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      大田棉花膜下滴灌毛管布置形式試驗(yàn)分析

      2019-06-26 06:27:46
      陜西水利 2019年5期
      關(guān)鍵詞:外行毛管潤濕

      胡 蕾

      (新疆溫宿縣庫木艾日克托什干河水管總站,新疆 溫宿 843100)

      0 引言

      溫宿縣庫托河灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)南部溫宿縣境內(nèi),庫托河流域上游河段。灌區(qū)距離阿克蘇市320 km。灌區(qū)內(nèi)土質(zhì)優(yōu)良,植被單一,擁有較為豐富的光熱資源,降水稀少,但由于庫托河流域水量充足,所以灌區(qū)水資源較為豐富,但利用效率不高。20 世紀(jì)后期,灌區(qū)不斷出現(xiàn)氣候冷干向暖濕轉(zhuǎn)變的信號,多年內(nèi)年平均氣溫波動(dòng)多達(dá)1.0℃,灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的量值和分配受到嚴(yán)重改變,土地沙化加劇,生態(tài)平衡遭到破壞,耕地沙漠化,土地貧瘠,自然肥力下降。本文主要以庫托河灌區(qū)為試驗(yàn)區(qū)域,進(jìn)行氣候資源的動(dòng)態(tài)變化對大田棉花膜下滴灌種植參數(shù)影響的研究。

      1 試驗(yàn)材料與方法

      采用直徑104 mm 干管和直徑65 mm 支管,直徑15 mm 迷宮式滴灌帶毛管,滴頭間距35 cm,機(jī)井潛水電泵選用250QJ60-80 型,同時(shí)配備離心網(wǎng)組合式過濾器及施肥罐。棉花選用8557 品種,干播濕出的播種模式[1],4 月20 日播種,每666.7 m2播種6 kg 種量,尿素和高效肥施用量分別為每666.7 m230 kg 和10 kg。

      方案一為通用的毛管布設(shè)方式下單條毛管同時(shí)灌溉兩行寬窄行種植的棉花,進(jìn)行對比處理,寬行間距60 cm,窄行間距30 cm;

      方案二為單條毛管灌溉同時(shí)灌溉四行寬窄行種植的棉花,毛管間距150 cm;

      方案三灌溉模式同方案二,棉花種植寬行間距50 cm,窄行間距25 cm,毛管間距120 cm。每個(gè)方案都包含四行作物,且構(gòu)成獨(dú)立的灌水單位,通過3/4 球閥控制灌溉水量。作物灌溉前后0~75 cm 土層含水率主要采用取土烘干法進(jìn)行分層測定,作物生長狀況每隔10 d 定點(diǎn)觀察,最終進(jìn)行作物產(chǎn)量和品質(zhì)的測定。

      2 試驗(yàn)結(jié)果分析

      2.1 土壤濕潤體形態(tài)

      膜下滴灌毛管布置間距的確定主要依據(jù)滴頭水分入滲后潤濕體體積、水分橫向擴(kuò)散速率和垂直入滲深度。灌溉初期供水強(qiáng)度往往大于土壤入滲能力,滴頭附近形成地表積水區(qū)域速率很快,導(dǎo)致水平潤濕距離快速超過垂直入滲距離。根據(jù)4 月20 日所進(jìn)行的三種試驗(yàn)方案下滴頭灌水24 h 后剖面測定結(jié)果(表1)可知,相同土壤條件下,土壤表面積水面積隨灌水滴頭流量的增加而增加,潤濕體水平半徑比垂直半徑略大。假定灌水時(shí)間不變,隨灌水滴頭水量的增大,潤濕體水平半徑和垂直半徑之比逐漸減小,說明隨著地表積水的增多,潤濕體垂直擴(kuò)散速度比水平擴(kuò)散速度快[2]。

      表1 滴頭灌水24 h 后入滲潤濕體剖面測定結(jié)果

      依據(jù)剖面測定結(jié)果,針對溫宿縣庫托河灌區(qū)沙壤土的情況,方案三采用120 cm 的毛管間距布設(shè)方式完全能滿足外行棉花所需的水分要求,而方案二設(shè)置毛管間距為150 cm,垂直方向潤濕距離符合灌溉要求,但水平方向潤濕距離無法滿足外行作物所需水分要求。

      2.2 毛管布置對作物生長的影響

      膜下滴灌作物需水量直接灌入作物根區(qū)后,在重力和毛管力共同影響下水分在土壤中迅速擴(kuò)散,與毛管距離不同的土壤具有不同含水率,對棉花生長發(fā)育影響不同。毛管不同的布置形式對棉花株高的不同影響及對應(yīng)關(guān)系見圖1,含水量不同,則植株株高、生長速度、蕾鈴數(shù)量、發(fā)育程度、葉片大小、葉面積等均呈現(xiàn)不同程度的變化。根據(jù)植株株高可知,毛管間距150 cm 外行植株由于土壤水量缺失已經(jīng)受到嚴(yán)重影響。

      圖1 毛管布置的不同方式與棉花株高的對應(yīng)關(guān)系

      作物植株的地上部分和地下部分此消彼長,通過分析毛管布置方式與棉花植株根長的對比關(guān)系(圖2)可以看出,毛管間距150 cm 外行的根長最長,這是作物為適應(yīng)干旱環(huán)境的自然反映。滴灌是一種局部性灌溉方式,外行比內(nèi)行所處的水分環(huán)境更優(yōu),而外行外側(cè)則大多干燥,通氣性良好,根系普遍較深,須根系甚至伸長至毛管尖端。根據(jù)對植株的測量可知,外行內(nèi)側(cè)須根更長更健壯,干物質(zhì)量也比外側(cè)大(表2)。

