杜建民，王占軍，俞鴻千，季 波

(寧夏農(nóng)林科學院荒漠化治理研究所，銀川 750002)

苜蓿是世界上種植面積最廣的豆科牧草之一，也是我國種植面積最大的人工牧草，是畜牧業(yè)中重要的高蛋白粗飼料，素有“牧草之王”的美譽。伴隨我國農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和“振興奶業(yè)苜蓿發(fā)展行動”的實施，苜蓿的栽培面積迅速擴大，截止2016年底全國苜蓿留床面積達437.3 萬hm2[1]，其中西北地區(qū)的甘肅、內(nèi)蒙、寧夏、新疆等省區(qū)成為苜蓿商品草主產(chǎn)區(qū)[2]。然而，由于苜蓿生產(chǎn)高耗水的特性[3]，與該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源嚴重短缺的矛盾日益尖銳，如何提高水資源利用效率、發(fā)展節(jié)水高效栽培成為西北地區(qū)實現(xiàn)苜蓿高效生產(chǎn)的關(guān)鍵。

地下滴灌作為一種新興的高效節(jié)水技術(shù)，具有自動化程度高、降低地表濕度并防止深層滲漏[4]、提高飼草產(chǎn)量品質(zhì)[5]的優(yōu)點，在苜蓿生產(chǎn)中得到了推廣應(yīng)用，與漫灌種植相比節(jié)水40%增產(chǎn)近20%[6]，為苜蓿的節(jié)水高效生產(chǎn)提供了路徑選擇。目前，關(guān)于苜蓿草田生長季地下滴灌灌溉制度的研究已有報道，廉喜旺[7]、洪明[8]等通過田間試驗提出了新疆阿勒泰地區(qū)苜蓿作物耗水量和地下滴灌灌溉定額，李富先[3]對新疆石河子地區(qū)苜蓿田間需水規(guī)律進行研究并提出了灌溉制度，張松[9]在研究了內(nèi)蒙古毛烏素沙地苜蓿地下滴灌灌溉關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)的基礎(chǔ)上，通過DSSAT4.5模型分別推求了以高產(chǎn)、節(jié)水和灌水次數(shù)最少為目標的優(yōu)化灌溉制度，孫洪仁[10]和許翠平[11]利用彭曼-蒙特斯公式根據(jù)多年氣象數(shù)據(jù)分別推求了阿魯科爾沁旗及北京地區(qū)苜蓿生長季作物需水量和適宜灌溉量。而關(guān)于地處苜蓿生產(chǎn)“兩帶一區(qū)”核心區(qū)的寧夏引黃灌區(qū)苜蓿地下滴灌灌溉制度的研究鮮有報道?；诖?，本研究以寧夏農(nóng)墾茂盛草業(yè)有限公司3a生苜蓿草地為試材，開展地下滴灌不同土壤含水量下限控制試驗，以苜蓿各茬次生長、水分利用及產(chǎn)量指標為依據(jù)，采用隸屬函數(shù)法進行定量評價，確定苜蓿生產(chǎn)各茬次適宜的土壤水分下限指標，建立適宜寧夏引黃灌區(qū)苜蓿草田地下滴灌灌溉制度，為指導地下滴灌苜蓿大田生產(chǎn)提供科學依據(jù)，為完善不同生態(tài)區(qū)苜蓿節(jié)水高效生產(chǎn)技術(shù)體系提供支撐。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗在寧夏農(nóng)墾茂盛草業(yè)有限公司開展，地處賀蘭山東麓，屬賀蘭山?jīng)_積扇平原，地理位置N38°30′～38°39′，E105°32′～106°9′，海拔1 108～1 405 m，溫帶大陸性氣候，干旱少雨日照充足，年均氣溫8.5 ℃，年均日照時數(shù)3 000 h，多年平均降雨量150～202 mm，無霜期150 d左右[12]。試驗地土壤類型為淡灰鈣土，0～20 cm土層土壤主要理化性狀為：pH 8.73，全鹽1.25 g/kg，有機質(zhì)12.81 g/kg，全磷0.36 g/kg，全氮0.61 g/kg，堿解氮22.44 mg/kg，速效磷49.45 mg/kg，速效鉀80.18 mg/kg，0～40 cm土層土壤田間持水率25.59%(體積含量)，0～40 cm土層土壤容重1.47 g/c m3。具備灌溉條件。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2018年開展，采取地下滴灌方式進行苜蓿草田灌溉，通過控制田間土壤含水量下限的方法進行，設(shè)80%θ、70%θ、60%θ、50%θ、40%θ(θ為土壤田間持水率)5個處理，用W1、W2、W3、W4和W5表示，3次重復，共15個小區(qū)，完全隨機設(shè)計。各處理灌溉計劃濕潤層30 cm(地表下5 cm到35 cm)，計劃濕潤土體寬36 cm×深45 cm(地表下5 cm到50 cm處),計劃濕潤比0.6。供試苜蓿為2015年播種的3年生皇冠，種植行距15 cm，播量22.5 kg/hm2，小區(qū)面積10.2 m×6 m=61.2 m2。各小區(qū)地下滴灌在苜蓿種植前完成布設(shè)，毛管為16號內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，滴頭設(shè)計流量1.6 L/h，滴頭間距30 cm,毛管埋設(shè)間距60 cm，埋深15 cm，單根長6 m，用水表計量灌溉量。各處理于4月21日開始灌第一水，灌水量均為300 m3/hm2,之后，當各處理計劃濕潤層內(nèi)土壤平均含水量低于設(shè)計土壤含水量下限時，立即開始對該處理進行灌溉，各處理灌水定額見表1。其他生產(chǎn)管理同常規(guī)。

