滴灌方式及定額對北疆冬灌棉田土壤水鹽分布及次年棉花生長的影響

趙 波，王振華，李文昊

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點實驗室，石河子 832000）

滴灌方式及定額對北疆冬灌棉田土壤水鹽分布及次年棉花生長的影響

趙 波，王振華※，李文昊

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，石河子 832000；2.現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點實驗室，石河子 832000）

為探尋解決干旱區(qū)棉田冬季灌水問題，明晰北疆棉田不同冬灌方式及灌水定額對土壤水分、鹽分分布以及翌年棉花生長及產(chǎn)量的影響，采用大田試驗方法，以未冬灌大田作為對照（CK），設(shè)置滴灌和漫灌2種灌水方式下4個梯度的灌水定額（1 800、2 400、3 000、3 600、3600 m3/hm2）共9個處理進(jìn)行冬灌試驗，分析了冬灌灌水后到播種前0～300 cm土層的水分、鹽分的動態(tài)變化以及翌年各處理棉花的出苗率、群體生理指標(biāo)（群體光合勢、群體凈同化率、葉面積指數(shù)）和產(chǎn)量數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，冬灌對次年播前土壤水鹽分布及含量的大小均具有一定的影響，無論漫灌還是滴灌方式進(jìn)行冬灌，隨灌水定額增加土壤水分和鹽分的影響深度也隨之加深，灌水定額達(dá)到3 000和3 600 m3/hm2時，冬灌對土壤水鹽影響深度可達(dá)300 cm。冬灌可顯著改變次年播前土壤鹽分的自然分布狀態(tài)，有效淋洗并降低上層土壤鹽分含量；相對漫灌方式而言，滴灌冬灌方式土壤水分入滲更加均勻且規(guī)律明顯。冬灌對次年滴灌棉花的生長發(fā)育及產(chǎn)量均具有重要影響，冬灌后次年棉花群體指標(biāo)與未冬灌處理的差異隨冬灌灌水定額的增加愈加顯著，灌水定額3 000 m3/hm2滴灌冬灌處理的次年棉花群體光合勢與葉面積指數(shù)較未冬灌處理分別提升34.30%和42.60%；冬灌有利于次年棉花產(chǎn)量的提高，滴灌冬灌灌水定額3000、3600m3/hm2處理時的棉花產(chǎn)量相對未冬灌處理分別增產(chǎn)10.66%和12.36%。綜合考慮冬灌方式及灌水定額對次年土壤水鹽分布及棉花生長和產(chǎn)量的影響，研究認(rèn)為滴灌條件下灌水定額3 000 m3/hm2的冬灌在試驗條件下比較適宜，既可淋洗鹽分至耕層以下300 cm處，亦可獲得6 107.75 kg/hm2的較高產(chǎn)量。

土壤；灌溉；水；冬灌；滴灌；漫灌；棉花；水鹽分布

趙 波，王振華，李文昊.滴灌方式及定額對北疆冬灌棉田土壤水鹽分布及次年棉花生長的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32（6）：139-148.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.019 http://www.tcsae.org

Zhao Bo,Wang Zhenhua,Li Wenhao.Effects of winter drip irrigation mode and quota on water and salt distribution in cotton field soil and cotton growth next year in northern Xinjiang[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE）,2016,32(6):139-148.(in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.019 http:// www.tcsae.org

0 引言

新疆地處西北干旱區(qū)[1]，干旱少雨，降雨季節(jié)性分布不均，全年降雨量的60%～80%集中在7月至9月[2]，而農(nóng)業(yè)用水需求量大，占新疆用水總量的90%以上[3]。農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)在新疆發(fā)展迅速[4]，自1996年新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)(以下簡稱兵團(tuán))實施棉田膜下滴灌技術(shù)以來，目前膜下滴灌總面積已突破266×104hm2，成為全國大田作物應(yīng)用滴灌技術(shù)規(guī)模最大的片區(qū)[5]。由于新疆特殊的氣候與水土資源特點，冬季漫長而寒冷，大部分土壤鹽堿含量較高，鹽堿危害嚴(yán)重制約了新疆經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[3]，當(dāng)前北疆部分灌區(qū)膜下滴灌棉花運行的灌溉制度能夠顯著影響土壤鹽分分布，有效降低生育期內(nèi)的土壤鹽分危害[6]。冬灌作為新疆灌區(qū)應(yīng)對土壤次生鹽堿化所采用的一種有效改良措施，具有洗鹽壓堿、蓄墑、改土、滅蟲、增產(chǎn)等優(yōu)點[7-8]。有關(guān)學(xué)者對冬灌的應(yīng)用及其水鹽變化亦開展了相應(yīng)研究，已有研究表明，冬灌水量只有很小一部分消耗于土壤蒸發(fā)，而大部分則貯存于土壤之中，增加了土壤墑情[9]，南疆漫灌冬灌定額以3 500 m3/hm2比較合理[10]。

