高寒荒漠地區調虧灌溉對藜麥和毛苕子混播的影響與綜合評價

馬利利，張瑩瑩，李正鵬，韓 梅，蔣福禎

(青海大學農林科學院，省部共建三江源生態與高原農牧業國家重點實驗室，青海大學，青海 西寧 810016)

藜麥(ChenopodiumquinoaWilld.)是一年生藜科草本作物，原產于安第斯山脈[1]，具有極高的營養價值[2]。因青海與安第斯山脈同屬高原山地，藜麥在青海具有良好的適應性[3]。毛苕子(Viciavillosa)是一年生優質豆科牧草，能改善草地氮素平衡，提高草地動物蛋白質的形成。由于豆科牧草生長到 50 cm 時容易倒伏，不利于收獲[4]，通常會采用混播模式來提高產量、改善品質[5]。

青海是典型的高寒地區，高原大陸性氣候明顯，是我國五大牧區之一。由于高寒地區降雨量少而集中，年蒸發量大，飼草生長受到限制，因此為當地人工飼草選擇適當的灌溉方式十分重要[6]。調虧灌溉(Regulated deficit irrigation，RDI)是一種生理節水灌溉技術，該技術通過對植物施加水分脅迫影響其生理生化過程，使其在不明顯減少產量的情況下可以較大幅度地提高水分利用效率[7]。蔻丹[8]、馬彥麟[9]研究表明，隨著水分虧缺程度的加重，紫花苜蓿的產量降低，粗蛋白含量提高，水分利用效率提高，可實現紫花苜蓿高產節水生產。

近年來，國內關于飼草灌溉方式的研究以畦灌和地下滴灌為主，而微噴帶調虧灌溉條件下飼草混播的研究則較少。因此，本文以微噴帶調虧灌溉條件下的藜麥和毛苕子混播為研究對象，探討了不同調虧灌溉對其產量、營養品質及水分效益的綜合影響，旨在獲得適宜當地藜麥和毛苕子混播生產的灌溉方案，以期為高寒荒漠地區藜麥和毛苕子混播灌溉發展提供理論依據與技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗于2019年5— 9月在青海省海西蒙古族藏族自治州烏蘭縣茶卡鎮金泰牧場(99°18′42″E，36°40′21″N)開展，海拔為3 087.6 m，年日照時數為3 182 h，年平均氣溫為3.79 ℃，年平均降雨量為176 mm，年潛在蒸發量為 2 000～3 000 mm。2019年飼草生育期內(5月19日— 9月6日)降雨量為202.24 mm，最高日平均氣溫為19.62 ℃，最低日平均氣溫為5.07 ℃，平均氣溫為13.14 ℃，見圖1。

試驗地土壤類型為栗鈣土，土壤容重為1.49 g/cm3，田間持水量為30.37%。

1.2 試驗設計

供試藜麥品種為青藜2號，毛苕子品種為青苕1號，均由青海大學農林科學院提供。

本試驗在藜麥和毛苕子混播的分枝期和開花期，分別設置中度調虧灌溉MDI(45%～55%田間持水量)、輕度調虧灌溉LDI(55%～65%田間持水量)、充分灌溉SI(65%～75%田間持水量)3種水分調虧梯度，以全生育期不灌溉為對照(CK)，各處理的灌水量見表1。試驗共4個處理，每處理3個重復，共計12個小區，小區面積為4 m×5 m，播種方式為穴播，播種日期為2019年5月19日，收獲日期為2019年 9月6日。藜麥的播種量為2.8 kg/hm2，毛苕子的播種量為80 kg/hm2，行距和株距分別為40 cm和10 cm，播種前施基肥。尿素為75 kg/hm2，磷酸二銨為150 kg/hm2，2019年8月2日每小區追施60 g尿素。灌溉利用試驗田節水微噴帶灌溉系統，當各處理的土壤水分達到調虧控制的下限指標時進行灌溉，灌水量利用水表進行計量。

表1 不同處理的灌水量Tab.1 Irrigation amount of different treatments

1.3 測定指標與方法

(1)氣象數據。降雨量、氣溫等氣象指標通過安裝在試驗地50 m處的WSS0G10A天圻氣象站(北京東方潤澤生態科技股份有限公司)測定。

(2)飼草產量的測定。在藜麥收獲期(9月6日)，每小區選取1 m2具有代表性的樣方進行刈割，每處理重復3次，稱鮮重，計算鮮草產量，然后烘干至恒重，測定并計算干草產量。

