不同殘膜量和灌溉定額對棉花養(yǎng)分和水分利用的影響

王 亮，林 濤，嚴(yán)昌榮，何文清，王 靜，湯秋香,4*

（1 新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，新疆烏魯木齊 830052；2 新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，新疆烏魯木齊 830091；3 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展研究所，北京 100081；4 農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)環(huán)境重點實驗室，北京 100081）

地膜覆蓋作為一項非常傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)技術(shù)，在生產(chǎn)中具有提高地溫、抑制蒸發(fā)、提高肥效、抑制雜草、增加冠層光照均勻度等突出功效[1]，可有效地改善作物的生長發(fā)育條件，抵御不良環(huán)境。目前新疆是國內(nèi)最大的地膜覆蓋種植區(qū)[2]，地膜使用強(qiáng)度高，范圍大，加之缺乏有效的殘膜污染治理措施，導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，引發(fā)水肥利用效率、作物生產(chǎn)潛力下降等一系列問題[3]。因此殘膜污染機(jī)理及防控技術(shù)已成為保障農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的熱點問題。

關(guān)于殘膜對農(nóng)田土壤環(huán)境和植物生長的危害已有大量報道[4-5]，獲得一些重要結(jié)論。殘膜污染阻隔土壤水分的垂直分布和水平運(yùn)移[6-7]，降低作物根系對水分和養(yǎng)分的吸收性能[8]，導(dǎo)致水分利用效率降低[9-11]，不利于地上部分生長及養(yǎng)分的有效利用[12]，繼而影響了作物的生長發(fā)育，成為制約干旱區(qū)地膜覆蓋技術(shù)的瓶頸。鄒小陽等研究表明[13]，殘膜不利于各器官干物質(zhì)的積累，干物質(zhì)積累量最大可減少18.4%。增加殘膜量土壤有機(jī)質(zhì)和無機(jī)氮顯著降低，容易造成養(yǎng)分流失[14]，導(dǎo)致土壤營養(yǎng)狀況惡化[15]，同時高強(qiáng)度殘留大幅降低了土壤微生物量及酶活性，使有機(jī)質(zhì)的分解和轉(zhuǎn)化過程明顯受到抑制[16]。此外，殘膜蓄積顯著增加了棉田的無效耗水，降低了土壤水分利用[17]，殘膜量大于360 kg/hm2時，小麥產(chǎn)量最大減幅達(dá)到22.1%；棉花產(chǎn)量則下降10%～40%[18]。可見，殘膜改變了作物生長環(huán)境，嚴(yán)重影響了農(nóng)田地力及生產(chǎn)力，導(dǎo)致作物減產(chǎn)[19-20]。有研究表明，灌溉可促進(jìn)根系對水分和養(yǎng)分的吸收利用，有利于作物生長[21-22]，提高棉花產(chǎn)量[23-25]。

有關(guān)殘膜或灌水量單因素對作物生長及水分、養(yǎng)分吸收的影響已有相關(guān)研究[14,26]，但針對殘膜量和灌溉二者及其交互作用對水分、養(yǎng)分利用的影響研究鮮見報道。為此，本研究采用大田微區(qū)控制性模擬的方法，研究滴灌條件下，不同殘膜量和灌溉定額對棉花水分、養(yǎng)分利用的影響，以揭示殘膜的污染機(jī)理與過程，防控棉田殘膜污染，提高水分和養(yǎng)分利用效率等提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

于2015年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗站 (N40°06′，E80°44′，海拔1025 m) 進(jìn)行田間模擬試驗。試驗小區(qū)土壤質(zhì)地為沙質(zhì)壤土，耕層范圍內(nèi)平均有機(jī)質(zhì)含量8.3 g/kg、全氮0.48 g/kg、堿解氮58.4 mg/kg、速效磷35.4 mg/kg、速效鉀130.7 mg/kg，容重1.45 g/cm3，土壤pH8.2，田間持水量28.9%。試驗區(qū)屬于典型的溫帶大陸性干旱氣候，年平均氣溫10.4℃，≥ 10℃年積溫3987.7℃，平均降水量46.7 mm，平均蒸發(fā)量2890.7 mm，無霜期211 d。滴管系統(tǒng)由AST-M6首部和過濾器組成 (Amiad, Ltd., Israel)，采用STREAMLINE貼片式壓力補(bǔ)償?shù)喂鄮?(Netafim,Ltd., Israel)。灌溉水為地表天山融雪水，礦化度0.83 g/L。試驗區(qū)地下水埋深 ＞ 5 m，地下水不能補(bǔ)給到作物根系分布層，向上補(bǔ)給量可忽略不計[27]。

