【毕业学位论文】（Word原稿）华北农牧交错带地区人工草地水分利用与水分消耗研究草业科学论文

密级： 论文编号： 中国农业科学院 学位论文 华北农牧交错带地区人工草地 水分利用与水分消耗研究 on on I 摘 要 本研究于 2006 年在河北省塞北管理区以 2002 年建植的紫花苜蓿、无芒雀麦人工草地为研究对象，通过进行不同灌溉处理，初步研究了不 同灌溉对两种牧草生长发育、水分利用效率及土壤水资源利用可持续性的关系。通过研究得到以下主要结论： 1、 不同灌溉处理对 无芒雀麦的植株高度、分蘖数、叶面积、地上地下生物量等生物学特性均有不同程度的影响。其中对植株高度、分蘖数、叶面积和地下生物量影响最大。较多的灌水有利于植株的生长、 叶片的增大； 较少的灌水有利于 促进分蘖、地下生物量的增长。 2006年 不同灌溉处理对应 地上生物量大小顺序为 无显著差异。处理 006 年长势最好，地上生物量干重最大，为 /分利用效率也最高， / 2、 不同灌溉处理对坝上地区紫花苜蓿植株高度、单位面积分枝数、叶面积、地上生物量等生物学特性均有不同程度的影响。其中 较多的灌水有利于 植株高度、单位面积分枝数和叶面积的增加，而且在整个生长季中灌溉水量较多的处理 位面积分枝数显著地高于灌溉水量较少的其他处理。 灌溉较多的处理 2006 年长势最好， 地上生物量显著地高于其他处理，两茬 苜蓿地上生物量干重分别为 / /两茬 苜蓿水分利用效率也最高，分别为 / / 3、 无芒雀麦人工 草地 2006年土壤水分状况是，旱季无芒雀麦生长初期各个土层水分含量都低，6 月份第一次灌溉对于土壤上层含水量影响较大，但对深层土壤水分含量影响较小。 7 月份第二次灌溉后， 不同灌溉处理各层土壤水分总体都比 6 月份有所增加 (包括不灌溉的处理 8 月份无芒雀麦进入生长季后期，整个生长季都没有进行灌溉的处理 个土层含水量都在下降，其他三个处理上层土壤水分含量都在下降，但与 7 月份差异不显著，而且三个进行灌溉的处理下层土壤含水量较 7 月份还有所增加。 5 月到 8 月底 无芒雀麦 整个生长季中，所有不同灌溉处理对应 土壤水分在收支 上不存在亏缺。 4、 紫花苜蓿人工草地 2006 年旱季土壤水分较低，雨季后浅层土壤随灌溉含水量逐渐增加，中层和深层含水量增加缓慢。 6 月份进行灌溉的三个处理各个土层总体上含水量有所增加，但与 5 月份无显著差异。 7 月份进入雨季后，除了处理 层含水量以外，处理 3、 个土层含水量总体比 6 月份都有不同程度的增加。 8 月份处理 上月相比上层含水量降低， 50下含水量升高。处理 体含水量较 7 月份降低。处理 有 0 10 和 20 30 土层含水量都显著高于 7 月份，其他土层含水量与 7 月份差异不显著。处理 上月比较， 70上含水量升高，其他土层降低。 9 月 20 日测苜蓿生长季最后一次土壤含水量，处理 个土层含水量都低于 8 月份土层含水量。5 月到 9 月 苜蓿 整个生长季中， 除了处理 ，整个生长季其他处理土壤含水都有赢余。 关键词： 灌溉 无芒雀麦 紫花苜蓿 生物学特性 水分利用效率 水分平衡 he 006 is to of on of of . .) 002, of 1. on ., of in of in of of 006, of 2 on 006, of 2 /, UE 2 /2. on . in of 3 4 1 2 3 in In of 3 /in /UE 3 In UE 3 /m3 in /3. of of . 006 is as in in of in of on of of 1 In . of 1 in of of of of ay no in 4. In 006, of as of of of no In of 1, 1, 3, W4 of of 0cm 2 As 3, of 0of no As 4, of 0cn of 20th on in of 1, W4 In ay of 1. ., ., of 录 第一章 绪 论 . 