环境因素对紫花苜蓿叶水势与蒸腾速率影响的初步研究
影响苜蓿优质高产的制约因素及对策
影响苜蓿优质高产的制约因素及对策苜蓿被誉为“牧草之王”，营养丰富。
其干物质粗蛋白含量为15～25％，相当于豆饼的一半，比玉米高1～1．5倍。
1．6kg苜蓿干草，相当于lkg粮食的能量。
且产草量高、适应性强，是发展农区畜牧业的首选饲草。
但在苜蓿种植过程中，由于某些措施不当，一定程度上制约了农区畜牧业和养殖业对优质牧草的需求。
1 低产因素1．1管理粗放多年来，苜蓿大多作为绿肥种植，主要用于改良土壤，因而忽视田间管理和高产栽培技术的推广。
1．2 品种更新慢本地一直以当地紫花苜蓿为主，经多年种植已退化。
1．3选地与整地苜蓿喜水但不耐水淹，因此在低洼地，排水不畅、地下水位不到1m的地块，不宜种植。
苜蓿种子小、顶土力弱，但往往放在肥力差、整地质量不高的荒地种植。
1．4 投入少，施肥不当苜蓿对土壤养分的吸收能力很强，远较一般作物和牧草为高。
生产1t苜蓿干草约从土壤中吸收N素12．5kg，P素(P20５)3．5kg，k素(K20)20kg，与小麦相比，N、P均多1倍，K多2部，Ca多10倍。
但在苜蓿栽培中，农民往往不施肥或少施肥。
1．5 刈割不适时苜蓿生长早期，蛋白质、矿物质、胡萝卜素含量较高，水分多幼嫩可口，家畜喜食且营养价值高。
随着生长，粗纤维含量增加，矿物质和胡萝卜素含量减少。
特别是生长后期蛋白质含量明显减少，粗纤维大量增加，茎部明显木质化，适口性大大下降。
刈割过早影响草地寿命，刈割过迟品质下降。
最后一次刈割时间太晚影响苜蓿越冬和翌年返青。
1．6 病虫害苜蓿病虫害会降低苜蓿产量和品质。
1．7 晾制干草问题苜蓿开花初期刈割含水量为75-80％，而保存干草安全含水量为14-17％。
自然条件下，叶片的干燥速度比茎秆快5倍左右，而叶片是苜蓿最有价值的部分(蛋白含量是茎秆的2．5～3倍，占整株蛋白质的80％)，如果干燥时间长，叶片易受损失，营养损失较大。
晾制时如果降雨，会使草的颜色变白、发霉，叶片大量脱落，营养价值降低。
苜蓿的冷、热和干旱胁迫响应
苜蓿的冷、热和干旱胁迫响应苜蓿（Trifolium pratense）是一种广泛种植的草本植物，被广泛用于饲料和绿肥种植。
它具有良好的适应性和耐旱性，在不同的环境条件下都能生长和繁殖。
然而，苜蓿在面对冷、热和干旱等胁迫时会产生特定的生理和分子响应来适应和应对这些环境压力。
首先，让我们来看看苜蓿应对冷胁迫的响应。
低温胁迫是苜蓿生长和发育的常见环境因素之一。
当温度下降到一定程度时，苜蓿植株会启动一系列防御机制来应对低温胁迫。
首先，苜蓿会通过调节细胞膜的脂肪酸组成和改变膜脂的流动性来增强细胞膜的稳定性，从而减少细胞膜的冻结和破裂风险。
其次，苜蓿还会增加膜稳定蛋白（如脯氨酸和抗冻蛋白）的合成，以提高细胞膜的抵抗冷冻的能力。
此外，苜蓿还会通过增加细胞内抗氧化物质（如谷胱甘肽）的合成来减少低温引起的氧化损伤，并通过增加抗寒酶的活性来提高细胞内解冻速度。
与冷胁迫相比，苜蓿对热胁迫的响应也非常重要。
高温胁迫会导致苜蓿受损并降低其生长和产量。
为了应对高温胁迫，苜蓿植株会启动一系列适应性和保护性策略。
首先，苜蓿会通过增加膜稳定蛋白的合成来维持细胞膜的稳定性。
其次，苜蓿会增强与热激蛋白相关的热休克响应，以保护和修复受损的蛋白质结构。
此外，苜蓿还会通过增加抗氧化酶的活性来减少高温引起的氧化损伤，并通过调节活性氧物种的积累来减轻细胞的氧化压力。
最后，苜蓿还会调节多种信号通路以提高其耐热性，如调节激素合成和信号传导。
除了冷和热胁迫，干旱也是苜蓿生长的主要限制因素之一。
干旱胁迫会导致植物叶片的脱水、细胞的收缩和细胞膜的破裂，从而影响植物的生理功能和生长发育。
为了抵御干旱胁迫，苜蓿会启动一系列适应性和保护性策略。
首先，苜蓿会通过闭合气孔来减少水分的丧失，并通过调节蒸腾作用来保持水分平衡。
其次，苜蓿还会增加可溶性蛋白质的合成来维护细胞的稳定性，并增加抗氧化酶的活性来减少干旱引起的氧化损伤。
此外，苜蓿还会通过积累保护性物质（如脯氨酸和膜稳定蛋白）和调节激素合成和信号传导来提高其抵抗干旱的能力。
宁夏中部干旱带紫花苜蓿灌溉制度研究的开题报告
宁夏中部干旱带紫花苜蓿灌溉制度研究的开题报告一、研究背景与意义宁夏地处中国西部内陆干旱区，气候干燥，降水稀少，土地资源贫瘠，水资源短缺。
因此，在这个区域中发展灌溉农业具有重要的意义。
紫花苜蓿作为一种多年生草本植物，具有丰富的营养价值和耐旱耐寒的特性，逐渐被广泛应用于草原建设和牧业产业中，也被用作绿化和生态修复。
然而，在干旱的宁夏中部地区，紫花苜蓿的种植需要长期的灌溉补水，这对于该地区水资源的管理和保护提出了挑战。
本研究旨在探讨宁夏中部干旱带紫花苜蓿灌溉制度的实施情况，分析现有的问题，并提出相应的解决方案，以促进该地区紫花苜蓿种植的可持续发展。
二、研究内容与方法1.研究内容(1)宁夏中部干旱带紫花苜蓿产业概况(2)紫花苜蓿种植的灌溉制度现状分析(3)宁夏中部干旱带水资源供需分析(4)灌溉水资源利用效率和节水技术分析(5)宁夏中部干旱带紫花苜蓿灌溉制度优化方案设计2.研究方法(1)文献资料收集法：通过查阅国内外相关文献，了解不同地区紫花苜蓿灌溉制度的差异，寻找紫花苜蓿生长需要的最佳水分条件。
(2)实地考察法：在宁夏中部地区选择典型的紫花苜蓿种植区，实地考察当地灌溉制度的实施情况，了解灌溉水源、灌溉方式、灌溉时间等因素对紫花苜蓿生长的影响。
(3)数据统计法：通过调查问卷和实地采集数据，对灌溉水资源供需状况、灌溉水资源利用效率和节水技术进行数据统计和分析。
(4)案例分析法：通过对宁夏中部地区紫花苜蓿种植业的典型案例进行分析，总结其灌溉制度、灌溉技术和管理经验，寻找优化灌溉制度的方案。
三、研究预期结果(1)深入了解宁夏中部干旱带紫花苜蓿种植业的现状，掌握灌溉制度的实施情况。
(2)分析当地水资源供需状况，探索合理利用灌溉水资源的方法和面向未来的发展方向。
(3)了解节约用水技术，如雨水集中利用、滴灌、喷灌等灌溉方式，促进紫花苜蓿生产的可持续发展。
(4)提出优化灌溉制度的方案，减少灌溉用水量和灌溉成本，提高紫花苜蓿产量和质量，促进农业产业的绿色升级。
旱作条件下紫花苜蓿光合蒸腾日变化与环境因子的关系
旱作条件下紫花苜蓿光合蒸腾日变化与环境因子的关系刘玉华;史纪安;贾志宽;韩清芳【期刊名称】《应用生态学报》【年(卷),期】2006(17)10【摘要】在旱作条件下测定了4年生紫花苜蓿初花期光合蒸腾特性,以及光合有效辐射(PAR)、田间CO2浓度(Ca)、相对湿度(RH)、大气温度(Ta)等环境因子的日变化,并采用相关系数、通径系数和决策系数分析了紫花苜蓿光合蒸腾特性日变化与环境因子的关系.结果表明,对光合速率日变化直接影响最大的因子是Ta,而RH、PAR和Ca主要是通过Ta而间接地影响光合速率日变化;对蒸腾速率日变化直接影响最大的因子是PAR,而RH、Ta和Ca主要是通过PAR而间接地影响蒸腾速率日变化.对光合蒸腾特性起主要决定作用的因子是PAR,主要限制因子是Ta.【总页数】4页(P1811-1814)【关键词】光合速率;蒸腾速率;环境因子;紫花苜蓿;旱作【作者】刘玉华;史纪安;贾志宽;韩清芳【作者单位】西北农林科技大学农学院【正文语种】中文【中图分类】S551.7【相关文献】1.乌兰布和沙区沙棘光合蒸腾日变化与主要环境因子的关系 [J], 陈海玲;章尧想;刘芳;徐军;葛根巴图;马迎宾;段娜;黄雅茹2.分枝期3个紫花苜蓿品种光合蒸腾日变化与相关因子的关系分析 [J], 高景慧;张颖;郭维;高春起3.长果安息香夏季光合蒸腾日变化与其环境因子的关系 [J], 黄滔;唐红;廖菊阳;刘艳;黄程前4.黄花苜蓿光合蒸腾日变化特征及其与环境因子的关系 [J], 茫来;宝音陶格涛;布仁其其格;张金凤;包青海5.4个紫花苜蓿品种分枝期光合速率、蒸腾速率日变化及其影响因子分析 [J], 董智;马宇飞;李红丽;任国勇;张昊因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应
