全 文 ：第 19 卷 第 2 期
Vol. 19 No. 2
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SINICA
2011 年 3 月
M ar. 2011
旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿最佳沟垄宽比的确定
寇江涛1, 2 , 师尚礼1, 2*
( 1. 甘肃农业大学草业学院,兰州 730070;
2. 草业生态系统教育部重点实验室,中-美草地畜牧业可持续研究中心,兰州 730070)
摘要: 采用旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿( Medicago sativ a L. ) , 研究不同沟垄宽比和覆盖方式对苜蓿干草产量、水
分利用效率的影响,并通过回归方程确定适宜我国干旱半干旱区种植紫花苜蓿的最佳沟垄比。结果表明: 膜垄、土
垄处理平均年干草产量分别为 5604. 87 和 4844. 81 kg hm- 2 ,分别较 CK 提高 204. 98%和 163. 63% ;膜垄、土垄
处理平均水分利用效率分别为 34. 91 和28. 47 kg mm- 1 hm- 2, 分别为 CK 的2. 25倍、1 83 倍; 膜垄的平均年干
草产量、平均水分利用效率分别较土垄提高 15. 69%和 22. 62% ;回归分析表明: 当膜垄的最佳沟垄宽比为 60 cm
60 cm、土垄的最佳沟垄宽比为60 cm 70 cm 时, 苜蓿的经济产量可以达到最大,分别为 6009. 3 kg hm- 2和5271.
5 kg hm- 2 ,分别较 CK提高 226. 99%和 186. 84% ,膜垄处理的最大经济产量较土垄处理提高 14. 00%。因此, 在
试验地区及其相似地区采用膜垄集雨种植能显著提高苜蓿干草产量及水分利用效率,建议采用垄覆膜集雨种植紫
花苜蓿,沟垄宽比为 60 cm 60 cm。
关键词:紫花苜蓿; 垄沟集雨;水分利用效率; 草产量;最佳沟垄比
中图分类号: S3-33 文献标识码: A 文章编号: 1007-0435( 2011) 02-0247-06
Optimum Ridge-Furrow Ratio in Dry-landMedicago sativa Cultivation
KOU Jiang- tao
1, 2
, SH I Shang- li
1, 2*
( 1. Collegeof Grassland Science, Gansu Agricu lt ral U niverci ty, Lanzhou, Gansu Province 730070, Chin a;
2. Key Laboratory of Ecos ystem Minist ry of E ducation , Sin o-Us Center for Grazingland Ecosys tem Sustainabilit y,
Lan zhou, Gansu Province 730070, Chin a)
Abstract: Effects of r idge- furrow ratios and mulching methods on hay yield and w ater use ef ficiency o f a-l
falfa are studied in dry- land alfalfa cultivat ion. Opt imum ridge- furrow r at io in arid and sem-i arid areas of
China is determ ined according to regression equat ions. Results indicate that the aver age annual hey yield is
5604. 87 kg hm- 2 for r idges covered by plast ic f ilm, and is 4844. 81 kg hm- 2 for ridg es compacted by
soil, both are 204. 98% and 163. 63% times higher than the control, respect ively. The average w ater use
ef f iciency is 34. 91 kg mm- 1 hm- 2 for ridges covered by plast ic f ilm , and is 28. 47 kg mm - 1 hm- 2 fo r
ridg es covered by so il, both are 2. 25 and 1. 83 t imes mo re than the control. T he average annual hey y ield
and w ater use eff iciency o f ridg es covered by plastic f ilm are increased by 15. 69% and 22. 62% compar ed
w ith r idges compacted by soil. T he max imum economic yield could be realized w hen the ridge- fur row rat io
is 60cm to 60cm for ridg es covered by plast ic film at 6009. 3 kg hm- 2 and 60cm to 70cm for ridg es com-
pacted by soil at 5271. 5 kg hm- 2 , both are 226. 99% and 186. 84% times higher than the contr ol accord-
ing to reg ression analysis. T he max imum econom ic yield for plast ic film treatments is 14. 00% times higher
than soil t reatments, indicat ing that ridg e- furrow r ainfall harvest ing cult ivat ion in experimental and similar
ar eas could signif icantly increase hey yield and w ater use ef ficiency in alfalfa cult ivat ion. Results suggest
that ridge- fur row r ainfall harvest ing cult ivat ion method is used in alfalfa cult ivation at 60cm to 60cm ridge-
furrow rat io .
