曹 睿，陳曉鵬

(1.內(nèi)蒙古機電職業(yè)技術(shù)學院水利與土木建筑工程系，呼和浩特 010020；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)水利水電勘測設(shè)計院，呼和浩特 010020)

蒙東地區(qū)(除呼倫貝爾市)水資源嚴重匱乏，人均水資源量不足800 m3，相當于國家和自治區(qū)人均水資源量的1/4，在世界公認的1 000 m3極度匱乏水資源線以下。隨著國民經(jīng)濟發(fā)展速度的提高，水資源匱乏的制約作用將更為明顯。赤峰市作為內(nèi)蒙古自治區(qū)東部的重要農(nóng)業(yè)大市，農(nóng)業(yè)用水占水資源比重較大。而農(nóng)業(yè)灌溉仍有一大部分采取傳統(tǒng)的灌溉方式，灌溉定額相對較高，普遍存在著大水漫灌的現(xiàn)象，節(jié)約水資源，強化水資源稀缺意識已到了刻不容緩的地步[1]。華北各省市針對各地不同的缺水特點，對人工牧草節(jié)水進行了探討和分析。近幾年，對我國華北部分牧業(yè)地區(qū)牧草灌溉進行了較為充分的研究。水利部牧區(qū)水利科學研究所劉虎、伊力哈木、 郭克貞等[2]以新疆北部阿勒泰草原為研究對象,通過對多年的牧草灌溉試驗數(shù)據(jù)進行分析比較,初步得到該區(qū)域苜蓿土壤水分與生長發(fā)育及產(chǎn)量關(guān)系。內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學于嬋、高瑞忠、朝倫巴根等學者[3]通過渾善達克沙地人工牧草灌溉試驗場觀測的氣象、葉片的蒸騰速率、葉面積指數(shù)、有效根系層深度、土壤含水率、土壤蒸發(fā)等數(shù)據(jù),利用雙作物系數(shù)法模擬計算了2004、2005年老芒麥的日作物需水量,經(jīng)與實測的作物蒸騰和土壤蒸發(fā)數(shù)據(jù)對比分析,檢驗了需水量模擬值與實測值間的一致性,在此基礎(chǔ)之上,討論了老芒麥需水量與產(chǎn)量、光合作用與蒸騰速率、光合作用與根系層土壤含水率的關(guān)系；袁莉、路晶[4]通過分析數(shù)據(jù)簡要闡述了蘇丹草在不同生育期的灌溉制度與增產(chǎn)效果，為后續(xù)工作者的工作打下了堅實的理論基礎(chǔ)；曾冬梅、時志宇、 潘群燕[5]針對新疆不同區(qū)域由于自然環(huán)境、水熱條件、土壤耕作性能的差異,牧草的需水狀況不同，通過對作物生育期內(nèi)不同階段的需水量進行測試和分析,分析作物產(chǎn)量和灌溉水量的關(guān)系, 提出切合實際的灌溉制度,以指導(dǎo)灌溉實踐。蒙東地區(qū)是我國主要的牧業(yè)發(fā)展基地，發(fā)展好人工牧草，有利于保障牧業(yè)畜產(chǎn)品的產(chǎn)量和安全。通過研究內(nèi)蒙古自治區(qū)常用牧區(qū)作物紫花苜蓿的生長特點及需求，解決牧業(yè)用水短缺問題。赤峰市屬于典型的內(nèi)蒙古缺水區(qū)，采用赤峰市試驗數(shù)據(jù)，能夠很好地代表缺水區(qū)牧業(yè)發(fā)展的后續(xù)思路。

赤峰市人均水資源占有量僅為850 m3,不足全國人均水資源占有量的40%,每公頃水資源占有水量僅為3 120 m3,是全國單位公頃占有水量的近13%，水資源的匱乏嚴重制約著以赤峰市為代表的牧區(qū)草業(yè)的發(fā)展，發(fā)展高效節(jié)水牧業(yè)，有利于打開牧區(qū)生產(chǎn)種植缺水的桎梏，打造一個新的歷史階段[6]。

1 試驗內(nèi)容與方法

1.1 研究區(qū)概況

項目區(qū)選取在被譽為“中國草都”的阿魯科爾沁旗紹根鎮(zhèn)巴音溫度嘎查境內(nèi)，基地面積800 hm2，經(jīng)多年試驗土壤、溫度、水分等條件非常適應(yīng)紫花苜蓿生長，并且基地附近無都市和大工業(yè)區(qū)，無污染源，是生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)紫花苜蓿的理想之地。

阿魯科爾沁旗紹根鎮(zhèn)巴音溫度嘎查年平均氣溫5.5 ℃，無霜期為95～140 d，年平均降水量300～400 mm，屬典型的大陸性氣候。試驗作物采用紫花苜蓿，該作物生長周期短，水分保有率低，干草產(chǎn)量高，適合在蒙東缺水地區(qū)生長，且種植經(jīng)驗豐富，作物對當?shù)氐耐寥浪?、鹽分、溫度等條件能夠很好地適合，鑒于以上原因，本次試驗采用紫花苜蓿作為研究對象。