1.2 試驗設(shè)計

供試品種為新陸中75號，4月13日播種，7月5日打頂，9月21日收獲。采用裂區(qū)試驗設(shè)計，設(shè)置殘膜量和灌溉定額兩個調(diào)節(jié)因子，殘膜量為主區(qū)，灌溉定額為副區(qū)，均分別設(shè)置3個調(diào)節(jié)梯度，殘膜量依次為0、225、450 kg/hm2，以T1、T2、T3表示；灌溉定額依次為3450、4650、5850 m3/hm2，以W1、W2、W3表示，其中W2為目前常規(guī)灌溉定額。每處理重復(fù)3次，共27個試驗小區(qū)，小區(qū)長6.5 m，寬4.5 m，由3個播幅組成，面積29.25 m2。采用“1膜2管4行”的種植方式，株行配置為窄行10 cm，寬行66 cm，株距10 cm，種植密度2.4 × 105株/hm2。小區(qū)安裝水表，單獨控水，全生育期滴水10次，每次灌水定額為灌溉定額的1/10，棉花階段灌溉量和降雨量見表1。生育期共施尿素 (N 46%) 750 kg/hm2，磷酸二銨 (P2O546%) 347 kg/hm2及硫酸鉀 (K2O 51%) 75 kg/hm2。其他栽培管理措施參照當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

殘膜污染的模擬，參照王亮等[17]的方法，對應(yīng)模擬梯度，將預(yù)先挑揀、洗凈、晾干、稱量并分比例混勻的殘膜分3層鋪設(shè)。為滿足人工鋪設(shè)殘膜與農(nóng)田殘膜的情況盡可能一致，具體鋪設(shè)方法為：將殘膜分別與0—10、10—20和20—30 cm土層土壤充分混勻，采用土壤緊實度儀 (SC900，USA) 控制容重依次分層回填。

表1 不同生育時期灌水量和降雨量 (mm)Table 1 Irrigation and rainfall in the growth stages

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 土壤含水量的測定 從苗期至吐絮期每隔10 d用土鉆于小區(qū)第2幅膜 (減小邊際效應(yīng)) 膜間滴頭正下方，分層采集0—10、10—20、20—30、30—40 cm土層土樣，每處理12個土樣，重復(fù)3次，取好的鮮土樣裝入塑料自封袋密封，放入保溫箱后立刻帶回實驗室，將鮮土樣倒入鋁盒中，分別稱鮮重，記為M1；放入80℃烘箱烘干至恒重，稱干重，記作M2，取其平均值。土壤質(zhì)量含水率 (W) 的計算公式為：

1.3.2 棉田蒸散量的計算 采用水量平衡法計算棉田蒸散量ET[28]，蒸散量的計算公式為：

式中：ET為階段耗水量 (mm)；i為土壤層次號數(shù)；n為土壤層次總數(shù)，本試驗為4；ri為第i層土壤干容重，本試驗為1.448 g/cm3；Hi為第i層土壤厚度，本試驗為10 cm；θi1為第i層土壤初時段的含水率；θi2為第i層土壤末時段的含水率；I為灌水量；P為生育期有效降水量；V為地下水補(bǔ)給量；D為深層土壤水分滲漏量；當(dāng)水分入滲深度不超過2 m，可視深層滲漏為0[29]；R為地表徑流量。當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥?.5 m時，地下水補(bǔ)給可以不計[30]，本試驗地下水埋深在5 m以下，故V和D值均為0。

