，最遲出現(xiàn)在6月10 日（2003 年右玉縣）。

1.5 各界限溫度的時(shí)空分布

日平均氣溫穩(wěn)定在0 ℃以上日期為平川區(qū)初始于2 月27 日至4 月9 日，終止于10 月26 日至11 月25日；山區(qū)初始于3 月13 日至4 月11 日，終止于10 月17 日至11 月19 日。

日平均氣溫穩(wěn)定在5 ℃以上日期為平川區(qū)初始于3 月21 日至4 月24 日，終止 于10 月7 日至11 月8日；山區(qū)初始于3 月31 日至4 月28 日，終止于9 月23日至10 月30 日。

日平均氣溫穩(wěn)定在10 ℃以上日期為平川區(qū)初始于4 月3 日 至5 月13 日，終止于9 月19 日至10 月22 日；山區(qū)初始于4 月23 日至5 月30 日，終止于9 月7 日至10 月20 日。

1.6 各界限溫度初終期內(nèi)的積溫

0 ℃以上積溫，平川區(qū)3 304.2～4 032.6 ℃，山區(qū)2 599.6～3 386.3 ℃；5 ℃以上積溫，平川區(qū)3 042.6～3 873.5 ℃，山區(qū)2 366.4～3 294.8 ℃；10 ℃以上積溫，平川區(qū)2 633.5～3 757.5 ℃，山區(qū)1 977.2～2 910.3 ℃。

1.7 其他氣象因子

朔州市年均風(fēng)速為2.3 m/s，年平均相對濕度為48%～59%。夏季（以8 月為代表）最大，為65%～73%。秋季（以9 月為代表）次之，為58%～68%。冬季（以12 月為代表）為48%～62%。春季（以4 月為代表）最小，為35%～43%。朔州市年平均蒸發(fā)量為1 882.4 mm，為年降水量的4.9 倍，5—6 月最大，超過280 mm；12 月至次年2 月最小，小于60 mm。1981—2010 年朔州市各月氣象因子見表1。

表1 1981—2010 年朔州市各月平均氣溫、降水量、日照時(shí)數(shù)、蒸發(fā)量、風(fēng)速統(tǒng)計(jì)情況

2 朔州市紫花苜蓿生長氣候條件分析

2.1 溫度

徐麗君等［16］研究認(rèn)為，紫花苜蓿對溫度要求在-41～39 ℃。紫花苜蓿適宜栽培區(qū)年平均氣溫為5～12 ℃，≥5 ℃積溫 高于2 000 ℃，≥0 ℃積 溫在3 000～5 000 ℃，地理位置在北緯35°—45°。12～24 ℃為紫花苜蓿生長發(fā)育期適宜溫度，當(dāng)溫度＜0 ℃時(shí)停止生長［17］。朔州市屬溫帶性季風(fēng)氣候，年平均氣溫為7.1 ℃，各區(qū)縣年平均氣溫為4.2～8.4 ℃?！? ℃積溫在2 366.4～3 873.5 ℃，年極端最高氣溫為30.2～40.4 ℃，年極端最低氣溫山區(qū)為-17.3～-37.3 ℃。因此，從溫度和地理位置適宜條件來看，朔州市平川區(qū)和山區(qū)都適宜種植紫花苜蓿。朔州市0 ℃以上積溫平川區(qū)在3 304.2～4 032.6 ℃，山區(qū)在2 599.6～3 386.3 ℃，平川區(qū)無霜期也高于山區(qū)的無霜期，朔州市平川區(qū)比山區(qū)更適宜種植紫花苜蓿。

2.2 降水

紫花苜蓿是喜水作物，年降水量的最低要求為300 mm，超過1 300 mm 適應(yīng)性差；適宜年降水量在350～900 mm［16］，朔州市年均降水量在358.2～407.3 mm，各區(qū)縣降水量均能達(dá)到降水要求。朔州市屬于黃土高原，紫花苜蓿生長需水量為600～1 100 mm［18］，因此，朔州市種植紫花苜蓿要想達(dá)到高產(chǎn)需要提供合適的灌溉支持。

2.3 光照

紫花苜蓿是喜光作物［19］，光照條件越好，越有利于其生長。朔州市晴天日數(shù)較多，光照較充足，連陰雨天氣較少，年日照時(shí)數(shù)為2 561.4～2 890.2 h，可以滿足紫花苜蓿各生長周期對光照條件的需求，該市豐富的光照資源有利于紫花苜蓿的光合作用，能夠促進(jìn)紫花苜蓿提高品質(zhì)，積累更多干物質(zhì)。

