棗棉間作下間距與供水對(duì)間作棉田土壤水熱特征及WUE的影響·

李玲 張佳 李江明 劉錦濤 瑪伊萊·艾力 魏永海 翟云龍

摘 要：以南疆地區(qū)棗棉間作種植模式為研究對(duì)象，設(shè)置2個(gè)間距100cm（M1）、145cm（M2）和3個(gè)供水水平3750m3（I1）、4500m3（I2）、5250m3（I3）、6000m3（I4），共8個(gè)處理，研究間距與供水對(duì)間作棉田土壤水熱特征及水分利用效率的影響。結(jié)果表明，M2模式能夠顯著減低土壤地溫，M2模式下0～25cm土層平均地溫較M1低6.6%，棉花單鈴重高9.0%，籽棉產(chǎn)量高61.8%，耗水量高5.8%，水分利用效率高53.2%;I3供水條件下，棉花單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重和產(chǎn)量均顯著高于其它處理，較I4、I2、I1分別高18.1%、9.5%、24.6%。在南疆灌溉農(nóng)區(qū)，適宜棗棉間作的供水量為5250m3，間距為1.0m，產(chǎn)量可達(dá)3834kg·hm-2，水分利用效率可達(dá)5.63kg·mm-1。

關(guān)鍵詞：棗棉間作;間距;供水水平;土壤溫度;水分利用效率

中圖分類號(hào)：S344

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915002

收稿日期：2020-08-21

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：31601272）;塔里木大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：2018066）

作者簡(jiǎn)介：李玲（1984-），女，在讀碩士。研究方向：多熟種植理論與技術(shù);通訊作者翟云龍。

棗棉間作是解決幼齡棗園生產(chǎn)效率低下而發(fā)展起來(lái)的一種有效的種植模式，具有增加農(nóng)民收入、改善果園小氣候、保持水土的作用，是一項(xiàng)符合農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式[1，2]。

節(jié)水農(nóng)業(yè)研究的核心問(wèn)題是如何用好有限的水資源，提高農(nóng)業(yè)用水的有效性和水分利用效率[3]。資源性缺水和傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高耗水，一定程度上滯后了農(nóng)林間作的發(fā)展。因此，亟需研發(fā)果農(nóng)間作節(jié)水理論和技術(shù)體系[4]。當(dāng)前，無(wú)膜不棉已成為植棉共識(shí)，地膜覆蓋勢(shì)必改變棉田土壤水熱狀況，影響棉花的耗水量和水分利用效率[5]。以往的研究大多著眼于農(nóng)田水分這個(gè)單一因素，往往忽視了水熱耦合對(duì)棉花生長(zhǎng)及水分利用的影響，事實(shí)上進(jìn)行土壤水熱狀況的研究是合理調(diào)節(jié)土壤狀況、實(shí)現(xiàn)土壤水分和養(yǎng)分高效利用的基礎(chǔ)。

本試驗(yàn)在以往研究的基礎(chǔ)上，探討了棗棉間作間距與供水對(duì)間作棉田土壤水熱特征及WUE的影響，以期充實(shí)干旱灌區(qū)農(nóng)林間作的水熱效應(yīng)理論。

1?材料與方法

1.1?試區(qū)概況

于2018年在阿拉爾市塔里木大學(xué)園藝試驗(yàn)站進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，四季干旱，多年平均降水量50mm，年均蒸發(fā)量超過(guò)2500mm。光照資源豐富，年均太陽(yáng)輻射610kJ·cm-2，晝夜溫差大，適于發(fā)展林果和棉花產(chǎn)業(yè)。

1.2?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)2種間作模式，分別為距離紅棗行1.45m、1.0m處種植棉花，記為M1、M2;每種模式下設(shè)4個(gè)灌水水平，分別為中度水分脅迫（3750m3·hm-2）、輕度水分脅迫（4500m3·hm-2）、正常供水（5250m3·hm-2）和充分供水（6000m3·hm-2），記為I1、I2、I3和I4。共計(jì)8個(gè)處理，3次重復(fù)，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。小區(qū)長(zhǎng)10m，寬3m，小區(qū)間均設(shè)置50cm通道。灌溉方式為膜下滴灌，全生育期共分8次灌水，灌水時(shí)采用帶有水表的管灌控制系統(tǒng)精量灌溉。