1.2 試驗方法[4]

試驗采用田間對比試驗法設(shè)計，對紫花苜蓿的灌溉試驗設(shè)3個處理，即3個灌水水平進行對比試驗；根據(jù)研究區(qū)作物、土壤等特性，結(jié)合噴灌機的性能參數(shù)設(shè)計，設(shè)計3個處理的灌水定額分別為225、300和375 m3/hm2。

每個處理的灌水日期和灌水次數(shù)相同；灌水日期根據(jù)灌水定額為300 m3/hm2試驗處理的適宜含水率下限計算確定；每個處理3次重復(fù)，共計9個試驗小區(qū)(處理1、處理2、處理3、重復(fù)1-1、重復(fù)2-1、重復(fù)3-1、重復(fù)1-2、重復(fù)2-2、重復(fù)3-2)進行不同噴水量的對照試驗，見圖1。

圖1 試驗區(qū)域分布圖

所采用噴灌機控制面積36 hm2，分為1個基礎(chǔ)試驗區(qū)及2個對照試驗區(qū)，總計9個小試驗區(qū)，小試驗區(qū)面積分別為0.2、0.5、0.9 hm2，供水流量采用計算機遠程控制，9個區(qū)域的溫度、濕度、雨量遠程自動觀測及傳輸。設(shè)定試驗區(qū)灌水定額為處理1區(qū)：375 m3/hm2；處理2區(qū)：300 m3/hm2；處理3區(qū)：225 m3/hm2。

試驗主要對土壤密度、田間持水率進行測定、對噴灌不同生育期適宜指標進行設(shè)定，通過對不同生育期指標的分析和研究，確定紫花苜蓿的最優(yōu)化灌溉定額、分析增產(chǎn)增效效果，為牧業(yè)生產(chǎn)及舍飼圈養(yǎng)作指導(dǎo)。

2 試驗結(jié)果的分析與對比

試驗成果分析主要從土壤密度、灌溉定額、不同生育期適宜指標及作物產(chǎn)量4方面進行分析。

2.1 土壤密度的分析

土壤密度作為作物生長的一個重要指標，起著至關(guān)重要的作用。即：土壤密度小，表明土壤較疏松，通透性好；反之，土壤密度大，表明土體緊實，結(jié)構(gòu)性和通透性較差。土壤孔隙度又稱孔度，系指單位體積土壤中孔隙所占的百分率。一般粗質(zhì)地土壤孔隙度較低，但粗孔隙較多，而細質(zhì)地土壤相反。經(jīng)測定，試驗區(qū)的土壤密度為1.544 g/cm3，土壤的孔隙率為45%。

選取各生育期具有典型代表的試驗區(qū)域，通過作物種植區(qū)域地下縱斷面觀察作物根系在各生育期的發(fā)展態(tài)勢，經(jīng)環(huán)刀法和率定確定，0～20 cm的土壤密度最大，孔隙度最小，60～80 cm次之，40～60 cm土壤密度最小。0～100 cm加權(quán)平均土壤密度為1.54 g/cm3。說明該土質(zhì)結(jié)構(gòu)合理、孔隙較多，耕性、透水性、通氣性較好，利用水分和空氣的吸收，有較強的保水能力，適合人工牧草的生長見表1。

表1 試驗田密度、田間持水量

經(jīng)過測定土壤田間持水率按質(zhì)量比為11.9%，按體積比為23.5%。通過以上實測資料做質(zhì)量含水率x與體積含水率y的相關(guān)分析，建立經(jīng)驗公式：

y=3.601 7x0.756 9

(1)

經(jīng)相關(guān)顯著性分析，x與y相關(guān)系數(shù)R2=0.996，相關(guān)極顯著。

2.2 不同生育期指標分析

通過對作物各生育階段的土層進行縱剖，觀察生育期內(nèi)作物需水的適宜深度，同時測定適宜土壤濕潤含水率下限，如表2所示。

表2 噴灌紫花苜蓿不同生育期適宜指標

通過在同一區(qū)域不同地塊(光照時間、強度、土壤肥力等基本相似)進行試驗對比，觀察得出在苗期到開花階段，濕潤深度加大到45 cm以上，紫花苜蓿根系在生長過程中向土壤深層延伸，45 cm有利于紫花苜蓿根系的發(fā)展和汲取水分，保證每茬產(chǎn)量均較高。同時在試驗中建議噴灌時期選取在無風或微風期間，保證水均勻噴灑，對產(chǎn)量影響最小。紫花苜蓿一般可收割三茬，由于第三茬成熟臨近冬季，為了保護植物的根系，故不建議對紫花苜蓿第三茬進行收割。

2.3 灌溉定額的分析

紫花苜蓿是深根植物，根系很發(fā)達，能吸收深層土壤水分，但其根系不宜長期水淹，因此，制定合理高效的灌溉制度有利于保護紫花苜蓿的生長和增加作物的產(chǎn)量。根據(jù)赤峰市阿魯科爾沁旗年降雨量300～400 mm的具體情況，設(shè)計最優(yōu)化灌溉制度。