第32卷 第1期V o l .32 No .1草 地 学 报A C T A A G R E S T I A S I N I C A2024年 1月J a n . 2024d o i :10.11733/j.i s s n .1007-0435.2024.01.022引用格式:朱 敏,牛帅帅,侯青青,等.山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应[J ].草地学报,2024,32(1):207-218Z HU M i n ,N I US h u a i -s h u a i ,H O U Q i n g -q i n g ,e t a l .T h eR e s p o n s eo fA l f a l f aP r o d u c t i o n i nJ i n z h o n g Ba s i n ,S h a n x i P r o v i n c e t o W a t e r a n dA i rT e m p e r a t u r e [J ].A c t aA gr e s t i aS i n i c a ,2024,32(1):207-218山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应朱 敏,牛帅帅,侯青青,杨 轩*,徐洪雨(山西农业大学草业学院,山西太谷030801)收稿日期:2023-06-12;修回日期:2023-07-31基金项目:山西农业大学科技创新基金项目(2020B Q 26);国家自然科学基金青年科学基金项目(32001404)资助作者简介:朱敏(1998-),女,汉族,云南临沧人,硕士研究生,主要从事田间粮草耦合与模型应用研究,E -m a i l :z m 981115x x @163.c o m ;*通信作者A u t h o r f o r c o r r e s p o n d e n c e ,E -m a i l :y a n gx u a n 2019@s x a u .e d u .c n 摘要:为验证农业生产系统模型(A g r i c u l t u r a lP r o d u c t i o nS y s t e m s s I M u l a t o r ,A P S I M ) 苜蓿模型对山西晋中盆地地区的适应性,本研究基于晋中市太谷区6个紫花苜蓿(M e d i c a g o s a t i v a )品种的田间观测数据和同期气象资料对模型进行校准,并设置不同水分处理与降水/气温梯度进行情景模拟,分析各品种的生产力及适应性㊂结果表明:A P S I M 模拟各茬紫花苜蓿干草产量的决定系数(C o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t ,R 2)为0.82~0.98,均方根误差(R o o tm e a ns q u a r e e r r o r ,R M S E )为440~633k g ㊃h m -2,均一化均方根误差(N o r m a l i z e dr o o tm e a ns q u a r ee r r o r ,N R M S E )为10.57%~14.98%,D 指数(I n d e xo f a g r e e m e n t )为0.90~0.96,拟合度较高;情景模拟中,不同水分处理和降水梯度对紫花苜蓿产草量的效应极显著(P <0.01),但气温梯度间紫花苜蓿产草量的差异不显著;各紫花苜蓿品种的产量损失率(Y i e l d l o s e r a t e ,Y L R )在不同温度㊁降水梯度和水分处理间差异显著(P <0.01),且雨养处理下Y L R 最高㊂虽未能充分发挥潜在产量,但总体而言 W L 系列品种在山西晋中盆地地区具有更好的生产适应性;A P S I M 模型对研究区紫花苜蓿生产有较好的模拟能力,对该地区的牧草种植管理具有一定指导意义㊂关键词:A P S I M 模型;紫花苜蓿;晋中盆地;生产力中图分类号:S 963.22+3.3 文献标识码:A 文章编号:1007-0435(2024)01-0207-12T h eR e s p o n s e o fA l f a l f aP r o d u c t i o n i nJ i n z h o n g Ba s i n ,S h a n x i P r o v i n c e t oW a t e r a n dA i rT e m pe r a t u r e Z HU M i n ,N I US h u a i -s h u a i ,H O U Q i n g -q i n g ,Y A N G X u a n *,X U H o n g -yu (C o l l e g e o fG r a s s l a n d I n d u s t r y ,S h a n x iA g r i c u l t u r a lU n i v e r s i t y ,T a i gu ,S h a n x i P r o v i n c e 030801,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s s t u d y a i m e d t o v e r i f y t h e a p p l i c a b i l i t y o f t h eA g r i c u l t u r a l p r o d u c t i o nS ys t e ms I M u l a t o r (A P -S I M )a l f a l f a s u b -m o d e l t o t h e a l f a l f a p r o d u c t i o n i n J i n z h o n g B a s i n ,S h a n x i P r o v i n c e ,b y t a k i n g a ba s i s o f t h e f i e l dob s e r v a t i o no f s i xa l f a l f a (M e d ic a go s a t i v a )c u l t i v a r s a n d t h em e t e o r o l o g i c a l d a t a i n t h e r e g i o n .T h e p a r a m e t e r s o fA P S I M w e r e c a l i b r a t e da n dv e r i f i e d ,t h e nd i f f e r e n tw a t e r t r e a t m e n t s a n d p r e c i pi t a t i o n /t e m -p e r a t u r e g r a d i e n t sw e r es e tu p f o rs c e n a r i os i m u l a t i o nt o i n v e s t i g a t e t h e p r o d u c t i v i t y a n da d a p t a b i l i t y of e a c ha l f a l f a c u l t i v a r .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a t t h e R 2(C o r r e l a t i o nc o e f f i c i e n t ),R M S E (R o o tm e a ns qu a r e e r r o r ),N R M S E (N o r m a l i z e d r o o tm e a n s q u a r e e r r o r )a n d D (I n d e x o f a g r e e m e n t )i n d e x o f h a y yi e l dw e r e 0.82~0.98,440~633k g ㊃h m -2,10.57%~14.98%a n d 0.90~0.96,r e s p e c t i v e l y.I n t h e s c e n a r i o s i m u l a -t i o n ,t h e e f f e c t s o fw a t e r t r e a t m e n t a n d p r e c i p i t a t i o n g r a d i e n t o n a l f a l f a h a y y i e l dw e r e e x t r e m e l y s i g n i f i c a n t (P <0.01).T h eY L R (Y i e l d l o s s r a t e )o f e a c h a l f a l f a c u l t i v a rw a s s i g n i f i c a n t l y d i f f e r e n t b e t w e e n t e m pe r a -t u r e ,p r e c i p i t a t i o n g r a d i e n t a n dw a t e r t r e a t m e n t (P <0.01),a m o n g w h i c ht h eh i gh e s tv a l u eo fY L Ro c -c u r r e du n d e r o n l y r a i n -f e d (R F ).A l t h o u g h t h e p o t e n t i a l y i e l dw a sn o t f u l l y ta k e n p l a c e ,t h e W L s e r i e s c u l t i v a r s s h o w e db e t t e r p r o d uc t i o nad a p t a b i l i t y i n t he J i n z h o n g Ba s i no fS h a n x i P r o v i n c e t h a no t h e r sd i d ;A P S