Key words: M edicago sativa; Ridge- furrow rainfall harvesting; W ater use ef f iciency ; Hey yield; Opt imum
ridge- furrow rat io
收稿日期: 2010-11-16;修回日期: 2011- 01-06
基金项目:农业部行业专项-人工草地优质牧草生产技术研究与示范( nyhyz x07-022) ; 农业部牧草种质资源收集保护项目;国家现代牧草
产业技术体系建设专项资金资助
作者简介:寇江涛( 1986- ) ,男,甘肃镇原人,硕士研究生,研究方向为牧草栽培及其牧草种质资源与育种, E-mail: koujiangtao @ st . gsau .
edu. cn; * 通讯作者 Author for correspondence, E-mail: s hish l@ gsau. edu. cn
草 地 学 报 第 19卷
紫花苜蓿(M edicago sativa L. )具有其他豆科
牧草所不能比拟的许多优点, 有 牧草之王的美
称[ 1] , 故在我国半干旱区农业结构转型和生态环境
建设中得到大力推广, 在半干旱区草田轮作和舍饲
养殖相结合的农业经营模式中占有重要地位 [ 2]。黄
土高原是我国苜蓿种植最集中的地区, 但该地区属
于干旱半干旱区,年降水量少且时空分布不均,小于
5 mm 的无效或微效降水多且蒸发量大[ 2] , 大部分
地区因水资源短缺, 无法灌溉,土壤水分基本处于全
年亏缺状态 [ 3]。作物因水分条件的制约而严重影响
产量,提高降水资源的利用率成为该地区的研究热
点,对于该地区降水资源的高效利用具有十分重要
的现实意义[ 4]。
Pacey 和 Cullis[ 5] 指出, 在冬季降雨区, 适合于
雨水集流的最低年平均降雨量为 100 mm , 降雨量
为 200 mm 则更好,在热带夏季降雨区,适合于雨水
集流的最低年平均降雨量为 150 mm。垄沟集雨能
够拦截地表径流,垄上覆盖塑料薄膜,可使垄上雨水
流入沟中, 使沟中雨水产生叠加[ 6, 7] , 不仅将小于
5 mm的无效或微效降水变为有效降水, 而且把 2
个面上的降雨集中到一个面上,使其入渗的更深, 蒸
发损失更小 [ 4, 6, 8]。垄沟集雨措施能够显著提高玉
米( Zea way s L. ) [ 9] 和马铃薯( Solanum tuber osum
L. ) [ 10, 11]等作物产量, 但大多数垄沟集雨的研究均
以一年生作物为主, 对多年生牧草的研究报道较
少[ 12, 13]。黄土高原属暖温带, 雨热同季, 降雨主要
集中在 7~ 9月,年均降雨量 250~ 400 mm, 降雨分
布不均匀,且降雨形式以小雨或大暴雨为主, 这不仅
不利于作物对水分的有效吸收, 而且会造成大面积
水土流失,导致干旱频繁发生 [ 14]。研究发现, 垄沟
集雨能起到改善土壤墒情和延长水分有效期的作
用,而且膜垄集雨种植能够增加作物产量[ 15]。集雨
保墒,提高降雨利用效率具有重要的实践意义。
本试验针对平均降水量为 250~ 400 mm 的黄
土高原半干旱区,采用垄覆膜种植紫花苜蓿, 结合当
地气候特征和降雨特点, 研究不同覆膜方式和不同
沟垄宽比对水分利用效率和草产量的影响, 旨在为
我国黄土高原半干旱地区提出适宜种植紫花苜蓿的
最佳沟垄比,进一步为我国半干旱区紫花苜蓿的种
植提供理论依据和参考。
1 材料与方法
1. 1 试验区概况
试验于 2008 年 4月 2009 年 10月在甘肃省
永登县武胜驿镇霍家湾村( N36. 73, E103. 25)进
行,该地区海拔 2624 m ,属典型的大陆性气候, 处于
干旱向半干旱地区过渡地带,年降水量 230~ 280 mm,
年蒸发量 1879. 8 mm, 年蒸发量是降水量的 6. 5倍。
年平均日照 2659. 3 h, 年最低气温- 28. 1 , 最高
气温 34. 34 , 年均温 5. 9 , 年均相对湿度 56%,
干燥度 3. 1, 年均无霜期 121 d。全年多为西北风,
夏季阴雨天气亦有东南风, 风力一般为 2~ 4级, 最
大 9级,频率为 19% ,年均风速 2. 3 m s- 1 , 定时最
大风速 20 m s- 1 , 8级以上大风年均 11. 3 d,最多年
份达 26 d。境内沟壑纵横, 气候干燥,植被稀少,土
壤为钙砾土,土质疏松。
试验期间, 2008 年苜蓿整个生长期( 4/ 12 9/
10) ,当地降雨量为 263. 9 mm,其中第 1茬生长期降
