南疆兩種膜下滴灌布管方式對機采棉產量和品質的影響

蔡利華,練文明,邰紅忠,戴翠榮,吳 博,盧金寶,王獻禮,賀美球,周 龍,趙 靜

(新疆生產建設兵團第一師農業(yè)科學研究所,新疆 阿拉爾 843300)

發(fā)展高效、資源節(jié)約型的節(jié)水灌溉是新疆農業(yè)持續(xù)發(fā)展的先決條件，它不僅可以提高水分利用率和作物產量，而且可促進生態(tài)環(huán)境的良性發(fā)展[1]。膜下滴灌技術因具有顯著的節(jié)水、保溫、抑鹽、增產效果，在新疆自治區(qū)棉田中已獲得大面積推廣應用[2]。它使得棉花生育期灌水量由常規(guī)灌水量525～600 mm降低到240～345 mm[1]。前人通過對棉花根系分布、植株生長和產量及品質的影響等問題的大量研究發(fā)現[3-6]，棉田滴灌帶與棉行之間的間距增大就會顯著提高棉田耗水量，全生育期灌溉定額需達3 375 m3·hm-2才能保證棉花的穩(wěn)產, 而且由于間隔增加，導致土壤水分分布不均勻，容易產生深層滲漏現象，進而造成內、外行棉花長勢和產量差異。早期常規(guī)棉一般采用一膜4行，(30+60) cm寬窄行種植模式，滴灌帶布管方式的研究主要集中在常規(guī)寬窄行距模式下一管四行和兩管四行兩種布管方式對棉田的影響，但隨著高密度種植和機采棉的大面積推廣，在機采棉(66+10) cm固定的株行距配置下，一膜兩管6行機采棉種植模式得到廣泛應用，寧松瑞，李淦等[2,7]的研究發(fā)現，該模式下由于兩根滴灌帶布置位置均距棉行約33 cm，滴灌帶距離棉花株行較遠，在灌水量高達4 500 m3·hm-2和5 700 m3·hm-2的條件下，植株行外側棉花仍易受到不同程度的水鹽脅迫，進而造成棉花減產。機采棉模式下，如何結合當地的光熱、土壤、機械等條件，進一步提高作物生理用水，在保證作物豐產的條件下減少生態(tài)用水成為進一步節(jié)水的關注點。目前滴灌帶的購入成本下降一半，高密度栽培使得棉花產量大幅提高，每膜增加一根滴灌帶被廣大農戶所接受，一膜三管6行模式在機采棉生產實踐中逐漸得到廣泛應用，生育期滴灌定額也顯著下降，發(fā)揮了膜下滴灌節(jié)水效果?，F用的一膜三管機采棉模式布管方式有偏置布管和窄行布管兩種，但關于兩種布管方式對棉花影響方面的研究鮮有報道。本研究在一膜三管機采棉田中開展田間試驗，探索窄行布管和偏置布管兩種布管方式對棉花農藝性狀，生物量積累，土壤水、肥、鹽運移情況，產量和品質等的影響，為進一步完善機采棉水肥管理，節(jié)水降耗，棉花增產增收提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗地條件

試驗在新疆阿拉爾市生產建設兵團第一師農科所2號試驗地(40°56′N，81°32′E)無病田內進行，該區(qū)域海拔950 m，是典型的綠洲農業(yè)地區(qū)，年均氣溫10.7℃，≥10℃積溫4 113℃，無霜期220 d，年日照2 900 h，4～10月份每天平均日照9.5 h，多年平均降水量為47.92 mm，年平均蒸發(fā)量1 368.73 mm，長年氣候干燥，降水稀少，蒸發(fā)量大[8]。農科所試驗地為灌耕林灌草甸土，壤土，前茬為棉花。0～30 cm土壤有機質14.8 g·kg-1，堿解氮 106.7 mg·kg-1，有效磷54.6 mg·kg-1，速效鉀 165 mg·kg-1，全鹽量 1.45 g·kg-1，pH 8.4。根據新疆兵團土壤分級標準，有機質中等，堿解氮較高，有效磷極高，速效鉀中等[9]。

1.2 試驗設計

1.2.1 試驗材料 試驗田種植棉花為品系塔12-1266，播種日期2017年4月11日，種植模式為膜寬2.3 m，一膜6行棉花，行間距為(60+10) cm寬窄行機采棉配置，株距10 cm。滴灌帶滴頭間距30 cm，滴頭額定流量2.8 L·h-1。

