滴灌種植模式下土壤水熱鹽及棉花生長研究

王萌萌，呂廷波，何新林，曹玉斌，王東旺

(1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 石河子 832000)

新疆地處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，憑借獨(dú)特的自然環(huán)境成為我國優(yōu)質(zhì)棉的最大生產(chǎn)基地，同時(shí)也因?yàn)楠?dú)特的自然環(huán)境，該地區(qū)作物生長季有效降雨少，水資源緊缺成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[1]。為了保障新疆農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，膜下滴灌技術(shù)迅速發(fā)展，憑借其具有的節(jié)水、保墑、抑鹽效果在棉花的種植中得到了廣泛應(yīng)用。

種植模式是膜下滴灌的具體實(shí)施形式[2]，隨著工業(yè)和農(nóng)業(yè)水平的提高，棉花的種植模式也向著機(jī)械化方向發(fā)展。為了適應(yīng)棉花全程機(jī)械化的發(fā)展，棉花的種植方式、覆膜寬度及滴灌帶的布置方式都發(fā)生了很大的變化[3]，在北疆地區(qū)棉花的種植模式行距由30 cm+60 cm+30 cm變成了10 cm+66 cm+10 cm+66 cm+10 cm(機(jī)采種植行距)，相應(yīng)的覆膜寬度由傳統(tǒng)的1.45 m變成了2.05 m，滴灌帶的布置方式部分地區(qū)也由一膜兩管變?yōu)橐荒と?。不同的種植模式對棉花的生長、產(chǎn)量、灌溉制度及水分利用效率會(huì)產(chǎn)生不同程度的影響[4-8]，如Liu Meixian等[9]發(fā)現(xiàn)在北疆地區(qū)傳統(tǒng)種植模式下，滴灌毛管的布置方式不同對棉花的土壤鹽分和根系有顯著影響；曹偉等[10]對兩種不同毛管布置方式下棉花根系干質(zhì)量及空間分布進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)一膜雙管布置有利于棉花生長，產(chǎn)量也高于一膜單管布置；劉秀位等[11]發(fā)現(xiàn)不同種植方式對棉花土壤水分、土壤溫度及水分利用效率有一定的影響；姚名澤等[12]研究了機(jī)采種植模式下棉花節(jié)水、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的灌溉制度；Oweis等[13]研究了棉花產(chǎn)量與土壤有機(jī)碳含量以及種植時(shí)土壤含水量的關(guān)系。

總的來說，已有的研究大多是關(guān)于傳統(tǒng)種植模式，而機(jī)采種植模式已得到大面積推廣，尚缺少對機(jī)采種植模式下棉花生長、產(chǎn)量等方面的研究，缺乏對不同種植模式進(jìn)行對比分析。因此，本研究以田間測坑試驗(yàn)為主，對比分析了滴灌條件下機(jī)采模式、傳統(tǒng)種植模式的棉花土壤水鹽分布、土壤溫度及生長生理指標(biāo)，以探索出種植模式對棉花生長、產(chǎn)量及水分利用效率的影響機(jī)制，從而為北疆地區(qū)棉花的適宜種植模式的優(yōu)化選擇提供科學(xué)的理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 田間調(diào)查及試驗(yàn)區(qū)概況

本研究田間調(diào)查區(qū)為瑪納斯河流域中游平原灌區(qū)(簡稱瑪河灌區(qū))，該地區(qū)位于新疆天山北麓，準(zhǔn)葛爾盆地南緣，屬典型溫帶大陸性干旱氣候，是國家重要的糧棉生產(chǎn)基地。田間調(diào)查開展于2014年9月，歷時(shí)10 d，對整個(gè)瑪河灌區(qū)棉花種植模式相關(guān)信息進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果匯總?cè)鐖D1所示。

試驗(yàn)于2016年4—10月在新疆石河子市石河子大學(xué)農(nóng)試場二連現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)基地(東經(jīng)85°59′47″、北緯44°19′29″、海拔412 m)進(jìn)行。該站區(qū)為溫帶大陸性干旱氣候，無霜期171 d，多年平均降水量在200 mm左右，多年平均蒸發(fā)量1 600 mm，多年平均日照時(shí)數(shù)2 700 h，地下水埋深5 m以下。