I M m o d e l h a da g o o dc a p ab i l i t y t os i m u l a t e t h e a l f a l f a p r o d uc t i v i t y i ns t ud y re g i o n ,a n dh a dac e r t a i n g u i d i n g s i g n if i c a n c e f o r t h e f o r ag e p r o d c u t i o nm a n a ge m e n t i n t h e a r e a .K e y wo r d s :A P S I M ;A l f a l f a ;J i n z h o n g B a s i n ;P r o d u c t i v i t y草地学报第32卷我国晋中盆地地处山西中部,东为太行山脉,西为吕梁山脉,汾河自北向南穿其而过[1],土壤和气候条件优越,农业生产发达[2]㊂但在全球气候变化大背景下,当地气候正在发生较为显著的变化,气温升高㊁降水减少,对种植业发展造成了不利影响[3];且晋中市的农业用水方式粗放,水资源利用效率不高,导致实际灌溉面积不断萎缩[4]㊂紫花苜蓿(M e d i-c a g o s a t i v a)是该地区发展草产业的重要优质牧草,因其高耗水的特点[5-7],其生产势必会受到全球气候变化和灌溉用水条件的限制,应提前对其的产草量与灌溉结果进行评估,以期应对外部环境的变化㊂采用作物动态模型对作物响应外部条件的研究不受地域㊁时间㊁气候条件等方面的限制,能够系统㊁全面和多元化地对作物生长方面的因素进行模拟㊁评价和分析,提供大量有效数据[8-9]㊂其中,A P S I M (A g r i c u l t u r a l P r o d u c t i o nS y s t e ms I M u l a t o r)是由澳大利亚农业生产系统组研发的作物生产模拟系统,在模拟气候变化对农作物生长发育㊁产量及水分平衡等方面有较好的效果,并在很多国家和地区得到了广泛验证与应用[10]㊂在紫花苜蓿模型方面,奥海玮等[11]完成了A P S I M模型在宁夏种植区主要参数的本地化,结果表明A P S I M苜蓿模型可以较为准确地用于模拟苜蓿灌溉的情况,且在该地区具有良好的适应性㊂古丽娜扎尔等[12]验证了A P S I M模型模拟苜蓿长期连作和苜蓿 小麦轮作系统深层土壤水分和苜蓿产量的可行性,评估了不同轮作模式对农田深层土壤水分㊁系统干物质产量㊁氮素吸收和水分利用效率的影响㊂S h e n等[13]评估了黄土高原地区小麦 苜蓿轮作系统中A P S I M模型的土壤水氮模拟效果,并利用田间数据修改了A P S I M模型土壤模块的最大田间持水量(D r a i n a g e u p p e r l i m i t,D U L)与作物水分利用下限(C r o p l o w e r l i m i t,C L L)参数㊂总体来说,国内紫花苜蓿模型起步较晚,深入的紫花苜蓿生长生理过程模拟和完善的生长模拟模型研究还较少[14]㊂尽管A P S I M紫花苜蓿模型已于西北黄土高原地区进行了调参验证工作,但于晋中盆地地区还未充分验证与应用㊂因此,本文以位于晋中盆地的太谷区为研究区,拟基于6个种植利用范围较广的紫花苜蓿品种的田间观测数据和同期气象资料,对A P S I M苜蓿模型进行产量校准和验证,评价其在晋中盆地地区模拟紫花苜蓿栽培的适用性;基于情景模拟探究紫花苜蓿在气温和降水梯度变化下的产草量及饲草产量的损失状况,以期为全球气候变化背景下晋中盆地地区紫花苜蓿的高产稳产提供方法和理论指导㊂1材料与方法1.1研究区概况研究点位于山西农业大学草业学院试验站,地处山西省晋中市太谷县候城乡(37ʎ25'N,112ʎ23'E),该地区属晋中盆地,海拔高度约800m,属温带大陆性季风气候,具体气候表现是夏季炎热多雨,冬季寒冷干燥,春季时节较短并且多大风,天气干燥,秋季也较短,但秋高气爽㊂研究区雨热同期,降水季节分配极不均匀,降水多集中在7 9月,多年平均降水量为458m m;昼夜温差较大,年平均气温为9.5ħ~ 10.5ħ;主要土壤类型为褐土,土壤p H值约为8.3㊂1.2田间试验设计大田试验于2021 2022年于国家草品种区域试验站(太谷)开展,试验地土壤分布均匀㊂试验地6个处理分别为不同品种,包括 草原2号 (M e d i-c a g o s a t i v a L. C a o y u a n N o.2 )㊁ 肇东 (M e d i-c a g o s a t i v a L. Z h a o d o n g )㊁ 新疆大叶 (M e d i c a-g os a t i v a L. X i n j i a n g D a y e )㊁ W L168H Q W L343HQ 及 W L440H Q ,每个处理9个重复,每个小区面积为3mˑ3m,共54个小区,区组间距和小区间距均为1m㊂各品种均于2021年6月中旬播种,播种深度为3c m,为有效探索各品种生产性能及形态差异,基于前人研究将行距设置为50 c m[15],播种密度为21.33万株㊃h m-2㊂试验期间观察记录各品种的关键生育期,在紫花苜蓿花期进行随机刈割取样,各样品取样面积为0.25m2,取样时3次重复,植物样品置于105ħ下杀青30m i n,65ħ烘干48h至恒重,测定干物质生物量;取样同时采用烘干法分层测定0~200c m(分为0~10c m,10~30c m,30~60c m,60~90c m,90~ 120c m,120~150c m及150~200c m)内土壤含水量㊂1.3A P S I M模型本研究基于A P S I M7.10进行,主要核心模块包括:气象模块㊁土壤模块㊁作物模块和管理模块㊂田间试验期间的气象数据取自小型自动记录气象站,历史气象数据(1980 2020)取自中国气象局科学数据共享服务网(h t t p://d a t a.c m a.c n/s i t e/i n-d e x.h t m l),包括逐日最高气温(ħ)㊁逐日最低气温(ħ)㊁逐日降水量(m m)㊁逐日日照时间(h)和逐日802第1期朱 敏等:山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应太阳辐射量(M J㊃m -2)等,其中逐日太阳辐射量需根据日照时数由埃斯屈朗方程[16]计算㊂土壤数据包括分层土壤容重(B u l kd e n s i t y,B D )㊁饱和含水量(S a t u r a t e dw a t e r c o n t e n t ,S A T )㊁萎蔫系数(W i l t i n gc o e f f i c i e n t ,L L 15)㊁风干系数(A i r -d r y i n g co e f f i -c i e n t ,A D )㊁田间最大持水量(D r a i n a g eu p pe r l i m i t ,D U L )和土壤p H 值等,由田间测定计算所得(表1)㊂作物管理数据主要包括紫花苜蓿品种㊁播种密度㊁播种深度㊁播种时间㊁行距㊁灌溉和收获等,均来自实测大田数据㊂表1 主要土壤参数T a b l e 1 M a i n s o i l p a r a m e t e r s土层深度S o i l d e p t h /c m容重B u l kd e n s i t y /g㊃c m -3田间持水量D r a i n a g eu p p e r l i m i t /m m ㊃m m -1萎蔫系数W i l t i n g c o e f f i c i e n t /m m ㊃m m -1风干系数A i r -d r y i n g co e f f i c i e n t /m m ㊃m m -1饱和含水量S a t u r a t e dw a t e r c o n t e n t /m m ㊃m m -1土壤p HS o i l pHv a l u e 0~101.370.320.110.040.428.3710~301.370.330.110.040.438.2130~601.320.360.140.040.458.4460~901.310.370.150.040.458.7090~1201.280.390.170.050.468.46120~1501.260.400.180.050.478.59150~2001.280.390.160.040.468.661.4 模型调参和验证本研究基于田间观测数据,采用 试错法 校正A P S I M -l u c e r n e 中6个紫花苜蓿品种的生长发育相关参数并进行验证,调试的作物参数包括各生育阶段的积温㊁辐射利用效率㊁冷害最高气温及秋眠级(表2),后进行田间生产模拟,管理措施与田间试验一致㊂表2 各紫花苜蓿的品种参数T a b l e 2 C u l t i v a r p a r a m e t e r s o f a l f a l f a品种C u l t i v a r出苗到营养生长期结束积温T h e r m a l t i m e f r o me m e r g e n