      圖2 毛管布置方式與棉花植株根長的對比關(guān)系

      表2 9 月10 日棉花植株生長情況統(tǒng)計(jì)

      枝葉是作物主要的光合作用器官,枝葉大小直接關(guān)系到作物光合產(chǎn)物的累積量,棉花植株生長過程中受水分供應(yīng)是否充足影響葉面積的大小[3]。水分供應(yīng)越充分,葉片生長越快速,葉面積越大,相反,則葉片生長緩慢,葉面積相對較小。8 月10 日的觀測結(jié)果顯示,棉花單個(gè)植株葉面積對照處理是3716.6 cm2,毛管間距120 cm 內(nèi)外行分別為3778.36 cm2和3411.5 cm2;毛管間距150 cm 內(nèi)外行分別為2361.8 cm2和1897.3 cm2,不難發(fā)現(xiàn),毛管間距120 cm 內(nèi)行葉面積幾乎為150cm 外行葉面積的兩倍之多,可見,毛管間距150 cm 外行由于水分供應(yīng)跟不上所以影響到作物正常生長。

      2.3 毛管布置對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

      棉花最終產(chǎn)量主要根據(jù)鈴數(shù)多少來衡量,土壤水分供給適度則所形成的鈴數(shù)較多,如果水分供給過度,則植株提前封行,降低通風(fēng)透氣條件,加重落蕾落鈴,最終鈴數(shù)和產(chǎn)量均受到影響[4]。相反,若水分供給不足,植株將出現(xiàn)早衰,同樣發(fā)生落蕾落鈴,影響鈴數(shù)。根據(jù)試驗(yàn),棉花植株盛蕾期單株花蕾數(shù)平均為7個(gè),毛管間距120 cm 內(nèi)外行分別有9.2 個(gè)、10.4 個(gè),毛管間距150 cm 內(nèi)外行分別為7.3 個(gè)、4.5 個(gè)??梢?,水分供應(yīng)充足的毛管間距150 cm 花蕾數(shù)和終鈴數(shù)都少于毛管間距120 cm。

      根據(jù)對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的檢測發(fā)現(xiàn),毛管間距120 cm 的方案三外行和內(nèi)行產(chǎn)量和其他品質(zhì)方面都明顯較高,其產(chǎn)量比對照增加了65%,外行比內(nèi)行增加了3.85%。毛管間距150 cm外行產(chǎn)量僅為對照的47.6%。對照處理中的棉花植株長期生長于高水分土壤環(huán)境,植株封行較早,花蕾嚴(yán)重脫落,產(chǎn)量并不是最高的。毛管間距150 cm 的外行植株長期水分不足,也存在嚴(yán)重的落蕾落鈴,但是其絨長和衣分卻比對照分別高出11.8%和7.9%。表明,與水分過度供給相比,水分的適量控制反而有助于提高產(chǎn)量,改善品質(zhì)。

      表3 毛管間距對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)影響的統(tǒng)計(jì)

      3 結(jié)論

      1)膜下單管滴灌制度的制定應(yīng)首先考慮潤濕體半徑,在溫宿縣庫托河灌區(qū)沙壤土灌水量為35 mm,滴頭流量為2 L/h 的條件下,灌水持續(xù)時(shí)間2 d 便可使滴頭潤濕半徑達(dá)40 cm,毛管間距120 cm 就能基本滿足外行棉花植株生長所需的水分。

      2)綜合考慮棉花植株的株高、葉面積、絨長、根長、單位植株干物質(zhì)量等指標(biāo),毛管間距120 cm 外行的水分等生長條件最為適宜,而毛管間距150 cm 外行距離毛管水源遠(yuǎn),土壤水分狀況較差,所以棉花植株生長發(fā)育情況均不理想。此外,棉花作物植株與毛管間距的距離還影響其產(chǎn)量和品質(zhì),距離毛管水源最近的毛管間距120 cm 內(nèi)行產(chǎn)量最高,品質(zhì)最優(yōu),離毛管最遠(yuǎn)的間距150 cm 外行產(chǎn)量最低。

      3)綜合考慮各方面情況可以發(fā)現(xiàn),間距120 cm 的毛管布置方式由于擴(kuò)大了傳統(tǒng)布置方式下的毛管間距,大大節(jié)省了毛管用量,降低了膜下滴灌系統(tǒng)的成本,同時(shí),大田棉花產(chǎn)量和品質(zhì)有效提升。為了將傳統(tǒng)毛管布置方式改為間距120 cm 的布置方式,還必須進(jìn)行作物種植和覆膜機(jī)等的調(diào)整。

      4)在傳統(tǒng)漫灌模式下,棉花產(chǎn)量水平不高,水資源存在極大浪費(fèi),膜下滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用增產(chǎn)潛力巨大,基于可持續(xù)發(fā)展的角度,深入研究膜下滴灌技術(shù)所具有的生態(tài)環(huán)境效益和土壤鹽分的發(fā)展規(guī)律,進(jìn)行膜下滴灌各項(xiàng)技術(shù)評價(jià)指標(biāo)的適用性探討,并創(chuàng)建干旱區(qū)節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的評估機(jī)制,對于新疆以及西北干旱區(qū)域農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展意義重大。

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