(3)土壤體積含水量。土壤體積含水量在全生育期內采用IST.HRG C-16S型號土壤墑情儀(北京東方潤澤生態科技股份有限公司)進行監測。土壤體積含水量測定深度為60 cm(每10 cm為1層，共6層)。

(4)飼草品質的測定。每小區隨機稱取200 g鮮草，105 ℃殺青后烘干至恒重，隨后用植物粉碎機粉碎干草樣，過篩后測定粗蛋白含量及粗纖維含量。粗蛋白含量采用半自動凱式定氮儀測定，酸性洗滌纖維(ADF)和中性洗滌纖維(NDF)采用Van Soest[10]法測定。

(5)指標的計算。水分利用效率[9]的計算 ：

式中：WUE為水分利用效率(kg/m3)；Y為飼草的干物質產量(kg/hm2)；ETa為作物耗水量(mm)，其值由下列公式得出：

ETa=P+I+W+K-D

式中：P為生育期內的降雨量(mm)；I為生育期內的灌水量(mm)；W為土壤水分消耗量(mm)；K為地下水補給量(mm)；D為土壤深層滲漏量(mm)。由于試驗地的地下水水位較深(>50 m)，因此K值和D值均可忽略不計。

粗蛋白產量[11]的計算：

CPY=CP×Y

式中：CPY為粗蛋白產量(kg/hm2)；CP為粗蛋白含量(%)；Y為飼草的干物質產量(kg/hm2)。

粗蛋白水分利用效率的計算：

式中：WUECP為粗蛋白水分利用效率(kg/m3)；CPY為粗蛋白產量(kg/hm2)；ETa為作物耗水量(mm)。

相對飼喂價值的計算：

RFV=DMI×DDM/1.29

式中：RFV為相對飼喂價值；DMI為粗飼料干物質采食量，單位為占體重的百分比，即%BW；DDM為可消化的干物質，單位為占干物質的百分比，即%DM。DMI和DDM的預測模型分別為：

DMI=120/NDF

DDM=88.9-0.779ADF

式中：NDF為飼草的中性洗滌纖維(%)；ADF為飼草的酸性洗滌纖維(%)。

1.4 數據處理

采用 Microsoft Excel 2010進行數據整理和圖表繪制；利用 SPSS 22.0進行方差分析和顯著性檢驗，方差分析和多重比較均采用Duncan分析法。

2 結果與分析

2.1 調虧灌溉對藜麥和毛苕子混播產量及耗水規律的影響

由表2可知，藜麥和毛苕子混播的產量在MDI、LDI、SI處理下顯著高于CK處理(P<0.05)。LDI處理下藜麥和毛苕子混播的產量最高，為11 030.48 kg/hm2；CK處理下藜麥和毛苕子混播的產量最低，為7 065.12 kg/hm2；MDI、LDI、SI處理與CK處理相比，分別增產39.73%、56.13%和48.99%。

表2 不同處理下藜麥和毛苕子混播的產量與水分利用效率Tab.2 Yield and water use efficiency of mixed seeding of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

藜麥和毛苕子混播的耗水量隨灌水量的增加而增加，SI處理下耗水量最高，為498.58 mm。LDI處理下水分利用效率最大，為2.51 kg/m3；SI處理下水分利用效率最小，為2.11 kg/m3。這說明輕度調虧灌溉可獲得較高的水分利用效率。

2.2 調虧灌溉對藜麥和毛苕子混播品質的影響

2.2.1 調虧灌溉對藜麥和毛苕子混播粗蛋白含量及產量的影響 由表3可知，CK處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白含量最高，為19.10%；MDI處理下粗蛋白含量最低，為18.01%。MDI、LDI、SI處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白產量顯著高于CK處理(P<0.05)。LDI處理下粗蛋白產量最高，為2 098.45 kg/hm2；粗蛋白水分利用效率也最高，為0.48 kg/m3。這與藜麥和毛苕子混播的產量與水分利用效率結果一致。

表3 不同處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白含量及產量Tab.3 Crude protein content and yield of mixed seeding of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

2.2.2 調虧灌溉對藜麥和毛苕子混播ADF、NDF含量和RFV值的影響 表4為不同處理下藜麥和毛苕子混播的ADF、NDF含量和RFV值。

表4 不同處理下藜麥和毛苕子混播的ADF、NDF含量和RFV值Tab.4 ADF and NDF content & RFV values of Chenopodium quinoa Willd.and Vicia villosa under different treatments