雨量 112. 5 mm, 第 2茬生长期降雨量 149. 4 mm。
2009年苜蓿整个生长期( 4/ 10 9/ 20) , 当地降雨量
为 211. 9 mm, 其中第 1茬生长期降雨量 56. 7 mm,
第 2茬生长期降雨量 155. 2 mm。
1. 2 试验设计
试验品种为陇东紫花苜蓿(M edicago sat iva
L. cv. LongDong )。采用田间垄覆膜沟种植方式,
垄为集雨区,沟为种植区。设覆膜垄和土垄 2种形
式集雨面处理:集雨垄坡度 40,垄高 25 cm, 覆膜垄
上覆盖宽 1. 2 m、厚度 0. 08 mm 的塑料薄膜, 边缘
用土固压, 以防被风损害; 土垄为人工原土夯实。
2种垄处理方式均设 4种沟垄宽比(沟宽 垄宽) :
60 30, 60 45, 60 60 和 60 75, 以平作为对照
( CK ) , 共 9 个处理, 编号分别为 MR30, MR45,
MR60, MR75, SR30, SR45, SR60, SR75, CK, 其中
MR 为膜垄 ( M ulching ridge ) , SR 为土垄 ( Soil
ridge) ,小区随机排列, 每个处理重复 3 次, 垄长
6 m,每个小区有 4条垄 3 条沟,小区面积及编号见
表 1。试验数据测定从2009年4月 10日至 2009年
9月 20日。
试验地于 2008年 4月 13日播种, 每个小区沟
内条播 4行紫花苜蓿,集雨处理及 CK行距均为 15 cm,
播种深度 1. 5~ 2 cm, CK 播种量 22. 5 kg hm- 2 ,
集雨处理按沟面积计算播种量为 22. 5 kg hm- 2。
用全部种植面积 (即沟面积 + 垄面积) 计算的
MR30, MR45, MR60, MR75 单位面积播种量分别
为 13. 5, 11. 25, 9. 64 和 8. 44 kg hm- 2 , SR30,
SR45, SR60, SR75 单位面积播种量分别为 13. 5,
11. 25, 9. 64 和 8. 44 kg hm- 2。播种前施基肥:纯
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第 2期 寇江涛等:旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿最佳沟垄宽比的确定
N( CO( NH 2 ) 2 , 含氮 46 %)和纯 P(重过磷酸钙, 含
P2O5 46 %)用量分别为34. 5 kg hm- 2和80 kg hm- 2。
田间无人工灌溉,播种后沟内用小麦秸秆覆盖,出苗
后去掉秸秆,加强杂草防除,以免苜蓿幼苗受杂草的
危害。种植第 2年进行土壤含水量、经济产量和水
分利用效率测定。
表 1 试验设计参数
T able 1 Design par ameters of exper iment
处理
Tr eatm ent
沟垄比, cm
Ridge Furrow
小区面积, m2
Plot area
产流面积, m2
Runof f area
沟面积, m2
Furrow ar ea
垄覆盖方式
Pad materia-l covered ridge
MR30 60 30 18 7. 2 10. 8 覆膜 Plast ic-covered
MR45 60 45 21. 6 10. 8 10. 8 覆膜 Plast ic-covered
MR60 60 60 25. 2 14. 4 10. 8 覆膜 Plast ic-covered
MR75 60 75 28. 8 18 10. 8 覆膜 Plast ic-covered
SR30 60 30 18 7. 2 10. 8 原土夯实 Ridge com pacted w ith soil
SR45 60 45 21. 6 10. 8 10. 8 原土夯实 Ridge com pacted w ith soil
SR60 60 60 25. 2 14. 4 10. 8 原土夯实 Ridge com pacted w ith soil
SR75 60 75 28. 8 18 10. 8 原土夯实 Ridge com pacted w ith soil
CK 21. 6 0 0
1. 3 测定项目
1. 3. 1 干草产量
第 1茬苜蓿于盛花期 ( 2009-07-11) 刈割, 第 2
茬苜蓿于初花期 ( 2009-09-20)刈割, 刈割时在每小
区选取 1 m 0. 6 m生长均匀的样方,齐地刈割, 在
105 烘箱中杀青 15 min,之后置于 60 下烘至恒
