张树振，张鲜花，朱进忠

(新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态重点实验室，乌鲁木齐　830052)



苜蓿田地下滴灌灌溉指标研究

张树振，张鲜花，朱进忠

(新疆农业大学草业与环境科学学院/新疆草地资源与生态重点实验室，乌鲁木齐830052)

摘要：【目的】研究地下滴灌条件下苜蓿适宜灌溉指标，为苜蓿高效节水灌溉提供科学依据。【方法】运用快速便携式测墒计测定土壤含水率,利用便携式叶绿素仪测定叶片SPAD值，使用比色卡确定叶片颜色。【结果】随土壤水分亏缺，植株含水量降低，叶片SPAD和叶片颜色指标呈上升趋势，植株干鲜重在灌溉20 d后停止增长；土壤含水率与植株含水量呈极显著正相关，上部、中部叶片SPAD值与植株含水量呈极显著负相关，叶片青色和黑色指标与植株含水量呈极显著负相关。【结论】随土壤水分亏缺，上部叶片SPAD值和青色呈先升高后下降趋势，且与植株干、鲜重，植株含水率相关系数最高，有望成为适宜苜蓿生产的灌溉指标。

关键词：苜蓿；地下滴灌；灌溉指标；土壤含水率；叶片颜色；SPAD值

0引 言

【研究意义】近年来，国家对苜蓿种植支持力度逐年提升，明确提出加快发展草牧业，支持青贮玉米和苜蓿等饲草料种植，开展粮改饲和种养结合模式试点，促进粮食、经济作物、饲草料三元种植结构协调发展。新疆作为我国五大牧区之一，苜蓿在畜牧业发展中占有重要地位，然而新疆历来水资源紧缺，加上苜蓿又为高耗水作物，其生育期耗水量最高达2 250 mm[1]。鉴于此，发展节水灌溉的苜蓿种植模式具有重要意义。【前人研究进展】适宜的灌溉指标可以准确指示作物水分的亏缺状况，根据适宜的灌溉指标进行适时适量灌溉，是发展高效节水灌溉的重要手段之一[2]。当前灌溉指标主要基于土壤含水率、植物生理指标和数学模型等指标[3]，其中土壤含水率指标是目前研究比较成熟的可行指标[4]。但植物自身的水分信息不仅和土壤水分状况有关，还受到气象因素和作物自身生长发育的影响，生产中除考虑土壤水分状况外，还应考虑作物本身的状况来确定灌溉的适宜时期和灌溉量[5]。【本研究切入点】已有灌溉指标的研究大多数集中在传统的粮食和经济作物，有关牧草特别是苜蓿灌溉指标的研究鲜有报道。以地下滴灌苜蓿田为对象，研究灌溉后随土壤水分亏缺，土壤含水率、叶片SPAD值、叶片颜色、植株含水量、植株鲜(干)重的变化趋势。【拟解决的关键问题】分析各指标之间的相关性，探讨地下滴灌苜蓿田适宜灌溉指标。通过适宜的灌溉指标指导苜蓿生产，为苜蓿田的高效节水灌溉提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验地概况

试验于2014年5～6月在新疆农业大学呼图壁草地生态试验站进行。该站位于442N，866E，海拔439～454 m；光热资源丰富，年太阳辐射量5.56102kJ/cm2，年照射时数3 110 h，年日照百分率70%；年降水量161.3 mm，蒸发量2 112.7 m，无霜期165～190 d；试验地土壤为盐化灰漠土，pH值在8.5以上。

1.2材 料

试验材料为地下滴灌条件下生长第3年的新牧1号杂花苜蓿(Medicagovariacv. ‘Xinmu No. 1’)，试验小区面积5 m×7 m，行距0.15 m。地下滴灌由支管道(Φ63 pvc管)连接给水滴灌带，滴灌带为内镶贴片式，埋深20 cm，铺设间距60 cm，滴头标定流量1.38 L/h，试验工作压力80～90 kPa。试验设置3个小区。