c e t o e n dof ju v e n i l e /ħ㊃d 营养生长期结束到初花期积温T h e r m a l t i m e f r o m e n d ju v e n i l e t o f l o r a l i n i t i a t i o n /ħ㊃d 初花期到盛花期积温T h e r m a l t i m e f r o m i n i t i a t i o n t of u l l -b l o o m i n g/ħ㊃d 辐射利用效率R a d i a t i o nu s e e f f i c i e n c y/g㊃M J -1冷害最高气温M a x i m u mt e m p e r a t u r e o f c h i l l i n gi n j u r y /ħ秋眠级F a l ld o r m a n c y 草原2号C a o y u a nN o .27004202601.354.91肇东Z h a o d o n g 6603601001.855.31新疆大叶X i n j i a n g D a ye 5103501001.955.54~5W L 168HQ5403001002.155.12W L 343HQ 5703001002.106.03W L 440HQ4803201002.005.84 以模拟㊁实测的紫花苜蓿产草量计算统计指标来评价模型模拟结果的可靠性与准确性,包括决定系数(C o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t ,R 2)㊁均方根误差(R o o tm e a n s qu a r e e r r o r ,R M S E )㊁归一化均方根误差(N o r m a l i z e d r o o tm e a n s qu a r e e r r o r ,N R M S E )和一致性指数(I n d e x o f a gr e e m e n t ,D )[17]㊂各指标计算方法如下:R 2=ðni =1S i-SˑO i -O ðni =1S i -S 2ˑðn i =1O i -O2(1)R M S E =ðni =1O i-S i2n(2)N R M S E =R M S EOˑ100%(3)D =1-ðS i-O i2ðS i-O+O i -O2(4)式(1)至式(4)中,S i 为模拟值,O i 为实测值,O 为实测平均值,S 为模拟平均值,n 为样本数㊂1.5 基于A P S I M 模型的情景模拟1.5.1 气候情景 为分析气温和降水对紫花苜蓿生产可能造成的影响,本研究将在A P S I M 模型本土化验证效果良好的前提下进行长期气候情景模拟,以筛选研究区产量高㊁适应性好的紫花苜蓿品种㊂情景模拟以1980 2020年的历史气候数据为原始情景,参考I P C C 气候变化报告[18],针对关键气候因素(气温㊁降水)指定变化范围以设置气候波动情景,即降水变化按10%为步长设立5个降水梯902草 地 学 报第32卷度,气温变化按1ħ为步长,利用A P S I M 模型的气候情景模块设立3个气温梯度,建立新的气候情景进行紫花苜蓿的生产模拟㊂各降水梯度分别为降水量降低20%(P 1)㊁降低10%(P 2)㊁不变(P 3)㊁升高10%(P 4)与升高20%(P 5);各温度梯度分别为不变(T 1)㊁升高1ħ(T 2)㊁升高2ħ(T 3),具体情景设置如表3㊂通过A P S I M 模型对气象模块中逐日气温和逐日降水的值进行梯度变化修改形成气温和降水处理,并进行相关情景模拟,3个气温梯度ˑ5个降水梯度=15个气候变化情景㊂各情景模拟中于播前施氮肥320k g ㊃h m -2,并在次年3月20日施氮肥150k g㊃h m -2,以模拟无氮限制条件㊂表3 降水与气温变化的气候情景设置T a b l e 3 S e t t i n g o f c l i m a t e s c e n a r i oo n p r e c i p i t a t i o na n d t e m p e r a t u r e c h a n ge s 气温梯度T e m p e r a t u r e g r a d i e n t 降水梯度P r e c i pi t a t i o n g r a d i e n t 降低20%R e d u c t i o n20%降低10%R e d u c t i o n10%不变H i s t o r i c a l升高10%I n c r e m e n t 10%升高20%I n c r e m e n t 20%不变H i s t o r i c a lP 1T 1P 2T 1P 3T 1(C K )P 4T 1P 5T 1升高1ħW a r m i n g 1ħP 1T 2P 2T 2P 3T 2P 4T 2P 5T 2升高2ħW a r m i n g 2ħP 1T 3P 2T 3P 3T 3P 4T 3P 5T 31.5.2 水分处理 研究区历史情景(1980 2020)的年均降水量为414.7m m ,降水量范围在187.0~613.8m m 之间㊂根据当地降水与灌溉条件考虑,设置4个水分处理进行紫花苜蓿生产的情景模拟,以进一步探究在研究区不同水分供给条件下,紫花苜蓿的生产状况,具体如下:(1)N L ,无限制灌溉㊂当土壤含水量低于田间持水量D U L 的80%时,自动灌溉使土壤含水量达到D U L 水平㊂目的为预测紫花苜蓿可达到的最大产量,即潜在水分产量㊂(2)R F ,完全雨养㊂生产过程中不施以灌溉,完全雨养生产㊂(3)N I ,一般灌溉㊂参照田间试验灌溉与实际生产灌溉量㊂(4)H I ,50%灌溉㊂一般灌溉处理的50%灌溉量㊂1.5.3 计算与统计分析 由各情景模拟结果中提取紫花苜蓿的逐年产草量数据㊂主要关注气候因素对作物产量影响,并计算R F ,N I ,H I 处理各生长季相对于N L 处理的产草量损失率(Y i e l d l o s er a t e,Y L R )由公式(5)计算:Y L R =1-Y Y N L(5)式(5)中,Y L R 为生长季的饲草产量损失率,Y为当前生长季饲草产量(R F ,N I 或H I 处理),Y N L 为同情景同生长季N L 处理所取得的饲草产量㊂采用M i c r o s o f tE x c e l 及O r i gi n 2021对所得数据进行统计㊁处理㊁制图㊂使用S P S S 24.0统计软件对不同情景㊁不同处理间的模拟输出数据进行方差显著性分析㊂2 结果与分析2.1 紫花苜蓿产草量的验证对各品种紫花苜蓿产草量的实测值与模拟值比较,R 2在0.82~0.98之间,R M S E 为440~633k g㊃h m -2,N R M S E 为10.57%~14.98%,D 指数为0.90~0.96(表4)㊂由图1所示,各数据点基本落在1ʒ1等线附近,且模拟值与实测值间有显著的线性关系(P <0.05)㊂以上结果表明A P S I M 模型对山西晋中盆地地区紫花苜蓿的产草量模拟效果较好,适用于长期情景模拟评估㊂表4 紫花苜蓿各茬干草产量实测值与模拟值之间的验证指标T a b l e 4 V a l i d a t i o n i n d e x e sb e t w e e nm e a s u r e da n d s i m u l a t e da l f a l f ah a yy i e l d s f o r e a c hm o w i n g品种C u l t i v a r s2022年实测值M e a s u r e dv a l u e s i n 2022/k g㊃h m -22022年模拟值S i m u l a t e dv a l u e s i n2022/k g㊃h m -2决定系数C o r r e l a t i o n c o e f f i c i e n t R2均方根误差R o o tm e a ns q u a r e e r r o r ,R M S E /k g ㊃h m -2归一化均方根误差N o r m a l i z e d r o o t m e a n s qu a r e e r r o r ,N R M S E/%D 指数I n d e xo fa g r e e m e n t 草原2号C a o yu a nN o .2375437820.8956214.980.96肇东Z h a o d o n g 463244920.8263313.660.94新疆大叶X i n j i a n g D a ye 434841640.9448711.200.90W L 168H Q453646290.9847910.570.94W L 343H Q 421241310.8752712.510.94W L 440H Q406640430.8644010.810.9412第1期朱 敏等:山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应图1 紫花苜蓿干草产量模拟值与实测值的线性拟合F i g .1 L i n e a r f i t