表1 試驗各處理土壤含水量上下限及灌水定額

Tab.1 The upper and lower of soil water contents limitationand single irrigation volume

處理土壤含水量上限占田間持水率/%土壤體積含水量/%土壤含水量下限 占田間持水率/%土壤體積含水量/%灌水定額/( m3·hm-2)W1100%θ25.5980%θ20.47138.3W2100%θ25.5970%θ17.91207.3W3100%θ25.5960%θ15.35276.5W4100%θ25.5950%θ12.79345.6W5100%θ25.5940%θ10.23414.8

各處理灌水定額按下式計算：

灌水定額=(土壤含水量上限-土壤含水量下限)×計劃濕潤土體深度×濕潤比×150×0.667

其中，灌水定額單位為 m3/hm2；土壤含水量上限為田間持水率，土壤含水量下限為試驗設(shè)定的各處理土壤含水量下限，均為體積百分含量，單位為%；計劃濕潤土體深度為0.3 m；濕潤比為0.6。

1.3 田間調(diào)查與樣品采集

1.3.1 土壤水分測量及灌溉記錄

各處理自第一次灌水前用EC-5土壤水分傳感器于每日早晨8∶00逐日測定5～50 cm土層土壤含水量，以15 cm為一層；在3月20日返青期、5月22日第一茬刈割、6月24日第二茬刈割、8月3日第三茬刈割和9月18日第四茬刈割時用TDR土壤水分速測儀測定0～200 cm土層土壤含水量，每20 cm為一層獲取一組數(shù)據(jù)。整個生育期間，記錄各處理灌水日期、灌水次數(shù)、各茬次灌水量。

1.3.2 生長性狀及產(chǎn)量測定

在各處理苜蓿各茬次開花率達5%時進行刈割，于每茬苜蓿刈割前在小區(qū)內(nèi)隨機調(diào)查20個樣點的株高，取平均值使用；在各小區(qū)內(nèi)采用對角線法[13]在中心點及兩側(cè)各3 m處取3個1 m×1 m樣方刈割后測定苜蓿鮮重，統(tǒng)計分枝數(shù)，后將鮮草裝入50目尼龍網(wǎng)袋內(nèi)掛于陰涼通風處風干稱重，獲取干草產(chǎn)量；刈割時各樣框隨機取100 g鮮樣，進行莖葉分離，稱量莖、葉鮮質(zhì)量，后105 ℃殺青15 min，在70 ℃下烘至恒重，計算莖葉比和干鮮比。

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 水分效應(yīng)指標的計算

土壤供水量、作物耗水量、水分生產(chǎn)效率和灌溉水生產(chǎn)效率按下式計算[14]：

Ws=(W1-W2)×h×150×0.667

Wc=Ws+R×0.667×15+I+K+C

WUE=Y/Wc

WSE=Y/I

式中：Ws為土壤供水量，單位為 m3/hm2；Wc為作物耗水量，m3/hm2；WUE為水分生產(chǎn)效率，kg/m3；WSE為灌溉水生產(chǎn)效率，kg/m3；W1和W2分別為苜蓿各茬次始末2 m土層土壤體積含水量，%；h為土壤水分測量深度，取值為2 m；R為苜蓿各茬次內(nèi)降雨量，mm；I為苜蓿各茬次內(nèi)灌水量，m3/hm2；K、C分別為地下水補給量和排水量，由于試驗地地下水位常年低于2.8 m，按照《灌溉試驗規(guī)范》(SL13-2015)規(guī)定，地下水對試驗的影響可忽略，故K、C取值均為0；Y為苜蓿各茬次干草產(chǎn)量，kg/hm2。