試驗(yàn)區(qū)前茬均為棉花，供試棉花品種為“農(nóng)豐133號”，該品種適宜密植，群體間通風(fēng)透光好，且早熟、高產(chǎn)，供試土壤為中壤土，田間持水率為21.24%。

圖1 瑪河灌區(qū)棉花種植模式相關(guān)信息Fig.1 The information summarized by cotton planting pattern

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)在標(biāo)準(zhǔn)測坑(3 m×2 m)展開，測坑深3 m，采用水泥墻防止相鄰測坑水分的測滲。于2016年4月20日播種(干播濕出)，4月24日灌出苗水，5月1日出全苗，5月12日定苗，9月13日開始采摘，10月23日全部收獲。本試驗(yàn)種植模式如下：

機(jī)采棉種植模式(10 cm+66 cm+10 cm+66 cm+10 cm)，2種處理：處理編號M1，一膜兩管六行(圖2a所示)，一條滴灌帶控制三行棉花灌溉，滴灌帶布置在棉花寬行中間；處理編號M2，一膜三管六行(圖2b所示)，一條滴灌帶控制兩行棉花灌溉，其中一條滴灌帶布置在棉花窄行中間，其它的布置在距離棉花窄行內(nèi)側(cè)10 cm處。

傳統(tǒng)種植模式(30 cm+60 cm+30 cm)，2種處理：處理編號M3，一膜兩管四行(圖2c所示)，一條滴灌帶控制兩行棉花灌溉，滴灌帶布置在棉花寬行中間；處理編號M4，對照，無膜無滴灌帶的漫灌模式(圖2d所示)，種植四行棉花。

如圖2所示，以上種植模式株距均為10 cm，且每組各設(shè)3組重復(fù)試驗(yàn)，其中膜下滴灌采用的毛管為內(nèi)鑲式薄壁滴灌帶，滴頭流量2.6 L·h-1，滴灌間距30 cm。試驗(yàn)區(qū)通過單獨(dú)的塑料桶灌系統(tǒng)控制各處理的灌水量，系統(tǒng)首部安裝壓力表及調(diào)節(jié)閥，在各處理設(shè)置單獨(dú)的控制球閥。

各種植模式的灌溉定額、灌水定額、灌水日期、灌水次數(shù)均相同，生育期內(nèi)灌溉定額為495 mm，肥料施量跟隨實(shí)驗(yàn)基地。灌溉施肥全程同步，邊灌水邊施肥，棉花生育期的灌水及施肥管理如表2所示。

圖2 棉花栽培模式示意圖(單位：cm)Fig.2 Cotton planting pattern(unit：cm)

處理編號Treatment灌溉方式Irritate method是否覆膜Mulching覆膜寬幅/mFilm width理論種植密度/(萬株·hm-2)Planting densityM1滴灌 Drip irrigation是 Yes2.0525.75M2滴灌 Drip irrigation是 Yes2.0525.75M3滴灌 Drip irrigation是 Yes1.4522.20M4漫灌 Flood irrigation否 No-22.20

表2 棉花各生育期的灌水及施肥管理

1.3 測定項(xiàng)目與方法

1.3.1 株高和葉面積 棉花生長指標(biāo)項(xiàng)目主要包括棉花的株高、葉面積指數(shù)。從棉花蕾期開始，每個(gè)測坑內(nèi)標(biāo)記5株棉花，每隔15 d測定一次株高、葉面積。其中葉面積采用Yaxin-1241型葉面積儀獲得。

1.3.2 產(chǎn)量測定 根據(jù)棉花吐絮情況分3次進(jìn)行采摘并記錄鈴數(shù)，實(shí)測每個(gè)測坑的棉花產(chǎn)量作為最終的產(chǎn)量數(shù)據(jù)，并化為每公頃產(chǎn)量。