近年來由于滴灌技術(shù)在新疆大面積推廣應(yīng)用，很多灌區(qū)廢棄了末級渠系，利用漫灌進(jìn)行冬灌變得相對困難，加之部分灌區(qū)過分相信作物生育期內(nèi)滴灌技術(shù)的驅(qū)鹽作用，便取消了原有的冬灌。由于新疆鹽堿的特殊性，僅靠生育期內(nèi)滴灌作物灌溉定額理論上很難將鹽分遷移到很深的地方，鹽分累積問題越來越引起大家的關(guān)注，而冬灌剛好可以起到這方面的作用，但大面積滴灌后，末級灌水渠系遭到破壞，如繼續(xù)沿用傳統(tǒng)的漫灌，又存在許多問題，灌水定額較大，水資源利用效率較低，因此部分灌區(qū)逐漸推行滴灌技術(shù)應(yīng)用于冬灌。研究表明，冬灌滴灌時水分入滲均勻，保水效果優(yōu)于漫灌方式[7]，但滴灌冬灌后對于翌年棉花生理特性及產(chǎn)量影響的研究相對較少，因此本文通過研究北疆棉田不同冬灌方式與不同灌水定額對土壤水鹽含量及來年棉花群體生理指標(biāo)和產(chǎn)量的影響，進(jìn)一步探索滴灌冬灌的效果，以期為北疆棉花滴灌冬灌技術(shù)的推廣應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1．1 試驗區(qū)概況

2013年10月-2014年10月在石河子大學(xué)節(jié)水灌溉試驗站暨現(xiàn)代節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點實驗室試驗基地開展試驗，該試驗基地位于新疆石河子市郊區(qū)，東經(jīng)86°03′27″，北緯44°18′25″，屬于溫帶大陸性干旱氣候，海拔451m，平均地面坡度6‰，年均日照時間達(dá)2 865 h，其中大于10℃積溫為3463.5℃，大15℃積溫為2960.0℃，年均蒸發(fā)量1660mm，無霜期170d，多年平均降雨量210mm。試驗地冬季地下水埋深大于5.2m，土壤為中壤土，0～300cm土壤平均干容重1.54 g/cm3，田間持水率為31.64%（質(zhì)量含水率，下同），冬灌前耕作層平均含鹽量0.261%，表層含鹽量0.315%，平均含水率16.2%，最大含水率位于300cm處，含水率19.2%。

1．2 試驗設(shè)計與方法

按照冬灌灌水方式和灌水量設(shè)計8個處理，每個處理設(shè)2個重復(fù)，以未冬灌作為對照，共9個小區(qū)，小區(qū)面積100 m2。小區(qū)之間設(shè)置過渡帶，防止水分滲透影響處理效果。試驗小區(qū)由西向東，按滴灌與漫灌分成2排，依次對應(yīng)：滴灌，灌水定額1 800 m3/hm2，DI-1800；滴灌，灌水定額3 000 m3/hm2，DI-3000；滴灌，灌水定額2 400 m3/hm2，DI-2400；滴灌，灌水定額3 600 m3/hm2，DI-3600；漫灌，灌水定額1 800 m3/hm2，F(xiàn)I-1800；漫灌，灌水定額3 000 m3/hm2，F(xiàn)I-3000；漫灌，灌水定額2 400 m3/hm2，F(xiàn)I-2400；漫灌，灌水定額3 600 m3/hm2，F(xiàn)I-3600；與未冬灌對照組CK。

冬灌小區(qū)翌年繼續(xù)種植棉花，各小區(qū)施肥均按照磷酸鉀銨和尿素質(zhì)量比為1∶2的比例通過小型施肥罐進(jìn)行滴灌隨水施肥，施肥量均為832 kg/hm2，所有處理的灌水、化控等措施與普通棉田一致，共灌水13次，其中苗期灌水2次，灌水定額225 m3/hm2，花鈴期灌水9次，灌水定額為450 m3/hm2，盛鈴期后，灌水2次，灌水定額300 m3/hm2，全生育期灌溉定額5 100 m3/hm2。利用試驗站的自動氣象站觀測降雨、風(fēng)向、風(fēng)速、氣溫及太陽輻射等氣象資料。土壤水鹽及作物有關(guān)指標(biāo)測算方法如下。

1.2.1 土壤含水量

采用土鉆取土烘干法測土壤含水量。取樣點位于小區(qū)中間位置，滴灌處理取樣點選在滴頭正下方，取樣深度0、30、50、100、150、200、300 cm；2013年冬灌灌水前后及2014年棉花出苗后每隔7 d測定一次。

