全 文 ：中国农业气象(ChineseJournalofAgrometeorology)　2009, 30(2):175-179
doi:10.3969/j.issn.1000-6362.2009.02.010
不同播种方式下苜蓿与无芒雀麦人工草地的
小气候特征分析＊
杨恒山 1 ,刘　江 2 ,张宏宇 1 ,刘　晶 1 ,梁怀宇 1
(1.内蒙古民族大学农学院 ,内蒙古通辽　028042;2.沈阳农业大学农学院, 辽宁沈阳　110161)
摘要:为指导北方地区人工草地的建植和调控 ,以不同播种方式的 2a生人工草地的头茬草为试验对象 ,采用田
间测定小气候要素的方法 ,研究了紫花苜蓿(MedicagosativaL.cv.Algonquin)与无芒雀麦 (Bromusinnermis
Leysscv.Carlton)在同行混播(TH)、间行混播(JH)和单播(单播紫花苜蓿 DM,单播无芒雀麦 DW)方式下草地
群体的小气候特征。结果表明 ,在紫花苜蓿处于初花期 、无芒雀麦处于孕穗期时 ,群体内部光照强度和风速均
为:单播无芒雀麦 >同行混播 、间行混播 >单播紫花苜蓿;温度:单播无芒雀麦 >单播紫花苜蓿 >同行混播 、间
行混播;相对湿度:同行混播 、间行混播 >单播紫花苜蓿 >单播无芒雀麦;浅层地温为单播无芒雀麦明显偏高 ,
其余差异不大。株高是影响田间小气候的关键因素 ,不同播种方式下平均株高与 0cm、20cm和 40cm处平均光
照强度均呈极显著的负相关(r0cm =-0.973, r20cm=-0.994, r40cm=-0.973, r0.01 =0.959),与 30cm和 60cm处
平均风速负相关也达到极显著水平(r30cm=-0.959, r60cm=-0.973)。单播无芒雀麦由于氮素养分缺乏而植株
矮小 ,群体光截获少 ,光能利用率低;单播紫花苜蓿群体光截获量最大 ,基部光照已处于光补偿点 ,下部叶片净
光合速率开始下降;同行混播和间行混播群体下部光照强度适宜 ,群体保持较高的光合速率 ,并最终形成了较
高的草产量 。
关键词:播种方式;紫花苜蓿;无芒雀麦;人工草地小气候
AnalysisofMicroclimateCharacteristicsofMan-madeAlfalfaandSmooth
BromeGrassGrasslandunderDifferentSowingPatterns
YANGHeng-shan1 , LIUJiang2 , ZHANGHong-yu1 , LIUJing1 , LIANGHuai-yu1
(1.ColegeofAgronomy, InnerMongoliaUniversityforNationalities, Tongliao028042, China;2.ColegeofAgronomy,
ShenyangAgriculturalUniversity, Shenyang110161, Liaoning)
Abstract:Basedonthetwo-yearman-madegraslandexperimentswithalfalfa(MedicagosativaL.cv.Algonquin)
andsmoothbromegrass(BromusinnermisLeysscv.Carlton)underthediferentsowingpaterns, whichwerewith
fourtreatments, namelyone-linemixedsowingofalfalfaandsmoothbromegrass(TH), inter-linemixedsowingofal-
falfaandbromegras(JH), mono-sowingofalfalfa(DM)andmono-sowingsmoothbromegrass(DW), themicrocli-
matecharacteristicswasstudied.Theresultsshowedthatbothlightintensityandwindspeedwerethehighestinthe
DWtreatmentandthelowestintheDMtreatment, whiletheywereinbetweenintheTHandJHtreatmentsastheal-
falfawasininitialbloomstageandsmoothbromegrasswasinbootingstage.Thetemperaturewashigherinthemono-
sowingthanthatinthemixedsowing, whiletherelativehumiditywashigherinthemixedsowingthanthatinthe
mono-sowing.Theaverageplantheightsunderthediferentsowingpaternsweresignificantlynegativelyrelatedwith
theaveragelightintensityat0cm, 20 cmand40cmabovethegroundwithr0cm=-0.973, r20cm=-0.994andr40cm
=-0.973respectively, andwithaveragewindspeedat30cmand60 cmabovethegroundwithr30cm=-0.959and
r60cm=-0.973 respectively.ThelightinterceptedbythepopulationofDMwasthelargest, butitsbotomlightcame
＊ 收稿日期:2008-10-10
　基金项目:内蒙古自然科学基金项目 “农区与奶牛饲养相适应的饲草优化种植模式研究 ”(200508010316)
　作者简介:杨恒山(1967-),内蒙古兴和人 ,博士 ,教授 ,研究方向为农业气象与作物栽培。
E-mail:yanghengshan2003@yahoo.com.cn
中　国　农　业　气　象 第 30卷
tolightcompensationpointandleavesnetphotosyntheticrateinthebotombegantodecrease.Thebotomlightinten-
sityofTHandJHwereappropriate, sothepopulationskeptphotosyntheticratehighandgotrelativehigherbiomass.