1.3.3 光合指標(biāo) 采用CI-340便攜式光合儀測定棉花光合有效輻射強(qiáng)度、光合作用速率、蒸騰速率。測定選在花鈴期的晴朗天氣，選取每個(gè)處理分別長勢均勻且采光較好的3棵棉株的3片向陽冠層葉片。具體觀測時(shí)間為8∶00～20∶00，每2 h觀測1次。

1.3.4 土壤質(zhì)量含水率 以每個(gè)生育期灌水前后為觀測階段，用土鉆采集各測坑1/3-1/2處棉花窄行間和寬行間1 m深的土壤，從地表0 cm開始，每10 cm土層取1個(gè)樣，每個(gè)測坑共取22個(gè)樣，采用烘干稱重法測得各層土壤平均質(zhì)量含水率。

1.3.5 土壤鹽分的測定 在灌水前分別在寬行與窄行進(jìn)行取土，烘干磨碎后過5 mm的篩子，按照1∶5的水土比例配成懸濁液，震蕩均勻后，靜置兩個(gè)小時(shí)后，提取50 ml液體，烘干稱重后得到土壤全鹽量。

1.3.6 地溫 采用分度值為1℃的金屬直角管地溫計(jì)測量5 cm、10 cm、15 cm、20 cm、25 cm處的土層溫度，每組地溫計(jì)有5支，插放在機(jī)采棉種植的寬行與窄行間，具體觀測時(shí)間為8∶00～20∶00，每2 h觀測1次。并利用距測坑1 m的自動(dòng)氣象站實(shí)時(shí)監(jiān)測大氣溫度。

1.3.7 產(chǎn)量及水分利用效率 根據(jù)棉花吐絮狀況分3次采摘，稱量每次采摘的產(chǎn)量，通過獲得實(shí)際產(chǎn)量換算每公頃總產(chǎn)量。水分利用效率WUEI和WUEET分別按式1和式2計(jì)算。

WUEI=Y/I

(1)

WUEET=Y/ET

(2)

式中，Y為籽棉產(chǎn)量(kg·hm-2)；I為灌溉定額(mm)；ET為實(shí)際耗水量(mm)，采用水量平衡方程計(jì)算。

1.4 數(shù)據(jù)處理

本研究采用SPSS 20.0軟件進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)整理和統(tǒng)計(jì)分析，用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同種植模式對棉花土壤水鹽分布的影響

2.1.1 不同種植模式對土壤水分分布的影響 不同種植模式下土壤濕潤的范圍、形狀不同，對作物水分吸收及生長都有很大影響。全生育期不同種植模式下土壤水分分布如圖3所示，從圖中可以看出，整個(gè)生育期不同種植模式下各土層土壤水分分布存在差異，土壤質(zhì)量含水率隨著土層深度增加而增加，變化范圍為7.17%～21.26%。

在棉花生育前期(播種與苗期)，棉花生長緩慢，降雨相對較少，表層土壤蒸發(fā)量小，故不同種植模式下土壤質(zhì)量含水率變化趨勢基本一致，土壤水分分布較一致，質(zhì)量含水率相差不大。在生育中后期，棉花植株生長加快，蒸散發(fā)加劇，表層和根系層土壤含水率較為劇烈，故不同種植模式土壤質(zhì)量含水率變化存在明顯差異，M4模式下各土層質(zhì)量含水率明顯高于其它種植模式，生育中后期其質(zhì)量含水率平均達(dá)到17.17%，相比M1、M2及M3模式高出31.1%、13.7%、24.0%，這是因?yàn)镸4模式是一種粗放的灌水方式，以不均勻的水量運(yùn)移到土層深處，使土壤水分聚積在下層土壤，其土壤水分分布不利于作物根系吸收；M1模式下，其土壤質(zhì)量含水率較M2模式與M3模式低13.2%、5.4%，滴灌帶鋪設(shè)在棉花寬行間，雖然土壤水分入滲均勻，但水分分布較高區(qū)在棉花寬行間，棉花根系四周水分較低；M3模式下，滴灌帶布設(shè)于棉花窄行間，土壤水分較高區(qū)域分布在兩行棉花間，較有利于棉花植株體的生長，而M2模式土壤水分較高區(qū)域分布也在兩行棉花間，但其根區(qū)0～60 cm土壤質(zhì)量含水率相比M3模式高13.0%，說明其耕層中上部保水能力更優(yōu)于M3模式。

