不同灌水下限對膜下滴灌棉花土壤水鹽運(yùn)移和產(chǎn)量的影響

汪昌樹，楊鵬年，姬亞琴，Miguel Aguila

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052; 2.德國霍恩海姆大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究所， 德國 斯圖加特 70593)

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不同灌水下限對膜下滴灌棉花土壤水鹽運(yùn)移和產(chǎn)量的影響

汪昌樹1，楊鵬年1，姬亞琴1，Miguel Aguila2

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 新疆 烏魯木齊 830052; 2.德國霍恩海姆大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究所， 德國 斯圖加特 70593)

摘要：通過2014年在新疆巴州灌溉試驗(yàn)站開展的棉花膜下滴灌大田試驗(yàn)，在各生育期選取不同的灌水下限，設(shè)置4個水平的灌水量處理(處理A、B、C、D分別為425 mm·30次(-1)、345 mm·22次(-1)、545 mm·18次(-1)、595 mm·16次(-1))，研究不同灌水下限對膜下滴灌棉花土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律、鹽分分布及積累特征的影響，并對土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律、分布特征及棉花產(chǎn)量進(jìn)行評價(jià)。試驗(yàn)以TRIME-T3管式TDR監(jiān)測土壤含水率指示灌水，初步得出：不同灌水下限影響棉花的田間灌水及產(chǎn)量，灌水下限定的高時(處理A、B)，灌水頻率增加，增大了田間耗水量且滴灌土壤水分水平運(yùn)動距離和范圍有限，對鹽分的淋洗效果一般；灌水下限較低時(處理C、D)，次灌水量大，灌溉定額增加，綜合控鹽效果較好，棉花產(chǎn)量較高。基于不同灌水下限對膜下滴灌棉花生育期內(nèi)的生長有顯著影響，對棉花產(chǎn)量有一定的影響，B處理(345 mm·22次(-1))可獲得最高的灌溉水生產(chǎn)效率為1.79 kg·m(-3)，D處理(595 mm·16次(-1))可獲得最大籽棉產(chǎn)量為6 630 kg·hm(-2)。

關(guān)鍵詞：膜下滴灌；灌水下限；水鹽運(yùn)移；TRIME-T3管式TDR；棉花；產(chǎn)量

新疆是我國最主要的商品棉生產(chǎn)基地，干旱缺水是制約新疆農(nóng)業(yè)和經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最主要因素，再加上農(nóng)田面積的增加，使得農(nóng)田草場沙化、鹽堿化、退化的現(xiàn)象日益嚴(yán)重。在水資源貧乏越來越嚴(yán)重的形勢下，發(fā)展節(jié)水抑鹽的灌溉技術(shù)，提高灌水利用效率顯得尤為緊迫。膜下滴灌技術(shù)是一種將覆膜種植與滴灌技術(shù)相結(jié)合的新型灌溉技術(shù)[1]，具有顯著的節(jié)水、抑鹽、保墑的特征，適合西北干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)推廣。

