不同灌水量對南疆棉花墑情及長勢的影響研究

阿布都卡依木·阿布力米提，趙經華，馬英杰，馬道坤(.新疆農業大學水利與土木工程學院，烏魯木齊 83005; . 中國農業大學信息與電氣工程學院，北京 00083)

膜下滴灌是將覆膜種植技術與灌溉技術相結合的新型灌溉技術，也是覆膜栽培抗旱技術的延伸。既起到提高地溫、減少棵間蒸發的作用,又利用滴灌控制灌溉的特性減少了深層滲漏,達到綜合節水增產的效果[1,2]。它是根據作物生長發育的需要，將有壓水源通過滴灌系統一滴一滴地向有限的土壤供給，僅在作物根系范圍內進行局部灌溉，也可同時根據需要將化肥和農藥隨水滴入到作物根系。新疆具有遠離海洋的地理條件，是典型的大陸性干旱和半干旱氣候區，也是我國缺水最嚴重的省區之一。新疆年平均降水量154.8 mm，年平均蒸發量1 500～3 400 mm，新疆主要旱作物的需水量一般在500 mm以上，因此，在新疆沒有灌溉就沒有農業的發展，“荒漠綠洲，灌溉農業”是其顯著特點[3,4]。

新疆水資源相當匱乏，屬于我國經濟較落后的地區,也是典型的農業經濟文明地區。而新疆的棉花又作為新疆主要的經濟作物, 是農民增收、脫貧致富的主要經濟來源，在新疆國民生產總值中占有相當大的比重。水是新疆農業發展最主要限制因子,棉花是新疆經濟的支柱產業,二者對新疆經濟發展至關重要。發展節水型農業灌溉技術是節水農業發展的方向,因此棉花滴灌技術是新疆荒漠綠洲灌溉農業發展的必然趨勢[5,6]。尤其是在南疆地區年降水量小、蒸發量大的氣候、地質等原因，合理有效地利用有限的水資源、合理的指定灌溉量是農業節水灌溉技術的新趨勢 。因此本試驗已在南疆阿拉爾市通過測坑試驗對棉花設置不同的灌溉定額，研究了不同灌水量情況下觀察作物長勢、土壤水分和溫度的變化規律及產量的影響，以其為棉花節水灌溉、高產栽培提供理論依據。

1 材料和方法

1.1 試驗地概況

試驗于2015年新疆阿克蘇地區農一師阿拉爾市灌溉試驗站進行。該站所處平原地區年平均降水量45.7 mm，年均水面蒸發量2 500 mm，土壤質地為沙壤土，土壤密度為1.53 g/cm3。采用膜下滴灌，一膜三管六行種植，行距為(20+45+20+45+20)cm，地膜寬為160 cm，滴灌帶置于20 cm窄行之間(滴灌帶方式布置見圖1)。株距為10 cm，滴頭間距30 cm，滴頭設計流量2.2 L/h。

圖1 膜下滴滴灌毛管布置圖(單位：cm)

1.2 試驗方法與步驟

試驗區共設了4個處理，(T1：3 300 m3/hm2，T2：3 000 m3/hm2，T3：2 700 m3/hm2，T4：2 400 m3/hm2)，每個處理6個重復。總共布置24個測坑，各測坑的長寬為2 m×3.2 m，試驗區總面積為3.6 hm2。各小區種植時間、種植密度、農藝措施、施肥種類、施肥時間等均為理想條件。4月22日進行第1次播種，5月5日-5月10日進行摳苗、補苗。由于5月18日下午突然降溫下冰雹(持續時間大約15 min)，試驗田棉花全部被打光了。次日起隨著氣溫緩慢升高，試驗田進行排水措施處理后，于5月23日進行第2次播種棉花，6月3日-6月10日起連續一周時間開展摳苗、補苗工作。因為本地區連續降溫6月中旬兩次降雨，并6月20日至6月23日連續下了一場大雨及月底1次小雨，以至于灌第1次延期到7月9日，灌水周期為8 d，全生育期灌水次數共計8次。第1次灌水之前，在各測坑里深度為10、20、40 cm之處安裝了實時自動檢測土壤水分和溫度的傳感器，并相應位置取土樣用烘干法測定了土壤含水量和田間持水量。在棉花全生育期，通過傳感器實時監測棉花土壤水分、溫度，分析棉花根系層不同深度土壤水分和溫度的變化規律。通過對4個處理進行測產，得出灌水量與產量關系，見表1。

表1 不同灌水量與產量關系表

具體的測產過程是對4個處理每一重復進行3次取樣觀察單株棉花鈴數，按照鈴的重量換算籽棉產量(測產時間為停止灌水后的9月10日、9月20日、9月30日進行，保證隨時間脫落鈴的排除，1個小區選5株棉花取為平均值)。

試驗從6月20日起每10～15 d觀測1次農藝性狀,每個小區內外行各選5株長勢較好的棉花為觀測對象;主要指標包括主片數、果枝數、成鈴數、幼齡數和株高等,表2是各處理農藝性狀指標的平均值。