t i n g o f t h e s i m u l a t e d t om e a s u r e dv a l u e s o f h a yyi e l do f a l f a l f a v a r i e t i e s 注:a 为 草原2号 ;b 为 肇东 ;c 为 新疆大叶 ;d 为 W L 168 ;e 为 W L 343 ;f 为 W L 440㊂下同N o t e :P a n e l a i s C a o y u a n N o .2 ;P a n e lb Z h a o d o n g ;P a n e lc i s X i n j i a n g D a y e ;P a n e ldi s W L 168 ;P a n e lei s W L 343 ;P a n e l f W L 440 .T h e s a m e a s b e l o w2.2 基于A P S I M 的情景模拟2.2.1 各水分处理与气候情景下紫花苜蓿的干草产量 总体方差分析表明,水分处理和降水梯度对紫花苜蓿产草量的效应极显著(P <0.01),但不同气温梯度间紫花苜蓿产草量的差异不显著㊂对比水分处理可知,N L 下各品种取得的平均产草量显著高于其他处理(P <0.05;图2~图5),6个品种的平均产量达23314~39248k g ㊃h m -2;N I 与H I 次之,平均产量为7885~13090k g ㊃h m -2和5316~10354k g㊃h m -2;R F 下平均产量仅为3427~8617k g ㊃h m -2,显著低于其他处理(P <0.05;图2~图5)㊂总体来说,N L 下进口品种的产草量较国产品种更高,各气候情景间不显著(图2)㊂N L 下 草原2号 在各气候情景间平均产量的波动较小,为23314~23643k g㊃h m -2; 肇东 的产量随着气温的升高而波动范围变大,T 3达到32654~33593k g㊃h m -2㊂ 新疆大叶 W L 168H Q 和 W L 343H Q 产草量的波动范围随气温的上升而逐渐缩小,平均产量分别为35657~36489k g ㊃h m -2,38550~39248k g㊃h m -2和36015~36985k g ㊃h m -2; W L 440H Q 产草量随着气温的上升而波动范围变小,T 1情景达到34593~35042k g㊃h m -2㊂R F 下 草原2号 与 W L 168H Q 产草量最低(3427~7155k g ㊃hm -2)和最高(3997~8617k g㊃h m -2,图3)㊂在N I 和H I 下, 草原2号 的产草量分别为7885~11112k g ㊃hm -2和5316~9012k g ㊃h m -2, W L 168H Q 产草量最高,为8792~13090k g ㊃h m -2和6013~10354k g㊃h m -2㊂R F ,N I 和H I 下,降水与气温梯度对产草量的效应分别为极显著(P <0.01)与不显著㊂112草地学报第32卷图2N L水分处理下温度和降水情景下各品种模拟年际产草量F i g.2 S i m u l a t e dh a yy i e l do f e a c hc u l t i v a r u n d e r t h e s c e n a r i o s o f t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n c h a n g e sw i t hn o n-l i m i t e d(N L)a d d i t i o n a lw a t e r s u p p l y注:T1-3代表气温不变㊁1ħ,2ħ;P1-5代表降水量-20%,-10%㊁不变㊁+10%,+20%㊂下同N o t e:T1-3r e p r e s e n t sh i s t o r i c a l t e m p e r a t u r e,w a r m i n g1ħ,w a r m i n g2ħt ot h e m e a nh i s t o r i c a l;P1-5r e p r e s e n t s p r e c i p i t a t i o no f-20%, -10%,h i s t o r i c a l,+10%,+20%t o t h em e a nh i s t o r i c a l,r e s p e c t i v e l y.T h e s a m e a s b e l o w212第1期朱 敏等:山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应图3 R F 水分处理下温度和降水情景下各品种模拟年际产草量F i g .3 S i m u l a t e dh a yy i e l do f e a c hc u l t i v a r u n d e r t h e s c e n a r i o s o f t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n c h a n ge sw i t h o n l y ra i n -f e d (R F )312草地学报第32卷图4N I水分处理下温度和降水情景下各品种模拟年际产草量F i g.4 S i m u l a t e dh a yy i e l do f e a c hc u l t i v a r u n d e r t h e s c e n a r i o s o f t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n c h a n g e sw i t hn o r m a l i r r i g a t i o n(N I)2.2.2情景模拟中各紫花苜蓿品种的Y L R 紫花苜蓿的Y L R值随降水梯度的变化而变化,降水量增加,Y L R随之减小(P<0.01),且Y L R值于各温度梯度间的差异显著(P<0.01),但该差异随梯度趋缓㊂N I,H I与R F处理间存在显著差异(P<0.01),其中R F下的Y L R最高,达0.76~0.88;H I与N I的Y L R 分别为0.70~0.83和0.63~0.75(表5)㊂肇东 新疆大叶 W L168H Q W L343H Q W L440H Q 品种之间Y L R的变化较小,H I,N I和R F 下分别为0.70~0.85,0.62~0.78和0.75~0.90㊂而 草原2号 的Y L R值显著低于其他(P<0.01),H I,N I 和R F下仅为0.61~0.77,0.52~0.66和0.69~0.85㊂412第1期朱 敏等:山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应图5 H I 水分处理下温度和降水情景下各品种模拟年际产草量F i g .5 S i m u l a t e dh a yy i e l do f e a c hc u l t i v a r u n d e r t h e s c e n a r i o s o f t e m p e r a t u r e a n d p r e c i p i t a t i o n c h a n ge sw i t hh a lf o f n o r m a l i r r i ga t i o n (H I )表5 气温和降水梯度下H I ,N I ,R F 中各品种的Y L RT a b l e 5 Y L Ro f e a c hc u l t i v a r i nH I ,N I a n dR Fu n d e r t e m p e r a t u r e a n d p r e c i pi t a t i o n g r a d i e n t 水分处理W a t e r t r e a t m e n t气温梯度T e m pe r a t u r e g r a d i e n t 降水梯度P r e c i pi t a t i o n g r a d i e n t 降低20%R e d u c t i o n20%降低10%R e d u c t i o n10%不变H i s t o r i c a l升高10%I n c r e m e n t 10%升高20%I n c r e m e n t 20%H I 不变H i s t o r i c a l0.82ʃ0.510.79ʃ0.460.76ʃ0.400.73ʃ0.350.70ʃ0.30升高1ħW a r m i n g 1ħ0.83ʃ0.510.80ʃ0.450.77ʃ0.400.74ʃ0.350.71ʃ0.30升高2ħW a r m i n g 2ħ0.83ʃ0.520.80ʃ0.470.77ʃ0.410.75ʃ0.370.72ʃ0.32N I 不变H i s t o r i c a l 0.74ʃ0.510.71ʃ0.440.68ʃ0.380.66ʃ0.320.63ʃ0.27升高1ħW a r m i n g 