1.4.2 各指標隸屬函數(shù)值計算

采用隸屬函數(shù)法對試驗監(jiān)測數(shù)據(jù)進行綜合評價，隸屬函數(shù)值的計算公式為：

R(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：R(Xi)為某項指標的隸屬函數(shù)值；Xi為某項指標測定值；Xmin和Xmax分別為某項指標各處理測量值中的最小值和最大值。

利用SPSS17.0和Microsoft Excel 2007進行試驗數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗期內(nèi)降雨統(tǒng)計

由表2知，試驗地苜蓿自2018年3月20日萌動至9月18日第四茬收獲共經(jīng)歷181 d，累積降雨量達262.6 mm。其中，第一茬降雨量最少，僅15.4 mm，苜蓿生長歷時最長，達62 d，于5月22日收獲；第二、第三茬苜蓿生長較快，歷時分別為33 d和40 d，且陰雨天較多，降雨量分別達88.6和102.2 mm，分別占累積降雨量的33.74%和38.98%；第四茬苜蓿生長進入8、9月份，生長歷時46 d，降雨6次，降雨量達56.4 mm。

表2 2018年試驗地苜蓿各茬次生長歷時及降雨統(tǒng)計

Tab.2 Rainfall and every stubble date during alfalfa growth period

茬次經(jīng)歷日期/(月日)生長天數(shù)/d降雨次數(shù)/次降雨量/mm一茬0320-0522625 15.4二茬0523-0624339 88.6三茬0625-0803404 102.2四茬0804-0918466 56.4合計18124 262.6

2.2 各處理對苜蓿生長的影響

由圖1和表3知，各處理苜蓿的株高在收獲的四茬中均呈現(xiàn)先升高再下降的2段式變化過程，以第二茬株高達最大值，各處理均值為93.76 cm，以第四茬株高最低，各處理均值僅76.27 cm。各處理苜蓿四茬株高均值的排列順序為：W3>W4>W2>W1>W5，以W3四茬株高平均值最高，達84.30 cm，以W5四茬株高平均值最低，僅79.69 cm，同時，處理W3、W4、W2、W1間株高差異不顯著，僅W3與W5處理間差異達顯著水平。

圖1 各處理株高變化Fig.1 Variation of plant height in different treatments

由圖2知，各處理分枝數(shù)隨收獲茬次延續(xù)逐步下降，且第三、四茬下降極為迅速，到第四茬時各處理分枝數(shù)的平均值僅為542.67 個/m2，比第一茬收獲時各處理均值904 個/m2減少39.97%；從表3知，各處理分枝數(shù)四茬均值排列順序為：W4>W1>W3>W5>W2，以W4的770.84 個/m2為最高值，以W2的660 個/m2為最低值,且W4、W1、W3、W5間差異不顯著。由圖3知，各處理苜蓿莖葉比四茬的均值表現(xiàn)為：W3>W2>W1=W4>W5，隨灌溉定額下降而逐步減少；各處理莖葉比隨收獲茬次的延續(xù)變化不一，W1莖葉比呈先增加后降低的趨勢，最高值出現(xiàn)在第二茬，而其余各處理莖葉比的變化均隨收獲茬次的延續(xù)逐步下降，均以第一茬為最高值，以第四茬為最低值。

圖2 各處理分枝數(shù)的變化Fig.2 Variation of branch number in different treatments

圖3 各處理莖葉比的變化 Fig.3Variation of stem-leaf in different treatments

表3 各處理苜蓿生長指標比較

Tab.3 Comparison of alfalfa growth indices under different treatments

茬次株高/cmW1W2W3W4W5分枝數(shù)/(個·m-2)W1W2W3W4W5莖葉比W1W2W3W4W5一茬84.3782.5684.0784.9781.13916.67896.67913.33930.00863.331.221.441.511.411.49二茬95.2494.3194.6694.4090.17856.67830.00900.00926.67923.331.321.391.481.281.38三茬78.3382.5878.5079.7578.67703.33436.67650.00676.67543.331.311.251.281.231.14四茬77.8377.1679.9877.5868.80603.33476.67593.33550.00490.001.271.181.221.181.07均值83.94 ab84.15 a84.30 a84.18 a79.69 b770 a660 b764.17 a770.84 a705 ab1.28 a1.32 a1.37 a1.28 a1.27 a

