不同灌溉方式對土壤水分、棉花生長性狀及產量的影響

陳紹民

(新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

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不同灌溉方式對土壤水分、棉花生長性狀及產量的影響

陳紹民

(新疆水利水電科學研究院，新疆 烏魯木齊 830049)

為了探討不同灌水方式對土壤水分、棉花生長性狀及產量的影響，通過測坑試驗，設定膜下滴灌、地下滴灌、微潤灌3種灌溉方式，利用PR2測定土壤水分狀況，并對棉花生長性狀進行連續監測。結果表明，土壤濕潤體大小關系為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌，其中微潤灌較地下滴灌土壤濕潤體水分分布更均勻；微潤灌所形成的土壤濕潤體對棉花株高、莖粗、葉面積指數的生長促進作用弱于膜下滴灌和地下滴灌；微潤灌條件下棉花水分利用效率最高，其灌溉定額大幅減小的情況下，其產量僅降低了15.7%～17.7%，該灌溉方式有較大的節水潛力。

棉花；土壤濕潤區；灌溉方式；微潤灌；產量

灌溉方式的不同將會形成不同的土壤濕潤體，進而對棉花的生長性狀和產量產生影響，植物所需養分絕大部分都來源于對土壤水分的吸收過程，土壤水分環境的變化對棉花的生長發育和產量形成有很大的影響[1]。為此，采用棉花測坑試驗，通過設定傳統節水灌溉方式(膜下滴灌、地下滴灌)和新型微流量連續灌溉技術(微潤灌)共3種灌溉方式，以期探討不同灌溉方式條件下土壤水分環境對棉花生長性狀和產量的影響，從而對棉花節水灌溉技術發展提供理論支持。

1　材料與方法

1.1試驗地概況

試驗于2015年4—9月在新疆維吾爾自治區塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所(灌溉試驗站)進行(86°09′E，41°35′N，海拔895～903 m)。試驗區位于庫爾勒市西尼爾鎮境內，處于天山南麓塔里木盆地邊緣孔雀河沖積平原帶，屬于暖溫帶大陸性荒漠氣候，干旱少雨且蒸發強烈。多年平均降雨量58.6 mm，主要集中在6—8月，多以陣雨形式出現，多年平均蒸發量2788.2 mm，蒸降比達47.58；年平均日照時數3036.2 h；年平均風速2.4 m/s,最大風速22 m/s;年平均氣溫11.5 ℃，最低氣溫-30.9 ℃，最高氣溫42.2 ℃，年平均≥10 ℃積溫4121.2 ℃；年平均無霜期191 d；試驗年地下水水位7.5 m±0.5 m。

1.2試驗設計

供試棉花品種“新陸中55號”，采用測坑試驗(2 m×3.3 m，未襯底)，試驗前測坑0～45 cm土壤過篩去除殘留地膜和雜草根系等雜質。供試土壤為砂壤土，土壤體積質量1.45 g/cm3，田間持水率(體積含水率)26.98%，孔隙度41.66%，20～30 cm土層施入有機肥60 000 kg/hm2，有機肥為羊糞。其他管理與大田相同。種植模式均為一膜雙管，覆膜寬度1.2 m，滴灌帶(或微潤帶)鋪設于窄行間，行距設置：20 cm+45 cm+20 cm，如圖1所示；膜間距40 cm，株距10 cm。

采用膜下滴灌、地下滴灌、微潤灌3種灌溉方式。膜下滴灌采用迷宮式滴灌帶，設計滴頭流量1.8 L/h，滴頭間距30 cm，全生育期灌水10次，灌水周期7～10 d，全生育期總灌水量465 mm；監測期灌水周期10 d，灌水定額45 mm，監測期日平均灌水量4.5 mm。地下滴灌采用內鑲式滴灌帶，設計滴頭流量1.8 L/h，滴頭間距30 cm，埋深20 cm，每日灌水，灌水定額根據生育階段的不同設定；全生育期總灌水量465 mm，監測期平均日灌水量4.5 mm。微潤灌采用深圳某公司生產的微潤帶(直徑20 mm)，埋深20 cm，采用微型水泵加壓(3 m水頭)，定水頭持續供水，全生育期灌溉定額約220 mm(生育期內灌溉用水量為膜下滴灌和地下滴灌的47.3%)，監測期平均日灌水量2.1 mm。灌溉用水為孔雀河來水，平均礦化度為1.0～1.1 g/L。其他管理與大田相同。