1.2.2 布管方法 處理1(窄行布管)覆膜播種時滴灌管帶鋪設在10 cm窄棉行中間；處理2(偏置布管)覆膜播種時滴灌管帶鋪設在66 cm寬棉行內、距離棉行10 cm處。每小區(qū)長10 m，寬4.6 m,小區(qū)面積46 m2，采用隨機區(qū)組設計，重復次數為3次。布管方式和取樣位置見圖1。

1.2.3 土壤水分、鹽分和養(yǎng)分含量的測定 采樣點設在小區(qū)超寬膜中間10 cm窄行內兩滴頭中間，見圖1。取土深度分別為0～10、10～20、20～30 cm和30～40 cm 4個土層深度。土壤測定指標為土壤質量含水量、堿解氮、有效磷、速效鉀、全鹽量。 取土時間：6月22日灌水前進行第一次采樣，作為土壤本底值；進入棉花生長中后期，分別于7月13日、8月2日、8月24日和9月12日(盛花期、花鈴期、盛鈴期、吐絮期)進行土壤樣品采集。第一次取土樣時，對采樣點進行標記，以后每次土壤樣品采集均位于標記處附近(1 m范圍內)。

水溶性鹽分總量采用重量法；土壤質量含水量采用烘干法；堿解氮采用堿解擴散法[10]；有效磷采用碳酸氫鈉浸提-鉬銻抗比色法[10]；速效鉀采用乙酸銨浸提-火焰光度計法[10]。

1.2.4 棉花農藝性狀調查 每小區(qū)定一個調查點，分別在3個不同行選取連續(xù)的、生長有代表性的5株棉花掛牌標記，即每個小區(qū)共調查15株棉花。棉花的調查指標包括株高、葉齡、果枝始節(jié)、果枝臺數、蕾花鈴數及總果節(jié)數等。9月中旬開始調查吐絮鈴數(裂鈴見絮)和青鈴數。

1.2.5 棉花地上部生物量 在采集土壤日期，每個小區(qū)隨機采集3株有代表性(長勢均勻、未受脅迫)的棉株地上部分帶回室內，將棉花植株分為葉片、生殖器官(蕾花鈴加一起)和莖、枝、柄三部分分別裝入袋中，置鼓風干燥箱105℃殺青0.5 h， 然后在80℃下烘至恒重，測量后得到棉花不同部位的生物量。采用打孔法測定葉面積。

1.2.6 棉花產量性狀調查 在棉花收獲期，分別在每個小區(qū)中取膜中間行整棉株混收鈴50個，測定棉花的單鈴重、衣分和品質。同時各小區(qū)分別采收計產。

1.2.7 黃萎病發(fā)病率調查 在兩種布管方式下發(fā)病較均勻的輕病田地段各選3個點，每個點面積13.34 m2(5.8 m×2.3 m)，通過人工觀察發(fā)病株數調查兩種布管方式下的黃萎病發(fā)病情況。

1.3 棉花生育期水肥處理

兩種布管方式灌水時間、灌水定額和灌溉定額、施肥時間、施肥量，取樣調查等都相同。基施尿素300 kg·hm-2,磷酸二銨225 kg·hm-2，硫酸鉀225 kg·hm-2。生育期滴灌水10次，滴灌水時間隨棉花生育期有所調整，一般約5～8 h；盛蕾期至花鈴期分9次滴灌施肥，隨水追施尿素300 kg·hm-2,大量元素水溶性肥(N∶P2O5∶K2O=24∶10∶16)520 kg·hm-2。花鈴期后滴施硫酸鉀15 kg·hm-2。8月20日只施滴灌肥和鉀肥，每次滴肥量根據生育期而定。6月14日第一次滴水不帶肥。具體見表1。

圖1 窄行布管(a)和偏置布管(b)試驗設計示意圖Fig.1 Pipe design of the drip system

表1 生育期滴灌水肥情況

注：表中用“+”連接2種或3種肥料的施肥量。06-22至07-24,施用尿素+大量元素水溶性肥；08-02和08-13，施用尿素+大量元素水溶性肥+硫酸鉀；08-20，施用大量元素水溶性肥+硫酸鉀。

Note：In the table，the numbers with “+” mean each fertilization amount of two or three kinds of fertilizers. From June 22 to July 24, the fertilizer applied was urea and water soluble macronutrients；From August 2 to August 13, the fertilizer applied was urea and water soluble macronutrients and potassium sulfate; On August 20，the fertilizer applied was water soluble macronutrients and potassium sulfate.

