【畢業(yè)學位論文】（Word原稿）華北農(nóng)牧交錯帶地區(qū)人工草地水分利用與水分消耗研究草業(yè)科學論文

密級： 論文編號： 中國農(nóng)業(yè)科學院 學位論文 華北農(nóng)牧交錯帶地區(qū)人工草地 水分利用與水分消耗研究 on on I 摘 要 本研究于 2006 年在河北省塞北管理區(qū)以 2002 年建植的紫花苜蓿、無芒雀麥人工草地為研究對象，通過進行不同灌溉處理，初步研究了不 同灌溉對兩種牧草生長發(fā)育、水分利用效率及土壤水資源利用可持續(xù)性的關系。通過研究得到以下主要結論： 1、 不同灌溉處理對 無芒雀麥的植株高度、分蘗數(shù)、葉面積、地上地下生物量等生物學特性均有不同程度的影響。其中對植株高度、分蘗數(shù)、葉面積和地下生物量影響最大。較多的灌水有利于植株的生長、 葉片的增大； 較少的灌水有利于 促進分蘗、地下生物量的增長。 2006年 不同灌溉處理對應 地上生物量大小順序為 無顯著差異。處理 006 年長勢最好，地上生物量干重最大，為 /分利用效率也最高， / 2、 不同灌溉處理對壩上地區(qū)紫花苜蓿植株高度、單位面積分枝數(shù)、葉面積、地上生物量等生物學特性均有不同程度的影響。其中 較多的灌水有利于 植株高度、單位面積分枝數(shù)和葉面積的增加，而且在整個生長季中灌溉水量較多的處理 位面積分枝數(shù)顯著地高于灌溉水量較少的其他處理。 灌溉較多的處理 2006 年長勢最好， 地上生物量顯著地高于其他處理，兩茬 苜蓿地上生物量干重分別為 / /兩茬 苜蓿水分利用效率也最高，分別為 / / 3、 無芒雀麥人工 草地 2006年土壤水分狀況是，旱季無芒雀麥生長初期各個土層水分含量都低，6 月份第一次灌溉對于土壤上層含水量影響較大，但對深層土壤水分含量影響較小。 7 月份第二次灌溉后， 不同灌溉處理各層土壤水分總體都比 6 月份有所增加 (包括不灌溉的處理 8 月份無芒雀麥進入生長季后期，整個生長季都沒有進行灌溉的處理 個土層含水量都在下降，其他三個處理上層土壤水分含量都在下降，但與 7 月份差異不顯著，而且三個進行灌溉的處理下層土壤含水量較 7 月份還有所增加。 5 月到 8 月底 無芒雀麥 整個生長季中，所有不同灌溉處理對應 土壤水分在收支 上不存在虧缺。 4、 紫花苜蓿人工草地 2006 年旱季土壤水分較低，雨季后淺層土壤隨灌溉含水量逐漸增加，中層和深層含水量增加緩慢。 6 月份進行灌溉的三個處理各個土層總體上含水量有所增加，但與 5 月份無顯著差異。 7 月份進入雨季后，除了處理 層含水量以外，處理 3、 個土層含水量總體比 6 月份都有不同程度的增加。 8 月份處理 上月相比上層含水量降低， 50下含水量升高。處理 體含水量較 7 月份降低。處理 有 0 10 和 20 30 土層含水量都顯著高于 7 月份，其他土層含水量與 7 月份差異不顯著。處理 上月比較， 70上含水量升高，其他土層降低。 9 月 20 日測苜蓿生長季最后一次土壤含水量，處理 個土層含水量都低于 8 月份土層含水量。5 月到 9 月 苜蓿 整個生長季中， 除了處理 ，整個生長季其他處理土壤含水都有贏余。 關鍵詞： 灌溉 無芒雀麥 紫花苜蓿 生物學特性 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 錄 第一章 緒 論 . 1 究背景 . 1 究進展 . 2 花苜蓿與水分的關系 . 2 芒雀麥與水分的關系 . 5 壤水分動態(tài)的研究 . 5 壤水分平衡的研究 . 6 溉理論的研究 . 8 究意義和目的 . 8 第二章 試驗區(qū)概況及試驗設計 . 9 驗區(qū)自然概況 . 9 驗設計及 測定項目 . 10 驗處理 . 10 物生物學指標測定 . 10 壤物理性狀指標測定 . 10 據(jù)分析 . 