干旱區(qū)滴灌棉田生育期節(jié)水控鹽灌溉模式研究

魏光輝，馬 亮

(1.新疆塔里木河流域管理局，新疆 庫爾勒 841000；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

棉花生育期內(nèi)灌溉定額和灌水次數(shù)影響著棉花植株性狀和最終產(chǎn)量的形成。棉花膜下滴管屬于“淺灌勤灌”，但是在新疆南疆鹽堿地情況下，其灌溉定額與灌水頻率為多大才是合適的并沒有定量研究。較大的灌水周期不利于形成作物生長(zhǎng)有利的土壤墑情，且鹽堿地條件也不利于達(dá)到生育期內(nèi)壓鹽的目的；較小的灌水周期則使得土壤通氣性減弱，不利于根系生理活動(dòng)，影響植株性狀。所以探究適合塔里木盆地土壤、氣候、作物條件的節(jié)水控鹽灌溉制度便成為解決的目標(biāo)問題。鑒于此，本文以新疆南疆的孔雀河流域?yàn)槔?，采用兩種灌溉定額研究了棉花在不同鹽漬化程度土壤中的生長(zhǎng)特性，得到了一些有價(jià)值的研究成果。

1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)在新疆庫爾勒市塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所(41°36′N，86°12′)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)位于庫爾勒市西尼爾鎮(zhèn)，處于天山南麓塔里木盆地邊緣孔雀河沖積平原帶，屬于暖溫帶大陸性荒漠氣候。該區(qū)干旱少雨且蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差大。多年平均降雨量53.3～62.7 mm，多年平均蒸發(fā)量2 273～2 788 mm，降比達(dá)43.6，日照時(shí)數(shù)3 036.2 h，年平均氣溫11.9 ℃，≥10 ℃積溫4 121.2 ℃，無霜期191 d。試驗(yàn)區(qū)土壤類型主要為粉砂壤土，地下水埋深1.8～2.2 m。

試驗(yàn)地塊為中度鹽漬化農(nóng)田，將電導(dǎo)率大于2.1 μS/cm劃分為高鹽漬化土壤，小于1.2 μS/cm劃分為低鹽漬化土壤。栽培方式均采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)種植模式：一膜雙管布置，滴頭流量為1.8 L/h，滴頭間距30 cm，一膜4行棉花，行距配置20 cm+40 cm+20 cm，株距10 cm。試驗(yàn)區(qū)未進(jìn)行冬、春灌，棉花出苗方式采用干播濕出，出苗水450 m3/hm2。

2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2.1 處理設(shè)計(jì)

試驗(yàn)處理采用裂區(qū)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，主區(qū)因素土壤鹽漬化程度，裂區(qū)因素灌溉定額，再裂區(qū)因素為灌水次數(shù)，各處理情況見表1。

表1 試驗(yàn)處理與分區(qū)

本試驗(yàn)按照不同生育期給定不同的水量和灌溉次數(shù)，如表2所示。

表2 灌水時(shí)間及水量分配表 m3/hm2

2.2 指標(biāo)方法

土壤水鹽監(jiān)測(cè)：每個(gè)處理測(cè)定2個(gè)剖面，每個(gè)剖面3孔，按照寬行、窄行、膜間取土，測(cè)定土壤含水量和含鹽量，取土深度為0～10、10～30、30～60、60～100 cm。測(cè)定時(shí)間：6月20日前、7月9日前、7月28日前、8月8日前，每次取土重復(fù)一次。

定株調(diào)查：每個(gè)處理選12株棉花進(jìn)行定株觀測(cè)，內(nèi)外行各6株，測(cè)定株高、果枝臺(tái)數(shù)、鈴數(shù)等。測(cè)定時(shí)間與次數(shù)：苗期1次、蕾期1次、花鈴期2次、吐絮期1次。

產(chǎn)量測(cè)定：每一處理任意劃定一小區(qū)(6.67 m2)，統(tǒng)計(jì)收獲株數(shù)、鈴數(shù)、單鈴重，大田測(cè)產(chǎn)同時(shí)進(jìn)行。

3 結(jié)果分析

3.1 不同灌溉制度下土壤水分變化

圖1～圖8給出了不同處理的土壤水分變化。可見，灌水次數(shù)少的處理，膜內(nèi)淺層(0～30 cm)土壤含水率監(jiān)測(cè)值曲線變化更強(qiáng)烈(如圖1、圖3、圖5和圖7所示)，而灌水次數(shù)多的處理，膜內(nèi)淺層土壤含水率曲線更趨平緩(如圖2、圖4、圖6和圖8所示)。膜間表層土壤含水率總體表現(xiàn)出前期變化較大，后期變化較小現(xiàn)象，是因?yàn)榍捌诿拗暧仔。~片較少，膜間土壤受到陽光直射表土蒸發(fā)較強(qiáng)烈；而后期隨著棉株生長(zhǎng)情況更加良好，葉面積增加，膜間土壤能夠被葉片遮蔽，所以蒸發(fā)減弱。