花鈴期是棉花需水的敏感時(shí)期，土壤適宜含水量保持相對田間持水量的70%，可滿足棉花生長對水分的基本需要。對比四種不同種植模式下0～60 cm(棉花根系區(qū))深土體內(nèi)的質(zhì)量含水率進(jìn)行了計(jì)算。結(jié)果表明，M1、M2、M3及M4模式下0～60 cm土體的平均質(zhì)量含水率分別為13.15%、14.50%、13.76%、17.50%，相對田間持水率分別為62%、68%、65%、82%，生育期內(nèi)產(chǎn)生了不同程度的水分脅迫。結(jié)合上述所有分析，M2模式下的土壤水分分布對棉花吸收利用水分更為有利。

2.1.2 不同種植模式對土壤鹽分分布的影響 各種植模式灌溉條件不同，滴灌帶鋪設(shè)位置不同，因此土壤鹽分分布存在一定差異。全生育期不同種植模式下土壤鹽分分布如圖4所示，相同灌水量下，由于土壤初始含鹽率的影響，整個(gè)生育期不同種植模式下各土層土壤鹽分分布存在差異，但整體上土壤含鹽量從地表到深層呈現(xiàn)先減小后增大的分布特征。

對M1、M2及M3模式生育期棉田鹽分動(dòng)態(tài)變化進(jìn)行分析可知：從播種到苗期，期間無灌溉，在蒸發(fā)作用下，淺層土壤積累了大量的鹽分；進(jìn)入蕾期后，開始進(jìn)行灌溉，淺層鹽分變化顯著；進(jìn)入花鈴期后，需水量增大，需肥量也增加，花鈴前期淺層鹽分分布變化顯著，出現(xiàn)了返鹽現(xiàn)象，隨著灌水次數(shù)與灌水定額的增加，使得花鈴后期淺層土壤鹽分含量有所減??；進(jìn)入吐絮期后，灌水停止，導(dǎo)致含鹽量再次有所增加。

圖3 不同種植模式下土壤水分分布變化Fig.3 Distributions of soil water contents under different planting modes

M4模式下，進(jìn)入花鈴期的淺層鹽分變化與上述三種模式不相符，因?yàn)闊o膜覆蓋，且隨著灌水施肥次數(shù)的增加，大氣溫度較高，在大氣蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)下，花鈴前期到花鈴后期淺層鹽分繼續(xù)增加；進(jìn)入吐絮期，大氣溫度降低，蒸發(fā)減小，降雨量增加，淺層含鹽量顯著減小。

為了探討不同種植模式對土壤鹽分的影響，對棉花根系區(qū)0～60 cm深土壤鹽分進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。將播種與吐絮期的0～60 cm深土壤鹽分進(jìn)行了計(jì)算(見表3)，M1、M2、M3模式下吐絮期較播種時(shí)的棉花根層土壤平均鹽分呈不同程度減小趨勢，0～60 cm土層鹽分含量相比播種時(shí)分別減小了16.34%、2.67%、0.72%，且無明顯的鹽分累積，是因?yàn)檫@三種模式滴水方式均屬于滴灌，滴灌的淋洗作用下可以為作物根系營造一個(gè)良好的鹽分環(huán)境，滴灌帶相對棉花的生長位置而言，其中M2與M3模式其滴灌帶布置在棉花植株較近地方，使得棉花根區(qū)處于濕潤體中心，水分再分布過程中棉花主根區(qū)的鹽分被驅(qū)于根系層外；在M1模式下，其滴灌帶布設(shè)距離棉花植株較遠(yuǎn)，濕潤峰邊緣距離棉花窄行較近，在一定程度上會(huì)使得棉花根區(qū)受鹽分的脅迫；在M4模式下棉花根層土壤平均鹽分增加了17.89%，主要是因?yàn)榈喂嗄Ｊ较碌啬缀醺采w整個(gè)表層，因而地表蒸發(fā)量較小，而漫灌模式下無地膜覆蓋，在大氣蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)力的作用下，土壤鹽分隨著水分向地表遷移，易形成表層鹽分聚積。