2 結果與分析

2.1 不同布管方式對棉花生長指標的影響

株高、葉面積和地上部干生物量是反映田間作物長勢的重要指標。兩種布管方式對棉花生長的影響如表2所示：灌溉前兩種布管方式棉田的株高、葉片數、果臺數均差別不大。隨著水肥的施入，2種布管方式下棉花的生長指標逐漸呈現差異。從7月13日后，窄行處理下的棉株高度、果臺數、葉片數、蕾花鈴數及總果節(jié)數均顯著高于偏置處理。其中，窄行處理蕾花鈴數和鈴數分別比偏置處理高13.9%和5.9%，窄行處理下的黃萎病發(fā)病率顯著低于偏置處理，發(fā)病率減少23%，窄行處理能夠促進棉桃提前成熟及吐絮，原因可能是窄行處理土壤濕潤區(qū)與棉花根系區(qū)能最大程度重合，能充分供應棉花營養(yǎng)生長和生殖生長所需要的養(yǎng)分。且水肥供應充分，有助于形成健壯植株，提高了棉花的抗病能力。

2.2 不同布管方式對棉花干生物量的影響

研究發(fā)現,7月份是棉花大量開花、結鈴的關鍵時期，也是棉花對水分需要最敏感時期，此期水分脅迫對棉花生長發(fā)育及產量的影響都十分明顯[11]。生物量能夠在一定程度上反映出棉田的生長情況,將3次重復的植株樣品干生物量數據分別求平均，得出不同布管方式對棉田的生物量影響結果如表3所示：棉花生長前期，由于田間的水肥能夠滿足棉花自身的生長需求，2種處理下的棉花生物量差異并不顯著；進入花鈴期后，棉花植株對水分的需求增大，不同處理下水肥的供應不同，棉花生物量差異逐漸增大，與生長指標的差異趨勢相同。經過6次滴水施肥后，花鈴期窄行處理下的棉花葉片、莖桿、蕾花鈴、總干生物量和葉面積顯著高于偏置處理，分別比偏置處理高21.2%、10.3%、14.9%、15.3%和29.2%，該差異一直持續(xù)到盛鈴期。原因是由于在窄行處理下滴灌時水肥均勻分布在兩行棉花根區(qū)，棉花能及時充分吸收養(yǎng)分，進而提高了棉花的生物量指標。整個棉花生育期，棉花的葉片干生物量和葉面積變化趨勢均為先增加后減少，在8月2日花鈴期達到最大。進入盛鈴期后，棉花葉片的光合作用下降，養(yǎng)分被轉移至棉鈴中，導致下部棉葉逐漸枯黃掉落，葉面積和葉片生物量在吐絮后迅速下降；莖桿干生物量先快速增長，后緩慢增長至停止；蕾花鈴的生物量則是一直持續(xù)快速增長。

表2 兩種布管方式下棉花農藝性狀

注：經t檢驗顯著性測定，當V=4時，t0.05=2.776，t0.01=4.604。括號里是t檢驗值;*表示在5%水平差異顯著;**表示在1%水平差異顯著。下同。

Note：Values in parentheses are the values oft-test; * means significant at 5% level，** means significant at 1% level. PNR: Pipe beween narrow rows; BPA: Bias pipe arranged. The same bellow.

表3 兩種布管方式下棉花單株葉面積和各器官干生物量

2.3 不同布管方式對土壤含水量的影響

不同布管方式下土壤含水量之間的差異結果如表4所示。表4可見， 6月22日滴水肥前土壤水分本底值是：窄行處理除10～20 cm土層含水量略高于偏置處理，其它3個土層含水量都略低于偏置處理。在花鈴期之前，由于灌溉定額相同，僅僅是布管方式的差異并不能引起土壤含水量產生差異； 進入花鈴期之后，兩處理下土層深度為0～20 cm的含水量均呈現增加的趨勢，但值得注意的是，此時窄行處理下各土層含水量均低于偏置處理，0～40 cm土層平均低0.75%～1.12%，原因可能是棉花進入盛蕾期、花鈴期后植株生長加快，新陳代謝旺盛，對水肥要求迫切、敏感[12];窄行處理下的棉花根系在花鈴期從土壤中吸收了更多的水分和養(yǎng)分參與生命運動，促進了棉花的根系和地上部分生長，旺盛的生長又促進根系吸收更多的水分。盛鈴期后，棉花對水分的需求減少，兩處理下的土壤含水量均有顯著增高，窄行處理的各土層平均含水量仍低于偏置處理，但差距逐漸減小；直到停水后窄行處理表層含水量才高于偏置處理，可見棉花生長后期，隨著棉花對水分的需求減少，窄行處理滴水后棉行間土壤含水量較高的優(yōu)勢顯現出來，有助于防止棉花早衰。