供試棉花品種為“瑞雜一號(hào)”。4月中上旬播種，10月中旬采收。棉花株行距配置為12.5cm×40cm，棗樹(shù)為成齡（第5年）灰棗，株行距配置為1m×3m。

1.3?測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1?土壤溫度

采用插入式地溫計(jì)定點(diǎn)觀測(cè)不同位置處0～20cm的土壤溫度，測(cè)定深度分別為5cm、10cm、15cm、20cm、25cm，同時(shí)采用地面溫度計(jì)測(cè)定0cm及最低和最高地溫。每組地溫計(jì)均沿著種植方向直線布置，每隔9～10d觀測(cè)1次，觀測(cè)時(shí)間為6∶00—24∶00，每隔2h觀測(cè)1次。

1.3.2?土壤含水量

5—9月約每月測(cè)定1次。使用土鉆采集土樣，深度0～100cm，分5層（分別為0～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm和80～100cm）。含水量采用烘干法測(cè)定，土壤容重、土壤飽和含水量、田間持水量采用環(huán)刀法測(cè)定。

1.3.3?土壤貯水量

用0～100cm土壤含水量計(jì)算土壤貯水量（SWS），SWS為5個(gè)不同土壤層次貯水量的總和，計(jì)算公式為：

SWS=∑5i=1h×ρ×θ×10（1）

式中，SWS為土壤貯水量，mm;h為土層厚度，cm;ρ為土壤容重，g·cm-3;θ為土壤質(zhì)量含水量。

1.3.4耗水量公式

ET=P+I+SWS0-SWSh（2）

式中，P為生育期內(nèi)降雨量，mm;I為生育期內(nèi)灌溉量，mm;SWS0為播前土壤貯水量，mm;SWSh為收獲后土壤貯水量，mm。

1.3.5?水分利用率公式

WUE=Y/ET（3）

式中，Y為間作棉花產(chǎn)量，ET為耗水量。

1.3.6?棉花產(chǎn)量

棉花成熟后按小區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.4?數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel 2013進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和繪圖，利用SPSS 17.0進(jìn)行方差分析，顯著性測(cè)驗(yàn)采用LSD法。

2?結(jié)果與分析

2.1?不同處理全生育期0～25cm土層平均地溫動(dòng)態(tài)變化

間作棉花生育期內(nèi)0～25cm土層平均地溫動(dòng)態(tài)變化如圖1，不同處理下地溫呈現(xiàn)出相同的變化規(guī)律。棉花苗期至蕾期，作物對(duì)地表覆蓋較小，地溫隨著氣溫的變化呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，5月6日為此時(shí)期土壤平均地溫的最大值，為24.7℃。蕾期至開(kāi)花期，土壤平均地溫隨溫度的升高而迅速升高，7月8日左右達(dá)到最高值，0～25cm土層各處理平均地溫達(dá)最大值為27.3℃。其后隨著棉花的生長(zhǎng)，田間覆蓋度不斷加大，由于作物地上部分的遮蔭，使得土壤地溫逐漸降低，至收獲前10月7日左右，各處理0～25cm土層平均地溫為14.8℃。

間距對(duì)生育期內(nèi)0～25cm土層平均地溫有較明顯的影響，距離紅棗1.00m種植棉花能夠顯著減低土壤地溫，M2處理0～25cm土層平均地溫較M1處理低6.6%，這是因?yàn)榫嚯x紅棗1.00m可種植4行棉花，增加了地表的覆蓋度，能夠有效降低地溫。除充分供水具有降低土壤地溫的效果外，供水處理對(duì)地溫的影響不顯著。

2.2?不同間距下供水水平對(duì)0～25cm土層平均地溫的影響

間距對(duì)間作棉田0～25cm土層平均地溫具有較明顯影響（圖2），4種供水水平下，M2處理0～25cm土層平均地溫均低于M1處理，分別低0.87℃、0.78℃、0.59℃和0.77℃。其中，I1、I4供水條件下，不同間距對(duì)0～25cm土層平均地溫具有顯著差異。原因可能是I1供水條件下，作物受到水分脅迫的影響，地上部生長(zhǎng)量較小，對(duì)M1處理影響較大，使得其對(duì)地面的覆蓋度顯著小于其它處理;而在I4供水條件下，作物水分較充足，地上部生長(zhǎng)量大，對(duì)M1處理影響較大，使得其對(duì)地面的覆蓋度顯著大于其它處理。