1.3.3 生物量及全氮含量的測定 于苗期、蕾期、盛花期、盛鈴期和吐絮期在各小區(qū)選長勢均勻的棉株3株，按莖葉、蕾鈴花及根等不同器官分開，105℃殺青30 min后于80℃烘干至恒重，測定其干物質(zhì)重。烘干的棉株樣品粉碎，過0.5 mm篩，樣品經(jīng)H2SO4-H2O2消解定容后，分別采用奈氏比色法和釩鉬黃比色法測定各器官的全氮、全磷含量[31]。

1.3.4 棉花產(chǎn)量測定 吐絮期每小區(qū)按1%面積數(shù)出所有棉株數(shù)及鈴數(shù)，并在每小區(qū)選取長勢均勻的連續(xù)棉株分別取100個棉鈴對其稱重，計算單鈴重，軋花風(fēng)干后用電子天平稱皮棉重，計算衣分率，并折算產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

植株養(yǎng)分吸收量及養(yǎng)分利用效率等的相關(guān)計算公式如下[32-33]：

氮 (磷) 養(yǎng)分吸收量 (g/plant) = 干物質(zhì)重 × 氮 (磷)含量；

氮 (磷) 經(jīng)濟(jì)系數(shù) = 棉株蕾鈴花氮 (磷) 吸收量/棉株氮 (磷) 總吸收量；

氮 (磷) 養(yǎng)分利用效率 = 皮棉產(chǎn)量/植株氮 (磷) 吸收量；

百公斤皮棉養(yǎng)分吸收量 = 植株養(yǎng)分吸收量/皮棉產(chǎn)量 × 100。

棉田水分利用效率 (water use efficiency，WUE)計算公式為[34]：其中：Y為單位面積的籽棉產(chǎn)量 (kg/hm2)；ET為棉田總耗水量 (mm)。

試驗數(shù)據(jù)采用Excel2010和DPS7.05進(jìn)行統(tǒng)計分析和作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同殘膜量下灌溉定額對產(chǎn)量及水分利用效率的影響

殘膜量和灌溉定額兩因素對產(chǎn)量、蒸散量和WUE的分析結(jié)果如表2所示。籽棉產(chǎn)量受二者交互作用影響不顯著，但受殘膜量和灌溉定額分別的影響顯著 (P ＜ 0.05)。不同灌溉定額下，籽棉產(chǎn)量均隨殘膜量的增加而降低，殘膜量由T1增加到T3時，籽棉產(chǎn)量下降9.6%～13.1%。當(dāng)灌溉定額由W1增加至W2時，籽棉產(chǎn)量增加13.4%，殘膜造成的最大減產(chǎn)幅度降低3.5%。蒸散量顯著受二者交互作用的影響 (P ＜ 0.01)，在同一灌溉定額下，蒸散量均隨殘膜量的增加而降低，但處理間差異不顯著，其中W1、W2和W3處理下，T3較T1處理蒸散量分別降低4.0%、4.4%和1.0%。相同殘膜水平下，不同灌溉定額處理間蒸散量差異極顯著 (P ＜ 0.01)，其中W2和W3處理棉田蒸散量分別較W1處理平均增加18.7%和29.5%。表明隨著殘膜量的增加，蒸散量逐漸降低，增大灌溉定額能顯著增加棉田蒸散量，促進(jìn)植株蒸騰，緩解植株吸水困難，但以增加水資源消耗量為代價。WUE受殘膜量和灌溉定額的影響顯著 (P ＜ 0.01)，受二者交互作用影響不顯著。相同灌溉定額下，殘膜量從T1增加至T3時，WUE逐漸降低，W1處理下，T3處理WUE較T1處理顯著降低9.4% (P ＜ 0.05)，W2和W3處理時，不同殘膜處理間WUE差異不顯著，T3比T1處理分別降低7.2%和9.6%。相同殘膜水平下，灌溉定額由W1增加至W3時，WUE顯著降低 (P ＜ 0.01)，T1處理下，W3處理WUE較W1處理顯著降低14.1%，T2和T3處理下，W3處理則分別較W1處理顯著降低13.8%和14.3%。灌溉定額由W1增加至W2時，各殘膜處理WUE變化較小，灌溉定額過大反而不利于WUE的提高。綜上所述，本試驗條件下，殘膜量在0～450 kg/hm2范圍內(nèi)，產(chǎn)量和WUE明顯降低，若要使殘膜造成的減產(chǎn)效應(yīng)下降到無殘膜時的水平，就要大幅增加灌溉，可能會造成干旱地區(qū)水資源環(huán)境承載壓力的顯著增加，必須引起足夠的重視。