Keywords:Sowingpatern;Alfalfa(MedicagosativaL.cv.Algonquin);Smoothbromegrass(Bromusinnermis
Leysscv.Carlton);Man-madegrasslandmicroclimate
　　人工草地是在人为农业措施的强烈干预下 ,结合
所在地的具体生态条件和一定的经济目标 ,选择适宜
的草种而建立的特殊人工植物群落 [ 1] 。建植人工草
地不仅是发展草食畜牧业的需要 ,也是草地退化地区
生态建设的需要 [ 2-3] 。科尔沁沙地是荒漠化较为严重
的地区之一 ,加快人工草地的建设步伐 ,对解决由草
畜矛盾而引发的草地退化问题具有极其重要的意
义 [ 4] 。禾豆混播草地是人工草地的主要类型 ,具有营
养成分均衡 、供青期和可利用年限长 、养分水分利用
互补性强等优势[ 1, 5-6] 。近年来 ,一些研究表明 ,苜蓿
与无芒雀麦是科尔沁沙地人工草地理想的草种组合 ,
而对这一组合高产栽培技术的研究报导甚少 [ 7-9] 。播
种方式是决定人工草地生产力的关键因素 [ 6, 9] ,因而
研究不同播种方式下草地小气候特征对揭示高产机
理和实施技术调控具有重要的意义。
1　材料和方法
1.1　研究地区自然概况
研究地区为典型的温带大陆性季风气候 ,年平均
气温 6.4℃,极端最低气温 -30.9℃, ≥10℃活动积温
3220℃·d,无霜期 150d左右 ,年均降水量 399.1mm,
生长季(4-9月)降水量占全年的 89%。试验点(43°
36′N, 122°16′E)地处科尔沁沙地的腹地 ,为典型的农
牧交错地区 。由于长期的超载放牧 ,导致草地严重退
化 ,尤以沙化为甚 [ 10] 。
1.2　试验材料与试验设计
试验材料为紫花苜蓿阿尔冈金(Medicagosativa
L.cv.Algonquin),由中种草业公司自美国引进 ,无芒
雀麦(BromusinnermisLeysscv.Carlton)由中国农业
科学院提供 。试验设单播紫花苜蓿(DM)、单播无芒
雀麦(DW)、同行混播紫花苜蓿和无芒雀麦(TH)、间
行混播紫花苜蓿和无芒雀麦(JH)4个处理 ,小区面积
为 36m2 ,行距 30cm, 3次重复。单播的播量为紫花苜
蓿 15kg·hm-2 ,无芒雀麦 22.5kg·hm-2;混播播量均为
对应单播播量的一半 。 2006年 5月 6日播种 ,当年刈
割 2茬 ,翌年刈割 3茬 。
1.3　测定项目与方法
试验在 2a生人工草地第 1茬草刈割前进行 ,选
择 3个晴天(2007年 5月 29日 、5月 30日 、6月 2日)
测定不同播种方式下行间的小气候要素 。测定期间
紫花苜蓿处于初花期 ,无芒雀麦处于孕穗期。 4组实
验人员分别对应 4个处理 ,按项目测定顺序同步进
行。从 6:00开始 ,每 3h测 1次 ,全天共测 5次。
光照强度的测定:采用 SF85照度计 ,测定不同处
理群体 0cm、20cm、40cm高度处光照强度 ,每测点重
复 10次;空气温度和相对湿度的测定:采用阿斯曼通
风干湿表 ,测定不同处理群体 0cm、20cm、40cm高度
处的干球温度(空气温度)和湿球温度 ,并查算空气
的相对湿度 ,每测点重复 3次;瞬时风速的测定:采用
QDF-2A型热球式电动风速计 ,测定不同处理群体
30cm、60cm高度处瞬时风速 ,每隔 1min读 1次值 ,重
复 10次;土壤温度的测定:采用插入式地温表 ,测定
5cm、10cm、15cm、20cm处土壤温度 ,重复 3次。对上
述各气象要素重复值求算术平均 ,作为这一观测时段
各要素的平均值。
2007年 6月 3日刈割第 1茬草 ,刈割前进行株高
的测定。各处理均随机测定 30株(混播为各 30株)
植株的伸直高度 ,留茬 5 ～ 6cm刈割 ,测小区鲜草产
量 ,各处理分别取鲜样 500g于 65℃恒温箱烘干称重 ,