重( 24 h) ,冷却后取出称重,折算成每公顷的干草重
量。为能够准确反映集雨效果对苜蓿干草产量的影
响,有效评价集雨面积对种植面积减少的补偿效应,
采用沟面积(即不考虑垄面积)和全部种植面积(即
沟面积+ 垄面积) 2种方式计算干草产量。
1. 3. 2 土壤含水量测定
紫花苜蓿种植第 2 年返青前( 2009-04-11)、整
个生长期内每隔 15 d,用土钻采取土样, 深度 120 cm
内每 20 cm 为一个层次, 每个小区取 3钻土样,同一
层次 3个土样混合均匀, 采用烘干法( 105 , 10 h)
测定各处理的土壤质量含水量。
土壤贮水量计算公式 [ 16] :W = h p b 10
式中, W 土壤贮水量 ( mm ) ; h 土层深度
( cm ) ; p 土壤容重( g cm- 3 ) ; b 土壤质量含水
量( % )。
1. 3. 3 水分利用效率计算
依据王琦等 [ 6] 关于农田微型集水种植研究报
道,地膜覆盖后垄面的集水效率为 90%、土垄的集
雨效率为 16. 8%, 由于苜蓿生长期间不进行灌溉,
加之试验区地下水位较深, 因此苜蓿生长过程中利
用地下深层水量可忽略不计, 假设垄下土壤与种植
沟内土壤水分处于平衡状态, 土壤供水量(W s )、作
物耗水量(W c) 和水分利用效率(WUE )可根据以下
公式进行计算[ 10, 17] :
沟垄集雨处理:W s= h1+ h2
h2
(W 1- W2 )
W c= W s+
h2 + E rh1
h2
p
WUE=
Y
W c h2
h1 + h2
平作处理:W s= W1 - W 2
W c= W s+ P
WUE=
Y
W c
式中, W s 土壤供水量 ( mm ) ; W c 作物耗水
量( mm ) ; WUE 水分利用效率 ( kg mm- 1
hm
- 2
) ;W 1 ,W 2 相邻 2次取样 120 cm 土层贮水量
( mm) ; E r 集雨处理垄面集雨效率( % ) ; P 作物
生长期降水量( mm) ; h1 , h2 垄宽和沟宽( cm) ; Y
沟垄总面积计算的干草产量( kg hm- 2 )。
1. 4 数据统计
采用 Excel 2003进行数据处理和图表绘制,并
采用单因素方差分析( one-w ay ANOVA)和最小显
著差数法( LSD法)进行多重比较。
2 结果与分析
2. 1 不同集雨处理对苜蓿草产量的影响
为了能够深层次分析膜垄处理和土垄处理的集
雨效果及增产效应, 同时采用 2种方法计算苜蓿干
草产量。Y 1为沟面积计算出的产量, 即不考虑垄面
积对产量的影响, 能够准确反映集雨效果对苜蓿干
草产量的影响,但不能评价集雨面积对种植面积减
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草 地 学 报 第 19卷
少的补偿效应; Y 2为全部种植面积计算出的产量,
即计算面积包括沟面积和垄面积, 能够反映真
正的产量和评价集雨面积对种植面积减少的补偿
效应。
表 2 不同集雨处理对紫花苜蓿干草产量及水分利用效率的影响
Table 2 Different collection r ainfall treatments impact on the hay yield and water use efficiency o f alfalfa
处理 T reatment CK M R30 MR45 M R60 MR75 SR30 SR45 SR60 SR75
第 1茬产量 Y1 , kg hm- 2 1042. 59h 4808. 80f 6843. 16d 8638. 72ab 8921. 65a 3930. 48g 5992. 72e 7600. 74c 9342. 19b
The first crop yield Y2 , kg hm- 2 1042. 59g 2885. 28e 3421. 58b 3702. 31a 3345. 62b 2358. 29f 2996. 36de 3257. 46bc 3128. 32cd
第 2茬产量 Y1 , kg hm- 2 795. 17g 3243. 58e 4619. 38c 5863. 50a 6122. 40a 2716. 42f 3797. 66d 4810. 77c 5462. 35b
T he second crop y ield Y2 , kg hm- 2 795. 17f 1946. 15cd 2309. 69b 2512. 93a 2295. 90b 1629. 85e 1898. 83d 2061. 76c 2048. 38c