11 第三章 不同 灌溉處理對無芒雀麥生物學特性的影響 . 12 言 . 12 驗設計和方法 . 12 驗處理與測定項目 . 12 據(jù)分析 . 13 果與分析 . 13 同灌溉處理對植株高度的影響 . 13 同灌溉處理對分蘗數(shù)的影響 . 14 同灌溉處理對葉面積的影響 . 14 同灌溉處理對地上地下生物量的影響 . 15 同灌溉處理條件下無芒雀麥水分利用效率 . 15 論 . 16 第四章 不同灌溉處理下紫花苜蓿的生長發(fā)育規(guī)律 . 17 言 . 17 驗設計和方法 . 17 驗處理和測定項目 . 17 據(jù)分析 . 18 果與分析 . 18 同灌溉處理對植株高度的影響 . 18 同灌溉處理對分枝數(shù)的影響 . 19 同灌溉處理對葉面積的影響 . 20 同灌溉處理對地上生物量的影響 . 20 同灌溉處理條件下紫花苜蓿水分利用效率 . 21 論 . 21 V 第五章 灌溉處理對土壤水分及無芒雀麥產(chǎn)量的影響 . 23 言 . 23 驗設計和方法 . 23 驗 處理和測定項目 . 23 據(jù)分析 . 24 果與分析 . 24 芒雀麥地土壤水分動態(tài) . 24 芒雀麥地土壤水分平衡 . 29 芒雀麥生物量與土壤水分含量的關系 . 30 論 . 31 第六章 灌溉處理對土壤水分及紫花苜蓿產(chǎn)量的影響 . 32 言 . 32 驗設計和方法 . 32 驗處理和測定項目 . 32 據(jù)分析 . 33 果與分析 . 33 蓿地土壤水分動態(tài) . 33 蓿地土壤水分平衡 . 39 蓿生物量與土壤水分含量的關系 . 40 論 . 41 第七章 結論 . 42 參考文獻 . 44 致 謝 . 49 作者簡歷 . 50 中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 緒 論 1 第一章 緒 論 究背景 農(nóng)牧交錯帶是指從我國西部牧區(qū)到東部農(nóng)區(qū)，從干旱地區(qū)向濕潤地區(qū)，以及從高原到平原、盆地的過渡地帶（史德寬， 1999），也是北方半濕潤農(nóng)業(yè)區(qū)與半干早草原區(qū)接壤過渡處的半農(nóng)半牧區(qū) (程序， 1999)，該地帶地處我國東部地區(qū)的風、水源頭，具有特殊的生態(tài)地位 (王靜愛等， 1999；劉公社， 1999),該地帶地下礦藏、水利資源也非常豐富，是農(nóng)區(qū)和牧區(qū)的經(jīng)濟紐帶，它將對中西部乃至整個國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)安全保障作用具有特別重大的意義 (史德寬 ,1999)。 農(nóng)牧交錯帶近百年來，生態(tài)系統(tǒng)遭受了高強度的認為干擾和破壞，生態(tài)環(huán)境日趨脆弱和惡化，系統(tǒng)生產(chǎn)力日益降低，生態(tài)系統(tǒng)退化現(xiàn)象日趨嚴重 (羅承平等， 1995)。由于歷代戰(zhàn)爭的焚燒、破壞，近代對森林的亂砍亂伐和盲目開墾，加之對草場的過度利用等多方面原因，使得農(nóng)牧交錯帶的自然植被長期以來累遭破壞，風沙危害加劇，水土流失嚴重 ,人民生活貧困。因此該區(qū)域也是 全國貧困地區(qū)集中連片分布的區(qū)域 (任 繼周等， 2002)， 它也是環(huán)境敏感帶和生態(tài)脆弱帶，是我國環(huán)境問題最集中、最明顯的地區(qū) (方修琦， 1999;王靜愛等， 1999)。解放后至上世紀八十年代，農(nóng)牧交錯帶由于盲目開墾造成的荒漠化土地面積達 前仍在以每年 2460曉方等， 1998)。 