20世紀(jì)90年代以來，為了制定科學(xué)的灌溉制度及防治土壤次生鹽漬化，國內(nèi)外學(xué)者圍繞干旱區(qū)膜下滴灌土壤水鹽動態(tài)、鹽漬化、灌溉制度等方面進(jìn)行了試驗(yàn)研究。李百鳳在研究非充分灌溉技術(shù)體系中討論了土壤水分下限的概念，土壤水分下限值是土壤供給植物可利用水分的臨界值，決定著作物的灌水時間和灌水頻率，也影響灌水量的確定，對制定作物的灌溉制度具有重要的指導(dǎo)意義[2]。申孝軍認(rèn)為與全生育期充分灌水相比，蕾期和花鈴期持續(xù)虧水對棉花生長、產(chǎn)量和耗水過程產(chǎn)生不同程度的負(fù)面影響，但適時適度的水分虧缺對棉花籽棉產(chǎn)量的影響并不明顯，灌溉水利用效率提高了27.94%～34.85%[3]。朱友娟的試驗(yàn)結(jié)果表明：在棉花的不同生育期，垂直方向上土壤含水量隨著土層深度的增加均呈增大的趨勢，水平方向上土壤含水量在0～35 cm各土層之間產(chǎn)生波動變化[4]。王小兵認(rèn)為灌水頻率增大，棉花花鈴期的耗水強(qiáng)度增大，產(chǎn)量提高7.3%～17.4%[5]。Bresler通過室內(nèi)和野外試驗(yàn)，模擬研究了點(diǎn)源和線源滴灌時土壤水鹽分布的一般規(guī)律，得出滴灌水分?jǐn)U散和土壤含水率的函數(shù)關(guān)系，隨著滴灌速率的增加，浸潤面向水平方向擴(kuò)展，深度降低[6]。Karlberg通過兩年的咸水滴灌試驗(yàn)，觀測到小滴頭流量時覆膜處理根系層的含水量顯著高于裸地處理，而大滴頭流量時覆膜處理和裸地處理根系層的含水量差異很小；覆膜咸水處理西紅柿產(chǎn)量比裸地處理增大20%[7]。王全九認(rèn)為土壤水分是鹽分運(yùn)移的載體，在滴灌條件下，隨著水分的入滲，水流可將鹽分帶入濕潤鋒邊緣，使土壤鹽分在三維空間發(fā)生運(yùn)移[8]。孟寶民認(rèn)為在鹽堿土條件下，滴灌改變了耕作層的土壤小氣候，在充分節(jié)水的情況下，降低了膜下耕作層土壤的鹽分，膜內(nèi)0～40 cm的含鹽量明顯降低，而且膜間含鹽量比膜內(nèi)高，鹽分被排到膜間土壤[9]。張瓊、柴付軍研究表明：在總灌水量相同的情況下，高含鹽量土壤花鈴期高頻與低頻灌溉相比，可以有效降低濕潤體內(nèi)土壤鹽分含量，并且棉花增產(chǎn)28%[10，11]。余美認(rèn)為低頻(10 d)和適頻(7 d)灌溉下膜內(nèi)0～60 cm土層的含水量適宜，低頻灌溉的含水量最高，對膜內(nèi)及背行的綜合控鹽效果略優(yōu)于高頻，遠(yuǎn)優(yōu)于適頻，高頻灌溉的棉花產(chǎn)量最高[12]。楊鵬年認(rèn)為在單次滴灌后，剖面土壤內(nèi)的鹽分產(chǎn)生了定向重分布，形成脫鹽區(qū)、穩(wěn)定區(qū)與積鹽區(qū)，剖面土壤鹽分受灌水周期的影響[13]。王在敏通過染色示蹤劑研究了棉花膜下滴灌大田水鹽運(yùn)移規(guī)律，得出鹽分在土壤中的分布特性主要與離子濃度有關(guān)[14]。牟洪臣通過不同灌水處理表明：多次灌溉有利于小麥株高生長、葉面積系數(shù)增大及產(chǎn)量的提高[15]。郭文琦通過對江蘇沿海灘涂鹽堿地植棉高產(chǎn)品種產(chǎn)量及形成特性的分析以及董合忠研究得出：土壤含鹽量在一定的閾值內(nèi)，鹽分的增加有利于棉花出苗、生長、以及棉花產(chǎn)量、品質(zhì)的提高，對植棉形成高產(chǎn)有促進(jìn)作用，符合鹽堿地植棉形成高產(chǎn)的特征[16，17]。李毅通過非充分供水條件下滴灌入滲的三維水鹽運(yùn)移實(shí)驗(yàn)，分析了濕潤鋒運(yùn)移的函數(shù)特征和橢圓方程，并對徑向含水率剖面進(jìn)行了研究[18]。膜下滴灌試驗(yàn)取得了很多研究成果，但在大面積推廣的過程中，仍有很多期待改進(jìn)地方，尤其是灌溉制度及節(jié)水抑鹽機(jī)理的研究分析，基于此，為了更好的推廣應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)，非常有必要開展基于不同灌水下限棉花膜下滴灌水鹽運(yùn)移的研究。

為了深入探討膜下滴灌棉田土壤水鹽運(yùn)移的規(guī)律，提高棉田的灌溉水生產(chǎn)效率，充分利用水分獲得高產(chǎn)棉田，在棉花的全生育期，依據(jù)鄭旭榮的研究結(jié)論：棉花膜下滴灌時保持土壤含水率在50%～80%相對田間持水率水平可以得到較理想的作物耗水分布[19]，以及李百鳳指出的棉花各生育期土壤水分下限[2]，以棉花各生育期最大適宜含水率(占田間持水量)為灌水上限，梯次性選取不同灌水下限劃分試驗(yàn)處理，以TRIME-T3管式TDR監(jiān)測棉花根區(qū)的土壤含水率指示灌水，開展試驗(yàn)，為總結(jié)干旱區(qū)膜下滴灌棉田節(jié)水控鹽與高產(chǎn)的灌溉制度提供理論依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)區(qū)概況