总产量 Y1 , kg hm- 2 1837. 76i 8052. 38g 11462. 54e 14502. 23b 15044. 05a 6646. 90h 9790. 38 f 12411. 51d 13804. 53c
T ot al y ield Y2 , kg hm- 2 1837. 76 f 4831. 43d 5731. 27b 6215. 24a 5641. 52b 3988. 14e 4895. 19d 5319. 22c 5176. 70c
Y2较CK 增加, %
Y2 increase over CK
162. 90 211. 86 238. 20 206. 98 117. 01 166. 37 189. 44 181. 69
水分利用效率, kg mm- 1 hm- 2
Water use ef ficiency
15. 53g 20. 95ef 28. 80d 40. 65b 49. 23a 18. 45fg 24. 08e 35. 75c 35. 59c
WUE较 CK 增加, %
WUE increase over CK
34. 84 85. 40 161. 65 216. 89 18. 78 55. 04 130. 11 129. 10
注: 同一行中不同字母表示数据间差异显著 ( P < 0. 05 )
Not e: Different let ters in the same line indicat ed significant differences at the 0. 05 lev el
由表 2可知,按照纯沟面积计算苜蓿干草产量
(即 Y 1 ) , 膜垄处理第 1茬平均干草产量为 7303. 08
kg hm- 2 , 第 2 茬平均干草产量为 4962. 22 kg
hm
- 2
,年平均干草产量为 12265. 30 kg hm- 2 , 各
处理年干草产量顺序为 MR75> MR60> MR45>
MR30,各处理间差异性显著( P< 0. 05)。土垄处理
第 1茬平均干草产量为 6466. 53 kg hm- 2 ,第 2茬
平均干草产量为 4196. 80 kg hm- 2 ,年平均干草产
量为 10663. 33 kg hm- 2 , 各处理年干草产量顺序
为 SR75> SR60> SR45> SR30,各处理间差异性显
著( P< 0. 05)。
用全部面积计算苜蓿干草产量(即 Y 2 ) ,膜垄处
理第 1茬平均干草产量为 3338. 70 kg hm - 2 ,第 2
茬平均干草产量为 2266. 17 kg hm- 2 ,膜垄处理的
年干草产量顺序为 MR60 > MR45 > MR75 >
MR30, MR60显著高于 MR75, MR45 和 MR30( P
< 0. 05) , MR75与 MR45 之间差异不显著, 但显著
高于 MR30 ( P < 0. 05) , MR30, MR45, MR60 和
MR75的年干草产量分别较 CK 提高 162. 90 % ,
211. 86 %, 238. 20 %和 206. 98 %, 膜垄处理的年
平均干草产量为 5604. 87 kg hm- 2 , 较 CK 提高
204. 98%;土垄处理第 1茬平均干草产量为 2935. 11
kg hm- 2 , 第 2 茬平均干草产量为 1909. 71 kg
hm - 2 ,土垄处理的年干草产量顺序为 SR60> SR75
> SR45> SR30, SR60与 SR75差异不显著,但显著
高于 SR45 和 SR30( P < 0. 05) , 且 SR30, SR45,
SR60和 SR75的年干草产量分别较 CK提高117. 01%,
166 37% , 189. 44%和 181. 69% , 土垄处理的年平
均干草产量为 4844. 81 kg hm- 2 , 较 CK 提高
163 63%; 膜垄的平均干草 产量较土垄提高
15 69%。结果表明,膜垄集雨处理的经济产量显著
高于土垄集雨处理( P< 0. 05) , 土垄集雨处理经济
产量也明显高于 CK。
2. 2 不同集雨处理对苜蓿水分利用效率的影响
为准确评价集雨面积对种植面积减少的补偿效
应,用全部面积(沟面积+ 垄面积)计算苜蓿产量,并
进一步计算水分利用效率。2009 年苜蓿整个生育
期( 4/ 10 9/ 20) , 当地降雨量为 211. 9 mm。由表 2
可知,膜垄处理 0~ 120 cm 水分利用效率从高到低
排列顺序为 MR75> MR60> MR45> MR30, 处理