注：地下滴灌和微潤灌埋設深度為20 cm。圖1　棉花種植模式及PR2管布置示意圖

膜下滴灌和地下滴灌分別設3個重復，微潤灌設2個重復，共8個測坑。

1.3測試項目與方法

采用PR2土壤剖面水分速測儀(Delta-T，英國)測定10、20、30、40、60、100 cm土層體積含水率，水分測定管分別埋設在窄行中間、寬行中間和膜間，如圖1所示。土壤水分的測定時間以膜下滴灌為準，灌水日期前后測定所有處理，光合數據測定當天加測。

棉花植株性狀測定時每個處理連續選6株(內外行各3株)有代表性的棉株掛牌進行監測。測定項目包括株高、莖粗、葉面積指數。株高、莖粗分別于蕾期(開始進行水分處理)、花鈴前期、花鈴中期、花鈴后期進行監測；葉面積指數采用LAI-2200(LI-COR，美國)于花鈴中期和吐絮期監測。株高用鋼卷尺測定，從地表到主莖生長點的高度，以cm表示；莖粗用游標卡尺測量子葉節位置的直徑，以mm表示；葉面積指數8月13日、9月3日采用LAI-2200冠層分析儀測定。

產量測定方法采用選取試驗處理測坑內所有棉株統計株數、鈴數，并采摘60朵棉花(分別來自棉株上、中、下部各20朵)，供室內考種，最終求得理論產量。

土壤橫剖面水分分布狀況采用surfer8.0進行繪制，其他數據采用Microsoft excel2007進行統計作圖。

2　結果與分析

2.1不同灌溉方式的土壤水分狀況

不同灌溉方式條件下形成有差別的土壤濕潤區域，如圖2所示。膜下滴灌土壤濕潤區主要為淺層土壤，且呈現出寬淺型濕潤區的特征。地下滴灌和微潤灌的土壤濕潤區均呈現出以滴灌帶(微潤帶)為中心的同心圓分布形式。由于微潤灌采用的是微流量持續供水方式，受土壤毛細力作用，所以濕潤體范圍內土壤水分較均勻，且土壤水分水平擴散明顯；地下滴灌為每日短時供水，且灌水量較微潤灌大，形成的濕潤體則趨向垂直方向發展。

根據PR2所監測土壤剖面，采用多點采樣求平均值的方法計算土壤平均含水率[2]，膜下滴灌、地下滴灌、微潤灌方式下60 cm土層土壤平均體積含水率分別為19.32%、15.93%、14.57%，相對于田間持水率的相對含水率分別為72%、59%、54%。以60%θf(16.2%)為灌水下限，根據圖2計算體積含水率大于16.2%的濕潤體剖面面積與計劃濕潤層(60 cm)剖面面積之比，計算結果分別為膜下滴灌86.25%、地下滴灌66.67%、微潤灌55.56%。各灌溉方式計算結果大小關系與60 cm土層內土壤平均含水率計算結果一致。

試驗中膜下滴灌、地下滴灌和微潤灌屬于3種不同灌水周期的灌溉方式，其中膜下滴灌7～10 d/次，地下滴灌1 d/次，微潤灌持續供水。3種灌溉方式中膜下滴灌是地表灌溉方式且灌水頻次最小，灌水定額最大，屬于一種儲水灌溉的方式。因此在該監測時點，60 cm土層內土壤平均含水率最大，同時大于60%θf的土壤濕潤區域也最大；地下滴灌和微潤灌均屬于地埋灌溉方式，但二者的灌水頻次不同，地下滴灌為超短周期高頻灌溉，而微潤灌不間斷供水持續灌溉，且地下滴灌每日灌水量較微潤灌大、灌水時間短，進入土壤的水分受重力作用明顯，所以形成的大于60%θf的土壤濕潤區較微潤灌大，略呈向下的橢球體形狀；而微潤灌主要以土壤水分的毛細運動為主，濕潤體呈較規整的球狀體，其土壤濕潤體更均勻，但總體含水量和濕潤體較小，主要是受灌水量較小的影響。