綜上所述，在生育期末，除M4模式外，M1、M2、M3模式都沒出現(xiàn)返鹽現(xiàn)象，相對滴灌帶鋪設(shè)位置，結(jié)合鹽分的變化，M2模式下的鹽分分布更利于棉花生長。

圖4 不同種植模式下土壤鹽分分布變化Fig.4 Distributions of soil salt contents under different planting modes

種植模式Planting modes播種/(g·kg-1)Sowing吐絮期/(g·kg-1)Boll-opening變化量/(g·kg-1)Variation脫鹽率/%Ratio of desalinizationM12.241.880.3716.34M21.741.690.052.68M32.052.030.010.72M41.772.09-0.32-17.89

2.2 不同種植模式對土壤溫度的影響

適宜的土壤溫度對作物棉花生長發(fā)育及產(chǎn)量的形成具有密切的關(guān)系[14]，為了探討不同種植模式對棉花土壤溫度日變化的影響，利用觀測的土壤溫度試驗(yàn)資料繪制了土壤日變化過程曲線圖(圖5)。由圖5可以看出不同種植模式下的地溫日變化與大氣溫度變化過程具有類似趨勢，土深為5、10、15 cm處日變化幅度較大，趨勢明顯相同，而深層20、25 cm處的土壤變化相對緩慢，其中M4模式整體日變化幅度最大，這表明M4模式下土壤溫度對太陽輻射比較敏感。這是因?yàn)镸4模式下沒有地膜的覆蓋，無法減緩太陽輻射對表層地溫的作用，故其試驗(yàn)結(jié)果與其它種植模式相比有明顯差異。為了更清楚表達(dá)不同種植模式對土壤溫度的影響，利用不同時(shí)間段的地溫增量來反映種植模式對地溫的影響。

根據(jù)測得地溫，計(jì)算不同種植模式下不同時(shí)間段溫度增量，由表4數(shù)據(jù)可見在16∶00之間四種種植模式的地溫都在增加，M4模式下土壤溫度增量幅度大于其它三種種植模式，在8∶00～12∶00時(shí)間段M4模式下5 cm土層升高了7.6℃，而其它三種模式分別升高了3.9℃、3.2℃、3.8℃。在16∶00～20∶00時(shí)間段四種模式下土壤表層土壤5 cm～10 cm處的地溫開始隨著大氣溫度的降低而降低，而深層土壤的地溫處在增加階段，此時(shí)M4模式下土壤溫度增量幅度還是大于其它三種種植模式，其表層5 cm處降低了2.1℃，這是因?yàn)榇髿鉁囟冉禍乜欤材ぞ哂斜刈饔?，因此短時(shí)間內(nèi)覆膜下降幅度相對未覆膜的較小。

圖5 不同種植模式下土壤溫度日變化Fig.5 Daily soil temperature in different planting modes

種植模式Planting modes土層深度/cmSoil depth8∶00～12∶0012∶00～16∶0016∶00～20∶00均值A(chǔ)verage53.92.1-0.11.97102.22.40.41.67M1151.01.20.91.03200.30.90.90.70250.30.90.50.5753.25.4-1.12.50103.44.0-1.32.03M2150.93.6-0.61.30201.01.60.30.9725010.80.6053.85.1-1.72.40104.04.3-0.72.53M3150.62.90.51.33200.31.40.60.772500.70.90.5357.62.7-2.12.73103.24.6-1.22.20M4151.33.8-11.37200.62.40.31.102501.10.70.60

2.3 不同種植模式對棉花生長的影響

2.3.1 不同種植模式對棉花光合的影響 光合作用是棉花生長發(fā)育和產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，為了研究不同種植模式下光合有效輻射的變化，繪制了不同種植模式下的光合有效輻射日變化曲線，由圖6a可知，四種種植模式下棉花的光合有效輻射日變化趨勢基本相同，整體趨勢呈拋物線型，在16∶00出現(xiàn)最大值后，逐漸下降，這是因?yàn)樵摰貐^(qū)日照時(shí)間長、光照強(qiáng)度大，故光合有效輻射持續(xù)時(shí)間長，同時(shí)表明光合有效輻射受種植模式的影響較小。