新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域巴州灌溉試驗(yàn)站(41°35′14″N，86°10′24″E)內(nèi)。該地地處塔里木盆地北緣，地勢平緩，海拔900 m左右；屬暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，年降水量53.3～62.7 mm，多年平均降水量58.6 mm，蒸發(fā)量2 273～2 788.2 mm；試驗(yàn)地光熱資源豐富，全年平均日照時數(shù)3 036.2 h，年均氣溫11.48℃，最低氣溫-30.9℃，最高氣溫42.2℃，全年≥10℃積溫4 121.2℃，無霜期191天。灌溉地表水為孔雀河來水，礦化度0.97～1.01 g·L-1。試驗(yàn)地以粉砂和砂壤土為主，體積質(zhì)量1.43～1.74 g·cm-3，區(qū)內(nèi)地下水埋深4～6 m，田間持水量為16%(重量含水量)，萎蔫系數(shù)6%。

1.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與布置

本次試驗(yàn)于2014年4月—2014年10月進(jìn)行，試驗(yàn)田長期種植棉花，在非生育期五年一次冬灌，每年實(shí)施春灌。試驗(yàn)小區(qū)根據(jù)田塊隨機(jī)排列，所有小區(qū)均采用一膜雙管四行的布管方式(見圖1)，棉花種植行距20×45×20×60，窄行距為20 cm，寬行距為45 cm，膜間距為40 cm，株距10 cm，一膜寬110 cm。生育期內(nèi)采用滴灌系統(tǒng)灌溉，滴灌帶布設(shè)于膜下窄行，間距為65 cm，滴孔流量1.6 L·h-1，滴孔間距30 cm?；诓煌嗨孪捱M(jìn)行膜下滴灌，設(shè)置單因素4水平的灌水試驗(yàn)，每個處理設(shè)3個重復(fù)，共設(shè)12個小區(qū)，小區(qū)規(guī)格為10 m×17 m，小區(qū)間采用60 cm寬的聚氯乙烯塑料膜隔離以消除水分的橫向滲流。

圖1田間棉花種植與滴灌帶布局/cm

Fig.1Sketch of cotton planting and pipes for drip irrigation

1.3試驗(yàn)方法

以各生育期最大適宜含水率(占田間持水量)為灌水上限，以10%的梯度選取不同的灌水下限，計(jì)算每個處理在各生育期的次灌水量，并換算為試驗(yàn)小區(qū)的次灌水量(見表1)，進(jìn)行灌水，并將整個生育期內(nèi)處理間的灌水頻率進(jìn)行加權(quán)平均。在試驗(yàn)小區(qū)中間膜下滴頭處布設(shè)TRIME-T3管式TDR所用的由TECANAT制成的透明塑料管，以TRIME-T3管式TDR每天上午監(jiān)測，監(jiān)測間隔為10 cm，深度至70 cm，同時監(jiān)測棉花根系及地上部分生產(chǎn)情況。試驗(yàn)站設(shè)有自記式美國Davis小型氣象站W(wǎng)ATCHDOG。試驗(yàn)采用不間斷監(jiān)測，出現(xiàn)降雨情況，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測。每個試驗(yàn)小區(qū)使用滴灌專用肥且施肥量一定，灌水量由軟管末端的水表控制，管理栽培措施同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。棉花各生育期次灌水量計(jì)算見式(1)：

m=667×Fc×z×p×(θmax-θmin)

(1)

式中，m為各生育期次灌水量(m3·667m-2)；Fc為田間持水量(%)；z為土壤計(jì)劃濕潤層深度(m)，苗期與蕾期取0.4，花鈴期與吐絮期取0.6；p為濕潤比，此處取0.7；θmax為灌水上限(占田間持水量)，θmin為灌水下限。