對阿魯科爾沁旗天山氣象站多年降雨頻率分析得出：項目實施第一年2012年為豐水年，降雨頻率為3.33%；而2013和2014年為偏旱年，降雨頻率分別為62%和58%。2012-2014年降雨量和降雨頻率見表3。

表3 2012-2014年降雨量統(tǒng)計

根據(jù)田間自動氣象站資料，2012-2014年紫花苜蓿生育期有效降雨量分別為325、221和261 mm，通過水量平衡反推出降雨頻率分別為85%(干旱年)、50%(平水年)2個不同水平年的紫花苜蓿噴灌制度見表4。

表4 最優(yōu)化紫花苜蓿灌溉制度

2.4 紫花苜蓿增產(chǎn)增效分析

紫花苜蓿生長發(fā)育的不同時期進行不同水分處理，會直接影響到紫花苜蓿的生長發(fā)育、生理指標，最終影響作物產(chǎn)量。從表5中可以看出，紫花苜蓿產(chǎn)量與灌水量密切相關(guān)。隨著灌溉定額的增大，產(chǎn)量有線性逐漸增加的趨勢。處理1的產(chǎn)量最高為1.36萬kg/hm2，處理3的產(chǎn)量最低為1.02萬kg/hm2，較處理1低3 500 kg/hm2，產(chǎn)量降低25%。處理1增產(chǎn)幅度和增產(chǎn)效果明顯高于其他處理。

以各處理小區(qū)產(chǎn)量為標準計算公頃產(chǎn)量，根據(jù)實際種植密度計算各處理的公頃產(chǎn)量結(jié)果如表6所示。從表6中可以看出，處理1產(chǎn)量為1.382 4萬kg/hm2，處理2的產(chǎn)量為1.430 7萬kg/hm2，處理3的產(chǎn)量為1.353 4萬kg/hm2。各處理的產(chǎn)量間無明顯差異。

表5 不同處理紫花苜蓿產(chǎn)量增產(chǎn)效果

通過分析和校核，核定內(nèi)蒙古蒙東地區(qū)牧區(qū)溫暖半干旱農(nóng)業(yè)區(qū)的灌溉定額為4 200 m3/hm2，在干旱年份，加大計劃濕潤層深度為45 cm，增加灌溉定額600 m3/hm2，即可保證紫花苜蓿的正常生長。

表6 紫花苜蓿各處理作物需水系數(shù)及水分利用率表

通過以上實測資料做紫花苜蓿需水量x(mm)與產(chǎn)量y(kg/hm2)的相關(guān)分析，建立經(jīng)驗公式：

y=-0.303x2+361x-93 582

(2)

經(jīng)相關(guān)顯著性分析，紫花苜蓿需水量x與y產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)R2=0.94，相關(guān)極顯著。

紫花苜蓿產(chǎn)量根據(jù)測算結(jié)果，2012年各處理之間無明顯差異，平均產(chǎn)量為1.406 82萬kg/hm2，2013、2014年的產(chǎn)量由于灌水量的不同，差距很大，效益按最優(yōu)考慮，分別為1.368 0、1.463 61萬kg/hm2，綜合考慮產(chǎn)量，本次效益分析產(chǎn)量采用平均每公頃1.406 82萬kg，每公斤1.8元，每公頃產(chǎn)值為2.532 2萬元，扣除成本5 995元，純產(chǎn)值1.932 7萬元/hm2；青儲紫花苜蓿每公頃產(chǎn)量為69.75 t，每噸300元，每公頃產(chǎn)值為2.092 5萬元，扣除成本9 916元，純產(chǎn)值1.100 9萬元/hm2；天然草場每公頃產(chǎn)值3 000 元，扣除收獲成本300元，每公頃純產(chǎn)值2 700 元。根據(jù)投入產(chǎn)出分析，種植紫花苜蓿比種植青儲紫花苜蓿每公頃多收入8 318 元，比天然草場多收入1.662 7萬元。

綜上所述，采用紫花苜蓿噴灌高密度種植，節(jié)水、節(jié)肥、省工，增產(chǎn)，可利于示范和大面積推廣。

3 結(jié) 語

通過在試驗區(qū)對36 hm2試驗地進行科學、合理的試驗，得出以下結(jié)論。

(1)蒙東地區(qū)牧區(qū)紫花苜蓿的灌溉定額控制在4 200 m3/hm2既保證了作物水分的利用率，有保證達到了節(jié)水。

(2)種植紫花苜?？刂茲駶檶由疃仍?～40 cm，在干旱條件下控制濕潤層深度在0～45 cm，適宜土壤含水率下限不低于60%有利于保證紫花苜蓿的產(chǎn)量。

(3)種植紫花苜蓿比種植青儲紫花苜蓿每公頃多收入8 318 元，比天然草場多收入1.662 7萬元，調(diào)動了牧民的積極性，極大地增加了牧民的收入，保證了飼料產(chǎn)量。

通過試驗可以看出：紫花苜蓿噴灌適合在以赤峰為代表的蒙東地區(qū)牧區(qū)推廣和示范，為蒙東地區(qū)牧區(qū)種植灌溉提供了一個新的思路。

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