1.3方 法

于2014年5月10日灌饱和水(1 350 m3/hm2)，灌溉5 d后测定各指标，以后每隔5 d测定一次。利用MPKit-FD快速便携式测墒计测定土壤体积含水率；每小区随机选取20株苜蓿主枝，使用便携式SPAD-502叶绿素仪测定上、中、下叶片的叶绿素SPAD值；用PANTONE CMYK Coated比色卡测定上部第2片功能叶片颜色，根据比色卡CMYK模式，确定叶片青(C)、品红(M)、黄(Y)、黑(K)等不同颜色的参数，进而进行数据分析[6]；将测定完以上各指标的枝条取下测定植株鲜重、干重并计算其植株含水量。

1.4数据统计

采用SPSS 17.0软件对所测数据统计分析，用平均值和标准误表示测定结果，并用Duncan法对各测定数据进行多重比较；采用Excel 2010制图；性状间的关系，在线性、指数和幂3种函数中，选用相关性最高的作为定量分析模型。

2结果与分析

2.1土壤含水率及苜蓿各指标变化趋势

灌溉5 d后土壤含水率呈下降趋势，方差分析表明随时间推移土壤含水率显著降低(F(5，17)=37.34，P<0.01)。灌水后5～10土壤含水率下降最快，10～20 d次之，20 d后土壤含水率趋于平稳降低趋势。图1

图1土壤含水率变化趋势
Fig. 1Change of the soil water content

灌溉后5～10 d植株鲜、干重均无显著增长，10～20 d植株鲜、干重增长最快，20 d后(5月30日)植株干、鲜重停止增长(图2A)。灌溉后5～20 d植株含水量即呈递减趋势，灌溉后20～30 d内植株含水量略有波动，土壤含水率无显著差异(P>0.05)(图2B)。图2

注：A植株干、鲜重；B植株含水量

Note: A, dry and fresh weight of alfalfa; B, water content of alfalfa

图2 苜蓿干、鲜重及植株含水量变化趋势
Fig. 2 Changes of dry weight, fresh weight and water content of alfalfa

苜蓿不同部位叶片SPAD值随水分亏缺变化趋势不同(图3A)。上部叶片SPAD值灌溉后5～15 d无明显变化，15～25 d后呈显著增加，25 d后又趋于降低；中部叶片SPAD值表现为灌溉后10～20 d 迅速递增，20 d达到峰值，20 d后逐渐降低；下部叶片SPAD值表现为5～15 d下降，15～20 d呈现显著增大趋势，20～30 d又呈现下降趋势的周期性变化。

注：A为叶片SPAD值，上、中、下分别代表植株上部、中部和下部叶片的SPAD值；B为颜色指标，青、黄、黑分别表示叶片对应比色卡上的相应颜色指标

Note: A, the SPAD value of alfalfa in top, middle and bottom respectively represent the SPAD value of leaf that at the top, middle and bottom of alfalfa; B, leaf color index, green, yellow and black respectively represent their correspondent color indexes

图3苜蓿叶片SPAD值及叶片颜色指标变化趋势
Fig. 3 Changes of SPAD value and color index of alfalfa leaf

苜蓿上部叶片颜色青、黄和黑3种指标(试验中品红(M)参数均为0)变化趋势不同。方差分析表明三种颜色指标随水分亏缺均呈显著变化(P<0.01)。各颜色指标均表现为随水分亏缺先升高后下降趋势，峰值均出现在灌溉后第20 d(图3B)。图3

表1土壤含水率、苜蓿叶片颜色、SPAD值及其生长指标的相关性
Table 1 Correlations between soil water content and leaf color, SPAD value，dry weight, fresh weight and water content of alfalfa

