宁夏干旱风沙草原区紫花苜蓿固定喷灌水肥耦合试验

周乾 徐利岗 汤英 刘燕茹

摘要 [目的]研究宁夏干旱风沙草原区紫花苜蓿固定喷灌水肥协同效应和水肥管理制度。[方法]以苜蓿为试验材料,通过大田试验对不同水肥组合下固定喷灌紫花苜蓿株高、土壤水分、产量及水分生产效率等指标进行综合分析。[结果]苜蓿株高随灌水量的增加而增加,现蕾期和分枝期耗水量显著大于其他生育阶段;处理T4和T10苜蓿产量和水分利用效率均较高,且均无显著差异(P>0.05)。[结论]宁夏干旱风沙草原区苜蓿固定喷灌水肥耦合灌溉制度为灌溉定额3 600 m3/hm2,灌水次数为9次;施肥量为N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2。

关键词 干旱风沙草原区;紫花苜蓿;固定喷灌;灌溉制度;水肥耦合

中图分类号 S275.5 文献标识码 A 文章编号 0517-6611(2021)17-0195-06

doi:10.3969/j.issn.0517-6611.2021.17.051

Key words [Objective] To study the synergistic effects and management system of water and fertilizer of alfalfa with fixed spray irrigation in arid sand savanes of Ningxia. [Method]Taking alfalfa as test materials, the plant height, soil moisture content, yield, water production efficiency and other indices of alfalfa with fixed spray irrigation under different water and fertilizer combinations were analyzed through field experiment.[Result]The plant height of alfalfa increased with the increase of water irrigation amount. Water consumption in budding stage and branching stage was significantly higher than that in other growth stages. Treatment T10 and T4 had higher yield and water use efficiency, and there was no significant difference between the two treatments.[Conclusion] The water-fertilizer coupling irrigation system of alfalfa with fixed spray irrigation in arid sand savanes of Ningxia was as follows: the irrigation quota was 3 600 m3/hm2, irrigation times was 9 times; the fertilization amount of N, P2O5 and K2O were 75, 105 and 90 kg/hm2 respectively.

Key words Arid sand savanes;Alfalfa;Fixed spray irrigation;Irrigation system;Coupling of water and fertilizer

我國是一个干旱缺水极为严重的国家,淡水资源总量虽然有2.8万亿m3,占世界水资源总量的6%,居世界第4位,但人均水资源占有量仅为世界平均水平的25%左右,是全球人均水资源最贫乏的国家之一[1]。我国水资源分布极不均匀,宁夏是我国水资源严重短缺的省区之一,当地水资源量少质差,多年平均降水量289 mm,70%的降水量集中在汛期,北部引黄灌区不足200 mm,最小的地区仅几十毫米,多年平均蒸发量为2 200 mm左右,全区水资源总量11.63 亿m3,人均占有量190 m3,只有全国平均值的1/12,水资源可利用量少且开发利用难度大。宁夏农业用水量占总用水量的85%,且农业用水水平和用水效率低于全国平均水平,农业节水将是缓解水资源供需矛盾的主要途径。水肥一体化技术是同时进行灌溉与施肥,适时并适量满足农作物对水分和养分的需求,实现水肥协同管理和高效利用的农业技术[2-3]。大量研究表明,与传统方式相比,水肥一体化技术可以减少肥料的损失,同时提高水肥的综合利用效率。针对宁夏农业用水矛盾突出、水资源利用效率不高等突出问题,大力推广高效节水灌溉与水肥一体化技术尤为重要[4-5]。在宁夏干旱风沙草原区,由于耕地面积集约化程度较高,人力资源和水资源匮乏,喷灌成为苜蓿高效综合生产的必选方式,因此摸清苜蓿喷灌条件下需水、需肥规律和水肥协同效应等问题对于提高苜蓿喷灌综合生产效率、产量、品质和挖掘农业节水潜力极为重要[6-8]。

笔者针对宁夏干旱风沙草原区水资源短缺及优化配置不合理等问题,采用固定式喷灌灌水技术,通过大田试验研究了苜蓿固定喷灌条件下水肥交互效应,探讨了苜蓿不同水肥组合对苜蓿生理生长之间的影响机制,提出了宁夏干旱风沙草原区苜蓿喷灌水肥管理制度,对于提高苜蓿效益、促进宁夏草畜产业发展、缓解宁夏水资源供需矛盾、提高水资源利用效率具有重要意义[9-11]。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于宁夏盐池县青山乡,地处陕、甘、宁、蒙四省(区)交界地带,属于典型的温带大陆性季风气候,年日照时数为2 868 h;年平均气温8.5 ℃,≥10 ℃积温2 945 ℃,无霜期128 d;降雨量290 mm,多集中在7—9月,年蒸发量2 180 mm。