表1　不同灌水處理田間灌水方案(次灌水量)/mm

1.4樣品采集與制備

在各試驗(yàn)小區(qū)棉花長勢均勻且無少苗處取樣，每次取樣地點(diǎn)為垂直滴灌帶方向相鄰的窄行、寬行、膜間。首次取樣在苗期灌頭水前，蕾期后每隔15天分7層、深度取至60 cm，選取其中一個重復(fù)取至100 cm。采用烘干法測定土壤含水率，利用電導(dǎo)率儀測定土水1∶5土壤浸提液的電導(dǎo)率，將每個處理取3個重復(fù)小區(qū)的平均值進(jìn)行分析。

2結(jié)果與分析

2.1不同灌水處理棉花不同根區(qū)土壤水分動態(tài)變化

不同灌水處理棉花根系層分布在0～50 cm的土壤中，以棉花根系耗水層50 cm處為間隔，不同根區(qū)土壤膜下窄行0～3、10～50、60～100 cm、寬行10～50 cm以及膜間10～50、60～100 cm土層的土壤含水率變化見圖2。

不同灌水處理間灌溉定額排序?yàn)镈>C>A>B，D處理最高與B處理相差250 mm；灌水頻率排序?yàn)锳>B>C>D，各生育期次灌水量最少的A處理，灌水頻率接近2天/次，D處理灌水頻率平均7.5天/次，差異明顯。膜下窄行表層0～3 cm處理間土壤含水率無明顯差異，全生育期平均土壤含水率分別為5.66%、5.89%、5.77%、5.48%，生育期內(nèi)最大值與最小值相差最大為8%，波動范圍大；根系層10～50 cm全生育期平均土壤含水率B>D>C>A，分別為8.58%、8.42%、6.34%、5.72%；窄行60～100 cm土層各處理平均土壤含水率排序?yàn)镈>B>C>A且差異明顯，分別為12.16%、9.41%、7.57%、4.18%。寬行10～50 cm平均土壤含水率排序與窄行60～100 cm土層一樣，分別為8.53%、8.12%、6.33%、5.42%。膜間土層0～50 cm土壤含水率隨著深度增加呈增大的趨勢，50 cm深度以下保持穩(wěn)定，各處理間60～100 cm土層排序亦為D>B>C>A，土壤平均含水率分別為10.32%、8.66%、8.16%、4.29%。

圖2不同灌水處理間各層土壤含水率動態(tài)變化過程

Fig.2Dynamic changes of soil water content in each layer by different treatments

A處理土壤水分下限較高，次灌水量小，各土層土壤含水率低，表層以下土壤水分隨灌溉的波動不明顯，土壤含水率低，較其余處理差別大，到花鈴期需每天灌水，水量很快耗散于蒸發(fā)蒸騰作用。B、C處理根區(qū)土壤水分動態(tài)變化接近，但灌溉定額前者比后者少200 mm，棉花主根區(qū)(根系層)平均土壤含水率占田間持水量的比例分別為53.6%、39.6%；各生育期內(nèi)B處理次灌水量較C處理少30%，每次灌水時間前者比后者提前50%，C處理土壤水分水平運(yùn)動距離和范圍廣，地表積水范圍增大，濕潤體垂直運(yùn)移距離減小。C處理灌水后剖面土壤水分含量普遍升高，窄行50 cm以上土層，升高幅度較大，形成了作物生長的淡化區(qū)，但部分灌水在表層集聚形成浪費(fèi)。D處理次灌水量大，全生育期窄行10～50 cm各層土壤平均含水率分別為6.9%、6.9%、8%、9.4%、10.82%，與其余處理相比，同層土壤含水率高，灌水下滲深度超過50 cm；窄行0～50 cm土層深度范圍內(nèi)土壤含水率隨著深度增加而增大，60 cm以下土層中根系分布較少，較高的土壤含水量是無意義的。