表2 棉花農藝形狀監測表

2 結果與分析

2.1 灌溉定額對棉花生長及產量的影響

不同灌溉定額對棉花長勢和產量的影響如圖2所示,在不同灌溉定額時,籽棉產量分別在3 300、3 000 m3/hm2時出現最大值6 054.23、6 049.64 kg/hm2,并且兩者沒有明顯差值。因此得知灌溉定額的增加,便就能得到高產棉花，可是灌溉定額增加到一定程度之后，產量的增加卻不大，甚至幾乎不隨灌溉定額的增加而增加。同時得知棉花長勢和產量隨灌溉定額的變化規律基本相同[7,8]。通過用SPSS對棉花的成玲數、株高隨灌溉定額的變化關系作相關性分析得知，灌溉定額與做長勢具有較好的顯著性P≤0.05，其相關系數為R2≥0.95。

2.2 不同灌溉定額下棉花土壤水分和溫度的變化

通過自動監測土壤水分和溫度傳感器，沿著棉花根系垂直深度分別在10、20、40 cm處進行監測不同灌水處理下，在1個灌水周期的土壤水分和溫度實時變化過程，及土壤水分在各層面存儲量分布情況，如圖3所示。由圖3可以看出：處理T1、T2在不同深度土層土壤含水率相對最高，及其土壤水分和溫度變化趨勢基本上一致；灌溉定額為3 300、3 000 m3/hm2的處理中，土壤水分在不同層面之間含水率變化是明顯的：40 cm之處的土壤含水率最大，在1個灌水周期內隨時間并沒太大變化趨勢，10、20 cm處土壤水分有明顯的變化，并且有隨時間逐漸下降趨勢。其中灌溉定額為3 300 m3/hm2的處理，在1～40 cm的層面內土壤含水率變化范圍為25%～42%；灌溉定額為3 000 m3/hm2的處理中，在1～40 cm的層面內土壤含水率變化范圍為15%～42%；由圖3(a)和圖3(b)中明顯得可以看出，當灌溉定額為3 300、3 000 m3/hm2時，土壤深層斷面土壤含水率較高而穩定。同時從圖3(a)、圖3(b)得知，土壤溫度1 d內變化幅度和1個灌水周期之間的變化趨勢隨時間呈下降。即1 d之內，10、20 cm斷層面溫度變化頻率較高，40 cm斷層的變化較為緩慢。

圖2 灌溉定額對棉花長勢和產量的影響

圖3 不同灌溉定額處理的土壤墑情變化過程

同理，由圖3(c)和圖3(d)可以看出：處理T3、T4在不同深度土層土壤含水率相對較低，及其土壤水分和溫度變化趨勢有一定的差別；灌溉定額為2 400、2 700 m3/hm2的處理中，土壤水分在不同層面之間含水率變化是明顯的，并且有隨時間下降趨勢比較明顯。其中灌溉定額為2 700 m3/hm2的處理，在1～40 cm層面內土壤含水率變化范圍為19%～29%，最大值出現在10 cm的斷面層；灌溉定額為2 400 m3/hm2處理的土壤含水率很明顯得低，在1～40 cm的層面內變化范圍為6%～30%；由圖3(c)和圖3(d)中明顯得可以看出，當灌溉定額為2 400、2 700 m3/hm2時，土壤深層斷面土壤含水率較低而不穩定。

由于土壤類型、灌水周期和灌水次數相同的條件下，棉花灌溉定額小就每次灌水量小。因此灌溉定額小的處理每次灌水的時候，水體還沒滲入到深度40 cm的斷面就停止灌水，并且深度20 cm斷面層也沒有能夠完全飽和。只有0～10 cm之間土壤處于飽和狀態，可是斷層的水分蒸發速度快、耗水量大，因此輪到下次灌水前出現比較嚴缺水干旱情況，所以灌溉定額小卻相應處土壤含水率就低。

同時由圖3得知，土壤溫度1 d內變化和1個灌水周期內隨時間的變化頻率較高而呈下降趨勢，并且下降速度較快。

3 結 語

(1)灌溉定額與產量是緊密相關，產量隨著灌溉定額的加大而具有增長趨勢。但是灌溉定額增加到一定程度之后，產量隨灌溉定額的增加不變，甚至灌溉定額的增加產量呈負相關。

(2)棉花長勢形狀隨灌溉定額的提高而明顯增大，而不同灌溉定額下作物長勢性狀變化有顯著。

(3)土壤含水率因灌溉定額的不同，而不同層面在同一灌水量周期內的分布現狀和土壤含水率取值范圍有差異。灌溉定額3 300、3 000 m3/hm2情況下，在深度40 cm處灌水前后的土壤含水率變化率不大而出現最大值，10、20 cm處土壤含水率變化幅度較大。當灌溉定額2 700、2 400 m3/hm2時，在深度40 cm處灌水前后的土壤含水率比較低大，10、20 cm處土壤含水率變化幅度明顯很大，并相對下降速度比較快。

(4)土壤溫度在灌水周期內變化是隨時間相對呈下降，灌水前后的土壤溫度的變化很明顯。

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