表2 殘膜量和灌溉處理對棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響Table 2 Effects of residual plastic film and irrigation quota treatments on cotton yield and WUE in cotton fields

2.2 不同灌溉定額下殘膜對棉花生物量的影響

殘膜量和灌溉定額對棉花莖葉、根和整株生物量有顯著影響 (P ＜ 0.05)，蕾鈴花重受灌溉定額影響極顯著 (P ＜ 0.001)，二者交互作用對各器官及整株生物量影響均不顯著 (表3)，不同灌溉定額下，隨殘膜量的增加各器官生物量及總生物量呈降低趨勢，W1灌溉定額下，不同殘膜處理間各器官及整株生物量均表現(xiàn)為T1 ＞ T3 ＞ T2，T1處理整株生物量分別較T2和T3處理高16.0%和12.7%；W2灌溉定額下，與T3處理相比，T1處理總生物量、莖葉、蕾鈴花及根重依次高出7.0%、11.5%、6.6%和14.3%；W3灌溉定額下，殘膜對棉花生物量的影響與W1處理時的變化趨勢相似。相同殘膜水平下，不同灌溉定額處理間各器官及整株生物量差異顯著 (P ＜ 0.05)，隨灌溉定額的增加呈先增大后減小的變化趨勢，W2處理各器官生物量顯著高于W1和W3處理，W1處理最低。與W1處理相比，W2和W3處理平均總生物量分別增加50.5%和18.9%。綜上表明，增加殘膜量不利于生物量的積累和在各器官中的分配；灌溉定額由W1增加至W2時，可顯著促進(jìn)棉花干物質(zhì)的形成，灌溉定額繼續(xù)增加至W3時，棉株生物量下降，灌溉對生物量積累的促進(jìn)作用遠(yuǎn)大于殘膜的抑制作用，但這種補(bǔ)償效應(yīng)是建立在棉田高耗水需求的基礎(chǔ)上，結(jié)合表2可知，棉田蒸散量可增加6.8%～29.2%，在新疆干旱區(qū)通過增加灌溉來削弱殘膜的負(fù)效應(yīng)不可行，急需采取有效措施防治殘膜污染。

表3 不同處理對棉株生物量的影響(g/plant)Table 3 Effects of different treatments on biomass of cotton

2.3 不同灌溉定額下殘膜對棉花養(yǎng)分吸收量的影響

由不同殘膜和灌溉定額對棉花養(yǎng)分吸收量及兩因素交互作用方差分析結(jié)果 (表4) 可知，殘膜對莖葉氮吸收量、蕾鈴花及根中磷吸收量和棉株氮、磷總吸收量影響顯著 (P ＜ 0.01)，不同灌溉定額下，隨殘膜量的增加棉株各器官及整株氮、磷吸收量逐漸降低。當(dāng)殘膜量增加至450 kg/hm2時，整株氮吸收量減少12.1%～24.4%，磷吸收量則降低20.3%～23.0%。W1處理下，整株氮、磷吸收量T3較T1處理分別降低12.1%、23.0%。W2處理下，與T1處理相比，T3處理莖葉氮吸收量顯著降低36.8%，蕾鈴花及根中磷吸收量分別顯著降低22.7%和47.5%，整株氮、磷吸收量則分別降低24.3%、21.9%。W3處理下，T3處理莖葉、蕾鈴花和根中的氮、磷吸收量分別較T1處理降低27.3%、8.5%，22.2%、21.9%，24.8%、56.3%。相同殘膜水平下，棉花莖葉、蕾鈴花及整株的氮、磷吸收量受灌溉定額的影響顯著(P ＜ 0.05)，但二者交互作用對氮、磷吸收量沒有顯著性影響。各器官養(yǎng)分吸收量隨灌溉定額的增大呈先增加后減少的變化趨勢，灌溉定額由W1增至W3時，氮吸收量增加23.2%～35.3%，磷吸收量增加8.2%～45.3%。綜上，殘膜阻礙了養(yǎng)分的吸收利用，雖殘膜造成棉株養(yǎng)分吸收量的減幅可以在一定范圍內(nèi)通過增加灌溉定額恢復(fù)，但是灌溉定額增加使得棉田耗水量顯著增大。