A、B處理次灌水量較以往的經(jīng)驗(yàn)灌水量少，A處理棉田整個生育期處于水分虧缺的狀態(tài)，造成了作物水分脅迫，抑制了作物生長。試驗(yàn)基于灌水能被棉田有效的利用，次灌水量少，灌水頻率高使表層土壤水分得到及時補(bǔ)充，長時間處于濕潤的環(huán)境中，但水分未能滲透至表層以下土壤，耗散于蒸發(fā)蒸騰作用。C處理在需水旺盛的花鈴期處于輕度干旱狀態(tài)，在30～50 cm深度土壤含水率降至田間持水率的40%。D處理灌水滲透至根系層以下，向?qū)捫信c膜間滲透，對整個土壤斷面產(chǎn)生明顯波動，部分灌水未被吸收利用。次灌水量越少，土壤水分水平運(yùn)移的距離相對越小，窄行深層土壤與寬行土壤水分含量越低，膜間因無覆膜受蒸發(fā)蒸騰作用影響明顯，若無水分水平方向上的補(bǔ)充，膜間土壤含水率處于穩(wěn)定狀態(tài)，造成了外行部分棉花水分脅迫，觀測棉花長勢及外行與內(nèi)行植株產(chǎn)量差異，與次灌水量大的處理內(nèi)外行差別明顯，抑制了外行棉花的生長。B處理(345 mm)灌水頻率為3.5天/次，灌溉水生產(chǎn)效率最高，為1.79 kg·m-3，這與研究中普遍獲得結(jié)論相一致，例如，文獻(xiàn)[20]中張金珠通過建立全生育期作物水分生產(chǎn)函數(shù)非線性模型，認(rèn)為灌水次數(shù)越多棉花達(dá)到最高產(chǎn)量需要的最優(yōu)灌溉定額相對越少，水分生產(chǎn)效率也越高。

2.2不同灌水處理不同根區(qū)土壤鹽分動態(tài)變化

不同灌水處理膜內(nèi)與膜間各層土壤電導(dǎo)率變化過程見圖3，由圖知可對整個土壤斷面鹽分的動態(tài)變化進(jìn)行對比分析，可以看出土壤斷面的脫鹽區(qū)、積鹽區(qū)與穩(wěn)定區(qū)。新疆棉花干播濕出，加上春灌洗鹽及苗期出現(xiàn)的強(qiáng)降雨，土壤初始鹽分分布均勻，隨著后期處理間灌水的不同，各層土壤內(nèi)的鹽分產(chǎn)生了重分布。

棉花膜下窄行根系層鹽分與初始含鹽量相比都有先下降后上升的趨勢，總體形成穩(wěn)定區(qū)。灌水后膜下0～50 cm以上土層鹽分含量普遍降低，表層降低最明顯，灌頭水后至盛鈴期，隨著次灌水量增加，棉花耕作層土壤鹽分尤其是表層被充分淋洗。由于滴灌隨水滴肥，棉花長至蕾期以后，隨著施肥量增加，膜下窄行表層土壤鹽分分布個別時期有起伏變化，土壤中鹽分含量產(chǎn)生波動，但總體上處于下降趨勢，個別時段起伏變化與土壤蒸發(fā)作用造成的表層鹽分聚集有關(guān)。灌水滲透深度以內(nèi)窄行土壤鹽分含量降低，和水分運(yùn)移一樣，鹽分向窄行深層、寬行及膜間運(yùn)移和積累。膜下窄行10～50 cm土層鹽分含量保持穩(wěn)定且含量較低，就A、B處理而言，次灌水量不足以對該土層鹽分形成淋洗，在灌水與土壤返鹽的動態(tài)變化中形成穩(wěn)定區(qū)；C、D處理次灌水量大，該土層處于滴灌濕潤體的中心，水分含量高，鹽分得到充分的淋洗，蕾期后總體處于下降的趨勢，為脫鹽區(qū)。膜下窄行60～100 cm、寬行與膜間根系層以外的土層土壤鹽分含量因灌水處理而異，D處理灌水滲透深度使寬行與膜間鹽分含量升高，窄行60～100 cm土壤前期高、中期降低、后期升高，土層鹽分含量到中后期始終比較高，為積鹽區(qū)，其余處理的各層電導(dǎo)率保持在一定的范圍，變化幅度小，為穩(wěn)定區(qū)。

值得一提的是，次灌水量越小，表層土壤鹽分受灌水影響程度越大，鹽分變化明顯。滴灌滲透深度影響范圍內(nèi)的相同土層(表土除外)，次灌水量小，鹽分含量越高。膜下窄行根系層不論是次灌水量小的A、B處理，還是次灌水量大的C、D處理，鹽分隨著灌水呈下降或穩(wěn)定的趨勢：次灌水量小，灌水頻率高，使鹽分在根系層無法聚積；次灌水量大則通過灌水將鹽分淋洗至深層土壤，但因蒸發(fā)蒸騰作用，隨著水分的運(yùn)移，在根系對鹽分的敏感期還是產(chǎn)生了土壤次生鹽漬化。膜間與寬行的鹽分則隨著生育期而出現(xiàn)增幅不大現(xiàn)象：鹽分隨著水分水平運(yùn)移至膜間裸地后，鹽分向上層運(yùn)移，在0～50 cm處形成了積鹽區(qū)；膜下寬行，鹽分變化緩慢，因?yàn)槭芄嗨驼舭l(fā)蒸騰作用影響小，呈現(xiàn)緩慢的增加趨勢?？偟膩碚f，對于寬行而言，次灌水量越大，土壤鹽分含量變化越大，水分向下運(yùn)移越深，影響范圍越大，鹽分隨著水分在剖面上分布范圍就越廣，鹽分積聚高峰相對越深；反之，水分影響范圍越小，鹽分積聚越不明顯。試驗(yàn)中次灌水量的大小直接影響土壤鹽分的運(yùn)移與分布。

