越冬期低温胁迫是影响人工草地栽培及农牧业低产、减产的关键因素。随着气候异常变化的加剧，温度的急剧变化更加频繁，局部地区寒旱灾害呈多发态势，在北方季节性冻土区表现的尤为突出。同时，近年来我国北方紫花苜蓿人工草地建设发展迅猛，因此，迫切需要加强紫花苜蓿抗寒性和越冬率的研究，提出科学有效的田间管理措施。本项研究以我国北方草原牧区广泛种植且易受寒害的典型牧草紫花苜蓿为对象，通过野外控制实验，开展紫花苜蓿越冬期土壤水热环境对冬灌（包括封冻灌溉、融冻灌溉）的响应、冬灌紫花苜蓿水分来源解析、冬灌紫花苜蓿抗寒效应综合评价等研究，探究紫花苜蓿人工草地冬灌抗寒效应与机制，优化应对寒害的田间管理措施。
　　（1）封冻灌溉增加了紫花苜蓿人工草地入冬前土壤含水量，融冻灌溉增加了返青前土壤含水量，高水量冬灌对土壤含水量的影响高于低水量冬灌；封冻灌溉后，各土层土壤温度均随灌溉水量的增加而提高，高水量处理下的土壤温度高于低水量0.5-2℃；融冻灌溉后，高水量处理下的土壤温度高于低水量1-2℃；封冻灌溉与融冻灌溉均具有平抑土壤温度变幅的效果，对于浅层土壤的影响呈现出增强的趋势；封冻灌溉能够促进土壤冻结，融冻灌溉则缓解土壤融冻。上述结果表明，冬灌创造了良好土壤水热环境，有利于紫花苜蓿越冬和返青。
　　（2）基于水分氢、氧稳定同位素技术，对冬灌条件下紫花苜蓿水分来源进行解析。结果表明，封冻灌溉后，紫花苜蓿仅在根层土壤含水量足够高的情况下才吸收土壤水分；不同深度土层的土壤水分对紫花苜蓿根茎水的贡献率有所不同，贡献率最高的3个土层分别为40-50cm、50-60cm和0-10cm，总贡献率达70%。低水量和中水量封冻灌溉仅引起土壤含水量的变化，而紫花苜蓿并未吸收利用土壤水分。上述结果表明，高水量封冻灌溉有利于紫花苜蓿顺利进入越冬期。
　　融冻灌溉后的第三天，紫花苜蓿开始吸收利用土壤水分。在低水量处理下，紫花苜蓿根茎水分的主要来源为中层、深层土壤；中水量处理下，不同土层土壤水分对紫花苜蓿根茎水的贡献率相似；高水量处理下，中层土壤成为紫花苜蓿水分吸收的主要来源。上述结果表明，融冻灌溉缓解了紫花苜蓿返青初期的干旱胁迫，能够促进紫花苜蓿提前返青。鉴于此，在田间管理过程中，应注意选择合适的时间实施融冻灌溉，规避可能发生的早春冷害。
　　（3）冬灌后紫花苜蓿根系中脯氨酸、可溶性糖、过氧化物酶（POD）、超氧化物歧化酶（SOD）、丙二醛（MDA）与根系活力均有明显变化。除低水量封冻灌溉条件下脯氨酸含量增加不显著以外，封冻灌溉、融冻灌溉两次冬灌后紫花苜蓿根系脯氨酸含量都显著增加，并且增加幅度随着灌水量的增加而增大，高水量冬灌条件下紫花苜蓿根系脯氨酸含量最高；不同水量封冻灌溉、融冻灌溉后，紫花苜蓿根系可溶性糖含量均明显增加，且可溶性糖含量增加量与冬灌水量呈正相关关系；封冻灌溉不同处理下紫花苜蓿POD、SOD均显著增加，中水量融冻灌溉处理下紫花苜蓿POD、SOD活性最高；低水量和中水量封冻灌溉引起了紫花苜蓿根系MDA的较大变化，高水量封冻灌溉的影响则较小。低水量融冻灌溉显著增加了紫花苜蓿根系MDA含量，中水量、高水量融冻灌溉对MDA的影响则不显著；除高水量融冻灌溉处理以外，其他冬灌处理都引起了紫花苜蓿根系活力的较大变化，其中高水量封冻灌溉和中水量融冻灌溉对根系活力的提高最为有效；进一步，采用层次分析法对冬灌紫花苜蓿抗寒性综合效应进行了分析和评价。上述结果表明，冬灌条件下，紫花苜蓿根系生理指标响应积极，冬灌提高了紫花苜蓿的抗寒性，在保障紫花苜蓿安全越冬方面发挥了重要作用。
　　（4）冬灌显著提高了紫花苜蓿越冬率及产草量，在高水量封冻灌溉+中水量融冻灌溉处理下，紫花苜蓿越冬率以及鲜、干草产量达到最大。综合分析冬灌对紫花苜蓿人工草地土壤水热环境、紫花苜蓿水分摄取策略、紫花苜蓿生理指标及抗寒性等因素，本项研究认为，高水量封冻灌溉+中水量融冻灌溉是紫花苜蓿冬灌的最优灌溉模式。
　　冬灌改善了紫花苜蓿越冬前期及翌年返青前期两个关键时期的土壤水热环境，促进了紫花苜蓿抗寒性生理指标的活性，增加了紫花苜蓿根系水分吸收利用，提高了越冬率和牧草产量。在生产实践中，高水量封冻灌溉+中水量融冻灌溉是紫花苜蓿冬灌的最优灌溉模式，封冻灌溉时间在土壤进入稳定冻结期前20天左右进行效果最佳，融冻灌溉的最佳时间是中国北方平均日最低气温稳定在?4℃以上。本项研究从多角度深化了对紫花苜蓿人工草地冬灌效应与机制的认知，所提出的优化冬灌模式具有应用推广价值。