试验区土壤类型为砂壤土,土壤理化性质见表1。

1.2 试验方案

试验采用灌水量和施肥量两因素多水平随机区组设计,共设置12个处理(T1~T12),供试材料为甘农3号苜蓿,灌水方式采用固定式喷灌,喷头间距为7 m,支管间距为7 m,喷头流量为1 m3/h。目标产量为15 000 kg/hm2,所有处理均为灌水9次、施肥4次,灌水和施肥时间相同(表2~3)。试验采用随灌水施肥,试验所用肥料为可溶性肥料,包括尿素、磷酸一铵和硫酸钾。

1.3 观测指标

1.3.1 气象指标。自动气象站观测温度、降雨量和风速,数据步长为1 h。

1.3.2 土壤含水量。使用PR2土壤水分监测仪检测0~10、10~20、20~30、30~40、40~60、60~100 cm土壤含水量,每10 d检测1次。

1.3.3 生长量。每10 d测1次株高,每茬次收割前测1次。每个处理选取10个样株进行测量,去掉1个最大值、最小值,取其平均值。

1.3.4 产量。每茬次均测产。5%苜蓿开花时进行测产,每个处理取1 m2苜蓿,收割后称量其鲜草重,自然晾晒干后称量干草重。

2 结果与分析

2.1 不同处理对固定喷灌苜蓿株高的影响

2019年共测量株高15次,其中第1茬6次,第2茬4次,第3茬5次,每个处理选取具有代表性的10株苜蓿植株作为测量对象,去掉1个最大值和1个最小值,取平均值。根据苜蓿平均株高,绘制图1~3。

从图1~3可以看出,各处理喷灌苜蓿平均每茬次的株高从大到小依次为T11、T10、T6、T5、T7、T4、T9、T8、T3、T2、T1、T12。结果表明,苜蓿的株高随灌水量的增加而增加,但当灌水量大于3 600 m3/hm2时,株高的增长幅度有所减小;苜蓿的株高随施肥量的增加并不一定增加。

2.2 不同处理对固定喷灌苜蓿耗水量和耗水强度的影响

采用水量平衡法对苜蓿耗水量和耗水强度进行计算。水量平衡采用下式计算:

ED=(W0-WE)+M+P+K-D-R(1)

式中,ED为耗水量(mm),W0、WE为生育期某阶段初、末100 cm土层的土壤含水量(mm),M为某阶段内的灌水量(mm),P为某阶段内的降雨量(mm),K为某阶段内地下水补给量(mm),D为深层渗漏量(mm),R为径流量(mm)。

由于试验区地下水位埋藏较深,K取值0;在不考虑深层渗漏量的情况下,D取值0;生育期内降雨量少、强度低,地表径流量可以忽略,R取值0;土壤湿润深度取值100 cm。

采用公式(1)计算生育期内各处理实际耗水量和耗水强度,计算出苜蓿各茬次耗水量和耗水强度,见表4~6。

2019年不同處理苜蓿全生育期耗水量比较见图4。由图4可知,各处理苜蓿全生育期耗水量从大到小依次为T6、T5、T11、T10、T8、T4、T9、T7、T12、T3、T2、T1。各处理苜蓿在现蕾期和分枝期的耗水量显著大于其他生育阶段耗水量,说明该时段是苜蓿的需水关键期。2019年各处理的苜蓿第2茬次平均耗水强度最大,第3茬次平均耗水强度次之,第1茬次平均耗水强度最小。

2.3 不同处理对固定喷灌苜蓿产量和水分利用效率的影响

根据不同处理苜蓿产量和作物水分利用效率,绘制图5~6。由图5可知,不同处理紫花苜蓿干草产量从大到小依次为T10、T5、T4、T6、T11、T9、T3、T8、T2、T7、T1、T12,产量最高的是处理T10(灌溉定额3 600 m3/hm2,施肥量N 82.5 kg/hm2、P2O5 115.5 kg/hm2、K2O 99 kg/hm2),苜蓿产量达到14 925 kg/hm2,其次是处理T5、T4和T6,分别为14 910、14 835和14 805 kg/hm2。由图6可知,不同处理苜蓿水分利用效率从大到小依次为T4、T10、T9、T3、T11、T5、T2、T6、T8、T1、T7、T12,苜蓿水分利用效率最高的是处理T4(灌溉定额3 600 m3/hm2,施肥量N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2),苜蓿水分利用效率达到1.87 kg/m3;其次为处理T10,为1.86 kg/m3,而处理T12苜蓿水分利用效率仅为0.91 kg/m3。