間作棉田0～25cm土層平均地溫隨供水條件的改變趨勢(shì)依次為I2>I1>I3>I4，其中I4供水條件下，0～25cm土層平均地溫較其它處理平均低4.4%，說(shuō)明充分供水有利于土壤地溫的降低。

2.3?間距和供水水平對(duì)間作棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

間距主要通過(guò)影響間作棉花的單鈴重而顯著影響棉花產(chǎn)量（表1）。以不同間距為研究對(duì)象，間距對(duì)間作棉花單株結(jié)鈴數(shù)、衣分的影響不顯著，對(duì)單鈴重和產(chǎn)量具有顯著影響;M2條件下，棉花單鈴重較M1高9.0%，籽棉產(chǎn)量較M1高61.8%。間距影響間作棉花產(chǎn)量，是由于單鈴重的增加，但單鈴重對(duì)棉花產(chǎn)量的貢獻(xiàn)是有限的。事實(shí)上，棉花產(chǎn)量的增加主要是在2行棗樹(shù)中間M2較M1增加了2行棉花，使得棉花收獲面積增加1倍，這是M2籽棉產(chǎn)量顯著高于M1的主要原因。

供水水平顯著影響間作棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，I3供水條件下棉花單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重和產(chǎn)量均顯著高于其它處理。其中，單株結(jié)鈴數(shù)較I4、I2、I1分別高7.9%、10.8%、17.6%;單鈴較I2、I1分別高6.4%、23.9%;籽棉產(chǎn)量較I4、I2、I1分別高7.4%、15.1%、42.7%，供水水平對(duì)棉花衣分影響不顯著。從以上結(jié)果可以看出，間作棉花產(chǎn)量隨著供水量的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，說(shuō)明適宜的供水水平有利于間作棉花的產(chǎn)量形成，但供水過(guò)多并不利于棉花高產(chǎn)。

2.4?間距和供水水平對(duì)耗水量及水分利用效率的影響

間距對(duì)間作棉花耗水量及水分利用效率具有顯著影響（表1）。M2條件下，耗水量較M1高5.8%;水分利用效率高53.2%，達(dá)5.27kg·mm-1。在耗水量增加幅度不大的情況下，水分利用效率的大幅度提高主要?dú)w因于M2籽棉產(chǎn)量顯著高于M1。

不同供水水平下間作棉花耗水量及水分利用效率也存在差異。I4供水條件下，耗水量最大，較其它處理平均高17.0%;I3供水條件下，間作水分利用效率最大，平均為4.89kg·mm-1，較I4、I2、I1分別高18.1%、9.5%、24.6%。

3?結(jié)論

本試驗(yàn)結(jié)果表明，棗棉間作條件下通過(guò)合理的間距設(shè)置能夠顯著提高間作棉花的產(chǎn)量和水分利用效率。距離棗樹(shù)1.0m種植4行棉花較距離棗樹(shù)1.45m種植2行能夠獲得較好的產(chǎn)量，單鈴重的增大對(duì)產(chǎn)量增加有影響，但產(chǎn)量大幅增加的主要原因是棉花種植行數(shù)的增大。合理的供水水平有利于棉花產(chǎn)量和水分利用效率的提高，在南疆灌溉農(nóng)區(qū)，適宜棗棉間作的供水量為5250m3，在間距配置為1.0m時(shí)，產(chǎn)量可達(dá)3834kg·hm-2，水分利用效率可達(dá)5.63kg·mm-1。

由2種作物構(gòu)成的復(fù)合系統(tǒng)，由于組分作物種類、品種及其生物學(xué)特性的不同，在對(duì)光、熱、水、肥等資源的利用方面異于其單作，因此需要從群體效益方面進(jìn)行研究和探索。本研究?jī)H對(duì)間作棉花的產(chǎn)量和水分利用效率進(jìn)行了研究，尚有一定的局限性。

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（責(zé)任編輯?周康）