不同灌水量對(duì)南疆棉花墑情及長(zhǎng)勢(shì)的影響研究

阿布都卡依木·阿布力米提，趙經(jīng)華，馬英杰，馬道坤(.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 83005; . 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)信息與電氣工程學(xué)院，北京 00083)

膜下滴灌是將覆膜種植技術(shù)與灌溉技術(shù)相結(jié)合的新型灌溉技術(shù)，也是覆膜栽培抗旱技術(shù)的延伸。既起到提高地溫、減少棵間蒸發(fā)的作用,又利用滴灌控制灌溉的特性減少了深層滲漏,達(dá)到綜合節(jié)水增產(chǎn)的效果[1,2]。它是根據(jù)作物生長(zhǎng)發(fā)育的需要，將有壓水源通過(guò)滴灌系統(tǒng)一滴一滴地向有限的土壤供給，僅在作物根系范圍內(nèi)進(jìn)行局部灌溉，也可同時(shí)根據(jù)需要將化肥和農(nóng)藥隨水滴入到作物根系。新疆具有遠(yuǎn)離海洋的地理?xiàng)l件，是典型的大陸性干旱和半干旱氣候區(qū)，也是我國(guó)缺水最嚴(yán)重的省區(qū)之一。新疆年平均降水量154.8 mm，年平均蒸發(fā)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(nóng)業(yè)的發(fā)展，“荒漠綠洲，灌溉農(nóng)業(yè)”是其顯著特點(diǎn)[3,4]。

新疆水資源相當(dāng)匱乏，屬于我國(guó)經(jīng)濟(jì)較落后的地區(qū),也是典型的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)文明地區(qū)。而新疆的棉花又作為新疆主要的經(jīng)濟(jì)作物, 是農(nóng)民增收、脫貧致富的主要經(jīng)濟(jì)來(lái)源，在新疆國(guó)民生產(chǎn)總值中占有相當(dāng)大的比重。水是新疆農(nóng)業(yè)發(fā)展最主要限制因子,棉花是新疆經(jīng)濟(jì)的支柱產(chǎn)業(yè),二者對(duì)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)是節(jié)水農(nóng)業(yè)發(fā)展的方向,因此棉花滴灌技術(shù)是新疆荒漠綠洲灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)[5,6]。尤其是在南疆地區(qū)年降水量小、蒸發(fā)量大的氣候、地質(zhì)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(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)的新趨勢(shì) 。因此本試驗(yàn)已在南疆阿拉爾市通過(guò)測(cè)坑試驗(yàn)對(duì)棉花設(shè)置不同的灌溉定額，研究了不同灌水量情況下觀察作物長(zhǎng)勢(shì)、土壤水分和溫度的變化規(guī)律及產(chǎn)量的影響，以其為棉花節(jié)水灌溉、高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2015年新疆阿克蘇地區(qū)農(nóng)一師阿拉爾市灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行。該站所處平原地區(qū)年平均降水量45.7 mm，年均水面蒸發(fā)量2 500 mm，土壤質(zhì)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(shè)計(jì)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(yàn)方法與步驟

試驗(yàn)區(qū)共設(shè)了4個(gè)處理，(T1：3 300 m3/hm2，T2：3 000 m3/hm2，T3：2 700 m3/hm2，T4：2 400 m3/hm2)，每個(gè)處理6個(gè)重復(fù)?？偣膊贾?4個(gè)測(cè)坑，各測(cè)坑的長(zhǎng)寬為2 m×3.2 m，試驗(yàn)區(qū)總面積為3.6 hm2。各小區(qū)種植時(shí)間、種植密度、農(nóng)藝措施、施肥種類、施肥時(shí)間等均為理想條件。4月22日進(jìn)行第1次播種，5月5日-5月10日進(jìn)行摳苗、補(bǔ)苗。由于5月18日下午突然降溫下冰雹(持續(xù)時(shí)間大約15 min)，試驗(yàn)田棉花全部被打光了。次日起隨著氣溫緩慢升高，試驗(yàn)田進(jìn)行排水措施處理后，于5月23日進(jìn)行第2次播種棉花，6月3日-6月10日起連續(xù)一周時(shí)間開展摳苗、補(bǔ)苗工作。因?yàn)楸镜貐^(qū)連續(xù)降溫6月中旬兩次降雨，并6月20日至6月23日連續(xù)下了一場(chǎng)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(shù)共計(jì)8次。第1次灌水之前，在各測(cè)坑里深度為10、20、40 cm之處安裝了實(shí)時(shí)自動(dòng)檢測(cè)土壤水分和溫度的傳感器，并相應(yīng)位置取土樣用烘干法測(cè)定了土壤含水量和田間持水量。在棉花全生育期，通過(guò)傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)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(guī)律。通過(guò)對(duì)4個(gè)處理進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，得出灌水量與產(chǎn)量關(guān)系，見表1。