1ħ0.75ʃ0.510.72ʃ0.450.69ʃ0.380.67ʃ0.330.64ʃ0.28升高2ħW a r m i n g 2ħ0.74ʃ0.510.72ʃ0.460.69ʃ0.400.67ʃ0.340.64ʃ0.29R F不变H i s t o r i c a l 0.88ʃ0.530.85ʃ0.470.82ʃ0.420.79ʃ0.370.76ʃ0.33升高1ħW a r m i n g 1ħ0.88ʃ0.530.85ʃ0.470.82ʃ0.420.80ʃ0.380.77ʃ0.34升高2ħW a r m i n g 2ħ0.88ʃ0.540.86ʃ0.480.83ʃ0.430.80ʃ0.390.78ʃ0.35注:H I ,N I ,R F 分别为50%灌溉㊁一般灌溉㊁完全雨养处理;Y L R 以N L 处理的产量为计算标准N o t e :H I ,N I a n dR Fs t a n d s f o r t h e a d d i t i o n a lw a t e r s u p p l y o f 50%i r r i g a t i o n ,n o r m a l i r r i g a t i o n a n d c o m p l e t e r a i n -f e d t r e a t m e n t r e s pe c t i v e -l y;t h eY L R w a s c a l c u l a t e db a s e do n t h e y i e l do fN Lt r e a t m e n t 512草地学报第32卷3讨论3.1田间产草量的模拟验证本研究据结果显示,校准后的A P S I M-l u c e r n e 模拟研究区紫花苜蓿干草产量的模拟与实测产草量的N R M S E均低于15%㊂奥海玮等[19]㊁古丽娜扎尔等[12]的研究显示,A P S I M模型模拟半干旱㊁半湿润地区的紫花苜蓿产草量的精准度较高,能适应各地区的环境与生产条件,N R M S E均小于30%㊂相比于宁夏黄土高原和西南地区的分析结果,本研究的结果表明A P S I M模型在晋中盆地地区也具有较好的适应性[20]㊂本研究结果也显示,A P S I M模型模拟 肇东 和 W L440H Q 的产草量,其精度相较其他品种略低㊂原因在于该模型的参数众多,而本研究田间实测观测资料周期较短,对品种参数的调整和确定存在一定影响㊂其次,作物生长模型的假设条件与紫花苜蓿的实际生长环境状况存在一定差别,如对作物病虫害以对极端天气的影响考虑不足,模型模拟值为不考虑突发灾害的理想值,因此导致模拟值与实测值存在一定差别[21]㊂后续研究将从田间试验时间㊁降低观测资料的不确定性等入手,提高模型精确性㊂3.2情景模拟下各处理的产草量变化本研究结果表明,在不同气温和降水梯度的情景模拟中,降水梯度升高时紫花苜蓿产草量也随之增加[22]㊂B o w m a n等[23]的研究表明,紫花苜蓿具有一定的抗旱能力,低于300m m的年降水量才会导致旱地生产潜力的降低,而一定范围内降水量的增加可提高其产量㊂结果显示,降水对紫花苜蓿产草量的影响要远大于气温,降水提高时倾向于显著提高作物产量[22]㊂同时随着温度升高,紫花苜蓿的生育期缩短㊁花期提前,每茬可收获的营养体减少,导致产量降低[24];但对于多年生的越冬作物来说,温度升高会降低其在越冬或遭受倒春寒时发生冻害㊁冷害的几率,成活率提高,使最终产量提高㊂所以尽管花期可能提前,但由于遭受冻害或冷害的几率变小,温度对产量的正负效应在一定程度上互相抵消,使得一定范围内的平均气温变化对紫花苜蓿产草量没有显著效应㊂山西晋中盆地地区的紫花苜蓿产量于各水分处理下具有一定差异㊂对于无限制灌溉的N L来说,不同降水量和温度梯度对其产草量的影响不显著㊂由于N L处理有充足的水分供应,紫花苜蓿可达到潜在水分产量,所以产量不会受到降水梯度的显著影响㊂而对于具有水分限制的其它处理,在相同气温梯度下,降水量增加利于土壤贮水和紫花苜蓿产量的提高,产生极显著的产量效益(P<0.01),无灌溉条件处理下的苜蓿产量明显低于灌溉条件下的产量(P<0.01),与G u i t j e n s[25]的研究结果一致㊂但另有研究表明[26],当降水量超过一定阈值会造成土壤含水量过多和土壤供氧不足,作物根系有氧呼吸受阻,无氧呼吸增强,植物生长受到抑制导致产量下降㊂A P S I M7.10的现有机制中未能很好的体现出紫花苜蓿根系受涝的响应[27],因此在实际生产中,降水过多的年份需适当控制灌溉量,同时也从另一角度说明水分条件仍是限制该地区紫花苜蓿产草量的主要因素,正常灌溉与降水条件未能完全发挥这些品种的产草量潜力㊂进一步探究该地区紫花苜蓿生产的水分利用特征,可明确在防止涝害的前提下,发挥潜在生产力和保持高水分生产力的额外灌溉㊂3.3紫花苜蓿生产的品种差异饲草产量不仅是衡量苜蓿生产㊁经济效益的重要指标,也是评价苜蓿生长适应性的重要依据,可直接反映品种的生产性能及适应性差异[28]㊂本研究中,6个紫花苜蓿品种在晋中盆地地区的产草量存在显著差异,也说明牧草的生态适应性具有品种区别[29]㊂ W L168H Q 的产草量最高,其次为 W L343HQ 和 W L440H Q ,可见美国 W L 系列品种的紫花苜蓿的产草量优于其他品种,在研究区具有更强的生产潜力㊁适应力以及较好的生产持续性㊂这可能与苜蓿品种的秋眠型相关: W L 系列品种的秋眠级为2~4,而 草原2号 和 肇东 的秋眠级为1㊂较低秋眠级的品种遭受冻害/冷害的几率也较低,虽可规避冷害风险,但其在夏秋的辐射利用效率较低,故产草量较低[30]㊂高婷等[31]的研究认为,不同秋眠级的苜蓿品种在同一生态区的干草产量存在明显差异㊂由于各品种紫花苜蓿的积温和辐射利用效率参数设定均有不同[32],秋眠级越低的品种所需的积温参数㊁发芽需要的气温更高[33],如 草原2号 的出苗期所需积温明显高于其他品种㊂而不同品种的辐射利用效率则直接影响了产草量的形成[34],较高的辐射利用效率代表着高光合速率与高干物质积累速率[35]㊂可见,紫花苜蓿生产需要根据当地的气候㊁土壤等环境条件选择适宜地区条件的秋眠型品种[29],以达到高产量㊁高持续力的需求㊂W L168H Q 品种在R F下的Y L R值最高,其612第1期朱敏等:山西晋中盆地紫花苜蓿生产对水分和气温的响应次为 W L343H Q 和 W L440H Q ,这表明 W L 系列品种具有高生产潜力(N L处理)的同时也由于水分供给有限而有较高的产量损失率,但实际产量仍较国产品种更高㊂在研究区的生产条件下,灌溉和降水条件未能充分发挥 W L 系列品种的生产潜力;而在无灌溉情形下,各品种的损失率可达80%以上,可见如何有效㊁及时地补充利用灌溉,弥补阶段性降雨不足,仍是晋中盆地紫花苜蓿生产的重要实际问题[36-37]㊂另外,一定程度的气温升高虽然缩短了紫花苜蓿的生育期,物候提前,但过高的气温会抑制光合作用,不利于干物质积累[38],支持了本研究中气温梯度的升高导致各品种Y L R增加的结果,符合模型机制㊂总体来说, W L 系列品种不论是地区适应性(秋眠型)还是实际产量,都在一定程度优于其余3个品种㊂后续研究需进一步通过田间试验矫正模型并优化机制,以便进行更加全面㊁长期的品种评价,为该地区因地制宜的品种选择㊁精准水肥管理及收获加工提供参考[39]㊂3.4不确定性本研究所使用的A P S I M模型机制较为复杂,且在人工取样㊁判断等环节上不可避免的产生实测生育期㊁产量误差等,均在一定程度上会影响作物和土壤参数的调试与验证,产生校准与验证偏差,以上因素对情景模拟的评估结果可能会造成一定的不确定性[10]㊂另外,本研究的气候变化情景设置基于气候要素的整体变化,并参考了前人研究[22]及I P C C 气候变化报告,以保证科学性与合理性:至21世纪末,当地极端气温变化2ħ,极端降水变化为20%~ 30%[18]㊂且虽然农业气象要素观测精度有限,数据的平均变化也可能由于年际差异变化大而导致误差[40],但本研究基于较为长期的资料,可在一定程度降低评估结果的不确定性㊂总体来说,虽然模型框架㊁校准验证和情景设置方面对本研究结果造成了一定的不确定性,但模型对各紫花苜蓿品种的生产模拟具有较高的模拟精度,情景分析结果仍对未来紫花苜蓿的生产力水平和水分利用效率评估具有重要的参考意义㊂4结论本研究基于农业生产系统模型,分析了山西晋中盆地地区6个紫花苜蓿品种于不同气候情景和4个水分处理下的产量与产量损失率的变化及其对各因素的响应关系㊂结果显示:农业生产系统模型紫花苜蓿模型在研究区有较好的适应性,模拟精度高;情景模拟中,水分处理和降水梯度对产草量的影响显著(P<0.01),而气温梯度的效应不显著;无限制灌溉处理的产量显著高于其他处理(P<0.05),且高低排列为无限制灌溉>一般灌溉>50%灌溉>完全雨养;降水与温度梯度与产量损失率有显著的相关关系(P<0.05),且完全雨养下产量损失率值最高㊂ W L 系列品种的产草量在各处理下都优于选用的其他品种,生产性能相对更好,适宜在该地区推广种植㊂参考文献[1]李欣鹏.地区人居视野下晋中盆地县城空间形态演变研究[D].西安:西安建筑科技大学,2014:2-3[2]乔磊,黄明镜,张吴平,等.晋中盆地典型耕地厚度㊁土壤养分空间变异[J].