花鈴期是棉花生育的最旺盛的時(shí)期，對光照條件有很高的要求，光合速率的大小直接反映棉花光合作用的強(qiáng)度，決定了棉花的生長狀態(tài)。不同種植模式棉花的凈光合速率日變化如圖6b所示。從圖中可看出，不同種植模式棉花凈光合速率日變化均呈雙峰型曲線。在上午葉片凈光合速率隨著光照強(qiáng)度的增加而逐漸上升，在12∶00左右達(dá)到第1個(gè)高峰，隨著光照強(qiáng)度的加強(qiáng)和溫度上升，光合速率逐漸下降，在14∶00左右出現(xiàn)光合午休現(xiàn)象，隨后光合速率繼續(xù)上升，在16∶30左右達(dá)到第2個(gè)高峰，此后葉片凈光合速率逐漸降低。在花鈴期，不同種植模式下其凈光合速率大小為：M4>M2>M3>M1，四種種植模式灌水量相同，但是凈光合速率不同，存在明顯差異，研究表明這是由于土壤水分環(huán)境不同造成的，本試驗(yàn)中，花鈴期四種模式下0～60 cm土層土壤平均質(zhì)量含水率分別為13.15%、14.50%、13.76%、17.50%，說明土壤含水率在一定范圍內(nèi)，土壤含水率越高，凈光合速率也較大。

2.3.2 不同種植模式對棉花生長指標(biāo)及產(chǎn)量的影響 株高與葉面積是衡量棉花群體長勢的重要指標(biāo)。不同種植模式下棉花的株高、葉面積如圖7所示。從圖7a可看出，不同種植模式棉花的株高在播種后的58 d開始進(jìn)入迅速增長階段，至88 d時(shí)生長變緩，103 d時(shí)生長基本不再變化，M1、M2、M3、M4模式的株高分別為62.7、69.9、59.2和75.2 cm，存在著較大的差異。從圖7(b)可看出，葉面積在棉花播種88 d時(shí)生長變緩，至103 d時(shí)達(dá)到最大，此時(shí)不同模式葉面積為M4>M2>M1>M3，經(jīng)過噴灑生長抑制劑，葉面積在達(dá)到最大值后逐漸下降。

圖7表明，M1、M2與M3模式下棉花的株高、葉面積呈現(xiàn)出比較一致的變化趨勢，各個(gè)生長發(fā)育階段，M2模式的棉花株高、葉面積均處于最高水平，M1棉花的株高、葉面積略高于M3；M4模式因?yàn)闆]有地膜的覆蓋，相比其它模式，在生育前期株高與葉面積均處于較低水平，在7-8月地區(qū)降雨比較充沛，故其株高與葉面積均開始迅速增長，直至生育末期處于幾種模式的最高水平；這與各模式間土壤水分分布對棉花光合作用及吸收利用水分的影響程度基本吻合，表明根區(qū)土壤水分分布是影響作物的重要因素；此外，地溫也是影響棉花生長的重要因素，棉花是喜溫作物，覆膜下的棉花前期生長表現(xiàn)出了良好的水平。

圖6 不同種植模式下光合日變化Fig.6 Daily photosynthetic under different planting modes

圖7 不同種植模式下棉花株高、葉面積的變化Fig.7 Cotton plant height and leaf area of different planting modes