计算鲜干比 ,由鲜草产量 、鲜干比折算干草产量。
1.4　数据处理
对 3个晴天同一时间所测定的气候要素分别进
行算术平均 ,作为测定时段的小气候要素的平均值。
用 MicrosoftExcel2000对试验数据作图 ,用 DPS软件
进行相关分析和新复极差测验。
2　结果与分析
2.1　不同播种方式下群体内部的光照强度
光照强度的大小直接决定植物光合作用的强弱 ,
合理的田间光照分布是形成高产群体的前提。由图
1可见 ,不同播种方式下 ,群体不同高度处光照强度
均呈单峰型日变化 ,处理间差异以午间最为明显。随
着群体高度的增加 ,各处理行间的光照强度增加 ,处
理间的差异趋于减小。在 0cm、20cm、40cm高度处 ,
光照强度均以单播无芒雀麦最高 ,单播紫花苜蓿最
低 ,同行混播和间行混播居中且差异不大。群体内光
照强度与株高关系密切 , 0cm、20cm和 40cm高度处不
同播种方式下平均光照强度与平均株高相关系数分
别为:-0.973、 -0.994和 -0.973,均达到了极显著
水平(r0.01 =0.959)。
·176·
第 2期 杨恒山等:不同播种方式下苜蓿与无芒雀麦人工草地的小气候特征分析
图 1　不同播种方式下不同群体高度处的光照强度
　　群体基部(0cm处)光照强度反映了整个群体对
光的截获 ,其值大 ,说明群体对光截获少 ,群体的生产
力往往不高;其值小 ,特别是低于植物的光补偿点 ,群
体的光合效率也不高 。因此 ,群体基部保持适宜的光
照强度是群体高产的关键 。从 5次观测的平均值来
看 , 0cm处光照强度单播无芒雀麦最大 ,为 9506lx,单
播紫花苜蓿最小 ,为 822lx,同行混播和间行混播分别
为 2341lx和 2147lx。
2.2　不同播种方式下群体内部的空气温度
温度是植物生长发育重要的生态因子 ,群体温度
主要取决于田间光照强度和植物蒸腾量的大小。由
图 2可见 ,紫花苜蓿处于初花期 、无芒雀麦处于孕穗
期 ,各处理群体内气温均呈单峰型日变化 ,且随群体
高度的增加温度略有升高 。在 0cm、20cm、40cm群体
高度处 ,各处理气温均以单播无芒雀麦最高 ,处理间
的差异随群体高度的增加而减小。群体的这种温度
分布规律与光照强度的分布规律基本一致 ,说明了光
照是决定温度的第一要素。单播紫花苜蓿群体的温
度总体上高于同行混播和间行混播 ,这一点与田间光
照强度的分布规律不一致 ,这可能与群体中下部无芒
雀麦茎叶较紫花苜蓿茎叶相对密集 ,蒸腾消耗潜热多
有关 。同行混播与间行混播群体的温度差异很小 ,在
不同高度处其值互有高低。
图 2　不同播种方式下不同群体高度处的空气温度
2.3　不同播种方式下群体内部的空气湿度
群体内部空气的水汽含量 ,既与土壤蒸发 、植物
蒸腾有关 ,也与空气温度和田间乱流交换(风)强度
有关。由图 3可见 ,不同播种方式下 ,群体不同高度
处的空气相对湿度均呈先降低后略有升高的变化规
律 ,其变化趋势与温度的变化趋势正好相反。这是由
于空气的饱和水汽压与温度呈正相关 ,而相对湿度与
饱和水汽压成反比所致 [ 11] 。不同播种方式下空气的
相对湿度均随高度的增加而降低 ,其原因一方面是由
于群体中下部风速较小致使土壤蒸发 、植株蒸腾的水
汽向外扩散缓慢 ,另一方面是由于群体内温度随高度
的增加而增加所致 。空气相对湿度的最低值多出现
在午后 ,且在群体 20cm高度处表现最为明显 ,这反映
了空气湿度变化滞后于空气温度的变化。从 5次观
测的平均值来看 ,不同播种方式下 ,群体不同高度处
空气湿度均以混播(同行混播和间行混播二者相近)
最高 ,单播紫花苜蓿其次 ,单播无芒雀麦最低 。
·177·
中　国　农　业　气　象 第 30卷
图 3　不同播种方式下不同群体高度处的空气相对湿度
2.4　不同播种方式下群体内部的风速
群体内风速的大小不仅影响到田间热量和水分