表4 不同殘膜量和灌溉定額對棉花植株養(yǎng)分吸收量的影響 (kg/hm2)Table 4 Effects of different residual plastic film and irrigation quota on nutrient uptakes in cotton

2.4 各生育階段棉花養(yǎng)分吸收量及經(jīng)濟(jì)系數(shù)的變化

2.4.1 氮養(yǎng)分吸收量與經(jīng)濟(jì)系數(shù) 不同殘膜量和灌溉定額對棉株各生育時期氮養(yǎng)分吸收量和養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)的影響如圖1所示。由圖1A知，各生育期無殘膜處理的氮養(yǎng)分吸收量均高于殘膜處理；W1灌溉定額下，盛花期T1處理顯著高于T3處理，其他生育期各殘膜處理間差異不顯著；W2處理下，除蕾期處理間差異不顯著外，其他生育期T3處理氮養(yǎng)分吸收量顯著低于T1處理。W3處理下，殘膜對生育前期氮吸收量未達(dá)到顯著性影響，而盛鈴期和吐絮期T1處理顯著高于T2和T3處理，后兩者無顯著性差異。隨灌溉定額的增加，蕾期～盛鈴期氮養(yǎng)分吸收量逐漸增大，吐絮期則以W2處理最高。

對養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)而言 (圖1 B)，W1和W2灌溉定額下，氮養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)隨殘膜量的增加呈增大趨勢，殘膜對盛花期和盛鈴期影響較大，對其他生育期無顯著性影響；W3灌溉定額下，盛花期各處理間差異顯著，氮養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)表現(xiàn)為T1 ＞ T3 ＞ T2處理，其他生育期各處理均未達(dá)到顯著性差異?？傮w上，蕾期氮養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)隨灌溉定額的增加而逐漸減??；盛花期～吐絮期則呈現(xiàn)先增大后減小的變化趨勢。

2.4.2 磷養(yǎng)分吸收量與經(jīng)濟(jì)系數(shù) 與氮養(yǎng)分吸收量相比，不同處理棉株磷養(yǎng)分吸收量均較小。從圖2A可以看出，W1灌溉定額下，盛鈴期前隨殘膜量的增加磷養(yǎng)分吸收量呈增大趨勢，吐絮期T3處理磷養(yǎng)分吸收量則顯著低于T1處理；W2灌溉定額下，蕾期～吐絮期各處理均表現(xiàn)為T1 ＞ T2 ＞ T3處理，且T1處理與T3處理間差異顯著；W3灌溉定額下，盛花期T1處理磷養(yǎng)分吸收量顯著高于T2和T3處理，雖盛鈴期和吐絮期處理間差異不顯著，但T3處理均較T1處理小。隨灌溉定額的增加，蕾期～盛花期磷養(yǎng)分吸收量依次增大，盛鈴期～吐絮期呈先增大后減小的變化趨勢。而磷養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)各殘膜處理間均未達(dá)到顯著性差異 (圖2B)，不同灌溉處理下，蕾期～盛花期磷養(yǎng)分經(jīng)濟(jì)系數(shù)隨灌溉定額的增大而減小，盛鈴期和吐絮期則以W2處理較高。綜上表明，殘膜不利于磷的吸收，適宜的灌溉可提高生育前期磷吸收量，而灌溉定額過大則對生育后期磷素累積不利。