圖1 高250/8土壤質(zhì)量含水率變化

圖2 高250/12土壤質(zhì)量含水率變化

圖3 高350/8土壤質(zhì)量含水率變化

圖4 高350/12土壤質(zhì)量含水率變化

圖5 低250/8土壤質(zhì)量含水率變化

圖6 低250/12土壤質(zhì)量含水率變化

圖7 低350/8土壤質(zhì)量含水率變化

圖8 低350/12土壤質(zhì)量含水率變化

由于滴灌棉花根系主要分布在0～40 cm土層范圍內(nèi)(≥80%)，所以該土層的水分狀況將直接影響到棉花根系吸水，從而影響棉花植株性狀與產(chǎn)量。當(dāng)灌溉定額相同的情況下，較小的灌水次數(shù)(灌水定額大)，能夠增加土壤濕潤體水平距離和垂直距離，從而增大濕潤體的范圍，增大土壤含水量。但試驗(yàn)區(qū)土壤為粉沙壤土，土壤持水能力較低，大灌水定額進(jìn)入土壤后會(huì)滲漏到棉花根系層以外，并未被棉花所利用，甚至造成了灌溉水的浪費(fèi)。較大的灌水次數(shù)(灌水定額小)，可以使淺層土壤保持相對(duì)較高的含水率，利于棉花根系的生長(zhǎng)，從而提高根系向冠層輸送水分和養(yǎng)分的效率。

根據(jù)不同灌水次數(shù)土壤含水率情況來看，12次灌水較8次灌水所多出來的4次主要分配在了棉花營養(yǎng)生長(zhǎng)旺盛時(shí)期(蕾期)和生殖生生長(zhǎng)旺盛時(shí)期(花鈴中后期)，這樣設(shè)置符合棉花生長(zhǎng)的耗水規(guī)律。這兩個(gè)時(shí)期是棉花生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，尤其是棉花進(jìn)入花鈴后，適宜的土壤含水率是保證棉花產(chǎn)量的基本。采用較大灌水次數(shù)，不僅能夠保證生長(zhǎng)時(shí)期水肥供給，利于棉花果枝的生長(zhǎng)，為棉花高產(chǎn)打下基礎(chǔ)；還能保證生殖生長(zhǎng)時(shí)期水肥供給，直接利于棉花增產(chǎn)。所以，在相同灌溉定額條件下，選用12次灌水更有利于土壤造墑，利于棉花生長(zhǎng)。

3.2 不同灌溉制度下土壤鹽分變化情況

鹽漬化土壤中鹽分的運(yùn)移主要包括2個(gè)過程：①灌水過程中，在水的攜帶下，鹽分的三維運(yùn)移，即淺層土壤的淋洗脫鹽；②灌溉后，在土壤水勢(shì)梯度、植物蒸騰、土面蒸發(fā)的作用下，隨土壤水分的再分布而發(fā)生的鹽分運(yùn)移。

圖9～圖16給出了不同灌溉定額及不同灌溉次數(shù)下土壤中鹽分變化情況。對(duì)比圖9和圖10可以看出，在相同的灌溉定額3 750 m3/hm2條件下，8次灌水處理對(duì)鹽分有一定的淋洗作用，將鹽分帶入下層土壤；但是12次灌水處理不僅對(duì)鹽分進(jìn)行淋洗，而且壓鹽作用明顯，因?yàn)楣嗨g隔較8次灌水處理小，所以灌后的鹽分運(yùn)移有所限制。當(dāng)采用5 250 m3/hm2的灌溉定額時(shí)，同樣具有這樣的變化特點(diǎn)。主要是因?yàn)橥寥浪质峭寥利}分運(yùn)移的載體，在滴灌條件下，伴隨著水分的入滲，水可將鹽分帶入遠(yuǎn)離滴灌帶區(qū)域，滴灌持續(xù)滴水，鹽分被脈沖式逐漸推進(jìn)，從而出現(xiàn)離滴灌帶越遠(yuǎn)，含鹽量越高，并集中到濕潤峰邊緣的變化規(guī)律。

縱觀圖9～圖16，同一剖面寬行、窄行和膜間土壤鹽分含量差異較大，這與大田鹽分含量的空間變異性有關(guān)。同時(shí)灌水滴頭流量較大，土壤為粉砂壤土，較容易形成的寬淺型濕潤區(qū)，致使鹽分的橫向運(yùn)移大于垂向運(yùn)移。所以采用大定額灌水，且增加灌水次數(shù)可以使土壤中鹽分進(jìn)入深層土壤，同時(shí)膜內(nèi)土壤中鹽分會(huì)一定程度的向膜間裸地運(yùn)移，降低膜內(nèi)棉花生長(zhǎng)土層中的鹽分含量。同時(shí)灌水次數(shù)的不同主要體現(xiàn)在棉花營養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)旺盛時(shí)期，有利于形成一個(gè)適宜棉花生長(zhǎng)的鹽分環(huán)境。