2.4 其他氣象因子

朔州市平均無霜期為161～232 d，符合紫花苜蓿的生長要求，其中平川區(qū)明顯高于山區(qū)，更利于紫花苜蓿生長。年均風(fēng)速為2.3 m/s，平均相對濕度為48%～59%，風(fēng)速、相對濕度、氣壓均符合紫花苜蓿的生長需求。朔州市年平均蒸發(fā)量為1 882.4 mm，為年降水量的4.9 倍，年降水量不充足，要及時(shí)在紫花苜蓿生長的各關(guān)鍵期進(jìn)行適當(dāng)灌溉。

3 紫花苜蓿在各生長關(guān)鍵時(shí)期的氣象因子影響

3.1 播種

紫花苜蓿種子萌發(fā)最適宜溫度為20 ℃，最高溫度為31～37 ℃，最低溫度為0～5 ℃，北方地區(qū)以春播和秋播為主，當(dāng)?shù)販胤€(wěn)定達(dá)到發(fā)芽溫度5 ℃以上時(shí)，要搶墑進(jìn)行春播，秋播最遲要在霜凍來臨前1～2 個月進(jìn)行［13］。朔州市屬干旱半干旱地區(qū)，要在有明顯降雨過程時(shí)等雨播種，同時(shí)要避開干熱風(fēng)頻繁發(fā)生的季節(jié)。朔州市春季終霜為4 月下旬至5 月上旬，最早為3 月4 日，最遲為6 月10 日，朔州市秋季初霜為9 月下旬，最早為9 月2 日，最遲為10 月2 日。對于低于0 ℃氣溫持續(xù)時(shí)間較長的地區(qū)，采用夏播或春播較為適宜［14］，秋霜前2 個月不宜播種紫花苜蓿［12］。綜合各種氣象因素，朔州市種植紫花苜蓿選用休眠3、4 級品種較好，適宜在6 月中旬至7 月中旬播種，此期雨熱同期，利于出苗和生長，能夠保證建植成功。4—6 月如果土壤墑情好或有灌溉條件的可以播種紫花苜蓿種子建植。

3.2 生長

特木爾布和等［3］研究表明，溫度在5～6 ℃，紫花苜蓿的種子發(fā)芽緩慢，23～30 ℃最適合其種子發(fā)芽，高于35 ℃發(fā)芽受阻，高于37 ℃發(fā)芽停止。日均氣溫為15～20 ℃最適宜紫花苜蓿植株生長，白天氣溫為15～20 ℃，夜間氣溫為10～20 ℃是紫花苜蓿生長干物質(zhì)積累的最佳溫度。良好的光照條件有利于紫花苜蓿的生長。紫花苜蓿返青15～20 d 或出苗后40 d 是生長最旺盛的時(shí)期，這個時(shí)期需要充足的光照和適宜的土壤水分。紫花苜蓿出苗生長后60～70 d 進(jìn)入開花期，開花期最適宜的溫度為20～27 ℃，濕度為53%～75%。朔州市在4 月下旬到6 月上旬為頭茬苜蓿生長的關(guān)鍵期，要做好倒春寒天氣的防御工作。

在生長期，要適時(shí)做好苜蓿的灌溉工作。特木爾布和等［3］指出，紫花苜蓿總耗水量為3 500～4 500 m3/hm2。苜蓿1個生長季需水量為300～2 250 mm，返青時(shí)需水相對較少，后期需水量逐漸增多，在現(xiàn)蕾時(shí)期，要根據(jù)降水和土壤墑情情況適時(shí)進(jìn)行灌溉，使土壤含水量達(dá)到60%～80%。在播種期、返青期、苗期、分枝期、每次刈割前7～9 d、刈割后3～5 d 及入冬前20 d，若沒有有效降水，就需要各灌溉1 次，1 年共灌溉8～10 次，每次滴水量300～450 m3/hm2。入冬前的灌溉適宜的氣溫是夜間0 ℃左右，白天10 ℃左右。朔州市苜蓿在生長各關(guān)鍵期也需及時(shí)進(jìn)行灌溉，以保證苜能茁壯成長。