農(nóng)牧交錯帶的主要經(jīng)濟活動是種植業(yè)和畜牧業(yè)而且農(nóng)牧業(yè)并重，該地區(qū)既要種地又要放牧，其農(nóng)業(yè)技術不如純農(nóng)區(qū)，畜牧業(yè)技術也趕不上純牧區(qū) (劉公社 ,1999)。該區(qū)域種植業(yè)生產(chǎn)的主要特征一直是廣種薄收、粗放管理、 撂荒休閑耕作為，雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)量低而且不穩(wěn)定。影響農(nóng)牧交錯帶農(nóng)作物第一生產(chǎn)力的主要因子是水分。由于降水不足，降水時間同作物需要不同步，蒸發(fā)和蒸騰過多，農(nóng)作物的光溫生產(chǎn)潛力僅能實現(xiàn) 10%程序 ,1999)。人水矛盾是人地矛盾 (土地退化所致 )之后面臨的又一個重要問題，也是糧食產(chǎn)量低的重要原因。農(nóng)牧交錯帶大體與 400降水量在 250際變率為 25年內(nèi)季節(jié)分配不均。而土壤水動態(tài)及其轉化是 “四水 ”(大氣降水、地表水、土壤水、地下水 )轉化過程的中心環(huán)節(jié)，作物對水分的 利用，主要是通過作物根 系吸收土壤水分來實現(xiàn)的，而降水、地表水、地下水也只有轉化成土壤水才能被作物吸收 利用 (龔元石等 ,1995)理粗放，盲目追求載畜量，忽視草場的載畜能力和出欄率，過度放牧非常嚴重，形成一種 “夏飽、秋肥、冬瘦、春亡 ”的現(xiàn)象。第二性生產(chǎn)力 (轉化率、利用率 )低下，盡管我國北方草地的初級生產(chǎn)力水平同北美國家相近，但畜產(chǎn)品的產(chǎn)出 (第二性生產(chǎn)力 )卻只有美國的 1/27。 農(nóng)牧交錯帶面臨著生態(tài)環(huán)境惡化和經(jīng)濟落后兩方面的壓力。生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā) 展之間具有相互制約的關系，同時也 可以協(xié)調(diào)發(fā)展。如何實現(xiàn)生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)發(fā)展 是實現(xiàn)農(nóng)牧交錯帶可持續(xù)發(fā)展的關鍵。 生態(tài)環(huán)境要得到改善， 天然草地就必須得到真正意義上的恢復，而適度放牧及減輕人為干擾是必需的保證。但是退化草場的恢復與畜牧業(yè)的發(fā)展是一對尖銳矛盾，矛盾的焦點是飼料問題。正是基于這種考慮，人工草地才得以迅速發(fā)展。人工草地是利用綜合農(nóng)業(yè)技術，在完全破壞了天然植被的基礎上，通過人為播種建植的人工草地群落。建植人工草地、發(fā)展集約經(jīng)中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 緒 論 2 營的草場建設是實現(xiàn)草 畜均衡生長，促進 農(nóng)牧交錯帶農(nóng) 牧業(yè)持續(xù)發(fā)展的重要技術途徑。 水資源的可持續(xù)利用是實現(xiàn)地區(qū)可持續(xù)發(fā) 展的重要組成部分 ,水資源的貧乏是農(nóng)牧交錯帶水資源的重要特點。所以如何 既能利用有限的水資源產(chǎn)生最大的經(jīng)濟效益，同時又具有良好的生態(tài)效益，這對于水 資源的合理利用和實現(xiàn)農(nóng)牧交錯帶的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義。 農(nóng)牧交錯帶區(qū)域光熱資源足以滿足牧草生長發(fā)育的需要，而水分是該區(qū)域牧草生長發(fā)育的限制因子，灌溉則是發(fā)展人工草地的核心 (程榮香等 ,2000)。 