圖9 高250/8土壤鹽分變化

圖10 高250/12土壤鹽分變化

圖11 高350/8土壤鹽分變化

圖12 高350/12土壤鹽分變化

圖13 低250/8土壤鹽分變化

圖14 低250/12土壤鹽分變化

圖15 低350/8土壤鹽分變化

圖16 低350/12土壤鹽分變化

3.3 棉花植株生長(zhǎng)及產(chǎn)量

棉花株高是株型的一個(gè)重要指標(biāo)，植株高矮直接影響棉花枝葉的密度配置及光能利用。棉花在盛蕾期至盛花期的干物質(zhì)積累量與株高成正相關(guān)，株高主要取決于盛花期以前的干物質(zhì)積累量。為了有效控制棉株適度生長(zhǎng)以控制株高，在花鈴初期以前，棉花的干物質(zhì)累積量不能太高，也不能太低，必須適當(dāng)。

棉花定株調(diào)查結(jié)果表明，在相同灌溉定額條件下，灌水次數(shù)對(duì)株高增長(zhǎng)速度影響較大(見圖17)，總體表現(xiàn)為12次灌水處理較8次灌水處理株高增長(zhǎng)速度更明顯；當(dāng)灌水次數(shù)相同時(shí)，灌溉定額對(duì)株高的影響較明顯，總體表現(xiàn)為大灌溉定額形成較大的株高。由圖17可知，高350/8處理株高最矮，這可能與苗期定株的隨機(jī)性相關(guān)，所定植株沒有體現(xiàn)出該處理的生長(zhǎng)特性。由于7月18日以后進(jìn)行了棉花化控和打頂處理，破壞了棉株的頂端優(yōu)勢(shì)，導(dǎo)致后期株高增長(zhǎng)較緩慢或停滯增高。

通過對(duì)試驗(yàn)小區(qū)樣方進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，結(jié)果如表3所示。高鹽漬化土壤棉花單鈴重與灌水次數(shù)和灌溉定額均呈正相關(guān)關(guān)系，而單株鈴數(shù)與灌水次數(shù)和灌溉定額沒有明顯的關(guān)系，但是最終單產(chǎn)與收獲株數(shù)關(guān)系很大。因?yàn)辂}漬化土壤含鹽量的空間變異性，使得棉花在生長(zhǎng)過程中成苗并不均，所以不同處理的收獲株數(shù)不同，最終產(chǎn)量也有差異。低鹽漬化土壤單鈴重和單株鈴數(shù)與灌水量和灌水次數(shù)無線性關(guān)系，但是最終產(chǎn)量與灌溉定額和灌水次數(shù)呈正相關(guān)關(guān)系。小灌溉定額，壓鹽效果不明顯，不能提供良好的水鹽環(huán)境，抑制了棉花地正常生長(zhǎng)，故產(chǎn)量較低。大灌溉定額，壓鹽效果明顯，但是需要注意地上部分生長(zhǎng)情況，避免植株瘋長(zhǎng)，從而降低產(chǎn)量。

圖17 不同處理方式下棉花株高變化

對(duì)水分利用效率而言，低250/12處理最高，達(dá)到1.601kg/m3，這一方面是因?yàn)楣嗨螖?shù)較多，營造了良好的土壤水分環(huán)境相關(guān)，另一方面，有可能與測(cè)產(chǎn)區(qū)域土壤本身鹽漬化程度相關(guān)。

表3 不同處理方式下棉花生長(zhǎng)狀況及產(chǎn)量

4 結(jié) 語

根據(jù)膜下滴灌棉花的需水特性、灌水定額、灌水周期及氣象、土壤等情況，同時(shí)考慮土壤含鹽情況及棉花生長(zhǎng)對(duì)水分的需求。在高、低兩種鹽漬化程度的土壤中，采用3 750和5 250 m3/hm2兩種灌溉定額，設(shè)定兩種灌水次數(shù)(8次、12次)，共8個(gè)組合，通過對(duì)各處理作物性狀和產(chǎn)量分析，得出如下結(jié)論。

(1)灌溉定額、灌水頻次與株高存在相關(guān)性：灌水頻次相同時(shí)，灌溉定額和株高成正相關(guān)性；灌溉定額相同時(shí)，灌水頻次和株高成正相關(guān)性。

(2)灌溉定額、灌水次數(shù)和成鈴數(shù)與單鈴重存在相關(guān)性：高鹽漬化土壤，小灌溉定額時(shí)大灌水次數(shù)棉株成鈴數(shù)多，且單鈴重大；大灌水定額時(shí)小灌水次數(shù)棉株成鈴數(shù)多，但單鈴重小。低鹽漬化土壤，小灌溉定額時(shí)小灌水次數(shù)棉株成鈴數(shù)多，但單鈴重?。淮蠊嗨~時(shí)大灌水次數(shù)棉株成鈴數(shù)多，但單鈴重小。

(3)從產(chǎn)量角度考慮，在鹽漬化土壤種植棉花，采用大灌溉定額，結(jié)合大灌水次數(shù)，能夠獲得更高的產(chǎn)量。

(4)從水分生產(chǎn)效率角度考慮，在鹽漬化土壤種植棉花，不管大灌溉定額還是小灌溉定額，采用多次灌水則水分生產(chǎn)率更高。

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