2.3 各處理對苜蓿產(chǎn)量的影響

由表4知，各處理苜蓿四茬累積鮮草產(chǎn)量排列順序為：W3>W1>W2>W4>W5，各處理苜蓿四茬累積干草產(chǎn)量排列順序為：W3>W1>W2>W5>W4，均呈隨灌溉定額下降而逐步減少的趨勢，以W3的95 931 kg/hm2鮮草產(chǎn)量和19 070 kg/hm2干草產(chǎn)量為最高值，且W3、W1和W2間鮮草和干草產(chǎn)量差異均不顯著，W4、W5間鮮草和干草產(chǎn)量差異達不到顯著水平，以W5的71 836 kg/hm2鮮草產(chǎn)量為最低值，但受W4的干鮮比0.21低于W5干鮮比0.22的影響，W5干草產(chǎn)量高于W4；從各茬次鮮草和干草產(chǎn)量變化來看，各處理均隨收獲茬次的延續(xù)鮮草、干草產(chǎn)量呈逐步下降的過程，第一茬鮮草、干草產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的43.61%和42.66%，第二茬鮮草、干草產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的30.13%和30.78%，第三茬鮮草、干草產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的15.07%和14.78%，第四茬鮮草、干草產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的11.19%和11.77%。

從各處理各茬次產(chǎn)量比較來看，第一茬各處理干草產(chǎn)量排列順序為：W2>W3>W1>W4>W5，以W2處理的8 483 kg/hm2為最高值，W2和W3間差異達不到顯著水平,但與其他各處理產(chǎn)量差異達顯著水平；第二茬各處理干草產(chǎn)量排列順序為：W3>W5>W1>W2>W4，且W3與其他各處理間干草產(chǎn)量差異達顯著水平；第三茬各處理干草產(chǎn)量排列順序為：W1>W2>W4>W3>W5，以W1的3 097 kg/hm2為最高值，且與其他各處理干草產(chǎn)量差異達顯著水平；第四茬各處理干草產(chǎn)量排列順序為：W3>W1>W2>W5>W4，以W3的2 714 kg/hm2為最高值，且與其他各處理間產(chǎn)量差異達顯著水平。

表4 不同土壤含水量下限對苜蓿產(chǎn)量的影響

Tab.4 Effects of different tremtments on alfalfa yield

茬次鮮草產(chǎn)量/(kg·m-2)W1W2W3W4W5干草產(chǎn)量/(kg·m-2)W1W2W3W4W5干鮮比W1W2W3W4W5一茬38 719 b 43 072 a40 270 ab34 050 c29 281 d7 754 b8 483 a7 877 ab7 077 c6 015 d0.200.200.200.210.21二茬2 7147 b24 912 c32 316 a19 410 d24 312 c5 696 b4 962 c6 191 a4 277 d5 719 b0.210.200.190.220.24三茬15 975 a13 740 b11 439 d12 573 c10 338 e3 097 a2 791 b2 288 d2 573 c2 140 d0.190.200.200.200.21四茬9 738 b9 205 bc11 906 a8 804 c7 904 d2 028 b1 916 bc2 714 a1 761 d1 846 cd0.210.210.230.200.23合計91 579 a90 929 a9 5931 a74 837 b71 836 b18 576 a18 153 a19 070 a15 688 b15 720 b0.200.200.200.210.22

2.4 各處理的水分效應(yīng)

2.4.1 各處理灌水及耗水狀況分析

受試驗設(shè)計土壤含水量下限不同的影響，各處理隨土壤含水量下限降低灌水定額逐步增加，各處理灌水時間不一，導致各處理苜蓿生長期內(nèi)灌水次數(shù)、灌溉定額不同，引起土壤供水量和耗水量在各處理間的差異。由表5知，各處理在苜蓿生長期內(nèi)，灌水次數(shù)隨土壤含水量下限的降低而逐步減少，W1灌水24次，W2灌水17次，W3灌水14次，W4灌水10次，W5灌水8次；各處理灌溉定額排列順序為：W3>W2>W1>W4>W5，以W3的3 894 m3/hm2為最大值，比W2僅多70 m3/hm2，W1和W4間灌溉定額僅相差71 m3/hm2，W5灌溉定額3 205 m3/hm2為最小值。