中国农学通报,2020,36(1):89-97[3]潘志华,黄娜,郑大玮.气候变化影响链的形成机制及其应对[J].中国农业气象,2021,42(12):985-997[4]刘静,梅旭荣,连煜阳,等.黄河流域农业高质量发展中水土资源优化配置研究[J].中国农业资源与区划,2022,43(6):1-14 [5]杨迎月,毛桂莲,麻冬梅,等.四种牧草种子在不同浓度N a C l或N a H C O3胁迫下的萌发特性[J].草地学报,2022,30(3): 637-645[6]张永锋,梁正伟,隋丽,等.盐碱胁迫对苗期紫花苜蓿生理特性的影响[J].草业学报,2009,18(4):230-235[7]于宗恺,景煜都,刘励,等.苜蓿地撂荒过程中土壤-微生物-胞外酶及化学计量的变化[J].草地学报,2023,31(4):1115-1124[8]刘沉默.旱作条件下A P S I M模型的适应性评价及应用[D].晋中:山西农业大学,2019:4-5[9]刘宪锋,傅伯杰.干旱对作物产量影响研究进展与展望[J].地理学报,2021,76(11):2632-2646[10]赵俊芳,蒲菲癱,闫伟兄,等.基于A P S I M模型识别气象因子对内蒙春小麦潜在产量的影响[J].生态学杂志,2017,36(3): 757-765[11]奥海玮.苜蓿生产力㊁土壤水分和轮作效应的A P S I M模型评价与应用研究[D].宁夏:宁夏大学,2015:29-51 [12]古丽娜扎尔㊃艾力,陶海宁,王自奎,等.基于A P S I M模型的黄土旱塬区苜蓿 小麦轮作系统深层土壤水分及水分利用效率研究[J].草业学报,2021,30(7):22-33[13]S H E N Y Y,L ILL,C H E N W,e t a l.S o i lw a t e r,s o i l n i t r o g e na n d p r o d u c t i v i t y o f l u c e r n e-w h e a t s e q u e n c e s o nd e e p s i l t l o a m si nas u m m e rd o m i n a n tr a i n f a l le n v i r o n m e n t[J].F i e l dC r o p sR e s e a r c h,2009,111(1-2):97-108[14]刘瑞,张亚红,葛永琪,等.基于水氮因子的宁夏引黄灌区紫花苜蓿生长模拟模型[J].农业工程学报,2019,35(13):102-112 [15]刘东霞,刘贵河,杨志敏.种植及收获因子对紫花苜蓿干草产量和茎叶比的影响[J].草业学报,2015,24(3):48-57 [16]李树岩,余卫东.基于WO F O S T模型和水分胁迫的河南省冬712。
遮荫对紫花苜蓿生长发育和产草量影响的初探
数据分析采用 SAS 9.0 统计软件，作图采用 Microsoft Excel 2003 软件。
2 结果与分析
2.1 叶绿素含量的变化
叶绿素是植物的光合色素，具有吸收和传递光量子的功能。从遮荫强度来看，遮荫处理 对苜蓿叶绿素 a 的影响并没有呈现一定的规律。只有改革者叶绿素 a 的含量随着遮荫强度的 增大而减少。方差分析表明，品种对叶绿素 a 含量的影响达显著水平（P<0.05），而遮荫强 度对叶绿素 a 含量的变化却没有显著影响（P>0.05）。也就是说，品种是苜蓿在不同遮荫强 度下导致叶绿素 a 含量变化的主要因素。相似于叶绿素 a 含量的变化（见表 1），品种对苜 蓿叶绿素 b 含量有显著影响（P<0.05），而遮荫强度对其影响却不显著。
从表 4 可以看出，第一茬产量占产草量的百分比随着遮荫强度的增大而上升，三个苜 蓿品种均表现出相同的规律。在对照情况下，苜蓿第一茬产量平均占产草量的 26.28%，而 遮荫 50%时平均占产草量的 37.97%，遮荫 80%时平均占产草量的 48.57%。
2.30
1.48
1.64
改革者（Innovator＋z）
对照 遮荫 50％
遮荫 80%
CK Shaded 50% Shaded 80%
2.05
1.90
1.79
1.13
1.18
1.22
a/b
1.60 1.58
1.35
1.76
1.55
1.40 1.81
1.61
1.47
2.2 株高的变化
草层高度常被作为草地植被生产力的一个指导参数，遮荫对苜蓿造成的影响，最直接 最明显的变化就是植株高度，而草层高度对植被的再生性或持久性生长有重要意义。由于苜 蓿品种间高度差异不显著（P>0.05），遮荫是造成苜蓿高度产生差异的主要因素（P<0.05）。 从图 1 可以看出， 5 月 25 日在第一茬刈割前，苜蓿高度随着遮荫强度的增大而降低，遮荫 80%情况下比对照降低幅度高达 37.4%。7 月 24 日在第二茬刈割前，各处理高度整体较第一 次测定前下降 50%左右。对照高度显著高于遮荫处理高度（P<0.05）。
河西走廊紫花苜蓿耗水量与耗水规律的初步研究
河西走廊紫花苜蓿耗水量与耗水规律的初步研究河西走廊紫花苜蓿耗水量与耗水规律的初步研究引言：河西走廊地处中国西北干旱地区，水资源短缺已成为限制当地农业生产发展的主要因素之一。
近年来，随着地下水位下降和水量减少的情况日益严重，加上种植业对水资源的巨大需求，如何合理利用水资源，控制农业用水成为一个迫切的问题。
本文以河西走廊常见的紫花苜蓿为研究对象，通过对其耗水量和耗水规律进行初步研究，旨在为当地农业的水资源管理和合理利用提供一定的参考。
材料与方法：本研究选择了河西走廊某农场作为实验地点，使用田间小区法进行正式实验。
实验选取了3个不同的紫花苜蓿种植区域，分别为A、B、C区。
在不同生长阶段，我们对每个区域的土壤水分含量进行了测试，并测量了紫花苜蓿的生长情况。
结果与讨论：1. 紫花苜蓿的生长与土壤水分含量呈正相关。
通过实验数据的统计分析，我们发现紫花苜蓿的生长状况与土壤水分含量呈现明显的正相关关系。
当土壤水分含量较高时，紫花苜蓿的生长更加旺盛，形成的根系更为茂盛。
相反，若土壤水分不足，紫花苜蓿的生长停滞。
因此，在紫花苜蓿的种植过程中，要保证充分的土壤水分，以促进作物的生长和发育。
2. 紫花苜蓿的耗水量随生长阶段变化。
我们对3个区域的紫花苜蓿耗水量进行了测量，并记录了不同生长阶段的累计耗水量。
结果显示，紫花苜蓿的耗水量随着生长阶段的不同而有所变化，从初育期到成熟期，耗水量逐渐增加。
初育期的耗水量较低，成熟期的耗水量最高。
因此，在紫花苜蓿的种植管理中，需要根据不同生长阶段的特点来合理安排灌溉水量，以满足作物的需求。
结论：本研究通过对河西走廊紫花苜蓿的初步研究，得出以下结论：1. 紫花苜蓿的生长与土壤水分含量呈正相关，充分的土壤水分有利于促进作物生长。
2. 紫花苜蓿的耗水量随着生长阶段的不同而变化，需根据不同阶段合理安排灌溉水量。
根据以上结论，我们建议在河西走廊种植紫花苜蓿时，应加强对土壤水分的管理，确保土壤水分含量充足。
影响叶水势的因素
影响叶水势的因素
影响叶水势的因素有：
1. 水分供应：叶片能够保持正常的水势需要有足够的水分供应，水分供应不足会导致叶水势下降。
2. 蒸腾作用：叶片通过蒸腾作用失去水分，蒸腾速率较高时叶水势会降低。
3. 气候条件：高温、低湿度等干燥的气候条件会导致叶片脱水增加，进而降低叶水势。
4. 植物根系：植物的根系对水分的吸收和输送起着至关重要的作用，根系状况良好能够维持叶片的正常水势。
5. 植物内外的水分损失：叶片表面蒸发、气孔蒸腾、叶片污损等因素会增加水分的损失，进而降低叶水势。
6. 植物血液循环系统的影响：例如距离或病变的造成，树木水循环系统正常运动或障碍，影响养分或水分的运输，导致叶水势变化。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第21卷第12期2005年12月农业工程学报T ran sacti on s of the CSA E V o l .21 N o.12D ec . 2005环境因素对紫花苜蓿叶水势与蒸腾速率影响的初步研究佟长福1,郭克贞2,史海滨1※,李和平2,杨燕山2,徐 冰1,2,薛 铸1(1.内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,010018; 2.水利部牧区水利科学研究所,呼和浩特010010)摘 要:植物叶水势及其蒸腾速率除取决于本身的生物学特性外,还受外界环境因子所制约。
该文根据有关田间试验资料全面分析了叶水势、蒸腾速率在不同灌溉水平下的日变化规律,并探讨了其与土壤含水率和气象因素(气温、净辐射和饱和差)之间的关系,建立了叶水势和蒸腾速率与气象因素间的定量关系式,对紫花苜蓿的合理灌溉具有指导意义。
