高天明，張瑞強，王 健，楊志勇，岳征文(1．中國水利水電科學研究院流域水循環(huán)模擬與調控國家重點實驗室，北京 100038；．水利部牧區(qū)水利科學研究所，呼和浩特 01000)

0 引 言

黃芪為豆科多年生草本植物，入藥部位為膜莢黃芪或蒙古黃芪的干燥根，主要產自內蒙古、山西、甘肅、黑龍江等地。黃芪有補氣升陽、固表止汗、托毒排膿、利水消腫和生肌等功效[1]。近年來對于黃芪的研究表明，其具有增強機體免疫功能，促進機體代謝，強心，降壓，耐缺氧及應激能力以及調節(jié)血糖的功效[2]。目前對黃芪的需求越來越多，但是黃芪的來源匱乏，野生黃芪資源逐年減少，急需發(fā)展人工栽培來緩解國內和國際市場對于黃芪的需求[3]。同時，黃芪地上莖葉也是優(yōu)質的飼草料，牛、羊、馬等大型牲畜均喜食。因此，黃芪作為飼藥兩用植物具有廣闊的應用前景[4,5]。

微潤灌溉是一種利用半透膜技術原理，用微量的水以緩慢滲透的方式向土壤給水，使土壤保持濕潤的地下灌溉方式[6,7]。目前針對微潤灌溉的研究在水分入滲特性[7]、分布規(guī)律及均勻性評價[7,8]、溫室蔬菜與果樹增產及水分利用效率[9,10]等方面取得一些重要成果。溫度對作物生長影響很大，作物完成各物候期的生長都需要適宜的溫度和一定的溫度積累，因此，溫度是保障作物優(yōu)質高產的重要因子[11]。對于干旱牧區(qū)，以草地節(jié)水灌溉為支撐的集約化人工草地建設，已成為我國牧區(qū)提高草地生產力，保障養(yǎng)畜規(guī)模穩(wěn)定的有力措施[12]。目前針對黃芪在微潤灌溉條件下的溫度及產量研究還未見相關報道。因此本文以微潤灌黃芪為研究對象，以滴灌黃芪為對照，研究不同灌溉方式條件下黃芪溫度、物候期及產量等差異，為這微潤灌+黃芪這一高附加值節(jié)水型人工草地模式的推廣應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗地點位于內蒙古包頭市達爾罕茂明安聯(lián)合旗希拉穆仁鎮(zhèn)境內的水利部牧區(qū)水利科學研究所綜合試驗基地(以下簡稱基地)，地理坐標41°12′ N～41°31′N，111°00′E～111°20′ E。中溫帶半干旱大陸性季風氣候，春秋季干旱多風，夏季雨量較多，冬季干燥寒冷。年均降水量279.4 mm，主要集中于夏季，年均蒸發(fā)量2 305 mm，年均氣溫2.5 ℃，年均日照時數(shù)3 100～3 300 h，無霜期83 d，年均風速4.5 m/s，冬春以北風和西北風為主，年大風日數(shù)為63 d，沙塵暴日數(shù)20～25 d。地帶性土壤為栗鈣土，質地粗糙，土層厚度一般30 cm，鈣積層厚度一般30～50 cm。地帶性植被建群種植物為克氏針茅，伴生冷蒿、羊草、冰草、糙隱子草、銀灰旋花、狹葉錦雞兒等多年生旱生草本和小灌木?；厮谙＠氯什菰话阌?月下旬植物返青，至8月下旬進入枯萎期。

1.2 試驗小區(qū)布置

于2012年春季建植1 hm2試驗小區(qū)，土壤為中強石質沙壤土，較為粗糙，有機質約3%，堿解氮16 ppm，速效磷4 ppm，速效鉀105 ppm，pH值8.3。將該試驗小區(qū)等分為兩部分，兩部分間隔距離6 m，分別布置滴灌和微潤灌田間管道，條播黃芪，行距50 cm。灌溉水源均為地下水，其中滴灌由光伏提水系統(tǒng)直接供水，微潤灌則由光伏提水至儲水箱內，儲水箱高2.5 m，由儲水箱為微潤管供水。

1.3 試驗方法

(1)溫度測量：2014年4月27日，在試驗田安裝溫度自動監(jiān)測系統(tǒng)，該套溫度監(jiān)測系統(tǒng)共8個溫度傳感器，分別編號1號、2號…8號。在滴灌和微潤灌試驗田以“品”字型各選取典型地段3處，1號傳感器監(jiān)測滴灌試驗田3處典型地段中間地段的冠層氣溫，2號、3號、4號傳感器分別監(jiān)測3處典型地段的土壤15 cm深度處的地溫。5號傳感器監(jiān)測微潤灌試驗田3處典型地段中間地段的冠層氣溫，6號、7號、8號傳感器分別監(jiān)測微潤灌試驗田3處典型地段的土壤15 cm深度處的地溫。監(jiān)測時間間隔均為1 h。