的交换 ,而且还会影响到 CO2的补充和输送。由图 4
可见 ,不同播种方式下 ,群体不同高度处风速总体上
呈单峰型日变化 ,午后风速大于午前 ,风速随高度的
增加而增大 。这种变化规律与摩擦层风速日变化规
律是一致的 ,反映了大气候背景对田间小气候的影
响 。群体内风速大小主要取决于植株高度和茎叶的
密度。相关分析表明 ,不同播种方式下 ,平均株高与
平均风速负相关均达到极显著水平(30cm处 , r=
-0.959;60cm处 , r=-0.973;r0.01 =0.959)。初花期
紫花苜蓿 1级分枝滋生出 2级分枝 ,因而对风速的减
弱在整个群体内均较为明显。孕穗期无芒雀麦分蘖
虽多 ,但叶片主要集中在群体中下部 ,抽穗茎比例低
且上部叶片少 ,因而 60cm群体高度处风速明显偏大。
从 5次观测的平均值来看 ,在 30cm和 60cm群体高度
处 ,平均瞬时风速均以单播无芒雀麦最高 ,单播紫花
苜蓿最低 ,间行混播略高于同行混播。
图 4　不同播种方式下不同群体高度处的风速
2.5　不同播种方式下的浅层土壤温度
土壤温度影响苜蓿与无芒雀麦根系对水分和养
分的吸收 ,进而对其生长 、发育和产量的形成产生影
响 。由图 5可见 ,随土层深度的增加 ,土壤温度逐渐
降低 ,土温日变化和处理间的差异均趋于减小。在各
土层除单播无芒雀麦地温偏高外 ,其余 3个处理地温
差异很小且互有高低 。单播无芒雀麦地温偏高的主
要原因是群体偏小 ,行间漏光多(见图 1)和乱流交换
强(见图 4)导致土壤蒸发量大 ,表层土壤水分含量下
降 。而土壤水分含量的下降 ,进一步导致土壤热容量
和导热率的下降 [ 12] ,在得到相同热量的情况下 ,土壤
温度升高显著。
2.6　不同播种方式下的草产量
播种方式对苜蓿与无芒雀麦人工草地牧草的生
理生态产生一定的影响 ,并最终反映在株高 、草产量
等性状上。由表 1可见 ,紫花苜蓿的株高以单播最
大 ,且与同行混播 、间行混播的差异均达到了极显著
水平 ,同行混播和间行混播相近。混播下紫花苜蓿的
株高较单播降低 ,其原因是春季无芒雀麦返青早 ,前
期生长速度快而使返青较晚的苜蓿生长受到了抑制。
无芒雀麦的株高间行混播和同行混播差异不显著 ,但
二者均高于单播 。混播下无芒雀麦株高增加的原因
来自两个方面 ,一是紫花苜蓿进入初花期 ,株高明显
高于无芒雀麦 ,基于对光的竞争 ,刺激了无芒雀麦株
高的生长;二是混播下苜蓿根瘤的固氮作用为无芒雀
麦的生长提供了氮素养分 ,从而促进了无芒雀麦的
生长 。
从第 1茬草的产量来看 ,单播无芒雀麦最低 ,且
与单播紫花苜蓿 、间行混播 、同行混播间的差异均达
到了极显著水平。单播无芒雀麦草产量低与氮素养
分供应水平有关 。试验田耕层土壤碱解氮含量偏低
(58.45mg·kg-1),且试验年度内各处理均未追施氮肥。
·178·
第 2期 杨恒山等:不同播种方式下苜蓿与无芒雀麦人工草地的小气候特征分析
图 5　不同播种方式下不同深度处的土壤温度
无芒雀麦是一种需氮量较大的禾本科植物 ,在氮素养
分供应不足的情况下 ,植株生长不良 ,叶片叶绿素含
量低 ,光合生产能力不高。田间调查也表明 ,混播下
无芒雀麦叶色较深 ,生长势强于单播 。
紫花苜蓿和无芒雀麦均为喜阳植物 ,光补偿点在
500 ～ 1000lx[ 12] 。从不同群体 0cm处的光照强度平均
值来看 ,单播无芒雀麦群体光照强度明显高于光补偿
点 ,说明行间漏光损失大是其产量偏低的主要原因之
一;单播紫花苜蓿群体光截获多 ,行间基部已处于光
补偿点 ,群体下部的净光合速率开始下降 ,继续生长
则会出现植株倒伏;同行混播和间行混播此期群体下
部光照强度适宜 ,群体保持较高的光合速率 ,并最终
形成了较高的生物产量。
表 1　不同播种方式下第 1茬草的株高和产量
处理 株高(cm)紫花苜蓿 无芒雀麦 草产量(kg·hm
-2)
DM 83.9aA — 4141.9aA