关键词:土壤含水率;环境因子;叶水势;蒸腾速率中图分类号:P 628 文献标识码:A 文章编号:100226819(2005)1220152204佟长福,郭克贞,史海滨,等.环境因素对紫花苜蓿叶水势与蒸腾速率影响的初步研究[J ].农业工程学报,2005,21(12):152-155.Tong Changfu ,Guo Kezhen ,Sh i H aib in ,et al .P reli m inary study on the effect of environm en tal facto r on leaf po ten tial andtran sp irati on rate of alfalfa [J ].T ran sacti on s of the CSA E ,2005,21(12):152-155.(in Ch inese w ith English ab stract )收稿日期:2004212213 修订日期:2005206213基金项目:国家科技部863计划项目(2002AA 2Z 4271-6)作者简介:佟长福(1979-),男,满族,主要从事节水灌溉新技术的研究。
呼和浩特市昭乌达路306号 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,010018通讯作者:史海滨,教授,博士生导师,呼和浩特市昭乌达路306号 内蒙古农业大学水利与土木建筑工程学院,010018。
Em ail :sh i _haibin @sohu .com0 引 言紫花苜蓿是世界上栽培最广泛的优质豆科牧草,也是中国种植面积最大的人工牧草。
它营养丰富、品质优良,被誉为“牧草皇后”。
随着中国农业结构的调整和西部大开发战略的实施,苜蓿的种植面积将不断扩大。
苜蓿是一种高产牧草,高产必然耗水较多,为了保证高产、稳产,灌溉是一项非常重要的保障措施。
中国牧区地处干旱半干旱地区,水资源短缺极大地影响和限制人工牧草生产[1],研究土壤含水率及气象因子与紫花苜蓿叶水势、蒸腾速率之间的关系,对进一步认识干旱条件下紫花苜蓿的适应性及生长状况具有重要意义。
国内外对紫花苜蓿这方面的研究较少[2-4],因此,本文对紫花苜蓿的叶水势、蒸腾速率进行初步研究,为紫花苜蓿高产节水栽培提供生理依据[5]。
1 材料与方法1.1 试验区概况试验区设在鄂尔多斯市乌审旗陶利镇通史嗄查,地理位置为东经108°42′,北纬38°17′,地面高程1300m 。
试验区属于典型的温带大陆性气候,四季分明,光热资源充足,风大沙多,干旱少雨是这一地区的基本特点。
全年平均气温7.1℃,最高气温36.5℃,最低气温-29℃,无霜期114～159d ;降雨主要集中在6～8月份,占全年降雨量的70%,多年平均降雨量360mm ;多年平均蒸发量2443mm ;年平均风速2.7～3.0m s ,年日照数为2886h 。
土壤为风沙土,土壤0～100c m 平均容重为1.51g c m 3,田间持水量为9.08%(占干土重),田间饱和含水率17.68%(占干土重)。
1.2 试验材料与方法研究对象为第3茬紫花苜蓿,生育期从2005年7月26日至9月18日。
1)土壤含水率 采用TR I M E 23型TDR 每3d 观测一次,并结合土钻取土烘干称重法测定。
2)环境因子 采用ENV IS 型数字式网络生态监测系统进行监测,土壤含水率、温度、湿度及辐射每小时采集一次数据。
3)叶水势 采用PSYPRO 型露点水势仪,对每个生育阶段的不同水分处理进行观测。
4)蒸腾速率 采用SL 421L M on ito r 型植物径流计,对每个生育阶段的蒸腾速率进行观测。
叶水势和蒸腾速率的观测选择无云微风的天气进行。
1.3 试验设计试验于2004年在水利部牧区水利科学研究所鄂尔多斯草原现代节水草业实验站进行,采用田间对比试验法。
根据当地生产习惯和水资源状况,试验采用控制灌水定额法,试验设计9个处理(表1),每个处理重复3次,其中丰水区为充分灌溉处理(处理9);节水区为处表1 不同灌水量试验处理T ab le 1Experi m en tal treatm en ts of differen t irrigati on levelsmm处 理123456789返青期(2004207226)57575757575757抽苔分枝期(2004-08-03)680274168686868现蕾开花(2004-08-18)74747474294474开花结荚(2004-09-06)总灌溉量0142131158172125154168198251理处理2至处理8;干旱区为处理1。
灌溉时采用喷灌,并用水表严格控制灌水量[6,7]。
试验小区面积为10m ×9m ,每个试验小区设保护区隔离,以避免相互影响,紫花苜蓿生育期内降雨及分布见表2。
表2 第3茬紫花苜蓿生育期内降雨分布T ab le 2 P reci p itati on in grow ing peri od of theth ird stubb le alfalfa生育阶段返青期分枝期现蕾期开花期降雨量 mm47.046.142.625.82 结果与分析2.1 叶水势的变化规律及其与土壤水的关系1)叶水势日变化叶水势日变化总趋势为早晨和晚上较高,午后较低,这可能是因为中午温度升高,光照增强,造成叶片蒸腾失水增大,作物为吸收更多的水分而降低其组织水势。
由图1可知,随生育进程的变化,叶水势日变化幅度增大,并且在不同供水条件和不同生育期,叶水势的这种变化趋势亦不相同。
从灌溉水平来看,丰水区各生育阶段低谷值不相同,在抽苔分枝期(8月7日)出现2个低谷,并且恢复较快,而在现蕾开花期(9月5日)和开花结荚期(9月13日)出现1个低谷,并且较晚(午后14:00左右),可能与当时测定的天气情况有关。
节水区和干旱区各生育阶段的叶水势变化趋势基本一致,节水区的叶水势(处理2～处理8共7个处理的平均值)出现1个低谷值。
旱区出现2个低谷值,在14∶00左右3个处理的叶水势值均较高,因为太阳净辐射大、空气干燥、气温高、光照过强,过度的蒸腾失水使作物叶片水分平衡失调,保卫细胞失水收缩,气孔开度比其它处理的小,即通过“午睡”现象以调节作物体内的水分平衡,以防止水分过多损失[8]。
图1 叶水势在不同生育期不同供水日变化F ig .1 D aily changes of leaf po ten tial under differen t grow ing peri ods and differen t w ater levels 2)不同生育阶段叶水势的变化随生育进程的变化,紫花苜蓿耗水能力不断增强,叶水势呈逐渐降低趋势,午后叶水势尤其明显(见图2)。
由图2可知,早晨叶水势随生育进程的变化是先下降后上升,而午后叶水势则逐渐降低。
在整个生育内,丰水区和节水区的叶水势值差别较小,但是它们均大于干旱区的叶水势值。
9月5日为苜蓿现蕾开花期时,早晨叶水势最低,因为此时苜蓿营养生长与生殖生长共进,生命活动旺盛,叶面蒸腾能力增强。
图2 不同生育阶段早晨和午后叶水势变化(2004)F ig .2 L eaf po ten tial changes in mo rn ing and afternoon at differen t grow th stages (2004) 3)叶水势与土壤水分的关系由图3可知,早晨叶水势和午后叶水势随土壤水分同步变化。
随着土壤含水率的升高,叶水势也逐渐升高,因为土壤含水率较高,苜蓿根系吸水容易,根系吸水与蒸腾失水维持平衡,叶水势较高;当土壤供水受限制时,苜蓿的根系吸水满足不了叶片蒸腾失水的需要,叶片含水率减小,叶水势也较低。
早晨叶水势在土壤含水率达到4.6%时,叶水势变化比较平缓,这一转折点的叶水势值为-0.94M Pa ,而午后叶水势则随着土壤含水率的升高一直在升高[9]。
图3 不同水分早晨和午后叶水势变化F ig .3 L eaf po ten tial changes in mo rn ing and afternoon at differen t so il w ater con ten ts2.2 叶水势的变化规律及其与气象因素的关系选用充分供水处理的实测资料分析叶水势与草地351 第12期佟长福等:环境因素对紫花苜蓿叶水势与蒸腾速率影响的初步研究环境因子间的相互关系分析研究[10-12]。
1)叶水势与温度的关系气温是一个综合反映草地热通量状况的环境指标。
根据紫花苜蓿现蕾开花期的实测结果点绘了叶水势与气温之间的相关图,从图4a 可以看出叶水势随气温升高而降低,二者具有直线相关关系,关系式如下:ΥL =-0.27552T q +4.0709式中 ΥL ——叶水势,M Pa;T q ——近地层气温,℃。
其相关系数R 2=0.9432,显著水平F >F 0.01,可见气温对叶水势的影响是极其显著[13]。
2)叶水势与饱和差的关系饱和差是草地近地层蒸发潜力的综合反映。
从图4b 可以看出,叶水势随饱和差的增加而降低,根据紫花苜蓿现蕾开花期实测资料,得出二者的关系如下:ΥL =0.0066D 2-0.4738D +2.9447式中 ΥL ——叶水势,M Pa;D ——饱和差,hPa 。
其相关系数R 2=0.7424,显著水平F >F 0.01,可见饱和差对叶水势的影响是极其显著。
3)叶水势与净辐射的关系叶水势与净辐射的关系从图4c 可以看出,随着净辐射的增加,蒸腾速率变大、叶水势降低.根据实测资料分析有如下关系:ΥL =4×10-6R 2n -0.0122R n +1.4145式中 ΥL ——叶水势,M Pa;R n ——净辐射,W m 2。
其相关系数R 2=0.7932,显著水平F >F 0.01,可见净辐射对叶水势的影响是极其显著。