调亏灌溉对高寒荒漠区人工混播草地土壤环境与牧草生长的影响

doi:10.11686/cyxb2020476

草业学报 ›› 2022, Vol. 31 ›› Issue (1): 95-106.DOI: 10.11686/cyxb2020476

调亏灌溉对高寒荒漠区人工混播草地土壤环境与牧草生长的影响

汪精海¹^,²(), 李广¹(), 银敏华², 齐广平², 康燕霞², 马彦麟²

^1.甘肃农业大学林学院，甘肃兰州 730070
^2.甘肃农业大学水利水电工程学院，甘肃兰州 730070

收稿日期:2020-10-20 修回日期:2020-12-07 出版日期:2021-12-01 发布日期:2021-12-01
通讯作者: 李广
作者简介:Corresponding author. E-mail： lig@gsau.edu.cn
汪精海（1981-），男，甘肃景泰人，副教授，在读博士。E-mail： wangjh@gsau.edu.cn
基金资助:
甘肃省教育厅产业支撑计划项目(2021CYZC-20);国家重点研发计划子课题(2016YFC0400304);甘肃农业大学盛彤笙创新基金专项项目(GSAU-STS-2021-18);甘肃农业大学水利水电工程学院青年教师科技创新基金项目(SLXY-QN-2020-07);甘肃省高校创新基金项目(2020B-131)

Effects of regulated deficit irrigation on the soil environment and forage growth of mixed-species forage plantings in China’s high-cold desert area

Jing-hai WANG¹^,²(), Guang LI¹(), Min-hua YIN², Guang-ping QI², Yan-xia KANG², Yan-lin MA²

^1.College of Forestry of Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China
^2.College of Water Conservancy and Hydropower Engineering of Gansu Agricultural University，Lanzhou 730070，China

Received:2020-10-20 Revised:2020-12-07 Online:2021-12-01 Published:2021-12-01
Contact: Guang LI

摘要/Abstract

摘要：

针对中国高寒荒漠草原区牧草种植模式单一、产量水平低下的草业畜牧业生产现状，探究更为有效的灌水模式以提高牧草产量，以实现区域水土资源高效利用。以燕麦和箭筈豌豆混播草地为研究对象，采用大田试验对比分析了7种调亏灌溉模式（拔节期轻度亏水BW₁：65%~75%，拔节期中度亏水BW₂：55%~65%，拔节期重度亏水BW₃：45%~55%，开花期轻度亏水KW₁：65%~75%，开花期中度亏水KW₂：55%~65%，开花期重度亏水KW₃：45%~55%，以全生育期充分灌水QW₀：75%~85%为对照）对混播草地土壤水分、土壤温度和土壤养分及牧草株高、茎叶比、产量和水氮利用效率的影响。结果表明：1）平均土壤贮水量随灌水亏缺程度的提高呈降低趋势，同一亏缺度条件下，拔节期亏水与开花期亏水间无显著差异。2）水分亏缺处理的平均土壤温度显著高于充分灌水处理，且水分亏缺度一定时，拔节期亏水处理的平均土壤温度显著高于开花期亏水处理。3）收获后各处理的土壤养分含量较播种前呈降低趋势。与充分灌水相比，开花期轻度亏水可显著提高土壤速效氮含量，而中度或重度水分亏缺不利于牧草对土壤速效磷和钾的吸收。4）同一灌水模式下，燕麦株高、茎叶比和产量均显著高于箭筈豌豆。7种灌水模式的草地耗水量为386.1~502.6 mm，与处理QW₀相比，处理KW₂的灌水量减少20.6%，牧草总产量无显著差异，可获得较高的水分利用效率（31.5 kg·hm^-2·mm^-1）、灌水利用效率（81.0 kg·hm^-2·mm^-1）、氮素吸收效率（0.99 kg·kg^-1）和氮肥偏生产力（191.1 kg·kg^-1），是高寒荒漠区燕麦与箭筈豌豆混播人工草地节水、增产和高效的水分管理模式。

关键词: 调亏灌溉, 混播, 人工草地, 土壤环境, 生长, 高寒荒漠区

Abstract:

In the high-cold desert area of China， forage production is limited by the traditional planting patterns used and by the low natural productivity of the landscape. The purpose of this study was to explore a promising irrigation regime to increase forage yield and achieve efficient use of water and soil resources. For a mixed-sowing of oats （Avena sativa） and vetch （Vicia sativa）， a field experiment was conducted to analyze the effects of seven patterns of regulated deficit irrigation on the soil moisture， soil temperature， and soil nutrient levels of the forage crop， as well as the plant height， stem-leaf ratio， yield， and water and nitrogen use efficiency of the mixed-species forage crop. The seven irrigation patterns were： mild water deficit at jointing stage （BW₁， soil moisture at 65%-75% of field capacity； SM% FC）， moderate water deficit at jointing stage （BW₂， 55%-65% SM% FC）， severe water deficit at jointing stage （BW₃， 45%-55% SM% FC）， mild water deficit at flowering stage （KW₁， 65%-75% SM% FC）， moderate water deficit at flowering stage （KW₂， 55%-65% SM% FC）， severe water deficit at flowering stage （KW₃， 45%-55% SM% FC）， and full irrigation during all crop growth stages （QW₀， 75%-85% SM% FC）. It was found that： 1） The average soil water storage decreased with the increasing water deficit. Under the same water deficit conditions， there was no significant difference between the average soil water storage at jointing stage and at flowering stage. 2） The average soil temperatures of water deficit treatments were significantly higher than those of the full irrigation treatment. At the same level of water deficit， the average soil temperature was significantly higher in treatments with water deficit at the jointing stage than those with water deficit at the flowering stage. 3） Compared with levels before sowing， the soil nutrient contents of all treatments were reduced after harvest. The treatment KW₁ significantly increased soil available nitrogen content， while moderate or severe water deficit inhibited the absorption of soil available phosphorus and potassium by the forage crops. 4） Under the same irrigation pattern， the plant height， stem-leaf ratio， and yield of oats were significantly higher than those of vetch. The water consumption of the seven irrigation regimes was 386.1-502.6 mm. Compared with the treatment QW₀， the treatment KW₂ reduced the irrigation amount by 20.6%， had a statistically equal forage yield， and achieved a higher water use efficiency （31.5 kg·ha^-1·mm^-1）， irrigation water use efficiency （81.0 kg·ha^-1·mm^-1）， nitrogen absorption efficiency （0.99 kg·kg^-1）， and partial productivity of nitrogen fertilizer （191.1 kg·kg^-1）. In conclusion， moderate water deficit during the flowering stage was a water-saving， yield-increasing， and highly efficient water management regime for the tested oat-vetch forage crop at this site in a high-cold desert area.

Key words: regulated deficit irrigation, mixed seeding, artificial grassland, soil environment, growth, high-cold desert area

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图/表 12

图1 试验区地理位置

Fig.1 Geographical location of the experimental area

图2 牧草生育期间逐日降水量与平均气温分布

Fig.2 Distribution of daily precipitation and average temperature during the growth period of forage

表1 试验处理设计

Table 1 Experimental treatment design

项目

Item

拔节期Jointing stage

开花期Flowering stage

全生育期Whole growth stage

W₁

W₂

W₃

W₁

W₂

W₃

W₀

处理编号Code

BW₁

BW₂

BW₃

KW₁

KW₂

KW₃

QW₀（CK）

图3 试验小区设计

Fig.3 Design of experimental plot

图4 不同灌水模式下牧草生育期平均土壤贮水量不同小写字母表示处理间差异显著（P<0.05）。下同。Different lowercase letters indicate significant differences among treatments （P<0.05）. The same below.