之间差异显著, 而且各处理均显著高于 CK ( P <
0. 05) , MR75, MR60, MR45 和 MR30 的水分利用
效率分别较 CK提高 216. 89% , 161. 65%, 85. 40%和
34. 84%,膜垄处理平均水分利用效率为 34. 91 kg
mm
- 1 hm- 2 ,为 CK的 2. 25倍。土垄处理 0~ 120
cm 水分利用效率从高到低排列顺序为 SR60 >
SR75> SR45> SR30, SR60 和 SR75之间无显著差
异, SR60和 SR75 均显著高于 SR45 和 SR30( P<
0. 05) , 除 SR30外, SR60, SR75 和 SR45 的水分利
用效率均显著高于 CK ( P < 0. 05) , SR75, SR60,
SR45 和 SR30 的水分利用效率分别较 CK 提高
129 10%, 130. 11%, 55. 04%和 18. 78% , 土垄处理
的平均水分利用效率为 28. 47 kg mm- 1 hm- 2 ,
为 CK 的 1. 83 倍。膜垄处理的平均水分利用效率
较土垄处理提高 22 62% , 明显高于土垄处理( P<
250
第 2期 寇江涛等:旱地垄沟集雨种植紫花苜蓿最佳沟垄宽比的确定
0. 05)。所有处理中, MR75的水分利用效率最高,
MR60次之, CK处理的水分利用效率最低。
2. 3 膜垄和土垄最佳沟垄比的确定
为了确定沟垄集雨种植紫花苜蓿的最佳沟垄比
例,以垄集雨处理条件下垄宽为 x 轴, x 分别为 0,
30, 45, 60, 75 cm,其中 0 cm 是指垄宽为零,即 CK,
以 CK 和垄集雨处理单位面积的经济产量(即 Y 2 )
为 y 轴, 作散点图, 并用一元二次回归方程式表达
垄宽与经济产量之间的关系。
图 1 不同处理的垄宽与经济产量的关系
F ig. 1 Relationships of r idge w idth and economic yield betw een different tr eatments
由图 1可知,土垄和膜垄集雨处理垄宽与经济
产量的回归方程式分别为: y 1 = - 0. 7069x 2 +
99 073x + 1800. 2( R 2= 0. 9942) , y 2= - 1. 1674x 2
+ 140. 21x + 1799. 3( R
2
= 0. 9943) ,对上述回归
方程进行微分处理,发现当土垄和膜垄集雨处理的
垄宽分别为 70. 08 cm 和 60. 05 cm ,即沟垄宽比分
别为 60 cm 70. 08 cm 和 60 cm 60. 05 cm 时, 紫
花苜蓿经济产量最高, 期望值分别达到 5271. 5 kg
hm- 2和 6009. 3 kg hm- 2 , 分别较 CK 提高
226 99%和 186. 84% ,膜垄处理的最大经济产量较
土垄处理提高 14. 00%。因此, 在该干旱半干旱区
沟垄集雨种植紫花苜蓿时, 土垄处理比较适宜的沟
垄比为1 1. 17,即沟宽 垄宽= 60 cm 70 cm; 膜
垄处理比较适宜的沟垄比为 1 1,即沟宽垄宽=
60 cm 60cm。
3 讨论与结论
在我国干旱半干旱区,雨水利用效率低下,作物
生产潜力由于缺水而下降 60% ~ 75% [ 3] ,采用调控
措施集蓄土壤水分是促进植物生长和提高草地生产
力的关键[ 18, 19] ,适宜的土壤水温条件对作物生长与
产量形成具有显著影响 [ 20, 21] , 因此, 旱作农田作物
产量的提高要从土壤水分要素入手。
谢慧慧等[ 22] 研究表明, 地表覆盖可以提高苜蓿
产量及苜蓿的水分利用效率。本试验垄沟集雨种植
紫花苜蓿, 2009 年苜蓿整个生长时期 ( 4/ 10 9/
20) ,当地降水量为 211. 9 mm。根据王琦等[ 10] 农田
微型集雨种植求得膜垄 MR75, MR60, MR45 和
MR30 处理的集雨量分别为 450. 29, 402. 61,
354 93, 307. 26 mm, 土垄 SR75, SR60, SR45 和
SR30处理的集雨量分别为 256. 40, 247. 50, 238. 60
和 229 70 mm。表明垄覆膜集雨种植与传统平作
( CK)相比能够大幅增加苜蓿种植区土壤贮水量,明
显改善土壤水分供应能力,使土壤贮水量更加接近
苜蓿生长的最适贮水量, 从而缓解苜蓿生长过程中
的水分供需矛盾, 减小其在生长期由于土壤水分亏
缺造成的生产损失,增强抗旱能力,同时地膜覆盖能