表4 兩種布管方式下土壤含水量變化/%

作物根系主要從濕潤體內吸收水分和養(yǎng)分，因此，土壤濕潤體的位置、形狀及其內部土壤水分與鹽分的分布對作物水分吸收與生長都有很大影響[13]。由以上分析結果可見，整個生育期由于灌溉定額相同，窄行處理憑借濕潤區(qū)優(yōu)勢應該能貯存較多的水分，但窄行處理下土壤含水量低于偏置布管，說明窄行處理土壤耗水量高于偏置處理，水分利用率高。

2.4 不同布管方式下土壤養(yǎng)分變化情況

根據前期研究結果，第一次滴灌水前棉花根系體系構建完成，棉花根系水平分布均勻，垂直方向在5～20 cm土層分布較多，疏松土壤中可深入到40 cm土層，棉田在垂直滴灌帶的水平方向土壤養(yǎng)分含量差異不顯著[14]。張計峰等的研究表明棉花根系主要分布在0～40 cm土層內約占棉花根系總量的75%～85%，水平分布范圍為0～20 cm[15]，本研究在此研究基礎上對養(yǎng)分變化進行了探索。

將2個處理3次重復的土壤養(yǎng)分和鹽分數據按照各個層次分別平均，然后將窄行處理的結果減去偏置處理的結果，列于表5，以了解不同布管方式土壤氮、磷、鉀和鹽分在土壤中垂直方向的變化情況。

如表5所示，土壤含氮量本底值窄行處理高于偏置處理，但是隨著棉田的灌溉和棉花生育期推進，窄行處理0～30 cm土層含氮量始終顯著低于偏置處理，說明窄行處理更有利于棉花對氮肥的吸收。8月2日測定結果顯示：窄行處理與偏置處理土壤含氮的差值略有縮小，可能由于前期共施入純氮222.8 kg·hm-2，窄行處理得到較多氮肥補充，但隨著后期氮肥施入量的減少，差值又顯著增大。30～40 cm土層因根系較少，花鈴期水肥大量施入后上層氮肥隨水下滲有所富集，但水肥停止后又很快被吸收利用，此層窄行處理與偏置處理相比富集較多但消耗也較多。窄行處理下的氮肥吸收一直優(yōu)于偏置處理，原因可能是窄行處理灌水后土壤濕潤體與棉花根系分布范圍重合性高于偏置處理，能促進根系發(fā)育，進而提高根系對于土壤中氮素的吸收。9月份的養(yǎng)分測定結果顯示窄行處理各層堿解氮仍顯著低于偏置處理，可見停水肥后窄行處理各土層對氮素的吸收仍高于偏置處理。

表5 不同土層窄行布管相對偏置布管的養(yǎng)分鹽分差值

磷元素在土壤中移動較為困難，根據有關研究，滴灌施肥中磷的移動距離都比較有限，約10 cm以內[16]；0～10 cm 耕層速效磷含量最高，且隨著滴肥次數的增加呈累積上升趨勢，向下逐層遞減，20 cm以下耕層磷肥的移動量很少，只有少量磷肥隨水順著土壤較大孔隙及裂縫滲漏到耕層下部[17]。因此不同布管方式對土壤中磷的移動影響有限，其差異主要受土壤本底值和施肥量影響，本試驗中土壤磷本底值窄行處理有效磷的含量在0～30 cm土層高于偏置處理， 30～40 cm土層略低于偏置處理。至7月13日滴肥4次，共計施入23 kg·hm-2純P2O5，由于磷移動性小，窄行處理取樣點正位于滴灌帶下，窄行處理0～30 cm土層比偏置處理磷的含量有所增加，30～40 cm土層差值也減小；進入花鈴期后又累計追施29 kg·hm-2純P2O5，窄行處理 0～10 cm和20～40 cm土層磷含量仍高于偏置處理，但根系分布集中的10～20 cm土層磷含量則低于偏置處理，說明窄行處理棉花根層對有效磷的吸收大于偏置處理。