土壤含水率Soilmoisturecontent(%)上部叶片SPAD值UpperleafSPADvalue中部叶片SPAD值MiddleleafSPADvalue下部叶片SPAD值LowerleafSPADvalue植株鲜重Freshweight(g)植株干重Dryweight(g)植株含水量Plantwatercontent(%)青Green黄Yellow黑Black土壤含水率(%)Soilwatercontent1.000上部叶片SPAD值UpperleafSPADvalue-0.300**1.000中部叶片SPAD值MiddleleafSPADvalue-0.154**0.616**1.000下部叶片SPAD值LowerleafSPADvalue0.047-0.014-0.0081.000植株鲜重(g)Freshweight-0.311**0.314**0.189**-0.0371.000植株干重(g)Dryweight-0.393**0.377**0.257**-0.0370.915**1.000植株含水量(%)Plantwatercontent0.414**-0.245**-0.229**0.0300.022-0.235**1.000青Green-0.357**0.328**0.306**-0.0240.175**0.231**-0.196**1.000黄Yellow-0.0410.124*0.073-0.0180.0090.031-0.0760.656**1.000黑Black-0.160**0.258**0.214**-0.0010.0590.105-0.170**0.469**0.573**1.000

注：*表示P<0.05，**表示P<0.01；负值表示二者之间呈负相关，正值表示二者之间呈正相关

Note: ** means P<0.01; Negative expresses a kind of reverse correlation, Positive expresses a kind of positive correlation

2.2土壤含水率、苜蓿叶片颜色、SPAD值及其生长指标相关性研究

土壤含水率和植株含水量呈极显著正相关性(P<0.01)，与植株干鲜重呈极显著负相关性(P<0.01)；青色和黑色与植株含水量呈现极显著负相关(P<0.01)，且青色与植株含水量的Pearson系数大于黑色；苜蓿上部和中部叶片SPAD值与植株含水量呈极显著负相关关系(P<0.01)，与植株干、鲜重呈现极显著正相关性(P<0.01)，且上部叶片SPAD值与苜蓿生长指标之间的Pearson系数大于中部叶片SPAD值。此外，土壤含水率与上部叶片SPAD值、中部叶片SPAD值、青色和黑色均呈现极显著负相关关系(P<0.01)；上部叶片SPAD值、中部叶片SPAD值、青色和黑色之间呈现极显著正相关性(P<0.01)。表1

2.3土壤含水率与青色、叶片SPAD值回归分析

随土壤含水率降低，叶片颜色(青色)呈递增趋势。回归分析表明，叶片颜色(青色)和土壤含水率呈指数函数关系，方程为Y=361.82X-0.68，R2=0.540(X为土壤含水率，Y为青色指标)。随土壤含水率降低，叶片SPAD值呈递减趋势，土壤含水率和上部叶片SPAD之间的关系呈指数函数关系，方程为Y=119.3X-0.27，R2=0.518(X为土壤含水率，Y为上部叶片SPAD值)。图4

注：A土壤含水率与上部叶片青色指标的回归分析；B土壤含水率和上部叶片SPAD值的回归分析

Note: A, Relationship between soil water content and color (green) index; B, Relationship between soil water content and SPAD value(Top leaf)

图4土壤含水率和叶片颜色青色指标、上部叶片SPAD值的回归分析
Fig. 4 Relationship between soil water content and color (green) index, and SPAD value (Top leaf)

3 讨 论

3.1通过适宜灌溉指标预判作物水分亏缺来决策灌溉，是提高水分利用效率，解决我国水资源短缺的有效途径之一[7]。在选择灌溉指标时，除考虑土壤含水率指标外，还应综合作物自身指标来确定适宜的灌溉指标体系[5]。研究除选择土壤含水率，还选择了测定简单、便于操作的叶片颜色和叶片SPAD作为苜蓿灌溉指标进行研究，以期能够提出一套土壤指标和苜蓿本身性状相结合的灌溉指标体系，从而为苜蓿田高效节水灌溉提供科学依据。

3.2土壤含水率与作物生长密切相关[5]，研究发现土壤含水率与植株鲜、干重和植株含水量呈极显著相关。当土壤含水率介于作物生长阻滞含水率和田间含水量之间时，作物正常生长，低于阻滞含水率即处于受旱状态[5]。通过确定土壤水分的下限指标，可有效指导灌溉时期和灌溉频次，进而达到高效节水灌溉[4]。研究发现当土壤体积含水率低于16.1%时，苜蓿鲜干重增长停滞，植株含水量降到最低，且叶片颜色指标、SPAD值的转折点均出现在该时期，推测该土壤含水率为该地苜蓿阻滞含水率，生产中应使土壤含水率高于或不使土壤含水率长期低于该值。