不同種植模式對棉花生長發(fā)育所產(chǎn)生的影響不同，最終將反映在各處理的籽棉產(chǎn)量和水分利用效率上。從表5可以看出，在相同灌溉定額、灌溉頻率下，M2模式的籽棉產(chǎn)量處于較高水平，較M1、M3和M4模式增加6.1%、11.0%和36.5%。同時(shí)對WUE進(jìn)行了對比分析，結(jié)果表明雖然灌水定額、灌溉頻率相同，但耗水量不同，故水分利用效率存在差異，M2模式下棉花具有最高的WUEET，達(dá)到1.07 kg·m-3，M1和M3模式次之，M4模式最低，僅0.77 kg·m-3。各處理WUEI的表現(xiàn)規(guī)律與WUEET基本一致。水分利用效率取決于產(chǎn)量和耗水量，而棉花的產(chǎn)量和耗水量與種植模式緊密相關(guān)，在灌水定額相同下，由于M3和M4模式的種植密度小，在一定程度上水分利用效率低于其它兩種模式；M1與M2模式種植條件相同，但是滴灌帶布設(shè)位置不同，在M2模式下棉花根區(qū)水鹽分布更利于棉花生長，土壤保溫、提溫效果好，棉花植株大，果枝果節(jié)多，能夠獲得較高的產(chǎn)量及水分利用效率。

表5 不同種植模式下棉花產(chǎn)量及水分利用效率

注：依據(jù)水量平衡方程耗水量為儲水量變化、有效降雨量與灌溉定額相加所得，地下補(bǔ)給量、深層滲透量及地表徑流量忽略不計(jì)。

Note：According to the water balance equation, the crop evapotranspiration is the change of soil water storage added to the precipitation and the irrigation quota, the underground supply, the deep penetration and the surface runoff are neglected.

3 討 論

新疆是典型的大陸性干旱氣候，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灌溉水不足和水資源利用率過低的矛盾共存，棉花節(jié)水灌溉技術(shù)的實(shí)施勢在必行，同時(shí)由于人工采棉效率低、成本高等原因，棉花生產(chǎn)機(jī)械化也在迅速發(fā)展，所以在利用棉花節(jié)水技術(shù)的同時(shí)并實(shí)行配套的機(jī)械化技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)棉花產(chǎn)業(yè)的低耗、高效、優(yōu)質(zhì)的目標(biāo)。而在實(shí)際生產(chǎn)中灌溉方式、種植密度、覆膜寬度及滴灌帶的鋪設(shè)方式與數(shù)量等因素都會(huì)影響著棉花的土壤水熱環(huán)境，并最終影響棉花的生長發(fā)育及產(chǎn)量，因此合理的種植模式對促進(jìn)棉花生長發(fā)育、產(chǎn)量有重要意義。

在新疆石河子地區(qū)，冬天降雪較大，棉花播種前土壤初始含水率較高，加上受上一年種植的影響，M1、M2、M3及M4模式的初始含水率分別為16.31%、16.81%、17.23%、16.68%。可知四種模式下土壤初始含水率存在差異，但相差不大，但在一定程度上會(huì)對生育期內(nèi)水分、鹽分、溫度變化等產(chǎn)生影響，這種影響是相對較小的，主要還是由于種植模式的不同導(dǎo)致土壤水分、鹽分、溫度變化等存在顯著差異。

不同種植模式下土壤水分運(yùn)移不同。不同灌溉方式下，以漫灌方式灌水，淺層土壤含水量較低，存在較大數(shù)量水分滲漏損失，而以滴灌方式灌水，水分入滲均勻，土壤表層始終處于濕潤狀態(tài)[15,16]；以滴灌方式灌水，棉花根系絕大部分分布在0～40 cm，故淺層土壤質(zhì)量含水率較高，有利于棉花植株生長發(fā)育[17]；且滴灌雙管布置能夠?yàn)橹饕祵有纬沙渥愕墓┧臻g，而單管布置棉花易受水分脅迫[18,19]，這與本文得到的結(jié)論相呼應(yīng)。本文試驗(yàn)表明在相同灌水定額下，M4模式下土壤質(zhì)量含水率較相比M1、M2及M3模式的高，但是其分布并不利于根系的吸收；在相同灌水條件下，M2模式其質(zhì)量含水率在0～40 cm相比M3模式下高，說明在該模式下其耕層中上部保水能力更優(yōu)于M3模式；相同種植條件下，M2模式土壤水分高于M1模式，這是由于滴灌帶布設(shè)位置，M2模式相比M1模式其滴灌帶的布設(shè)能夠給予棉花根系充足的水分空間，有效減小棉花的水分脅迫。