(2)產量測定：2012年8月26日和2013年8月14日測定地上飼草產量，2014年9月14日測定地下根莖產量。

(3)生長測定：2014年生長期內，對滴灌和微潤灌區(qū)的黃芪每隔10 d左右測量高度和記錄物候期。

1.4 數(shù)據處理

試數(shù)據應用Excel軟件進行原始數(shù)據處理并作圖，采用spss17.0軟件進行統(tǒng)計分析。

2 結果與分析

2.1 溫度對比

2014年生長期內，滴灌區(qū)共灌溉4次，分別為5月20日、5月30日、6月22日、7月17日白天(7∶00-18∶00)灌溉9～10 h。圖1中，滴灌區(qū)灌溉后，冠層氣溫在夜間(19∶00-6∶00)與微潤灌區(qū)相差無幾，但是在白天(7∶00-18∶00)則明顯低于微潤區(qū)，其中5月20日-22日晝間平均冠層氣溫分別低3.2、2.1、2.6 ℃，5月30-6月1日分別低4.5、3.7、5.2 ℃，6月22日-24日分別低4、7.7、4.3 ℃，7月17日-19日分別低1.3、1.1、1.1 ℃。對于地溫，圖1中，滴灌區(qū)無論晝夜均低于微潤灌區(qū)，其中5月20日-22日滴灌區(qū)日平均地溫相比微潤灌區(qū)分別低1.5、2.2、2.3 ℃，5月30-6月1日分別低2.4、3.3、3 ℃，6月22日-24日分別低2.1、3、3 ℃，7月17日-19日分別低2.4、2.1、1.6 ℃。通過對比，滴灌后黃芪冠層氣溫和地溫均低于微潤灌黃芪，并且這種情況通常持續(xù)3～5 d。

圖1 2014年滴灌灌溉后3 d內冠層氣溫和地溫與微潤灌對比

滴灌區(qū)和微潤灌區(qū)黃芪的生長期長度不同，滴灌黃芪生長期自4月25日返青至8月25日枯萎，共123 d，微潤灌黃芪自4月25日返青至8月29日枯萎，共127 d。生長期內黃芪冠層氣溫和地溫日均值如圖2所示。

圖2中，微潤灌區(qū)黃芪生長期內日均冠層氣溫平均值分別為15.4和15.6 ℃,地溫平均值分別為14.3和15 ℃，均不同程度高于滴灌黃芪，特別是在滴灌灌溉后的3～5 d內，差異更為明顯。溫度對植物的生長發(fā)育起著至關重要的作用，一般認為，在溫度耐受范圍內，植物的新陳代謝速率與溫度成正比例關系，并且植物完成其生命周期必須一定的溫度累積。

2.2 物候期對比

圖3可以看出，滴灌與微潤灌黃芪均在2014年4月25日返青，并且在各物候期的生長高度相差并不顯著，但二者的物候期有較顯著的差異。微潤灌黃芪于5月8日進入分枝期，滴灌黃芪于5月10日進入分枝期，相比微潤灌黃芪晚2 d。現(xiàn)蕾期微潤灌黃芪為6月7日，而滴灌黃芪則于6月10日現(xiàn)蕾，晚3 d。初花期微潤灌黃芪為6月10日，而滴灌黃芪則于6月17日初花，晚7 d。以后的盛花期、結莢期、成熟期，滴灌黃芪均較微潤灌黃芪晚5～9 d。但是，滴灌黃芪于8月25日進入枯萎期，微潤灌黃芪于8月29日才進入枯萎期，較微潤灌黃芪早4 d。

營養(yǎng)生長期(返青、分枝)滴灌黃芪冠層≥10 ℃活動積溫累積為495日度，微潤灌為491日度，土壤≥5℃活動積溫累積二者分別為470日度和471日度。滴灌黃芪于6月10日完成營養(yǎng)生長，而微潤灌在6月7日由于地溫活動積溫累積與滴灌黃芪相近，便開始現(xiàn)蕾，比滴灌黃芪提早3 d完成了營養(yǎng)生長。生殖生長期(現(xiàn)蕾、開花、結莢)滴灌黃芪冠層≥10 ℃活動積溫累積為853日度，微潤灌為845日度，土壤≥5 ℃活動積溫累積二者分別為800日度和832日度。微潤灌黃芪提早5 d達到了與滴灌黃芪相近的活動積溫的累積。成熟期滴灌黃芪冠層≥10 ℃活動積溫累積為431日度，微潤灌為576日度，土壤≥5 ℃活動積溫累積二者分別為441日度和583日度，微潤灌黃芪明顯大于滴灌黃芪。這是由于微潤灌黃芪成熟期相比滴灌黃芪提早9 d，并且枯萎期延后4 d，因此整個成熟期，微潤灌黃芪相比滴灌黃芪多13 d。

圖2 2014年滴灌與微潤灌黃芪生長期內冠層氣溫與地溫日均值

圖3 2014年滴灌與微潤灌黃芪物候期生長高度

整個生長期內，滴灌黃芪冠層≥10 ℃活動積溫累積為1 786日度，土壤≥5 ℃活動積溫累積為1 711日度，微潤灌黃芪冠層≥10 ℃活動積溫累積為1 876日度，土壤≥5 ℃活動積溫累積為1 858日度。微潤灌黃芪生長期內冠層≥10 ℃和土壤≥5 ℃活動積溫較滴灌黃芪分別高90日度和147日度。