3.3植物生长环境中光照、温度、水分和土壤营养元素的缺乏，会通过植物叶片的叶绿素含量、颜色、形态表现出来，在实际生产中，分析植物叶片颜色和形态数据对于适时灌溉和合理施肥都有重要的参考价值[8]。叶片SPAD值是用来预测植物叶绿素含量的指标，因其具有快速、简便和无损的优点[9]，除用来预测叶片叶绿素含量外，还应用于预测作物水分和氮素的亏缺[10]，鲍雅静等[11]研究表明羊草叶片SPAD值和水分梯度显著相关，研究发现苜蓿上部和中部叶片SPAD值和土壤含水率、植株干鲜重和植株含水量相关性显著，当水分亏缺到一定程度，叶片SPAD值显著增加。叶片颜色也是反映作物生长状况的重要指标，刘伟[12]研究表明棉花叶片颜色参数可准确进行植株叶绿素、氮、磷、钾含量估测，可对籽棉产量进行准确估测。利用比色卡研究苜蓿水分缺失的研究鲜有报道，研究表明，叶片颜色青色和黑色参数与土壤含水率和植株含水量呈极显著相关，随水分亏缺叶片颜色呈加深趋势，且以青色指标与苜蓿干、鲜重，植株含水量相关性最高。

4 结 论

灌溉后20 d内土壤含水率下降显著，第20 d土壤含水率下降到16.1%，此时苜蓿各指标均呈现明显变化，植株生物量停止增加，苜蓿叶片颜色和SPAD值均达到峰值;植株含水量等苜蓿生长指标相关系数最高，且与土壤含水率呈指数函数关系，具有进一步发展为苜蓿灌溉指标的潜力。

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A Preliminary Study on Irrigation Indexes of Subsurface Drip Irrigation in Alfalfa Fields

ZHANG Shu-zhen, ZHANG Xian-hua, ZHU Jin-zhong

(CollegeofPrataculturalandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity/KeyLaboratoryofGrasslandResourcesandEcologyofXinjiang,Urumqi830052,China)

Abstract：【Objective】 The experiment was conducted on the subsurface drip irrigation of alfalfa field to study the irrigation index of alfalfa in order to provide some theoretical references for the application of subsurface drip irrigation in alfalfa cultivation. 【Method】 The soil water content was measured by the portable fast measuring moisture meter, the SPAD value was measured by portable chlorophyll meter SPAD-502, and the leaf color was measured by color card. 【Result】 The results showed that the plant water content decreased and the color and the SPAD value of leaf increased with the increase of soil water content. The alfalfa stopped growth after irrigation 20 days. There was positive relationship between soil water content and plant water content, but negative relationship between plant water content and SPAD value of leaf that growth in the top and middle of alfalfa, and negative relationship between plant water content and leaf color index of green and black. 【Conclusion】 With the soil water deficit, leaf SPAD values and green index of leaf color increased at first, and then decreased, which could be the irrigation index for alfalfa production.

Key words:alfalfa；subsurface drip irrigation；irrigation index；soil water content；leaf color；SPAD value

中图分类号：S551+7

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)03-0533-06

作者简介:张树振(1988-)，男，山东菏泽人，讲师，研究方向为牧草栽培，(E-mail)zhangshuzhen1998@163.com通讯作者:朱进忠(1953-)，男，河北唐县人，教授，博士生导师，研究方向为草地资源，(E-mail)xjauzjz@126.com

基金项目:国家牧草现代产业技术体系项目(CARS35)；新疆农业大学校前期课题(XJAU201303)

收稿日期：2015-07-30

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.020

Fund project:Supported by National grass industry technology system project (CARS35) and Pre-school project of Xinjiang Agricultural University (XJAU201303)