因此如何利用有限的水資源，是 農(nóng)牧交錯帶 目前急需解決的重要課題之一。 紫花苜蓿 (.)是多年生豆科牧草，被譽為 “牧草之王 ”。它具有適應性強、返青早、產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富的特點。紫花苜蓿在農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)中起著重要的作用，它是家畜的主要優(yōu)良飼草，無論是青、干草還是青貯，都具有品質(zhì)優(yōu)良、適口性好的特點 (耿華珠等 ,1995)。 苜蓿是需水較多的植物，每形成 100g，因抗旱能力很強，在年降水量 300800花苜蓿粗蛋白的含量占干物質(zhì)的 1826，且分枝多、莖葉茂盛、覆蓋度大、根系發(fā)達，是防風固沙、保土蓄水的優(yōu)良植物。因此， 種植紫花苜蓿無論是對改善生態(tài)環(huán)境，還是對種植結構的調(diào)整、農(nóng) 業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有重要意義 (陳默君等 , 2002)。 無芒雀麥 （ 又名禾萱草、無芒草 ， 是世界上分布較廣 ， 應用性較多的優(yōu)良牧草 ， 美國及前蘇聯(lián)等國用它來建造人工草地 (谷安琳等 ,1994)。無芒雀麥在在我國東北、華北、西北等地有廣泛的分布，它是北方草原地區(qū)補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。它的主要優(yōu)點是 : 生長快、競爭力強、耐雜草、品質(zhì)優(yōu)良、產(chǎn)量高、綠期長、葉質(zhì)柔軟 。 另外 ， 無芒雀麥根系發(fā)達 ， 固土力強 ， 覆蓋良好 ， 可作為良好的水土保持植物 (谷安琳等 ,1994)。 紫花苜蓿和無芒雀麥 兩種牧草由于其適應性好、抗逆性強、品質(zhì)優(yōu)良，因此在華北農(nóng)牧交錯帶種植紫花苜蓿和無芒雀麥無論是對改善生態(tài)環(huán)境，還是對種植結構的調(diào)整、農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展都具有極其重要的現(xiàn)實意義。農(nóng)牧交錯帶大多屬于干旱和半干旱地區(qū)，水資源的短缺是限制該區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展的關鍵因素，然而紫花苜蓿等牧草較糧食作物耗水量大 (等 ,1981; 1991; 等 ,1989)，使得用水耗水矛盾尖銳。 因此本研究以地處華北農(nóng)牧交錯帶的壩上地區(qū)紫花苜蓿、無芒雀麥兩種人工草地作為研 究對象，通過對人工草地牧草的水分利用、水分平衡研究，了解其水分消耗規(guī)律，探索其生長與土壤水分的定量關系，為人工草地建設和節(jié)水灌溉提供理論依據(jù)。 究進展 花苜蓿與水分的關系 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 )生長，現(xiàn)已傳遍世界各地。紫花苜蓿 是一種優(yōu)良的豆科牧草 ,在我國栽培己有二千多年的歷史。國內(nèi)外學者在紫花 苜蓿 引種、栽培、育種、生產(chǎn)加工等方面都做了大量的研究，取得了豐碩的研究成果。但近年來，隨著水資源的緊缺，人們更加注重研究如何利用有限的水資源，來獲得更高的 產(chǎn)量，其要解決的關鍵問題中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 緒 論 3 是研究紫花 苜蓿 的水分利用規(guī)律。 