全 文 ：文章编号: 1007-0435( 2003) 04-0346-04
紫花苜蓿花前蒸腾系数及紫花苜蓿和
玉米经济产量耗水系数比较
孙洪仁
(中国农业大学草地研究所, 北京 100094)
摘要:探讨苜蓿花前与全生育期蒸腾系数的差异 ,对苜蓿和玉米经济产量耗水系数进行比较。结果表明, 苜蓿花前
蒸腾系数约为全生育期的 1/ 2; 苜蓿经济产量耗水系数为 400~ 620, 玉米为 400~ 600。据此提出加强苜蓿花前需
水规律研究的建议。
关键词:草原学; 花前蒸腾系数; 经济产量耗水系数; 紫花苜蓿; 玉米
中图分类号: S812 文献标识码: A
Alfalfa. s Pre-blossoming Transpiration Coeff icients
and Comparison of the Water Consumption Coeff icients Between
Alfalfa and Maize in Terms of Economic Yield
SU N Hong-ren
( Inst itute of Grassland Science, C hina Agricultural University, Beijing 100094)
Abstract:A comparison of the different of alfalfa. s t ranspirat ion coeff icients betw een the pre-blossoming and the
w hole grow th stage and the water consumpt ion coefficients of alfalfa and maize in terms of economic yield w ere
made. T he results show that the pre-blossom ing t ranspirat ion of alflfa is about half of that of the whole grow th
stag e. The w ater consumpation coeff icients of alfalfa on econom ic yield w as 400 to 620, w hile the maize was 400
to 600. According to the above results, w e suggest that further study on alfalfa. s pre-blossoming water require-
ment regulat ion be focused.
Key words: Grassland science; Pre-blossoming t ranspirat ion coeff icient ; Water consumption coeff icient on eco-
nom ic production; Alfalfa; M aize
水分需求规律是牧草产量预测和合理灌溉的前
提。但目前人们对牧草水分需求规律的认识不尽一
致。一些人用全生育期蒸腾系数估算牧草耗水量,
如认为紫花苜蓿( Medicago sat iva L. )每制造 1 kg
干物质约需耗水 800 kg,理由是苜蓿的蒸腾系数约
为 800[ 1] ; 认为牧草比粮食作物耗水系数高 1 倍以
上,依据是牧草蒸腾系数为 500~ 800,而作物仅 200
~ 400
[ 2]。上述分歧如不能较好地解决, 势必会对
牧草水分管理的研究和实践产生不利影响。笔者以
苜蓿(蒸腾系数约 800[ 1, 3] )及玉米(蒸腾系数 174~
406[ 3, 4] )为例,对该问题进行初步探讨。
1 苜蓿花前蒸腾系数与全生育期的
差异
蒸腾系数( T ranspirat ion coeff icient )是植物蒸腾
消耗水分质量与同期积累干物质质量之比值,其中
水分质量、干物质质量的单位为同级质量单位。蒸
收稿日期: 2003-10-10;修回日期: 2003- 12-10
作者简介:孙洪仁( 1965- ) ,男,讲师,主要从事人工草地水肥管理研究
致 谢:北京顺义区种植业服务中心赵福民主任、北京昌平区种植业服务中心陈庆江主任为本文提供了宝贵资料,中国农业大学草地研
究所周禾教授、张英俊副教授等对本文的写作给予了热心指导和精心修改,在此一并表示谢意
第 11 卷 第 4 期
Vol. 11 No. 4
草 地 学 报
ACTA AGRESTIA SIN ICA
2003 年 12 月
Dec. 2003
腾系数亦常表述为植物积累 1 g 干物质所蒸腾消耗