表5 各處理苜蓿生長期灌溉水量

Tab.5 Irrigation amount of alfalfa growth period in different treatments

處理第一茬灌水次數(shù)/次灌水量/(m3·hm-2)第二茬灌水次數(shù)/次灌水量/(m3·hm-2)第三茬灌水次數(shù)/次灌水量/(m3·hm-2)第四茬灌水次數(shù)/次灌水量/(m3·hm-2)灌溉定額/(m3·hm-2)W16992569281 10656923 481W24922482961 24438293 824W341 129382951 38225533 894W43991269141 38213463 410W531 1302830283014153 205

由表6知，各處理2 m土層土壤供水量排列順序為：W5>W2>W4>W3>W1，其中W1在苜蓿生長期內(nèi)2 m土層土壤水分為增加狀態(tài)，土壤供水量為-5.7 m3/hm2，而W5、W2、W4、W3土壤水分則為消耗狀態(tài)，以灌溉定額最低的W5土壤供水量545.97 m3/hm2最大，以灌溉定額最高的W3土壤供水量最低，為149.62 m3/hm2；各處理耗水量和耗水強度均為：W2>W3>W4>W5>W1，以W2耗水量6 886.98 m3/hm2和3.80 mm/d耗水強度為最大值，W1耗水量6 102.61 m3/hm2和3.37mm/d耗水強度為最小值，見圖4。

圖4 各處理耗水強度變化Fig.4 Variation of water consumption intensity in different treatments

從各茬次水分效應(yīng)來看，W1、W2、W3和W4灌水次數(shù)和灌水量均為三茬>一茬>二茬>四茬，W5則以第一茬灌水次數(shù)最多和灌水量最大。各茬次2 m土層土壤供水量受降雨量影響極為顯著，在苜蓿生長的第三茬降雨量最高，達102.2 mm，各處理土壤水分均呈現(xiàn)增加狀態(tài)，土壤供水量為負值；在苜蓿生長的第二茬，降雨量達88.6 mm，W2、W4、W5土壤供水量為負值，W1和W3土壤供水量為各茬次最低值；而在降雨量較少的第四茬和第一茬各處理土壤水分均呈消耗狀態(tài)。受各茬次苜蓿生長歷時、降雨及灌水次數(shù)和灌水量不同的影響，各茬次各處理耗水量差異較大，W4和W5耗水量均為一茬>二茬>三茬>四茬，隨收獲茬次延續(xù)耗水量減少，而W1、W2和W3表現(xiàn)不一；從耗水強度來看，W1、W3、W4均表現(xiàn)為：二茬>三茬>四茬>一茬，而W2為：三茬>二茬>四茬>一茬，W5則為：二茬>一茬>三茬>四茬，各處理表現(xiàn)不一。

2.4.2 各處理水分生產(chǎn)效率分析

由表6知，各處理在2018年苜蓿生長期內(nèi)，灌溉水生產(chǎn)效率(WSE)為：W1>W3=W5>W2>W4，水分生產(chǎn)效率(WUE)為：W1>W3>W2>W5>W4，以W1的灌溉水生產(chǎn)效率5.34 kg/m3和水分生產(chǎn)效率3.04 kg/ m3為最高值，以W4的灌溉水生產(chǎn)效率4.60 kg/m3和水分生產(chǎn)效率2.43 kg/m3為最低值。從各茬次來看，各處理灌溉水生產(chǎn)效率均以第三茬為最低，而最高值則W1、W3、W5出現(xiàn)在第一茬，W2和W4出現(xiàn)在第二茬；W1、W2、W4水分生產(chǎn)效率隨收獲茬次的延續(xù)而逐步下降，以第一茬水分生產(chǎn)效率最高，第四茬最低，而W3水分生產(chǎn)效率最低值出現(xiàn)在第三茬，W5水分生產(chǎn)效率以第二茬的3.39 kg/m3為最高值，以第三茬的1.49 kg/m3為最低值。

表6 不同土壤水分下限處理的水分效應(yīng)