1 究背景 . 1 究进展 . 2 花苜蓿与水分的关系 . 2 芒雀麦与水分的关系 . 5 壤水分动态的研究 . 5 壤水分平衡的研究 . 6 溉理论的研究 . 8 究意义和目的 . 8 第二章 试验区概况及试验设计 . 9 验区自然概况 . 9 验设计及 测定项目 . 10 验处理 . 10 物生物学指标测定 . 10 壤物理性状指标测定 . 10 据分析 . 11 第三章 不同 灌溉处理对无芒雀麦生物学特性的影响 . 12 言 . 12 验设计和方法 . 12 验处理与测定项目 . 12 据分析 . 13 果与分析 . 13 同灌溉处理对植株高度的影响 . 13 同灌溉处理对分蘖数的影响 . 14 同灌溉处理对叶面积的影响 . 14 同灌溉处理对地上地下生物量的影响 . 15 同灌溉处理条件下无芒雀麦水分利用效率 . 15 论 . 16 第四章 不同灌溉处理下紫花苜蓿的生长发育规律 . 17 言 . 17 验设计和方法 . 17 验处理和测定项目 . 17 据分析 . 18 果与分析 . 18 同灌溉处理对植株高度的影响 . 18 同灌溉处理对分枝数的影响 . 19 同灌溉处理对叶面积的影响 . 20 同灌溉处理对地上生物量的影响 . 20 同灌溉处理条件下紫花苜蓿水分利用效率 . 21 论 . 21 V 第五章 灌溉处理对土壤水分及无芒雀麦产量的影响 . 23 言 . 23 验设计和方法 . 23 验 处理和测定项目 . 23 据分析 . 24 果与分析 . 24 芒雀麦地土壤水分动态 . 24 芒雀麦地土壤水分平衡 . 29 芒雀麦生物量与土壤水分含量的关系 . 30 论 . 31 第六章 灌溉处理对土壤水分及紫花苜蓿产量的影响 . 32 言 . 32 验设计和方法 . 32 验处理和测定项目 . 32 据分析 . 33 果与分析 . 33 蓿地土壤水分动态 . 33 蓿地土壤水分平衡 . 39 蓿生物量与土壤水分含量的关系 . 40 论 . 41 第七章 结论 . 42 参考文献 . 44 致 谢 . 49 作者简历 . 50 中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 1 第一章 绪 论 究背景 农牧交错带是指从我国西部牧区到东部农区，从干旱地区向湿润地区，以及从高原到平原、盆地的过渡地带（史德宽， 1999），也是北方半湿润农业区与半干早草原区接壤过渡处的半农半牧区 (程序， 1999)，该地带地处我国东部地区的风、水源头，具有特殊的生态地位 (王静爱等， 1999；刘公社， 1999),该地带地下矿藏、水利资源也非常丰富，是农区和牧区的经济纽带，它将对中西部乃至整个国民经济的可持续发展以及生态安全保障作用具有特别重大的意义 (史德宽 ,1999)。 农牧交错带近百年来，生态系统遭受了高强度的认为干扰和破坏，生态环境日趋脆弱和恶化，系统生产力日益降低，生态系统退化现象日趋严重 (罗承平等， 1995)。由于历代战争的焚烧、破坏，近代对森林的乱砍乱伐和盲目开垦，加之对草场的过度利用等多方面原因，使得农牧交错带的自然植被长期以来累遭破坏，风沙危害加剧，水土流失严重 ,人民生活贫困。因此该区域也是 全国贫困地区集中连片分布的区域 (任 继周等， 2002)， 它也是环境敏感带和生态脆弱带，是我国环境问题最集中、最明显的地区 (方修琦， 1999;王静爱等， 1999)。解放后至上世纪八十年代，农牧交错带由于盲目开垦造成的荒漠化土地面积达 前仍在以每年 2460晓方等， 1998)。 农牧交错带的主要经济活动是种植业和畜牧业而且农牧业并重，该地区既要种地又要放牧，其农业技术不如纯农区，畜牧业技术也赶不上纯牧区 (刘公社 ,1999)。该区域种植业生产的主要特征一直是广种薄收、粗放管理、 撂荒休闲耕作为，雨养农业产量低而且不稳定。影响农牧交错带农作物第一生产力的主要因子是水分。由于降水不足，降水时间同作物需要不同步，蒸发和蒸腾过多，农作物的光温生产潜力仅能实现 10%程序 ,1999)。