的水分克数。蒸腾系数无量纲[ 4, 5]。蒸腾系数具有
时段性,有反映某一生育阶段植物蒸腾耗水与干物
质积累比例关系的阶段蒸腾系数,亦有反映全生育
期蒸腾耗水与干物质积累比例关系的全生育期蒸腾
系数[ 4]。在谈到阶段蒸腾系数时,通常对所指阶段
进行限定性说明。在没有限定的情况下, 一般指全
生育期蒸腾系数。如本文第一段提及的/牧草的蒸
腾系数一般为 500~ 800,而作物仅 200~ 4000,其中
的蒸腾系数即为全生育期蒸腾系数。
苜蓿生产以收获牧草为目的, 属于营养体生产,
收获期通常不是果实成熟期。即在生产过程中, 苜
蓿并未完整经历各个生育期, 而是在营养期或进入
繁殖期不久,生育进程就被刈割打断,又重新进入营
养生长阶段。显然, 用全生育期(从出苗或返青至果
熟)蒸腾系数反映营养期或花期前苜蓿蒸腾耗水与
干物质积累之比例关系不妥,而应用阶段蒸腾系数。
决定苜蓿蒸腾系数的参数有两个, 即干物质积
累量和同期蒸腾耗水量。苜蓿生长曲线呈/ S0型,
其干物质积累量通常从出苗(返青)经分枝、现蕾、初
花到盛花期达到最高, 而后经结实、果熟直至枯黄期
逐渐降低。果熟期干物质产量是苜蓿产草量由低到
高升至高峰之后进入下降阶段的产量。显然,高峰
期(盛花期)前必然存在一个干物质产量与其相当的
时期。这个时期大致为初花期。夏爱林( 1994)在新
疆准噶尔盆地南缘呼图壁县进行的苜蓿最佳收割期
试验研究结果见表 1[ 6]。由表 1 推断, 苜蓿初花期
干草产量与果熟期相当; 从初花期到果熟期蒸腾效
率为零。
表 1 不同收割期紫花苜蓿风干草产量 kg/ hm2
Table 1 Alfalfa hay product ion at the different g row th stag e ( kg/ hm2)
生育时期
Grow th stage
现蕾期
Budding
初花期
Init ial f low ering
盛花期
Flow ering
终花期
Final f low ering
结荚期
Podding
风干草产量 Hay product ion 3 024 3 493. 5 4 797 4 938 3 712. 5
苜蓿从初花期到果熟期蒸腾耗水数量及其占全
生育期的比例很重要。白文明等( 2001) , 在内蒙古
乌兰布和沙区磴口县(年均降水量 142. 7 mm, 年均
蒸发量 2377. 1 mm) ,研究当年春播苜蓿(播种期 4
月 23日, 播种量 22. 5 kg/ hm2, 行距 25 cm, 6月 22
日、7月 24日及 8月 12日漫灌 3 次, 累计灌水 133
mm)的蒸发、蒸腾、蒸散规律(见表 2) [ 7]。据表 2计
算各生育时期日蒸腾量占日蒸散量的比例分别为:
分枝期 57. 6%、开花期72. 7%、开花后期 95. 5%、结
实期 96. 7%。赵淑银( 1996)在内蒙古呼和浩特研
究苜蓿各生育期的日蒸散量(见表 3) [ 8]。参考白文
明的研究结果,假设各生育时期日蒸腾量占日蒸散
量的比例分别为: 返青期 40% ,分枝期 60%,孕蕾期
70%,开花期 85%, 成熟期 95%。以开花期之前三
分之一时段为初花期, 则据表 3推算苜蓿全生育期、
初花期前、初花期后的蒸腾耗水数量依次为 432、
211. 5和 220. 5 mm , 其中初花期后占全生育期
51%。
表 2 紫花苜蓿各生育时期日蒸发量、蒸腾量和蒸散量(mm/ d)
T able 2 The daily evapor at ion, transpiration and evapo transpiration of alfalfa at the different g rowth stages( mm/ d)
生育时期
Grow th stage
分枝期
Branching
开花期
Flow ering
开花后期
Final f low ering
结实期
Podding
日期(日/月)Date( day/ month) 23/ 6~ 28/ 6 7/ 7~ 21/ 7 24/ 7~ 4/ 8 12/8~ 24/ 8
日蒸发量 Daily evaporat ion 3. 08 1. 54 0. 20 0. 17
日蒸腾量 Daily t ranspirat ion 4. 18 4. 11 4. 27 5. 05
日蒸散量 Daily evapot ranspiration 7. 26 5. 65 4. 47 5. 22
表 3 紫花苜蓿各生育时期日蒸散量(mm/ d)
Table 3 Ddaily evapo transpiration of alfalfa at the different stag es( mm/ d)