Tab.6 Water effect of different moisture treatment

茬次2 m土層土壤供水量/(m3·hm-2)W1W2W3W4W5耗水量/(m3·hm-2)W1W2W3W4W5灌溉水生產(chǎn)效率WSE/(kg·m-3)W1W2W3W4W5水分生產(chǎn)效率WUE/(kg·m-3)W1W2W3W4W5一茬 63.93592.50227.81785.49990.501 210.011 668.571 510.891 930.572 274.577.829.206.987.145.326.415.085.213.672.64二茬51.63-274.49201.10-53.73-27.311 630.071 440.961 916.541 523.721 689.138.235.997.476.196.893.493.443.232.813.39三茬-314.71-269.98-772.44-903.60-419.011 813.801 996.531 632.071 500.911 433.502.802.241.661.862.581.711.401.401.711.49四茬193.45387.64493.15581.241.801 449.731 780.931 610.431 491.52981.082.932.314.915.094.451.401.081.691.181.88合計-5.70435.67149.62409.40545.976 102.616 886.986 670.946 446.726 378.295.344.754.904.604.903.042.642.862.432.46

2.5 各指標間的相關(guān)性分析

對試驗各處理測定的苜蓿形態(tài)指標、產(chǎn)量指標及水分利用指標間的相關(guān)分析表明，見表7，苜蓿干草產(chǎn)量與形態(tài)指標分枝數(shù)、莖葉比和株高均呈顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系；干草產(chǎn)量與鮮草產(chǎn)量間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，與耗水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系；產(chǎn)量指標干草產(chǎn)量和鮮草產(chǎn)量均與灌溉水生產(chǎn)效率(WSE)和水分生產(chǎn)效率(WUE)呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，但與各茬灌水量間相關(guān)關(guān)系不顯著；各茬灌水量與耗水量間呈顯著正相關(guān)關(guān)系；耗水量與莖葉比呈極顯著相關(guān)關(guān)系。為此，本研究認為各處理由于灌水量及灌水時間的不同，導致耗水量不同，通過耗水量影響莖葉比，進而通過莖葉比影響株高和分枝數(shù)來影響干草產(chǎn)量。

表7 各茬苜蓿生長、產(chǎn)量及水分利用指標間的相關(guān)性分析

Tab.7 Correlation analysis of growth,yield and water index in different stubble

各茬灌水量株高分枝數(shù)莖葉比鮮草產(chǎn)量干草產(chǎn)量干鮮比耗水量WSEWUE各茬灌水量1.000株高0.0251.000分枝數(shù)0.1670.713??1.000莖葉比0.3670.572??0.765??1.000鮮草產(chǎn)量0.2400.531?0.856??0.773??1.000干草產(chǎn)量0.2130.553?0.878??0.765??0.995??1.000干鮮比-0.474?-0.079-0.062-0.281-0.248-0.1561.000耗水量0.425?0.2430.1780.583??0.2110.209??-0.2291.000WSE-0.2850.601??0.794??0.555?0.835??0.857??0.077-0.0091.000WUE0.1240.472??0.803??0.540?0.929??0.932??-0.125-0.1230.832??1.000

注：*表示0.05顯著水平，**表示0.01極顯著水平；df=18，t(0.05,18)=2.101,t(0.01,18)=2.878。

2.6 苜蓿地下滴灌灌溉制度優(yōu)化

草產(chǎn)品是苜蓿種植的最終收獲物，提高干草產(chǎn)量是灌溉制度優(yōu)化的目標。選取與干草產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系極顯著的分枝數(shù)、莖葉比、鮮草產(chǎn)量、耗水量、灌溉水生產(chǎn)效率(WSE)、水分生產(chǎn)效率(WUE)和相關(guān)關(guān)系顯著的株高為評價指標，按照1.4.2部分公式計算各處理各茬次各評價指標的隸屬函數(shù)值及其平均值，對試驗設(shè)置的5個灌水處理按茬次進行綜合評價，以消除個別指標帶來的片面性，使各處理間的差異可量化比較。結(jié)果如表8所示：第一茬W2隸屬函數(shù)均值為0.725，表現(xiàn)最優(yōu)；第二茬W3隸屬函數(shù)值為0.784，表現(xiàn)最優(yōu)；第三茬W1隸屬函數(shù)值為0.766，表現(xiàn)最優(yōu)；第四茬W3隸屬函數(shù)值0.847，表現(xiàn)最優(yōu)。為此，地下滴灌灌溉方式下，苜蓿生產(chǎn)第一茬適宜的土壤水分下限為田間持水率70%，灌水定額230.5 m3/hm2，灌水4次，自分枝期后每隔7 d灌水一次，灌水量922 m3/hm2，預(yù)計產(chǎn)量達8 483 kg/hm2；第二茬適宜的土壤水分下限為田間持水率60%，灌水定額276.5 m3/hm2，灌水3次，自上茬草拉運出地后每隔7 d灌水一次，灌水量829.5 m3/hm2，預(yù)計產(chǎn)量達6 191 kg/hm2；第三茬適宜的土壤水分下限為田間持水率80%，灌水定額138.3 m3/hm2，灌水8次，自上茬草拉運出地后每隔4d灌水一次，灌水量1 106.4 m3/hm2，預(yù)計產(chǎn)量達3 097 kg/hm2；第四茬適宜的土壤水分下限為田間持水率60%，灌水定額276.5 m3/hm2，灌水2次，自上茬草拉運出地后灌水一次，后視降雨及苜蓿生長狀況適時灌水1次，灌水量553 m3/hm2，預(yù)計產(chǎn)量達2 714 kg/hm2；苜蓿生長期內(nèi)灌溉定額3 410.95 m3/hm2，灌水17次，預(yù)計產(chǎn)量達20 485 kg/hm2，見表9。