朔州市4 月中、下旬苜蓿出苗，此期紫花苜蓿最怕寒潮、倒春寒天氣，預(yù)報(bào)有此類天氣時(shí)，可以采取灌溉保熱量及使用防凍劑等措施確保紫花苜蓿順利返青。5—9 月最適宜紫花苜蓿生長，4、5 月降水較少，要做好紫花苜蓿的灌溉工作。

3.3 刈割

刈割紫花苜蓿的指標(biāo)為10%左右枝條開花的初花期枝條高度達(dá)80 cm，再生的枝條高度在5 cm左右，與前一次刈割的時(shí)間間隔超過60～80 d［18］。頭茬紫花苜蓿一般需要生長50～60 d，其余各茬一般需要生長25～35 d。末茬紫花苜蓿刈割的危險(xiǎn)期是初霜前4 周至初霜后2 周，盡量避開在該段時(shí)期進(jìn)行末茬刈割。孫洪仁等［18］認(rèn)為，阿魯科爾沁旗一般年份理想刈割模式為，第一茬6 月1～5 日，第二茬7 月5～10 日，第三茬8 月5～15 日，第四茬10 月15 至11 月15 日，朔州市紫花苜蓿刈割模式基本符合阿魯科爾沁旗的刈割模式。在雨季，苜蓿刈割后要保證12～24 h 的田間晾曬以收獲半干草，保證36～48 h 的田間晾曬以收獲干草［13］。此期要積極關(guān)注當(dāng)?shù)刂?、短期天氣預(yù)報(bào)，盡量選擇無雨期相對較長階段進(jìn)行苜蓿刈割，以提高紫花苜蓿晾曬效果，避免刈割后的紫花苜蓿被雨水浸泡，影響收獲苜蓿的品質(zhì)。為了安全越冬，紫花苜蓿最后一次刈割一般在初霜凍之前10～15 d。要注意紫花苜蓿刈割前灌水要避開降雨和大風(fēng)天氣，以防止紫花苜蓿倒伏［13］。史紀(jì)安等［20］認(rèn)為，0 ℃積溫達(dá)3 500 ℃左右時(shí)，紫花苜蓿1 年可以刈割3 次，0 ℃積溫達(dá)4 000 ℃以上可以刈割4 次。結(jié)合朔州市積溫情況，平川區(qū)每年可以刈割4 次，山區(qū)刈割3 次為宜。

3.4 越冬

入冬時(shí)，若有有效的降雪過程，大雪覆蓋地面有利于地面下的苜蓿順利越冬。若無有效的降雪過程，且預(yù)測冬季氣溫異常偏低，在入冬時(shí)就要適時(shí)灌溉苜蓿地，以幫助地下苜蓿順利越冬。朔州市苜蓿入冬前要澆好越冬水，防止來年倒春寒凍死幼苗，春旱旱死幼苗。

4 小結(jié)

高雅靈等［21］研究表明，民勤縣紫花苜蓿、小麥、玉米和葵花均處于規(guī)模報(bào)酬遞增階段，而紫花苜蓿各要素的彈性系數(shù)之和最高，具有更大的發(fā)展空間。朔州市種植紫花苜蓿具有較好經(jīng)濟(jì)價(jià)值，純收益可達(dá)15 000～25 500 元/hm2，可在該市大面積推廣種植。

朔州市年積溫和年平均氣溫、日照、風(fēng)速、氣壓等基本符合紫花苜蓿的生長需求，但降水量不滿足正常生長需求，在灌溉能夠得到保證的前提下可以在地勢平坦的土地上進(jìn)行規(guī)?；N植。該市平川區(qū)比山區(qū)更適宜種植紫花苜蓿，平川區(qū)的紫花苜蓿適宜刈割4 次，山區(qū)的紫花苜蓿適宜刈割3 次。6 月中旬至7 月中旬為該市播種紫花苜蓿最佳時(shí)期，4—6月如果土壤墑情好或有灌溉條件可以播種紫花苜蓿種子建植。朔州市種植紫花苜蓿要澆1 次越冬水。紫花苜蓿要獲得較好生長，播種前還要積極施好底肥及生長期的追肥，適時(shí)做好除草、病蟲害防治及收割后晾曬等工作。如果要引進(jìn)新的品種，還需要做進(jìn)一步的引種試驗(yàn)觀測。