综上分析,各水肥处理下苜蓿产量和水分利用效率均较高的是处理T4(灌溉定额3 600 m3/hm2,施肥量N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2)和T10(灌溉定额3 600 m3/hm2,施肥量N 82.5 kg/hm2、P2O5 115.5 kg/hm2、K2O 99 kg/hm2),且二者无显著差异,由于处理T4和T10的灌水量相同,施肥量不同,推荐施肥量更小的处理T4作为推荐的苜蓿喷灌水肥组合。

3 结论

(1)固定喷灌苜蓿每茬次株高从大到小依次为T11、T10、T6、T5、T7、T4、T9、T8、T3、T2、T1、T12。

(2)各处理苜蓿全生育期耗水量从大到小依次为T6、T5、T11、T10、T8、T4、T9、T7、T12、T3、T2、T1。各处理苜蓿在现蕾期和分枝期耗水量显著大于其他生育阶段耗水量。2019年各处理紫花苜蓿第2茬次平均耗水强度最大,第3茬次平均耗水强度次之,第1茬次平均耗水强度最小。

(3)不同处理苜蓿干草产量从大到小依次为T10、T5、T4、T6、T11、T9、T3、T8、T2、T7、T1、T12,产量最高的处理是处理T10,苜蓿产量达到14 925 kg/hm2;不同处理苜蓿水分利用效率从大到小依次为T4、T10、T9、T3、T11、T5、T2、T6、T8、T1、T7、T12,其中处理T4和T10处理苜蓿水分利用效率不存在显著差异。

(4)综合分析紫花苜蓿生长、水分、产量及水分生产效率等指标,得出宁夏干旱风沙草原区苜蓿固定喷灌水肥耦合灌溉制度为灌溉定额3 600 m3/hm2,灌水次数为9次,施肥量N 75 kg/hm2、P2O5 105 kg/hm2、K2O 90 kg/hm2,具体水肥耦合灌溉制度见表7。

参考文献

[1] 吴文荣,丁培峰,忻龙祚,等.我国节水灌溉技术的现状及发展趋势[J].节水灌溉,2008(4):50-51,54.

[2] 陈广锋,杜森,江荣风,等.我国水肥一体化技术应用及研究现状[J].中国农技推广,2013,29(5):39-41.

[3] 高鹏,简红忠,魏样,等.水肥一体化技术的应用现状与发展前景[J].现代农业科技,2012(8):250,257.

[4] 吴文奇,夏玉慧,张志芬,等.地下滴灌技术在紫花苜蓿种植上的应用研究[J].节水灌溉,2009(4):14-17.

[5] 郭彦芬,霍轶珍,王文达.紫花苜蓿耗水规律及灌溉制度优化研究[J].节水灌溉,2017,25(3):8-10,13.

[6] 裴学艳,宋乃平,王磊,等.灌溉量和灌溉时期对紫花苜蓿耗水特性和产量的影响[J].节水灌溉,2010(1):26-30.

[7] 张前兵,于磊,鲁为华,等.优化灌溉制度提高苜蓿种植当年产量及品质[J].农业工程学报,2016,32(23):116-122.

[8] 李新乐,穆怀彬,侯向阳,等.水、磷对紫花苜蓿产量及水肥利用效率的影响[J].植物营养与肥料学报,2014,20(5):1161-1167.

[9] 霍星,吕志远,范志东,等.水肥耦合对毛乌素沙地紫花苜蓿生长与产量的影响[J].灌溉排水学报,2013,32(2):111-115.

[10] 王琦,张恩和,龙瑞军,等.不同灌溉方式对紫花苜蓿生长性能及水分利用效率的影响[J].草业科学,2006,23(9):75-78.

[11] 李茂娜,王晓玉,杨小刚,等.圆形喷灌机条件下水肥耦合对紫花苜蓿产量的影响[J].农业机械学报,2016,47(1):133-140.

标签: 紫花苜蓿