速效鉀在土壤剖面上的垂直移動距離在30 cm以內[16]，本試驗中土壤鉀本底值窄行處理 10～30 cm土層速效鉀含量高于偏置處理，其它兩層低于偏置處理。全生育期共計施入89.2 kg·hm-2純K2O，相對于本底值，表層0～10 cm土層土壤速效鉀含量隨著鉀肥的補充開始富集，窄行處理速效鉀含量高于偏置處理，而10～30 cm土層窄行處理的鉀含量卻顯著低于偏置處理，其原因可能是隨水滴施的肥料滲入這層的量低于棉花根系從中吸取的量[18]，窄行處理下棉花對鉀肥的吸收利用高于偏置處理。

由以上分析可見，窄行處理水分和肥料集中在窄行根系密集處，有利于根系吸收利用，所以養(yǎng)分消耗的多。偏置處理毛管距另一單行20 cm左右，在這高頻低定額量的滴灌方式下，一部分根系必然在濕潤峰之外，根系對養(yǎng)分吸收勢必受到影響，故養(yǎng)分消耗相對少些。這與水分的運移規(guī)律相符合。

土壤含鹽量的變化通常與土壤水分運移相關，對不同布管方式下土壤含鹽量進行分析，結果表明：窄行處理下的土壤含鹽量相較于偏置處理下的土壤含鹽量有顯著降低，說明窄行布管方式能夠有效降低土壤鹽堿化。

2.5 不同布管方式下的棉花產量和品質

10月下旬，待棉花基本吐絮，2個處理田間實收計產。同時取50鈴測單鈴重、衣分和品質。實收的棉花和鈴樣均曬后稱重，得到6個小區(qū)的產量，折合成每公頃產量。對采收的50個棉鈴稱重軋花稱皮棉，得出衣分重。將皮棉送檢棉纖維品質，結果見表6。

從表6可見，窄行處理比偏置處理棉花顯著增產，增產率高達14.8%。增產主要原因之一是窄行處理的單株結鈴數顯著高于偏置處理。土壤養(yǎng)分的變化影響作物產量及產量構成因素，同時也影響著作物對水分的高效利用[19]；窄行處理養(yǎng)分隨水直接運送到棉花根區(qū)，有利于棉花吸收利用，形成高產。而偏置處理濕潤區(qū)與根區(qū)部分偏離，以致養(yǎng)分吸收率低，產量相對較低。

窄行處理馬克隆值顯著大于偏置處理；單鈴重大于偏置處理，衣分略低于偏置處理，但差異不顯著；其它纖維品質未呈現顯著差異?？梢娬刑幚眈R克隆值偏大，其它品質未受影響。

表6 兩種布管方式下棉花產量性狀及棉纖維品質

3 結 論

從以上分析可見，窄行布管有利于提高土壤水分和養(yǎng)分利用率，降低土壤根區(qū)含鹽量，促進棉花營養(yǎng)生長和生殖生長，提高產量，具體如下：

1)窄行布管因水肥供應充分，棉花花鈴期和盛鈴期蕾花鈴數和鈴數比偏置布管多13.9%和5.9%，花鈴期棉花葉片、莖桿、蕾花鈴的干生物量和葉面積均高于偏置布管21.2%、10.3%、14.9%和29.2%，差異達到顯著。說明其棉花營養(yǎng)生長和生殖生長勢都強于偏置布管。且因植株健壯，窄行布管棉花黃萎病發(fā)病率比偏置布管低23%。

2)在棉花營養(yǎng)生長和生殖生長并進旺盛的花鈴期，窄行布管的土壤耗水量顯著高于偏置布管，0～40 cm土層平均耗水高0.75%～1.12%，水分利用率高。棉花盛鈴后期對水分的需求減少，窄行布管憑借濕潤區(qū)優(yōu)勢能貯存較多的水分，以防止棉花停水后早衰。

3)窄行布管土壤濕潤體與棉花根系分布范圍重合性好，養(yǎng)分隨水直接運送達棉花根區(qū)，有利于棉株對養(yǎng)分的吸收利用，故根層土壤養(yǎng)分總體低于偏置布管，這與水分的吸收規(guī)律一致。窄行布管比偏置布管增產14.8%，差異顯著。窄行布管棉纖維馬克隆值顯著大于偏置布管，其它品質無顯著差異。