因此，微潤灌黃芪由于溫度高于滴灌黃芪，雖然對高度生長影響不大，但使其各物候期均提前于滴灌黃芪，并且枯萎期延后于滴灌黃芪。

2.3 產量對比

黃芪為多年生飼藥兩用植物，其地上植株可以每年刈割一次，地下根莖一般需要生長3年才可藥用。表1中，2012年和2013年均于8月中下旬的開花期刈割，2014年于9月中旬的枯萎期末收獲藥用根。微潤灌區(qū)黃芪干草及根產量明顯高于滴灌區(qū)：2012年為苗期，兩塊試驗田黃芪飼草產量均不高，但微潤灌區(qū)明顯高于滴灌區(qū)81%；2013年為生長第二年，兩塊試驗田黃芪飼草產量相比各自的2012年大幅提高，微潤灌區(qū)明顯高于滴灌區(qū)49%；2014年為黃芪干根收獲期，微潤灌區(qū)黃芪根產量明顯高于滴灌區(qū)60%。

表1 滴灌與微潤灌溉區(qū)黃芪產量對比

注：2012、2013年為干草產量，2014年為干根產量。

3 討 論

灌溉方式對地溫的影響，不同研究者的結論有所不同，如陳德軍[13]等在新疆灌區(qū)研究顯示灌溉能夠增加地溫，而劉瑩[14]等、張娜[15]等、謝美玲[16]等分別在吉林和新疆地區(qū)研究顯示灌溉能夠降低地溫。但筆者認為，灌溉對地溫的影響主要取決于水和土壤的溫度差異，即如果水溫高于地溫，則灌溉具有增溫作用，如果水溫低于地溫，則灌溉具有降溫作用，另外，當水溫與地溫接近時，由于水的巨大比熱，則灌溉具有減小地溫變幅的作用。本研究灌溉水源為地下水，水溫較低，灌溉后必然降低地溫。這種降溫程度顯然與灌溉流量呈正比，試驗小區(qū)微潤灌溉流量一般0.1～0.2 mm/h，滴灌流量一般6～8 mm/h，相差懸殊。因此，微潤灌由于較小的流量對地溫的降溫作用明顯滴灌，從而導致微潤灌區(qū)地溫高于滴灌區(qū)。與此同時，空氣與土壤時刻進行著熱量交換，地溫的降低也同時通過熱通量使冠層氣溫降低，因此，微潤灌黃芪冠層氣溫也同樣高于滴灌黃芪。

試驗區(qū)生長季內，黃芪草地冠層極少數(shù)最低氣溫為-1 ℃，最高也極少數(shù)超過40 ℃，而地溫大部分時期維持在10～20 ℃之間，春季極少數(shù)時期降低至5 ℃。植物完成某一物候期的生長，需要一定的活動溫度的積累。一般地上部分的活動溫度為≥10 ℃，地下部分為≥5 ℃。由于微潤灌黃芪溫度相對較高，因此其活動積溫高于滴灌黃芪，使其生長期提前于而枯萎期延后于滴灌黃芪，即微潤灌黃芪整個生長期較滴灌黃芪長。

眾所周知，光合作用是植物生長的保障，而溫度是影響光合速率的重要因素。對于C3草本植物，其最低耐受溫度為-2～0 ℃，最適溫度為20～30 ℃，最高耐受溫度為40～50 ℃，在最低耐受溫度至適宜溫度范圍內，溫度越高則光合速率也越高，生長量也越大，當在適宜溫度至最高耐受溫度范圍內時，溫度越高則光合速率越低，生長量也越小[11]。試驗區(qū)生長季內，黃芪草地冠氣溫和地溫大多數(shù)處于最低耐受溫度至適宜溫度范圍內。因此，黃芪的生長量與溫度成正比，由于微潤灌黃芪草地的溫度高于滴灌黃芪，從而，微潤灌黃芪生長量也相應高于滴灌黃芪。

綜上，由于微潤灌黃芪溫度高于滴灌黃芪，導致微潤灌黃芪生長期相對較長，生長量相對較高，最終導致微潤灌黃芪產量高于滴灌黃芪。

4 結 語

(1)滴灌后黃芪冠層氣溫和地溫均低于微潤灌黃芪，并且這種情況通常持續(xù)3～5 d。

(2)生長季內，微潤灌黃芪冠層≥10 ℃和土壤≥5 ℃活動積溫較滴灌黃芪分別高90日度和147日度。

(3)微潤灌黃芪與滴灌黃芪相比，高度生長差異不顯著，但微潤灌黃芪生長期提前于而枯萎期延后于滴灌黃芪，即微潤灌黃芪整個生長期較滴灌黃芪長。

(4)微潤灌黃芪干草產量高于滴灌黃芪50%以上，藥用根產量高于滴灌黃芪60%。

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