3 討 論

灌溉是干旱半干旱地區(qū)促進苜蓿生長、提高產(chǎn)草量的關(guān)鍵[15]，其對苜蓿生長發(fā)育的影響是非常復雜的，而株高、分枝數(shù)、莖葉比是衡量苜蓿生長發(fā)育的主要形態(tài)指標。研究表明，苜蓿株高隨收獲茬次的延續(xù)呈現(xiàn)先升高再下降的2段式變化過程，各處理均以第二茬株高達最大值，這與仝炳偉[13]、朱鐵霞[16]隨收獲茬次延續(xù)株高下降的結(jié)論不一致，本試驗中第二茬、第三茬和第四茬收獲時間與仝炳偉[13]和朱鐵霞[16]全年收獲3茬的時間基本吻合。分枝數(shù)隨收獲茬次的延續(xù)呈逐步下降的過程[17]，但不同土壤含水量下限處理對分枝數(shù)影響不顯著。莖葉比隨灌溉定額的減少而逐步下降，這與Halim[18]、李巖[19]的結(jié)論相一致，同時，本研究認為各處理莖葉比隨收獲茬次的延續(xù)變化不一，W2、W3、W4、W5莖葉比隨收獲茬次延續(xù)逐步下降,這與李巖[19]的研究結(jié)論相同，但W1莖葉比以第二茬為最高值，其原因尚不清楚。

在苜蓿干草產(chǎn)量和水分的關(guān)系方面，本研究各處理灌溉定額排列順序為：W3>W2>W1>W4>W5，而產(chǎn)量順序為：W3>W1>W2>W5>W4，土壤含水量下限高于60%田間持水率的W3、W1和W2產(chǎn)量差異達不到顯著水平，而土壤含水量下限低于60%田間持水率的W5和W4產(chǎn)量急劇下降，這與蔻丹[20]、李茂娜[21]和董國鋒[22]認為土壤含水率高于60%田間持水率時，隨水分虧缺苜蓿的產(chǎn)量下降不顯著，但是低于60%田間持水率時產(chǎn)量急劇下降的結(jié)論相一致。隨收獲茬次的延續(xù)各處理產(chǎn)量逐步下降，這與仝炳偉[13]、 馬彥麟[23]結(jié)論相一致，各茬產(chǎn)量分別占總產(chǎn)量的42.66%、30.78%、14.78%和11.77%，同茬次內(nèi)不同土壤含水量下限處理對產(chǎn)量的影響變化不一，這與王云玲[24]的結(jié)論相一致。同時，本研究表明，干草產(chǎn)量與灌水量間相關(guān)關(guān)系不顯著，而與耗水量呈極顯著相關(guān)關(guān)系[25]，同時，干草產(chǎn)量與分枝數(shù)[26]、莖葉比呈極顯著相關(guān)關(guān)系，與株高呈顯著相關(guān)關(guān)系[27]，且分枝數(shù)、莖葉比和株高間呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，而各茬灌水量與耗水量呈顯著正相關(guān)關(guān)系，耗水量與莖葉比呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，為此，認為各茬灌水量通過影響耗水量而影響苜蓿莖葉比，通過莖葉比影響株高和分枝數(shù)來影響干草產(chǎn)量。受灌水定額和土壤含水量下限不同的影響，苜蓿生長期內(nèi)各處理灌水次數(shù)、各茬灌水量和灌溉定額不同，導致各處理各茬次土壤供水量、耗水量及耗水強度差異較大，灌溉水生產(chǎn)效率和水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)不一。