不同種植模式下土壤鹽分運(yùn)移不同。不同灌溉方式下，相對漫灌方式，滴灌方式進(jìn)行更能夠有效保持土壤水分，均勻驅(qū)離鹽分[15]；以滴灌方式進(jìn)行灌溉，雙管布置濕潤鋒在寬行形成交匯，鹽分隨水分淋洗出主要根系層，控鹽效果較單管布置好[18]。本研究中0～60 cm土層，M1、M2、M3模式下吐絮期較播種時(shí)的棉花根層土壤平均鹽分呈不同程度減小趨勢，僅M4模式下棉花根層土壤平均鹽分增加，其中M2模式下模式根層土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化較其它模式穩(wěn)定，這與上述研究結(jié)論保持一致。

不同種植模式下土壤溫度變化不同。已有研究發(fā)現(xiàn)地膜覆蓋在作物生育前期具有明顯的增溫效應(yīng)[14]，短時(shí)間內(nèi)覆膜下降幅度相對未覆膜的較小[11]，本文研究結(jié)論與上述研究結(jié)論基本保持一致，但同時(shí)已有研究表明[20]在新疆棉花生長中，膜下土壤溫度與有效積溫隨覆膜寬度的變化而存在較大差異，且覆膜寬度增大，增溫效果更加明顯，而本研究中M1、M2與M3模式在5 cm處日積溫分別為6.9℃、7.5℃、7.8℃，與上述研究結(jié)論不太一致，這可能因?yàn)槊藁ㄉL期處于花鈴前期，地膜完整性因?yàn)樽匀画h(huán)境因素等已經(jīng)被破壞。

本文研究的M1與M2模式都屬于超寬膜機(jī)采模式，相比傳統(tǒng)的M3與M4模式，實(shí)現(xiàn)了采收與種植的機(jī)械化，極大緩解了采棉勞動(dòng)力不足、人工采棉成本增加等問題，在水分利用效率與產(chǎn)量上也表現(xiàn)出較高的水平，建議在北疆地區(qū)可大力推廣超寬膜機(jī)采模式，尤其是一膜三管六行模式(M2)。但該試驗(yàn)為一年棉花生育期資料，試驗(yàn)土壤本底鹽分含量及水分含量在不同的年季氣候變化下都有所不同，建議應(yīng)因地制宜地選擇棉花節(jié)水、高產(chǎn)的種植模式。

4 結(jié) 論

1)種植模式不同使得土壤水鹽運(yùn)移有所差異，各生育期土壤水分運(yùn)移和鹽分運(yùn)移不同，M4模式下各土層質(zhì)量含水率明顯高于其它種植模式，但其水分分布并不利于棉花植株吸收；M2模式根系層土壤含水率次之，其土壤水分分布對于棉花的生長和水分吸收利用卻是最為有利的。除M4模式外，各種植模式根層土壤鹽分含量前期增加、中期降低、后期增加，M1模式下，濕潤峰邊緣距離棉花窄行較近，在一定程度上會(huì)使得棉花根區(qū)受鹽分的脅迫，因M2及M3模式滴灌帶的布設(shè)距離棉花植株較近，在主要根系層形成適宜棉花生長的淡化脫鹽區(qū)，結(jié)合鹽分變化，M2模式下的鹽分分布更利于棉花生長。

2)種植模式不同使得土壤溫度變化有所差異，M4模式下的土壤溫度，增溫快，降溫也快，不利于保溫，所以不利于棉花的生長；而其它三種覆膜種植模式下土壤溫度增溫快，降溫慢，表現(xiàn)出了較好的保溫、提溫作用，有利于棉花的生長發(fā)育，其中M2模式表現(xiàn)的最優(yōu)。

3)不同種植模式對棉花所產(chǎn)生的影響將最終反映在籽棉產(chǎn)量和WUE，結(jié)果表明：M2模式的產(chǎn)量(6 701 kg·hm-2)明顯高于其它三種種植模式，且其WUEET最高，為1.07 kg·m-3，M4模式最低，僅0.77 kg·m-3。