够增加耕层土壤温度[ 20, 21] , 使膜垄植物在土壤水分
相对充足和温度相对适宜的条件下生长, 从而显著
提高苜蓿干草产量及苜蓿的水分利用效率。试验中
膜垄、土垄处理平均年干草产量分别为 5604. 87 kg
hm- 2和 4844. 81 kg hm- 2 , 分别较 CK 提高
204 98%和 163. 63%; 膜垄、土垄处理平均水分利
用效率分别为34. 91 kg mm- 1 hm- 2和28. 47 kg
mm- 1 hm- 2 ,分别为 CK 的 2. 25倍、1. 83倍;膜
垄的平均年干草产量、平均水分利用效率分别较土
垄提高 15. 69% , 22. 62%。
膜垄和土垄处理中随着垄宽度的增加, 苜蓿的
干草产量相应提高。这是由于随着垄宽度的增加,
相对种植密度减小,集雨量增加,致使苜蓿种群内部
对水分的竞争减弱, 苜蓿长势良好。但是 MR75和
251
草 地 学 报 第 19卷
SR75的干草产量低于 MR60和 SR60, 是由于在沟
面积不变的情况下, 随着垄宽度的增加, 垄面积增
加,全部种植面积即小区面积增加,苜蓿的实际种植
面积相对减少, 致使其产量的增加不能弥补集雨面
积(垄面积)增加对实际种植面积(沟面积)相对减少
的补偿效应, 所以 MR75 和 SR75的干草产量不再
随着垄宽的增加而增加。土垄对雨水有一定的富集
作用, 但集流效果低于膜垄[ 6] ,所以膜垄处理种植紫
花苜蓿增产效果显著, 土垄处理亦可显著增加紫花
苜蓿干草产量, 但增产效果低于膜垄处理。回归分
析表明当膜垄的最佳沟垄宽比为 60cm 60cm、土
垄的最佳沟垄宽比为 60cm 70cm 时, 苜蓿的经济
产量可以达到最大, 分别为 6009. 3 kg hm- 2和
5271. 5 kg hm - 2 , 分别较 CK 提高 226 99%、
186 84% ,膜垄处理的最大经济产量较土垄处理提
高 14. 00%。
综上所述, 垄沟覆膜集雨种植的增温、保墒、聚
雨作用[ 8, 20] , 一方面提高作物产量和水分利用效率,
另一方面能够更有效地利用小降雨,促进作物生长,
对于缺乏灌溉和灌溉成本较高的干旱半干旱非常适
用,常作为一项重要的抗旱、提高产量和提高水分利
用的措施,最终实现增产、节水的双重目标。
最佳沟垄比的确定与当地的降雨量多少、降雨
特点、机械条件、耕作方式及作物品种等诸多因素有
关,同时大田试验由于周期长,容易受到各种外部因
素的制约,得出的初步结论有待今后进一步分析和
验证,且在其他地区如何根据降雨量等因素合理确
定种植紫花苜蓿的最佳沟垄比亦需要进一步研究。
当前的农业条件下,膜垄地膜的铺设可以借助于地
膜起垄机实现机械化操作, 但土垄的制作仍然需要
人工完成,工作量大、经济投入高而且速度慢, 经济
效益远远低于膜垄种植, 故在试验地区及其相似地
区采用膜垄集雨种植能显著提高苜蓿干草产量及水
分利用效率,从而提高苜蓿草地建植效果和经济效
益,建议采用垄覆膜集雨种植紫花苜蓿,沟垄宽比为
60 cm 60 cm。
参考文献
[ 1] 陈宝书.牧草饲料作物栽培学[ M ] . 北京: 中国农业出版社,
2001
[ 2] 李凤民,王静,赵松岭.半干旱黄土高原集水高效旱地农业的发
展[ J ] .生态学报, 1999, 19( 2) : 152- 157
[ 3] 李凤民, 徐进章.黄土高原半干旱地区集水型生态农业分析
[ J ] .中国生态农业学报, 2002, 10( 1) : 101- 103
[ 4] Li X Y, Gong J D, Gao Q Z, et al . Incorporation of ridge and
furrow method of rainfall har vest ing w ith mulching for crop
product ion under semiarid con dition s [ J ] . Agricu ltural Water
Manag ement , 2001, 50( 3) : 173-183
[ 5] Pacey A, Culli s A. Rainw ater harvest ing: th e collect ion of
rainfall an d runof f in rural ar eas [ M ] . London: WBC Print
Ltd. , 1989
[ 6] 王琦,张恩和,李凤民.半干旱地区膜垄和土垄的集雨效率和不
同集雨时期土壤水分比较[ J] . 生态学报, 2004, 24( 8) : 1816-
1819