圖 1 不同殘膜量和灌溉定額下棉株氮養(yǎng)分吸收量 (A) 和經(jīng)濟(jì)系數(shù) (B)Fig. 1 Plant N uptake (A) and economic coefficient (B) of cotton under different film residue and irrigation quota

2.5 不同灌溉定額下殘膜對棉花養(yǎng)分利用效率的影響

灌溉定額對百公斤皮棉的氮、磷吸收量及利用效率影響顯著 (P ＜ 0.01)，而殘膜量及二者交互作用的影響不顯著 (表5)。W1灌溉定額下，隨殘膜量的增加，百公斤皮棉氮的吸收量和磷的利用效率逐漸增大，百公斤皮棉磷的吸收量和氮的利用效率則呈降低趨勢；W2和W3灌溉定額時，百公斤皮棉氮、磷養(yǎng)分吸收量隨殘膜量的增加逐漸減小，而氮、磷利用效率呈增大趨勢。殘膜量由T1增至T3時，百公斤皮棉氮、磷的吸收量分別降低了15.4%～26.9%和12.5%～18.8%，而氮、磷利用效率分別增大了16.7%～35.1%和14.1%～18.8%，但不同殘膜處理間差異均不顯著。相同殘膜水平下，百公斤皮棉氮、磷吸收量隨灌溉定額的增加呈先增大后減小的變化趨勢，W2處理百公斤皮棉氮、磷吸收量分別較W1處理高出38.3%和71.4%。氮、磷利用效率隨灌溉定額的增加呈先降后升的變化趨勢。綜上所述，不同灌溉定額下，殘膜可提高氮、磷利用效率，而不利于百公斤皮棉氮、磷吸收量的增加。

圖2 不同殘膜量和灌溉定額對棉株磷養(yǎng)分吸收量 (A) 和經(jīng)濟(jì)系數(shù) (B) 的影響Fig. 2 Plant P uptake (A) and economic coefficient (B) of cotton under different film residue and irrigation quota

3 討論

3.1 不同殘膜量下灌溉定額對棉花產(chǎn)量及WUE的影響

WUE是衡量棉花用水效率的重要指標(biāo)[35]。殘膜阻礙土壤水分運(yùn)移，影響了棉花對水分的吸收，致使WUE降低[9]。而灌溉與棉花產(chǎn)量及水分利用效率關(guān)系密切[36]，隨灌水量的增加，WUE逐漸降低，籽棉產(chǎn)量有所增加，但灌水過多，則不利于產(chǎn)量提高，反而大幅增加了棉田耗水量[37]。目前，系統(tǒng)地針對殘膜量和灌溉定額二者及其交互作用對WUE的研究較少。本研究結(jié)果表明，影響棉田蒸散量和WUE的主要因素是灌溉定額，殘膜對其影響次之，蒸散量和WUE均隨殘膜量的增加呈降低趨勢。這主要是由于殘膜聚積使得土壤水分運(yùn)移受阻，水分滲透量下降，加快了土壤水分的無效蒸發(fā)，使得土壤有效含水量降低，同時，殘膜抑制根系生長[16]，影響對水分的吸收，因此，殘膜降低了農(nóng)田耗水量，不利于水分的有效利用[38]，最終導(dǎo)致減產(chǎn)。增大灌溉定額，棉田耗水量顯著增大，而WUE顯著降低，主要是因為灌溉定額越大，棉株營養(yǎng)過剩，易造成徒長，有效水充分利用能力不足，容易產(chǎn)生“奢侈蒸騰”，導(dǎo)致WUE降低。本試驗條件下，殘膜量在0～450 kg/hm2范圍內(nèi)，產(chǎn)量和WUE隨殘膜量增加明顯降低，若要使殘膜造成的減產(chǎn)負(fù)效應(yīng)恢復(fù)到無殘膜時的水平，就要大幅增加灌溉，可能會造成干旱地區(qū)水資源環(huán)境承載壓力的顯著增加，必須引起足夠的重視。