生育时期
Grow th stage
返青期
Grow th beginning
分枝期
Branching
孕蕾期
Budding
开花期
Flow ering
成熟期
Maturat ion
全生育期
Whole grow th stage
日期(日/月) Date( day/ month) 8/ 4~ 29/ 4 30/ 4~ 22/ 5 23/ 5~ 15/ 6 16/ 6~ 9/ 7 10/ 7~ 28/ 7 8/ 4~ 28/ 7
日蒸散量 Daily evapot ranspirat ion 2. 53 4. 04 5. 33 7. 51 6. 92 5. 27
347第 4期 孙洪仁:紫花苜蓿的花前蒸腾系数及紫花苜蓿和玉米经济产量耗水系数比较
由上述分析可知, 苜蓿初花期干草产量与果熟
期大体相当;苜蓿初花期前蒸腾耗水数量约占全生
育期之 50%。显然,苜蓿花前蒸腾系数约为全生育
期蒸腾系数的 1/ 2。
2 苜蓿与玉米经济产量耗水系数比较
植物生产过程中经由植物蒸腾和土壤蒸发消耗
的水分数量之和称为耗水量, 其常用单位为 mm、
m3、t等。耗水系数( Water consumption coeff icient )
是植物耗水量与生物产量(干物质)或经济产量之比
值,其中耗水量、生物产量、经济产量的单位为同级
质量单位[ 9~ 11]。耗水系数亦常表述为单位面积田
地上植物形成单位生物产量(干物质)或经济产量所
消耗的水量,常用单位为 mm/ ( kg . hm 2) [ 12]。
耗水系数有两种,即生物产量耗水系数和经济
产量耗水系数。前者是植物耗水量与生物产量(干
物质)之比值, 后者是植物耗水量与经济产量之比
值。
苜蓿与粮食作物生产皆属于经济生产, 因此比
较苜蓿与粮食作物耗水系数时应采用经济产量耗水
系数。
甘允平等( 1994) , 在新疆准噶尔盆地南缘荒漠
绿洲接壤带呼图壁县进行的牧草和粮食作物耗水系
数研究结果见表 4 [ 13]。据表 4计算苜蓿和玉米的
经济产量耗水系数分别为 555和 910。该研究玉米
产量较低、耗水系数偏高。苏培玺等( 2002) ,在甘肃
河西走廊中段北部荒漠绿洲区临泽县(年均降水量
116. 8 mm, 蒸发量 2 390 mm) , 对玉米耗水规律的
研究结果为: 玉米单产 10 950 kg/ hm2, 耗水 651. 6
mm, 经济产量耗水系数 595. 1[ 11]。东先旺等
( 2001)在山东莱阳对夏玉米高产和超高产群体水分
需求规律的研究表明,夏玉米高产群体(单产8 915.
8 kg/ hm2)和超高产群体(单产 13 692. 5 kg/ hm2)的
经济产量耗水系数分别为 486. 9 和 440. 2[ 10]。郑
卓琳等( 1994)对紧凑型夏玉米高产需水规律研究结
果表明, 单产 7 500~ 9 000、9 750~ 10 500 和 10
500~ 12 000 kg/ hm2情形下,经济产量耗水系数依
次为 435. 5、400. 8和 368. 3[ 14]。
表 4 荒漠绿洲接壤带紫花苜蓿和玉米耗水系数
Table 4 Water consumpt ion coefficients of alfalfa and maize at t he intercross ar ea of desert and oasis
植物种类
Species
降水量
Rainfall
( m3/ hm2)
灌溉量
Irrigation
( m3/ hm2)
干物质产量
Dry mat ter product ion
( kg/ hm2)
生物产量耗水系数
Water consumption
coeff icient
经济产量
Economic yield
( kg/ hm2)
紫花苜蓿 Alfalfa 696 4 200 7 938 617 8 820
玉米 Maize 782 3 600 9 435 464 4 815
李代琼等( 1996) [ 15] , 在陕北黄土丘陵区安塞县
(年均降水量 531. 4 mm)进行的苜蓿和粮食作物耗
水系数的研究结果见表 5。玉米籽实产量(干物质)
为9 900 kg/ hm2。如苜蓿和玉米籽实的经济产品含
水量皆按 14%计算, 则据表 5 计算出梁峁山顶苜
蓿、旱川台地苜蓿、旱川台地玉米的经济产量耗水系
数依次为 660、299和 427。其中旱川台地苜蓿耗水
系数偏低,而梁峁山顶偏高。李玉山( 2002) ,在陕西
黄土丘陵区长武县(海拔 1 200 m, 1986~ 1998 年均
降水量 537 mm) ,对 1984 年播种之苜蓿连续 12年
测定结果为: 干草单产 10 537 kg/ hm2, 耗水量