2.3不同灌水處理棉田測產(chǎn)結(jié)果

試驗(yàn)棉田自2014年10月15日開始采摘，11月5日結(jié)束。不同處理下籽棉產(chǎn)量測產(chǎn)結(jié)果見表2。

圖3　不同灌水處理間各層土壤電導(dǎo)率動態(tài)變化過程

基于不同灌水下限的灌水對棉花產(chǎn)量有一定的影響，處理間產(chǎn)量排序?yàn)镈>B>C>A。B處理(345 mm·22次-1)灌水生產(chǎn)效率最高，為1.79 kg·m-3，主要是適量高頻的灌水顯著淋洗了根系層的鹽分，尤其在花鈴期，降低了鹽分對棉花的危害，加上棉花需水與灌水的時間相一致，形成利于棉花生長環(huán)境的同時，基本不受水分脅迫。D處理(595 mm·16次-1)產(chǎn)量最高，為6 630 kg·hm-2，該處理最接近大田灌水，全生育期平均土壤含水率較高，可以顯著淋洗濕潤體內(nèi)的土壤鹽分，灌水滲透深度較深，脫鹽率較高，易形成良性的鹽分分布，無鹽分與水分脅迫，但灌水生產(chǎn)效率僅為1.12 kg·m-3。此外，作物根系生長具有趨水性，當(dāng)次灌水量少時，例如B處理，土壤淺層含水率較高，40～60 cm土層比較干旱，根系主要吸水層深度變淺，加上水分補(bǔ)充及時，B處理產(chǎn)量接近D處理，灌溉水生產(chǎn)效率最大，C處理(545 mm·18次-1)灌溉水生產(chǎn)效率最低，為0.93 kg·m-3。

3結(jié)論與討論

1) 基于不同灌水下限的灌水間隔不同，次灌水量與灌水次數(shù)差異明顯，整個生育期A處理灌水30次。各個處理間與各生育期土壤含水率不同，C、D處理窄行根系層土壤含水量明顯高于A、B處理，不受水分脅迫，D處理寬行土壤含水率最高，水分可以運(yùn)移至寬行與膜間裸地，花鈴期根系層土壤含水率最高。次灌水量與灌水頻率呈反比關(guān)系，A處理次灌水量小，水分很快耗散至土壤水分下限值，灌水頻率較高，水分運(yùn)移深度有限，加上蒸發(fā)蒸騰作用，在一定時段處于相對干旱狀態(tài)。B、C、D處理在根系層0～50 cm土壤含水率高于棉花阻滯含水量，B處理雖在一定程度上水分虧缺，限制了葉片生長，但并不影響葉片氣孔開放，不明顯影響光合作用速率，現(xiàn)蕾期與花鈴期未形成水分脅迫，未造成減產(chǎn)。

2) 灌溉制度的差異使處理間的控鹽效果及各個生育期土壤含鹽量不同：窄行表層及10～50 cm深度土層土壤含鹽量始終變化不大且含量較低，60～100 cm土層前期較高、中期降低、后期又升高為積鹽區(qū)；寬行與膜間則因鹽分隨水分水平運(yùn)移出現(xiàn)幅度不大的增長現(xiàn)象。土壤水分下限選擇越低、次灌水量越大，灌水頻率越低，土壤鹽分水平運(yùn)動的距離和范圍越廣，向下運(yùn)移的越深，影響范圍越大，鹽分在剖面上分布范圍越廣。B處理(345 mm·22次-1)的優(yōu)越性在于非充分灌溉下，關(guān)鍵生育期未產(chǎn)生水分脅迫，整個土壤剖面多為穩(wěn)定區(qū)與脫鹽區(qū)，整個生育期未有土壤返鹽現(xiàn)象，D處理(595 mm·16次-1)接近大田灌溉制度，即屬于適頻灌水，生育期土壤蒸發(fā)蒸騰作用強(qiáng)烈，土壤中有返鹽出現(xiàn)。