因此深入探討紫花苜蓿消耗水分動態(tài)變化，對解決紫花苜蓿節(jié)水、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)具有重要意義。 (1)蒸騰耗水 紫花苜蓿枝葉繁茂，生長迅速，需要蒸騰消耗大量的水分。在其生長期間隨著階段的不同，水分消耗也不同。陳鳳林和劉文清在內(nèi)蒙古錫林浩特試驗 (1979和 1980)，紫花苜蓿各個生育階段耗水量情況是，播種到出苗 (9天 )耗水量為 占生育各階段耗水總量的 出苗到分枝 (16天 )耗水量為 占生育各階段耗水總量的 分枝到現(xiàn)蕾 (33天 )占生育各階段耗水總量的 現(xiàn)蕾到開花 (14天 )耗水量為 占生育各階段耗水總量的 開花到結莢 (28天 )耗水量為 1885.5 m3分枝到現(xiàn)蕾 (33天 )耗水量為 占生育各階段耗水總量的 全生育期苜蓿耗水量一共為 中分枝到現(xiàn)蕾期耗水最多。 苜蓿生育階段一天之內(nèi)的蒸騰強度變化也比較大，一般在上午 95生長季中，不同時期的蒸騰強度也有明顯差異，其中 5他月份較低。不同生長年限的苜蓿蒸騰強度也不一樣，一般隨著生長年限的增長，蒸騰強度也在提高。1986)在阿利桑那的研究表明，苜蓿品種內(nèi)對水分的需求和種間的差別一樣大?？傮w上氣候因素比苜蓿品種和生長年限對蒸騰強度的影響大 (白文明， 2000)。此外，苜蓿的蒸騰強度除與自身的生物學特性以及葉面溫度、葉含水量等外界條件相關外，還與周圍的環(huán)境有緊密的關系。環(huán)境條件一定下，苜蓿的氣孔導度、小葉片 數(shù)、莖和葉密度對蒸騰強度影響最大 (988)。陳一鶚 (1989)還研究了蒸騰強度與光照強度、氣溫、地溫、相對濕度等環(huán)境因子之間的關系，認為各氣候因子對苜蓿蒸騰強度的影響作用次序是光照強度相對濕度地溫氣溫。李鳳民 (1991)在寧夏鹽地對苜蓿人工草地水分利用進行了研究，認為苜蓿日蒸騰強度和自由水面蒸發(fā) (0間的關系式為： y=0( F= 而且還指出光照 強度是影響蒸騰強度的最主要因子。 紫花苜蓿產(chǎn)量與水分密切相關。在積溫和日照時數(shù)穩(wěn)定的條件下，降雨量和干物質(zhì)的積累正相關。宋學鈺 (1984)在吉林白城地區(qū)試驗，通過小區(qū)定量供水，研究苜蓿鮮草產(chǎn)量與水分的關系。試驗結果顯示在半干旱氣候條件下，沙壤土地上 500蓿產(chǎn)量隨水量的增加而增加，其中以分枝到現(xiàn)蕾期灌溉對苜蓿增產(chǎn)最為有利。據(jù)說報道，在分枝到現(xiàn)蕾期灌溉，青草產(chǎn)量平均增加 48%，種子產(chǎn)量增加 80%。許多學者還對紫花苜蓿產(chǎn)量和蒸騰量的關系還進行了廣泛研究，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)量與蒸騰量之間存在著正線形相關的關系 (981; 983; 1986;987; 988 ;992; 1995;項斌等 ,1996; 1997)。 土壤水分不足會降低植株的密度和高度，葉面積變小，從而導致減產(chǎn)等。苜蓿生長初期輕微的干旱可以造成 15%的減產(chǎn)，其原因在于莖密度的不足 (1983);部分學者認為，減產(chǎn)和土壤水分不足顯著線形相關。 1977)綜述了水分脅迫對植物形態(tài)的影響，指出干旱減小了細胞膨脹，從而使苜蓿的葉形縮小了。 968)研究表明，在水分脅迫下，苜蓿產(chǎn)量、枝條密度、枝條高度及葉片大小都會下降。 (2) 需水敏感期的確定 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階段由于植株大小、中國農(nóng)業(yè)科學院碩士學位論文 第一章 緒 論 4 生長發(fā)育進程和蒸發(fā)