(a) 膜下滴灌 　　　　　　　　　　　　　　　(b)地下滴灌 　　　　　　　　　　　　　　(c)微潤灌　　注：為滴灌帶(微潤帶)所在位置。圖2　不同灌水方式對應土壤水分狀況

2.2不同灌溉方式處理棉花生長性狀

圖3表明不同處理下棉花株高、莖粗的生長趨勢基本相同，但不同灌水方式對棉花株高、莖粗有一定的影響。在膜下滴灌和地下滴灌相同灌溉定額情況下，棉花株高隨著土壤濕潤比的增加而增高。一般情況下，基肥施入淺層土壤中，大的土壤濕潤區域使棉花根系分布范圍更廣，所以具有更大的提供水分和養分的土壤環境，促進了棉株的生長和發育。每一時段棉花莖粗最大值均出現在膜下滴灌處理，而地下滴灌后期莖粗變化緩慢，微潤灌處理則介于二者之間。

圖3　不同灌水方式下棉花株高、莖粗的生長過程

葉面積指數于8月13日花鈴中期葉面積最大時期第一次測定，于9月3日吐絮期葉片逐漸衰老脫落時測定。圖4可以看出，花鈴中期和吐絮期葉面積指數大小關系均為：地下滴灌>膜下滴灌>微潤灌。但是其葉片衰老速度則相反，即微潤灌最大，膜下滴灌次之，地下滴灌最小。這與土壤水分環境相關，微潤灌由于全生育期灌溉定額較小，土壤濕潤范圍長期較小，造成棉花葉片早衰。

圖4　不同灌水方式下棉花葉面積指數變化過程

2.3不同灌溉處理棉花產量

不同灌溉方式對棉花產量及其構成因素、水分利用效率的影響見表1。可以看出相同灌溉定額情況下，膜下滴灌較地下滴灌產量高，水分利用效率略高。微潤灌溉方式條件下棉花單株鈴數最大、單鈴重最小、產量也最小，但是其水分利用效率最高。表明不同灌溉方式處理通過形成不同土壤濕潤區，然后不斷對棉花生長產生影響，最終影響到棉花的水分利用效率和產量。微潤灌灌溉定額降低了52.7%，產量僅降低了15.7%～17.7%。

3　結　論

(1)不同灌溉方式處理所產生的土壤濕潤區域不同，膜下滴灌土壤濕潤體最大，地下滴灌次之，微潤灌最小；微潤灌較地下滴灌所形成土壤濕潤體水分分布更均勻。

表1　棉花產量及其構成因素、水分利用效率

(2)微潤灌所形成的土壤濕潤體對棉花株高、莖粗、葉面積指數的生長的促進作用弱于膜下滴灌和地下滴灌。

(3)不同灌溉方式對土壤水分環境產生的影響不同，進而影響棉花水分利用效率和產量的形成。其灌溉定額減小幅度超過50%，但產量僅降低了15.7%～17.7%，該灌溉方式有較大的節水潛力，在棉花節水、增效的應用還須要進一步研究。

[1]丁浩，李明思，孫浩.滴灌土壤濕潤區對棉花生長及產量的影響研究[J].灌溉排水學報，2009，28(3)：42-45.

[2]申孝軍，孫景生，張寄陽，等.滴灌條件下土壤平均含水率計算方法研究[J].水土保持學報，2011，25(3)：241-244,253.

Effects of soil moisture, cotton growth and yield under different irrigation methods

CHEN Shaomin

(Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower, Urumqi 830049, China)

In order to investigate the effect of different irrigation methods on the soil moisture, cotton growth and yield. In this paper, through test-pit experiments set three irrigation methods, the soil moisture measured by PR2, continuous monitoring the cotton growth. The results showed that, the maximum wetted soil volume from the mulched drip irrigation, the wetted soil volume from moistube irrigation which has a more uniform distribution of soil moisture than underground drip irrigation; the soil wetting pattern by moistube-irrigation promotion effect on plant height, stem diameter and leaf area index is weaker than other irrigation methods; the highest water use efficiency of cotton was under the moistube-irrigation, and the yield is reduced by only 15.7%～17.7%, when the consumption of irrigation water greatly reduced, so it’s water saving potential.

cotton; irrigation method; moistube-irrigation; soil wetting pattern; yield

陳紹民(1989-)，男，工程師，主要從事灌溉原理與技術應用方面的研究。

S275;S562

A

2096-0506(2016)08-0014-04