3.2 不同殘膜量和灌溉定額對棉花生物量的影響

殘膜的存在明顯抑制了作物地上部的生長，不利于生物量積累[16]，棉花各器官干物質(zhì)量均隨殘膜量的增加而減少[39]，當(dāng)殘膜量為2000 kg/hm2時，生物量可下降20.1%[40]。增加灌水量可顯著促進(jìn)棉花干物質(zhì)形成[41]，但灌水量過大棉花生物量則開始降低[42]。本文研究結(jié)果表明，同一灌溉定額下，棉花生物量隨殘膜量的增加逐漸降低，殘膜阻礙根系生長，降低吸收性能，使得水肥吸收受阻，養(yǎng)分供應(yīng)不足。增大灌溉定額，生物量呈先增大后減小的變化趨勢，且常規(guī)灌溉顯著高于減量灌溉處理，這主要是由于適宜的灌水量可使棉花在營養(yǎng)和生殖階段保持平衡狀態(tài)，水分過多則導(dǎo)致棉花營養(yǎng)生長過旺，蕾鈴脫落增加，造成收獲期生物累積量減少。灌溉促進(jìn)干物質(zhì)積累幅度大于殘膜使其降低的幅度，但這種恢復(fù)能力是建立在高耗水量的基礎(chǔ)上。

3.3 不同殘膜量和灌溉定額對養(yǎng)分吸收利用的影響

殘膜不僅影響生物量的累積，還影響?zhàn)B分的吸收和運(yùn)轉(zhuǎn)。殘膜降低了水肥在土壤中的運(yùn)移，抑制根系生長及其吸收性能，致使養(yǎng)分輸入量減少[43]。適宜地增加灌溉量對養(yǎng)分吸收具有促進(jìn)作用，氮利用效率增加[44-45]，但過量灌溉將抑制其吸收，利用效率下降[46-48]。本研究結(jié)果表明，殘膜阻礙了養(yǎng)分的吸收利用，隨著地膜殘留量的增加，各器官及整株養(yǎng)分吸收量明顯減少，而氮、磷利用效率則逐漸增大。主要是由于殘膜抑制水分的運(yùn)移與吸收，而水分是影響?zhàn)B分吸收的關(guān)鍵因子，故殘膜的存在阻斷了水肥的循環(huán)交換，造成養(yǎng)分流失，長期的農(nóng)田地膜蓄積會惡化土壤營養(yǎng)，使得區(qū)域干燥化，導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降。隨灌溉定額的增加各器官氮、磷吸收量呈先增大后降低的變化趨勢，尤其對蕾鈴花中養(yǎng)分吸收量的影響最為明顯。增大灌溉定額使得耕層水分增加，促進(jìn)根系生長，有利于水分和養(yǎng)分的吸收利用，但灌溉過高則容易導(dǎo)致水肥浪費(fèi)。綜上表明殘膜對養(yǎng)分利用的阻礙作用可通過適當(dāng)增加灌溉的方式減緩，但灌溉的增加不僅大幅增加了棉田耗水，而且不利于水分的高效利用?？紤]到新疆水資源緊缺，又是地膜殘留的重度污染區(qū)，加強(qiáng)地膜殘留防治工作的同時應(yīng)合理利用有限的水資源實現(xiàn)農(nóng)田節(jié)水、高效用水的目的。

4 結(jié)論

殘膜的存在減少了養(yǎng)分輸入量，不利于水分利用效率的提高，導(dǎo)致作物生產(chǎn)潛力降低，棉花減產(chǎn)。若要恢復(fù)到無殘膜時的水平則需大幅增加灌溉，減輕殘膜蓄積對棉花養(yǎng)分吸收的負(fù)面效應(yīng)是建立在增大棉田耗水需求的基礎(chǔ)上。若缺乏有效治理措施，未來殘膜還有繼續(xù)增加的趨勢，且增加灌溉會導(dǎo)致水肥資源緊缺。新疆是殘膜重度污染區(qū)，殘膜防治刻不容緩，因此應(yīng)抓緊研究地膜污染治理。

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