TH 77.8bB 79.4aA 4421.1aA
JH 77.5bB 82.3aA 4317.6aA
DW — 70.2bB 2489.6bB
　注:同列中不同小写字母表示差异显著(P<0.05),不同大写字母表
示差异极显著(P<0.01)。
3　结论与讨论
不同播种方式下 ,群体内光照强度以单播无芒雀
麦最高 ,单播紫花苜蓿最低 ,同行混播和间行混播二
者相近。单播紫花苜蓿群体光截获量最大 ,基部光照
已处于光补偿点 ,下部叶片净光合速率开始下降;单
播无芒雀麦基部光照强度远高于光补偿点 ,群体漏光
损失大而导致产量明显偏低;同行混播和间行混播群
体下部光照强度适宜 ,从而保持了较高的光合速率 ,
并最终形成了较高的生物产量。群体内气温以单播
无芒雀麦最高 ,单播紫花苜蓿其次 ,同行混播和间行
混播相对较低 。空气的相对湿度总体上表现为单播
无芒雀麦最低 ,单播紫花苜蓿低于同行混播和间行混
播。群体内平均风速以单播无芒雀麦最高 ,单播紫花
苜蓿最低 ,间行混播略高于同行混播 。浅层地温单播
无芒雀麦明显偏高 ,而其它播种方式间差异甚小 。
株高是影响田间小气候的关键因素。不同播种
方式下平均株高与平均光照强度 、平均风速均呈极显
著的负相关。群体内部气温受光照强度和叶片蒸腾
耗热的双重影响 ,致使不同播种方式下温度变化规律
既与光照变化规律不同 ,又与相对湿度变化规律有
别。空气的相对湿度主要取决于温度 ,温度与相对湿
度呈负相关。单播无芒雀麦由于群体基部光照强 ,土
壤蒸发量大导致土壤湿度下降 ,进而造成浅层地温明
显偏高。
紫花苜蓿与无芒雀麦的生物学特性存在较大的
差异 ,无芒雀麦需氮 —紫花苜蓿供氮这一关系是混播
具有优势的主要原因。混播下由于 (下转第 184页)
·179·
中　国　农　业　气　象 第 30卷
3　结论与讨论
金华市虽水资源丰富 ,但常有夏旱 、秋旱发生 ,通
过分析土壤墒情变化规律得出金华市冬 、春季的土壤
墒情较为湿润 、变化较为平稳 ,夏 、秋季土壤墒情相对
较干 、变幅较大 ,这与金华干旱发生的趋势特点相一
致的。可见 ,土壤墒情状况可以反映出旱情的发生与
发展状况。由于各地气候差异显著 ,很多相关研究建
立的土壤墒情模型不具有通用性 ,本文是根据当地农
业生产需要 ,通过灰色关联度分析方法查找出土壤湿
度变化的首要影响因子即 5mm降水与蒸发差 C5 ,并
应用了经验统计方法 ,建立了基于关键气象因子的土
壤墒情预测模型 。试报 2008年夏季的 0-10cm、10
-20cm、20-30cm土层相对湿度的平均误差分别为
15.75%、6.89%、8.21%,试验表明该模型预测的土
壤湿度状况基本能反映旱情发展的动态趋势 ,该模型
实际可操作性强 ,可以便捷地预测掌握较为准确的土
壤墒情动态变化 ,监测旱情发展态势 ,满足当地农业
生产需要 ,给农业生产合理用水和防灾减灾提供科
学 、合理的决策依据 ,提高气象为农服务的能动性 。
但由于土壤墒情变化的影响因素较多 ,涉及问题较复
杂 ,仅考虑单一因子建立的预测模型必然存在一定的
误差 ,今后可加入其它影响因子进行预测模型研究 ,
以进一步提高预测的准确性。
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(上接第 179页)
无芒雀麦的支撑作用 ,紫花苜蓿的抗倒伏能力较单播
明显增强 ,有利于保持良好的群体结构 。在冷凉的气
候条件下无芒雀麦生长具有优势 ,而在温暖的气候条
件下紫花苜蓿生长具有优势 ,因而混播在温度的适应
性方面较单播更强。随着牧草的生长和气候条件的变
化 ,人工草地的小气候会发生相应的变化 。本研究在
2a生人工草地第 1茬草(紫花苜蓿处于初花期 ,无芒
雀麦处于抽穗期)上得到的研究结论是否具有普遍性
有待于进一步的研究 。
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