3) 籽棉測產(chǎn)結(jié)果表明：灌水下限的選取對棉花產(chǎn)量有一定的影響，土壤灌水下限的選擇直接影響次灌水量與灌水頻率，而灌水頻率對棉花產(chǎn)量有顯著的影響[12]。處理之間的產(chǎn)量排序?yàn)镈>B>C>A，考慮節(jié)水技術(shù)的推廣應(yīng)用，建議采用次灌水量適宜、灌水頻率適中的B處理(345 mm·22次-1)，灌水生產(chǎn)效率達(dá)1.79 kg·m-3；考慮棉花滴灌控鹽的效果宜采用D處理(595 mm·16次-1)的灌溉制度。

因條件限制，試驗(yàn)處理中未考慮土壤初始含鹽量的差異，在棉花干物質(zhì)積累上的關(guān)系也未能明確，2年的試驗(yàn)期不足以推廣說明對棉花節(jié)水灌溉、控鹽和產(chǎn)量的長期影響，未考慮土壤質(zhì)地、施肥等水鹽影響因子，因此，對膜下滴灌條件下水、鹽、熱、肥的運(yùn)移規(guī)律及水肥耦合、需水量與灌溉制度等仍需要進(jìn)一步的研究。

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Effects of different irrigation lower limits on soil water-salt transport and yield of cotton under mulched drip-irrigation

WANG Chang-shu1, YANG Peng-nian1, JI Ya-qin1, Miguel Aguila2

(1.CollegeofWaterConservancyandCivilEngineering,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi,Xinjiang830052,China;2.InstituteofAgriculturalEngineering,UniversityofHohenheim,Stuttgart70593,Germany)

Abstract：Different irrigation lower limits were selected to set four treatments at each growth stage, (the treatments of A, B, C and D were 425 mm·30times(-1), 345 mm·22times(-1), 545 mm·18times(-1), and 595 mm·16times(-1), respectively). Their effects on soil water-salt transport, salt distribution and accumulation characteristics were studied to evaluate the rule for soil water-salt transport, distribution characteristic and cotton yield through a field experiment under mulched drip-irrigation at Bazhou Irrigation Experimental Station(Korla,Xinjiang,China) in 2014. TRIME-T3 tubular TDR was employed to measure soil moisture content as the irrigation indicator. It was preliminary concluded that different irrigation lower limits impacted field irrigation and yield of cotton. When the irrigation lower limit was set to be high (A&B treatments) increased the irrigation frequency and water consumption in the field, and caused the distance and scope of soil moisture movement within the horizontal limit. Salt leaching effect was not very good. When the irrigation lower limit was set to be low (C&D treatments), the amount for single irrigation and the irrigation quota were both increased, showing a good effect on the integrated control of salt and resulting in high cotton yield. The irrigation based on different irrigation lower limits had significant influence on the growth of cotton at every growth stage and had certain influence on cotton yield. In particular, B treatment (345 mm·22times(-1)) could result in a maximum irrigation water use efficiency of 1.79 kg·m(-3) and D treatment (595 mm·16times(-1)) could cause a maximum cotton yield of 6 630 kg·hm(-2).

Keywords:mulched drip-irrigation; irrigation lower limit; water-salt transport; TRIME-T3 tubular TDR; yield; cotton

中圖分類號：S275.6

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

作者簡介：汪昌樹(1989—)，男，河南開封人，碩士研究生，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)水資源利用與保護(hù)。通信作者：楊鵬年(1966—)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事干旱區(qū)地下水資源利用研究。 E-mail:ypn10@163.com。

基金項(xiàng)目：新疆維吾爾自治區(qū)“十二五”重大科技專項(xiàng)(201130103-3)；中德合作“中國塔里木河流域沿河綠洲的可持續(xù)管理(SuMaRiO)”；新疆水文學(xué)及水資源重點(diǎn)學(xué)科基金(XJSWSZYZDXK20101202)

收稿日期：2015-03-05

doi:10.7606/j.issn.1000-7601.2016.02.37

文章編號：1000-7601(2016)02-0232-07