Fig.4 Average soil water storage during the growth period of forages under different irrigation patterns

图5 不同灌水模式下牧草生育期平均土壤温度

Fig.5 Average soil temperature during the growth period of forages under different irrigation patterns

表2 收获后不同灌水模式耕层（0~30 cm）土壤平均养分含量（质量比）

Table 2 Average soil nutrient content （mass ratio） of the cultivated layer （0-30 cm） under different irrigation patterns after harvest

处理 Treatment	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	全钾 Total potassium （g·kg^-1）	碱解氮 Available nitrogen （mg·kg^-1）	速效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）
QW₀	19.29±0.25a	0.85±0.11a	0.56±0.07a	13.88±0.15a	56.98±1.33b	1.58±0.06bc	26.63±0.59c
BW₁	18.56±0.05b	0.87±0.09a	0.61±0.10a	13.95±0.11a	52.56±1.00c	1.49±0.05c	27.32±0.28c
BW₂	18.34±0.07c	0.88±0.05a	0.58±0.08a	13.79±0.25a	50.54±0.95d	1.65±0.04b	29.10±0.21a
BW₃	18.20±0.04c	0.84±0.12a	0.58±0.09a	13.90±0.22a	50.43±0.89d	1.83±0.04a	29.55±0.35a
KW₁	19.25±0.11a	0.84±0.07a	0.60±0.05a	13.91±0.16a	60.34±1.25a	1.53±0.04c	27.56±0.35c
KW₂	19.30±0.15a	0.85±0.09a	0.59±0.07a	14.00±0.03a	57.55±1.24b	1.86±0.05a	28.87±0.34ab
KW₃	18.65±0.06b	0.83±0.06a	0.61±0.07a	14.05±0.03a	53.01±0.85c	1.79±0.06a	28.37±0.37b

图6 不同灌水模式下收获时混播牧草的株高不同小写字母表示同一品种不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments of the same variety （P<0.05）. The same below.

Fig.6 Plant heights of mixed forages at harvest under different irrigation patterns

图7 不同灌水模式下收获时混播牧草的茎叶比

Fig.7 Stem-leaf ratio of mixed forages at harvest under different irrigation patterns

图8 不同灌水模式下混播牧草的产量不同小写字母表示混播牧草不同处理间差异显著（P<0.05）。下同。Different lowercase letters mean significant differences among different treatments of mixed forages （P<0.05）. The same below.

Fig.8 Yield of mixed forages under different irrigation patterns

表3 不同灌水模式对混播牧草耗水量及耗水来源比例的影响

Table 3 Effects of different irrigation patterns on the water consumption and the proportion of water consumption sources of mixed forages

处理 Treatment	耗水量 Water consumption （WC， mm）	灌水量 Irrigation （I， mm）	灌水量/耗水量 Ratio of I and WC （%）	降水量 Precipitaion （P， mm）	降水量/耗水量 Ratio of P and WC （%）	土壤贮水消耗量 Consumption of soil water storage （CSWS， mm）	土壤贮水消耗量/耗水量Ratio of CSWS and WC （%）
QW₀	502.6±9.1a	223.0±12.2a	44.4±1.7a	212±9a	42.2±0.7e	67.6±1.4c	13.5±0.5d
BW₁	480.8±11.2b	193.5±6.4b	40.2±0.5b	212±9a	44.1±0.8d	75.3±1.9a	15.7±0.5b
BW₂	442.8±6.0d	159.5±2.5e	36.0±1.4d	212±9a	47.9±0.5b	71.3±1.5b	16.1±0.3ab
BW₃	386.1±12.1e	126.5±8.4f	32.8±1.1e	212±9a	54.9±3.2a	47.6±2.5e	12.3±0.2e
KW₁	455.5±5.9c	190.0±6.1b	41.7±0.8b	212±9a	46.5±0.6c	53.5±3.8d	11.7±0.2f
KW₂	455.0±5.6c	177.0±5.2c	38.9±0.7c	212±9a	46.6±0.7c	66.0±3.5c	14.5±0.4c
KW₃	455.1±5.5c	166.0±2.6d	36.5±1.5d	212±9a	46.6±0.6c	77.1±2.1a	16.9±0.6a

图9 不同灌水模式下混播牧草的水氮利用效率

Fig.9 Water and nitrogen use efficiency of mixed forages under different irrigation patterns

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调亏灌溉对高寒荒漠区人工混播草地土壤环境与牧草生长的影响

Effects of regulated deficit irrigation on the soil environment and forage growth of mixed-species forage plantings in China’s high-cold desert area

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图/表 12

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