人水矛盾是人地矛盾 (土地退化所致 )之后面临的又一个重要问题，也是粮食产量低的重要原因。农牧交错带大体与 400降水量在 250际变率为 25年内季节分配不均。而土壤水动态及其转化是 “四水 ”(大气降水、地表水、土壤水、地下水 )转化过程的中心环节，作物对水分的 利用，主要是通过作物根 系吸收土壤水分来实现的，而降水、地表水、地下水也只有转化成土壤水才能被作物吸收 利用 (龚元石等 ,1995)理粗放，盲目追求载畜量，忽视草场的载畜能力和出栏率，过度放牧非常严重，形成一种 “夏饱、秋肥、冬瘦、春亡 ”的现象。第二性生产力 (转化率、利用率 )低下，尽管我国北方草地的初级生产力水平同北美国家相近，但畜产品的产出 (第二性生产力 )却只有美国的 1/27。 农牧交错带面临着生态环境恶化和经济落后两方面的压力。生态环境与经济发 展之间具有相互制约的关系，同时也 可以协调发展。如何实现生态环境与经济的协调发展 是实现农牧交错带可持续发展的关键。 生态环境要得到改善， 天然草地就必须得到真正意义上的恢复，而适度放牧及减轻人为干扰是必需的保证。但是退化草场的恢复与畜牧业的发展是一对尖锐矛盾，矛盾的焦点是饲料问题。正是基于这种考虑，人工草地才得以迅速发展。人工草地是利用综合农业技术，在完全破坏了天然植被的基础上，通过人为播种建植的人工草地群落。建植人工草地、发展集约经中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 2 营的草场建设是实现草 畜均衡生长，促进 农牧交错带农 牧业持续发展的重要技术途径。 水资源的可持续利用是实现地区可持续发 展的重要组成部分 ,水资源的贫乏是农牧交错带水资源的重要特点。所以如何 既能利用有限的水资源产生最大的经济效益，同时又具有良好的生态效益，这对于水 资源的合理利用和实现农牧交错带的可持续发展都具有重要意义。 农牧交错带区域光热资源足以满足牧草生长发育的需要，而水分是该区域牧草生长发育的限制因子，灌溉则是发展人工草地的核心 (程荣香等 ,2000)。 因此如何利用有限的水资源，是 农牧交错带 目前急需解决的重要课题之一。 紫花苜蓿 (.)是多年生豆科牧草，被誉为 “牧草之王 ”。它具有适应性强、返青早、产量高、营养丰富的特点。紫花苜蓿在农牧业生产中起着重要的作用，它是家畜的主要优良饲草，无论是青、干草还是青贮，都具有品质优良、适口性好的特点 (耿华珠等 ,1995)。 苜蓿是需水较多的植物，每形成 100g，因抗旱能力很强，在年降水量 300800花苜蓿粗蛋白的含量占干物质的 1826，且分枝多、茎叶茂盛、覆盖度大、根系发达，是防风固沙、保土蓄水的优良植物。因此， 种植紫花苜蓿无论是对改善生态环境，还是对种植结构的调整、农 业的可持续发展都具有重要意义 (陈默君等 , 2002)。 无芒雀麦 （ 又名禾萱草、无芒草 ， 是世界上分布较广 ， 应用性较多的优良牧草 ， 美国及前苏联等国用它来建造人工草地 (谷安琳等 ,1994)。无芒雀麦在在我国东北、华北、西北等地有广泛的分布，它是北方草原地区补播用的主要牧草之一 (肖文一 ,1989), 也是建立人工草地的理想牧草。它的主要优点是 : 生长快、竞争力强、耐杂草、品质优良、产量高、绿期长、叶质柔软 。 另外 ， 无芒雀麦根系发达 ， 固土力强 ， 覆盖良好 ， 可作为良好的水土保持植物 (谷安琳等 ,1994)。 紫花苜蓿和无芒雀麦 两种牧草由于其适应性好、抗逆性强、品质优良，因此在华北农牧交错带种植紫花苜蓿和无芒雀麦无论是对改善生态环境，还是对种植结构的调整、农业的可持续发展都具有极其重要的现实意义。农牧交错带大多属于干旱和半干旱地区，水资源的短缺是限制该区域农业发展的关键因素，然而紫花苜蓿等牧草较粮食作物耗水量大 (等 ,1981; 1991; 等 ,1989)，使得用水耗水矛盾尖锐。 