519. 4 mm(土壤贮水量测定范围为 0~ 10 m ) ,经济
产量水分利用效率 20. 27 kg / ( hm2. mm) [ 16]。据此
计算紫花苜蓿 12年平均经济产量耗水系数为 493。
表 5 黄土丘陵区紫花苜蓿和玉米耗水系数
Table 5 Water consumption coefficients of alfalfa and maize at the hilly area of the loess plateau
植物种类
Species
土地类型
Topography
生长年限
Years
土壤贮水量
测定范围
Measure depth( m)
耗水量
Water consumpt ion
mm
干物质产量
Dry mat ter product ion
( kg/ hm2)
生物产量耗水系数
Water consumpt ion
coef f icient
紫花苜蓿 Alfalfa 峁顶 Hill top 2 0~ 2 336. 4 4376 768
旱川台地 Hill bottom 3 0~ 3 574. 2 16500 348
玉米 maize 旱川台地 Hill bottom 1 0~ 2 492. 1 20205 244
北京自 2000年开始大规模种植苜蓿, 至 2003
年已发展到 20 000 hm2。顺义区、昌平区苜蓿耗水
系数的调查和计算结果见表 6。
348 草 地 学 报 第 11卷
表 6 北京地区紫花苜蓿耗水系数
Table 6 Water consumption coefficients of alfalfa in Beijing area
地点
S ite
年度
Year
生长年限
Grow ing
year
全年降水量
Rainfall a year
( mm)
灌溉量
Irrigat ion
( mm)
干草产量
Hay product ion
( kg/ hm2)
经济产量
耗水系数 Water
consumption coeff icient
顺义区 Shunyi 2000 1 488. 4 165 12555 520
顺义区 Shunyi 2001 2 482. 6 165 14468 448
顺义区 Shunyi 2002 3 489. 9 165 16500 397
昌平区 C hangping 2002 3 382. 8 240 14074 443
昌平区 C hangping 2002 3 382. 8 0 11961 320
在美国犹他州,针对不同土壤有效水含量条件
下苜蓿的经济产量耗水系数的研究结果 (表 7) 表
明,随着土壤有效水含量的提高苜蓿的经济产量耗
水系数由 576 升至 790[ 17]。美国西部苜蓿的耗水
状况为:每公顷生产 24. 7 t 干草时, 土壤水分蒸发
蒸腾总量 1 524 mm[ 17]。据此计算苜蓿经济产量耗
水系数为 617。
表 7 土壤有效水含量与苜蓿经济产量耗水系数( 1950~ 1955)
T able 7 Water consumption coefficients on economic production of alfalfa under
the different available water content in soil ( 1950~ 1955)
土壤有效水含量
Water available
content
6年总耗水量
Water consumption
in 6 years( mm)
年均耗水量
Water consumpt ion
( mm/ a)
年均干草产量
Hay product ion
[ kg/ ( hm2. a) ]
经济产量耗水系数
Water consumpt ion
coef f icient
20~ 25 4 978. 3 830. 6 14 431. 5 576
30~ 50 5 156. 1 858. 5 15 024. 6 571
65~ 75 5 613. 3 934. 7 15 370. 5 608
85~ 90 7 238. 9 1 209. 0 15 296. 4 790
综上所述, 正常情况下苜蓿的经济产量耗水系
数为 400~ 620,玉米为 400~ 600。
3 关于加强苜蓿花前需水规律研究的
建议
水分需求规律是苜蓿产量预测和合理灌溉的前
提;苜蓿生产属于营养体生产,收获期通常在初花期
前后;迄今为止,我国对苜蓿初花期前需水规律的研
究很不够。因此,建议加强苜蓿花前需水规律,如蒸
腾量、耗水量、需水量、蒸腾系数以及耗水系数等内
容的研究。
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