表8 各處理各茬次與苜蓿產(chǎn)量相關(guān)指標的隸屬函數(shù)值

Tab.8 Subordinate function values of every stubble in different treatments

茬次處理株高分枝數(shù)莖葉比鮮草產(chǎn)量干草產(chǎn)量耗水量WSEWUE均值排序一茬W10.8441.00000.6840.70500.6441.0000.6104W20.3720.6250.7591.0001.0000.4311.0000.6160.7251W30.7660.9371.0000.7970.7540.2830.4280.6610.7032W41.0001.2500.6550.3460.4300.6770.4690.2560.6353W5000.931001.000000.2415二茬W11.0000.2760.2000.5990.7410.3981.0000.5890.6002W20.81700.5500.4260.358001.0000.3944W30.8860.7241.0001.0001.0001.0000.6610.0000.7841W40.8341.0000000.1740.0890.1910.2865W500.9650.5000.3800.7530.5220.4020.3980.4903三茬W101.0001.0001.0001.0000.6751.0000.4530.7661W21.00000.6470.6040.6801.0000.50900.5552W30.0400.8000.8240.1950.1550.35300.3450.3394W40.3340.9000.5290.3960.4520.1200.1751.0000.4883W50.0800.40000000.8070.8820.2715四茬 W10.8081.0001.0000.4580.2800.5860.2230.2650.5772W20.74800.5500.3250.1631.000000.3484W31.0000.9210.7501.0001.0000.7870.9350.3830.8471W40.7850.5790.5500.22500.6381.0000.1190.4873W500.105000.08900.7701.0000.2465

表9 苜蓿各茬次生產(chǎn)適宜土壤水分下限及灌溉制度

Tab.9 Suitable lower soil moisture and irrigationschedule for alfalfa production

茬次土壤水分下限灌水定額/(m3·hm-2)灌水量/灌溉定額/( m3·hm-2)灌水次數(shù)/次灌水間隔時間/d預(yù)計產(chǎn)量/(kg·hm-2)一茬70%θ230.5922478 483二茬60%θ276.5829.5376 191三茬80%θ138.31 106.4843 097四茬60%θ276.55532202 714合計3 410.91720 485

在灌溉制度方面，本研究以與干草產(chǎn)量相關(guān)關(guān)系顯著的生長指標、產(chǎn)量指標和水分利用指標為評價指標，采用隸屬函數(shù)法定量地按茬次對各處理進行綜合評價，制定了包括灌溉定額、灌水次數(shù)和各茬次灌水定額、灌水量、灌水頻次的苜蓿草田地下滴灌灌溉制度，灌溉定額與田德龍[28]提出的河套灌區(qū)紫花苜蓿地下滴灌灌溉定額3 371.7 m3/hm2較為一致。

4 結(jié) 語

(1)在地下滴灌灌溉條件下，株高在收獲的各茬中均呈現(xiàn)先升高再下降的2段式變化過程，各處理均以第二茬株高達最大值，分枝數(shù)隨收獲茬次的延續(xù)呈逐步下降的過程，第四茬時各處理分枝數(shù)平均值僅為第一茬的60%，莖葉比隨灌溉定額的下降而逐步減少，對莖葉比影響最大的因素是耗水量。

(2)各處理干草產(chǎn)量排列順序為：W3>W1>W2>W5>W4，土壤含水量高于田間持水率60%的W3、W1和W2產(chǎn)量差異達不到顯著水平，且隨收獲茬次的延續(xù)各處理產(chǎn)量逐步下降。干草產(chǎn)量與分枝數(shù)、莖葉比、鮮草產(chǎn)量、耗水量相關(guān)關(guān)系極顯著，與株高相關(guān)關(guān)系顯著，分枝數(shù)和莖葉比對產(chǎn)量的影響大于株高。各茬灌水量通過影響耗水量而影響苜蓿莖葉比，通過莖葉比影響株高和分枝數(shù)來影響干草產(chǎn)量。

(3)寧夏引黃灌區(qū)豐水年型苜蓿草田生長季地下滴灌灌溉制度為：灌溉定額3 410.95 m3/hm2，灌水17次，第一茬灌水定額230.5 m3/hm2，灌水4次，自分枝期后間隔7 d灌水一次，灌水量為922 m3/hm2；第二茬灌水定額276.5 m3/hm2，灌水3次，間隔7 d，灌水量為829.5 m3/hm2；第三茬灌水定額138.3 m3/hm2，灌水8次，間隔4d，灌水量為1 106.4 m3/hm2；第四茬灌水定額276.5 m3/hm2，灌水2次，視降雨及苜蓿生長狀況適時灌水，灌水量為553 m3/hm2。