因此本研究以地处华北农牧交错带的坝上地区紫花苜蓿、无芒雀麦两种人工草地作为研 究对象，通过对人工草地牧草的水分利用、水分平衡研究，了解其水分消耗规律，探索其生长与土壤水分的定量关系，为人工草地建设和节水灌溉提供理论依据。 究进展 花苜蓿与水分的关系 紫花苜蓿是世界上栽培最早的牧草，公元前 700年已在波斯 (伊朗 )生长，现已传遍世界各地。紫花苜蓿 是一种优良的豆科牧草 ,在我国栽培己有二千多年的历史。国内外学者在紫花 苜蓿 引种、栽培、育种、生产加工等方面都做了大量的研究，取得了丰硕的研究成果。但近年来，随着水资源的紧缺，人们更加注重研究如何利用有限的水资源，来获得更高的 产量，其要解决的关键问题中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 3 是研究紫花 苜蓿 的水分利用规律。 因此深入探讨紫花苜蓿消耗水分动态变化，对解决紫花苜蓿节水、高产、稳产具有重要意义。 (1)蒸腾耗水 紫花苜蓿枝叶繁茂，生长迅速，需要蒸腾消耗大量的水分。在其生长期间随着阶段的不同，水分消耗也不同。陈凤林和刘文清在内蒙古锡林浩特试验 (1979和 1980)，紫花苜蓿各个生育阶段耗水量情况是，播种到出苗 (9天 )耗水量为 占生育各阶段耗水总量的 出苗到分枝 (16天 )耗水量为 占生育各阶段耗水总量的 分枝到现蕾 (33天 )占生育各阶段耗水总量的 现蕾到开花 (14天 )耗水量为 占生育各阶段耗水总量的 开花到结荚 (28天 )耗水量为 1885.5 m3分枝到现蕾 (33天 )耗水量为 占生育各阶段耗水总量的 全生育期苜蓿耗水量一共为 中分枝到现蕾期耗水最多。 苜蓿生育阶段一天之内的蒸腾强度变化也比较大，一般在上午 95生长季中，不同时期的蒸腾强度也有明显差异，其中 5他月份较低。不同生长年限的苜蓿蒸腾强度也不一样，一般随着生长年限的增长，蒸腾强度也在提高。1986)在阿利桑那的研究表明，苜蓿品种内对水分的需求和种间的差别一样大。总体上气候因素比苜蓿品种和生长年限对蒸腾强度的影响大 (白文明， 2000)。此外，苜蓿的蒸腾强度除与自身的生物学特性以及叶面温度、叶含水量等外界条件相关外，还与周围的环境有紧密的关系。环境条件一定下，苜蓿的气孔导度、小叶片 数、茎和叶密度对蒸腾强度影响最大 (988)。陈一鹗 (1989)还研究了蒸腾强度与光照强度、气温、地温、相对湿度等环境因子之间的关系，认为各气候因子对苜蓿蒸腾强度的影响作用次序是光照强度相对湿度地温气温。李凤民 (1991)在宁夏盐地对苜蓿人工草地水分利用进行了研究，认为苜蓿日蒸腾强度和自由水面蒸发 (0间的关系式为： y=0( F= 而且还指出光照 强度是影响蒸腾强度的最主要因子。 紫花苜蓿产量与水分密切相关。在积温和日照时数稳定的条件下，降雨量和干物质的积累正相关。宋学钰 (1984)在吉林白城地区试验，通过小区定量供水，研究苜蓿鲜草产量与水分的关系。试验结果显示在半干旱气候条件下，沙壤土地上 500蓿产量随水量的增加而增加，其中以分枝到现蕾期灌溉对苜蓿增产最为有利。据说报道，在分枝到现蕾期灌溉，青草产量平均增加 48%，种子产量增加 80%。许多学者还对紫花苜蓿产量和蒸腾量的关系还进行了广泛研究，发现产量与蒸腾量之间存在着正线形相关的关系 (981; 983; 1986;987; 988 ;992; 1995;项斌等 ,1996; 1997)。 土壤水分不足会降低植株的密度和高度，叶面积变小，从而导致减产等。苜蓿生长初期轻微的干旱可以造成 15%的减产，其原因在于茎密度的不足 (1983);部分学者认为，减产和土壤水分不足显著线形相关。 1977)综述了水分胁迫对植物形态的影响，指出干旱减小了细胞膨胀，从而使苜蓿的叶形缩小了。 968)研究表明，在水分胁迫下，苜蓿产量、枝条密度、枝条高度及叶片大小都会下降。 (2) 需水敏感期的确定 作物一生要消耗大量的水分，不同作物耗水量不同，同一作物在不同生育阶段由于植株大小、中国农业科学院硕士学位论文 第一章 绪 论 4 生长发育进程和蒸发