[ 7] Seth C ook, Li F R, Wei H L. Rainw ater harvest ing agricul-
ture in Gan su Province, People s of Republ ic of China[ J] . S oil
an d Water C on servat ion, 2000, 55( 2) : 112-114
[ 8] 杨封科.旱作春小麦垄膜沟种微集水种植技术研究[ J] .灌溉排
水学报, 2004, 23( 4) : 47-49
[ 9] 任小龙,贾志宽,陈小莉,等.模拟不同雨量下沟垄集雨种植对
春玉米生产力的影响[ J] .生态学报, 2008, 28( 3) : 1006-1015
[ 10] 王琦,张恩和,李凤民,等.半干旱地区沟垄微型集雨种植马铃
薯最优沟垄比的确定[ J] .农业工程学报, 2005, 21( 1) : 38-41
[ 11] T ian Y, S u D R, Li F M, et al . E ffect of rainwater harves tin g
w ith ridg e and furrow on yield of potato in s emiarid areas[ J ] .
Field Crops Research, 2003, 84: 385-391
[ 12] 贾宇,徐炳成,王晓凌,等.半干旱黄土丘陵区垄沟集雨对紫花
苜蓿人工草地土壤水分和产草量的影响 [ J ] .植物生态学报,
2007, 31( 3) : 470-475
[ 13] Jia Y, Li F M , Wang X L. Soil qu alit y r esponses to alfal fa w a-
tered w ith a field m icro- catchment technique in the Loess Plat-
eau of China[ J] . Field Crop Research, 2006, 95: 64-74
[ 14] 杨文治,邵明安.黄土高原土壤水分研究[ M ] .北京: 科学出版
社, 2000
[ 15] Li X Y, Gong J D. E ffect of diff erent ridge, fur row rat ios an d
supplem ental i rrigat ion on crop produ ct ion in ridge and fu rrow
rainfall harvest ing s ystem w ith mulches[ J ] . Agricul tu ral Wa-
ter Managemen t, 2002, 54: 243- 254
[ 16] 刘广才,杨祁峰,李来祥,等.旱地玉米全膜双垄沟播技术土壤
水分效应研究[ J] .干旱地区农业研究, 2008, 26( 6) : 18-28
[ 17] 陈志雄.农田水量平衡[ J] .土壤学进展, 1985, 1: 1- 5
[ 18] 程积民,杜峰,万惠娥.黄土高原半干旱区集流灌草立体配置与
水分调控[ J] .草地学报, 2000, 8( 3) : 210-219
[ 19] 程积民,万惠娥,王静,等.黄土丘陵半干旱区天然草地土壤水
分调控研究[ J] .草地学报, 2003, 11( 4) : 296-300
[ 20] Ramakrishna A, Tam H M, Wani S P, et al . Ef fect of m ulch
on soil t emp eratu re, moisture, w eed infestat ion and yield of
groundnu t in n orth ern vietnam [ J ] . Field Crops Research ,
2006, 95: 115- 125
[ 21] Wang X L, Li F M, Jia Y, et al . Increasing potato yields with
addit ional w ater and in creased soil t emperature [ J ] . Agricul-
ture Water Management , 2005, 78: 181-194
[ 22] 谢慧慧,樊军,郝明德,等.地表覆盖对黄土高原水蚀风蚀交错
区人工草地水分利用的影响[ J] .草地学报, 2010, 18( 2) : 172-
176, 182
(责任编辑 李美娟)
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