分析藜麥和毛苕子混播的ADF、NDF含量可知，在CK處理下ADF、NDF含量最低，為23.06%和33.10%；SI處理下ADF、NDF含量較MDI處理下降了0.98%和2.33%，較LDI處理下降了0.75%和1.81%；在CK處理下RFV值最高，為199.60%；MDI處理下RFV值最低，為 178.11%。

2.3 綜合評價分析

單一的指標性狀存在一定的局限性，不能全面分析單個處理的優劣性。本研究采用模糊綜合評判法[12]分析了調虧灌溉對藜麥和毛苕子混播產量和品質的影響。

2.3.1 綜合評價因子的選擇 選取飼草的干物質產量(Y)、水分利用效率(WUE)、粗蛋白產量(CPY)、粗蛋白水分利用效率(WUECP)及相對飼喂價值(RFV)5個指標作為綜合分析的評價因子(表5)。

表5 綜合評價因子試驗數據Tab.5 Test data of comprehensive evaluation factors

2.3.2 構建單因子評判矩陣 用以上5個指標建立單因子評判矩陣，并取各行的最大值為1，分別求出該行處理值與相應指標最大值的比值，其單因子評判矩陣如下所示：

2.3.3 構建單因子權重系數矩陣 5個指標之間的相關系數如表6所示。

表6 單因子的相關系數Tab.6 Correlation coefficients of single factor

每一參評單因子與其他參評單因子之間相關系數的平均值r，所有參評因子與其他單因子相關系數平均值的總和∑r及權重系數r/∑r見表7。

表7 單因子相關系數矩陣平均值與權重系數Tab.7 Average values and weight coefficients of single factor correlation coefficient matrix

根據表7，建立各單因子的權重系數矩陣為：

2.3.4 評價指標的計算 將評判矩陣和權重系數矩陣相乘，得出藜麥和毛苕子混播調虧灌溉的綜合評價指標矩陣：

2.3.5 綜合評價指標結果分析 由以上計算得出各參評因子影響大小依次為RFV>WUECP>WUE>Y>CPY；各調虧灌溉綜合評價指標表現為LDI>SI>MDI>CK。LDI綜合評價指標值最高，為0.980 5。表明在分枝期和開花期對藜麥和毛苕子混播進行輕度調虧灌溉時，其產量、品質及水分利用效率綜合性狀表現較好，輕度調虧灌溉為較優的調虧灌溉。

3 討論與結論

水分對飼草產量的影響主要是通過影響其總干物質量達到的。Rawson等[13]認為適宜的水分調虧并不會減少產量，反而有利于作物增產。本研究表明，藜麥和毛苕子混播的產量在輕度調虧灌溉時最高，為11 030.48 kg/hm2；增產率最高，為56.13%。其他兩個調虧灌溉也均有不同程度的增產。適宜的調虧灌溉可以在保證產量的基礎上減少灌水量，增加水分利用效率[14]。本研究發現，藜麥和毛苕子混播隨水分調虧程度的增加，灌水量逐漸減少，耗水量也不斷減少，這與寇丹等[15]的研究結果相一致。

本試驗中，在CK處理下藜麥和毛苕子混播的粗蛋白含量最高，為19.10%；輕度調虧灌溉時藜麥和毛苕子混播的粗蛋白產量和粗蛋白水分利用效率最大，為2 098.45 kg/hm2和0.48 kg/m3。酸性洗滌纖維含量與養分消化率成負相關，直接影響家畜對牧草的消化率；中性洗滌纖維含量則直接影響家畜采食率，其含量越高則適口性越差[16]。本研究中，在CK處理下ADF、NDF含量最低，為23.06%和33.10%；其他不同處理的ADF、NDF含量隨水分調虧程度的減輕呈現降低趨勢。相對飼喂價值可以反映牲畜對纖維的消化率和適口性，其值的高低直接決定飼用價值的高低[17]。本研究中，CK處理下RFV值最高，這可能是由于不灌溉時水分調虧對莖生長的抑制作用大于葉生長所導致的[18]。

通過對藜麥和毛苕子混播的產量、品質及節水效益綜合考慮，推薦在分枝期和開花期對其進行輕度調虧灌溉(55%～65%田間持水量)，即灌水量為1 038.52 m3/hm2是適宜藜麥和毛苕子混播高效生產的灌溉方案。