表1 不同灌水量與產(chǎn)量關(guān)系表

具體的測(cè)產(chǎn)過(guò)程是對(duì)4個(gè)處理每一重復(fù)進(jìn)行3次取樣觀察單株棉花鈴數(shù)，按照鈴的重量換算籽棉產(chǎn)量(測(cè)產(chǎn)時(shí)間為停止灌水后的9月10日、9月20日、9月30日進(jìn)行，保證隨時(shí)間脫落鈴的排除，1個(gè)小區(qū)選5株棉花取為平均值)。

試驗(yàn)從6月20日起每10～15 d觀測(cè)1次農(nóng)藝性狀,每個(gè)小區(qū)內(nèi)外行各選5株長(zhǎng)勢(shì)較好的棉花為觀測(cè)對(duì)象;主要指標(biāo)包括主片數(shù)、果枝數(shù)、成鈴數(shù)、幼齡數(shù)和株高等,表2是各處理農(nóng)藝性狀指標(biāo)的平均值。

表2 棉花農(nóng)藝形狀監(jiān)測(cè)表

2 結(jié)果與分析

2.1 灌溉定額對(duì)棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響

不同灌溉定額對(duì)棉花長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量的影響如圖2所示,在不同灌溉定額時(shí),籽棉產(chǎn)量分別在3 300、3 000 m3/hm2時(shí)出現(xiàn)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(chǎn)棉花，可是灌溉定額增加到一定程度之后，產(chǎn)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(shí)得知棉花長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量隨灌溉定額的變化規(guī)律基本相同[7,8]。通過(guò)用SPSS對(duì)棉花的成玲數(shù)、株高隨灌溉定額的變化關(guān)系作相關(guān)性分析得知，灌溉定額與做長(zhǎng)勢(shì)具有較好的顯著性P≤0.05，其相關(guān)系數(shù)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(guò)自動(dòng)監(jiān)測(cè)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(jìn)行監(jiān)測(cè)不同灌水處理下，在1個(gè)灌水周期的土壤水分和溫度實(shí)時(shí)變化過(guò)程，及土壤水分在各層面存儲(chǔ)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(duì)最高，及其土壤水分和溫度變化趨勢(shì)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(gè)灌水周期內(nèi)隨時(shí)間并沒太大變化趨勢(shì)，10、20 cm處土壤水分有明顯的變化，并且有隨時(shí)間逐漸下降趨勢(shì)。其中灌溉定額為3 300 m3/hm2的處理，在1～40 cm的層面內(nèi)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(nèi)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(dāng)灌溉定額為3 300、3 000 m3/hm2時(shí)，土壤深層斷面土壤含水率較高而穩(wěn)定。同時(shí)從圖3(a)、圖3(b)得知，土壤溫度1 d內(nèi)變化幅度和1個(gè)灌水周期之間的變化趨勢(shì)隨時(shí)間呈下降。即1 d之內(nèi)，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(duì)棉花長(zhǎng)勢(shì)和產(chǎn)量的影響

圖3 不同灌溉定額處理的土壤墑情變化過(guò)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(duì)較低，及其土壤水分和溫度變化趨勢(shì)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(shí)間下降趨勢(shì)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(nèi)土壤含水率變化范圍為19%～29%，最大值出現(xiàn)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(nèi)變化范圍為6%～30%；由圖3(c)和圖3(d)中明顯得可以看出，當(dāng)灌溉定額為2 400、2 700 m3/hm2時(shí)，土壤深層斷面土壤含水率較低而不穩(wěn)定。

由于土壤類型、灌水周期和灌水次數(shù)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(shí)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(tài)，可是斷層的水分蒸發(fā)速度快、耗水量大，因此輪到下次灌水前出現(xiàn)比較嚴(yán)缺水干旱情況，所以灌溉定額小卻相應(yīng)處土壤含水率就低。

同時(shí)由圖3得知，土壤溫度1 d內(nèi)變化和1個(gè)灌水周期內(nèi)隨時(shí)間的變化頻率較高而呈下降趨勢(shì)，并且下降速度較快。

3 結(jié) 語(yǔ)

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

(2)棉花長(zhǎng)勢(shì)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(zhǎng)勢(shì)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(nèi)的分布現(xiàn)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(xiàn)最大值，10、20 cm處土壤含水率變化幅度較大。當(dāng)灌溉定額2 700、2 400 m3/hm2時(shí)，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(duì)下降速度比較快。

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

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