1.2.2 土壤含鹽量

將風(fēng)干土樣過1 mm篩，稱取20 g放于三角瓶中，加入蒸餾水100 mL，使用振蕩機(jī)振蕩三角瓶10 min，靜置15 min后過濾，得到水土質(zhì)量比為5∶1的澄清液。用DDS11-A數(shù)顯電導(dǎo)率儀測定其電導(dǎo)率值。用干燥殘渣法確定土壤含鹽量與電導(dǎo)率之間的標(biāo)定關(guān)系式，即

式中S為土壤含鹽量，%；EC為電導(dǎo)率值，μs/cm。

1.2.3 群體生理指標(biāo)

通過觀察記載各處理棉花各生育階段生長發(fā)育狀況，在各小區(qū)分別連續(xù)取10株棉花進(jìn)行群體生理指標(biāo)測定。各處理群體指標(biāo)分別包括群體光合勢（laf area duration，LAD）、群體凈同化率（net assimilation rate，NAR）、葉面積指數(shù)（leaf area index，LAI）[11]，其計算方法如下：

1）群體光合勢=[（L2+L1）/2]÷（T2－T1）

2）群體凈同化率=（M2－M1）/（T2－T1）×（lnL2－lnL1）÷（L2－L1）

3）葉面積指數(shù)=單株葉面積×單位土地面積株數(shù)/單位土地面積

式中L1和L2分別為T1、T2時間的葉面積，m2/hm2；M1、M2分別為T1、T2的干物質(zhì)積累量，g/m2。

1.2.4 農(nóng)田土壤水分平衡分析

根據(jù)農(nóng)田土壤水分平衡方程，農(nóng)田蒸散量可由下式計算：

式中EI為農(nóng)田蒸散量，mm；I為灌水量，mm；P為降水量，mm；ΔW為土體貯水量的變化量，mm；R為徑流量，mm；S為土體下邊界凈通量（向下為正，向上為負(fù)），mm。式（2）中，一般情況下，徑流量R在平原地區(qū)可以忽略不計；本次冬灌試驗灌水后7 d，無降水，故P=0，灌溉量I由水表控制，當(dāng)下邊界遠(yuǎn)大于計劃灌水層時，下邊界凈通量S可假設(shè)為零。

由于是冬灌試驗，沒有作物蒸騰，土體貯水量變化量（ΔW）主要受灌水量（I）和農(nóng)田蒸散量EI影響，可將式（2）簡化為：

小區(qū)灌溉采用滴灌與漫灌2種方式，只要測得灌水前后各土層的土壤含水量，即可計算計劃灌水層的土體貯水量，從而可判斷土壤水分是否在適宜范圍內(nèi)。

2 結(jié)果與分析

2.1 滴灌冬灌對棉田土壤水分的影響

2.1.1 不同冬灌處理對灌后7 d土壤水分的影響

各處理冬灌前及冬灌后7 d的土壤水分含量見圖1。圖1表明，各處理冬灌后土壤水分含量均有不同程度的變化，不同土層水分含量變化與冬灌處理關(guān)系密切，隨處理不同而呈現(xiàn)各自不同的變化特點。

整體上可以看出，冬灌方式（滴灌和漫灌）對灌后7 d土壤水分含量的大小具有一定影響，主要表現(xiàn)在，相同灌水定額處理下滴灌后的上層土壤水分含量低于漫灌處理，并隨灌水定額的升高，上層土壤范圍不斷變大，即受灌水影響的深度更大。灌水定額1 800 m3/hm2處理（圖1a）時，漫灌方式僅在表層含水量明顯高于滴灌，隨灌水量的增加（圖1c、1d），漫灌方式的影響深度越來越大，且均高于滴灌，尤其在0～100 cm土層出現(xiàn)了大量水分聚集現(xiàn)象，說明，滴灌水流入滲緩慢且時間較長，水分入滲更加均勻，剖面土壤水分變化相對平緩；而漫灌后屬于整體入滲，由于在重力作用下，上層土壤孔隙很快達(dá)到飽和狀態(tài)，易擾動細(xì)小土壤顆粒并對下層土壤孔隙產(chǎn)生擁堵，使得上層形成高含水層，或局部出現(xiàn)大孔隙優(yōu)先流，水分分布均勻度相對較差。

圖1 不同冬灌方式和灌水定額對灌溉后7 d土壤含水量的影響Fig.1 Soil moisture distribution curve of 7 days after irrigation under influence of different irrigation methods and quota

灌水定額對灌后7 d土壤水分含量的大小影響更為顯著，2種方式冬灌后土壤含水率整體上均隨灌水定額增大而升高，灌水定額1 800 m3/hm2處理（圖1a）冬灌7 d后0～100 cm土層明顯高于未冬灌處理；當(dāng)灌水定額增大到2 400 m3/hm2時（圖1b），土壤含水率升高的影響深度可達(dá)200 cm；隨灌水定額繼續(xù)變大3 000、3 600 m3/hm2（圖1c、1d），土壤水分在垂直方向上受其影響更為明顯，水分均運移至300 cm以下，即使在田間蒸發(fā)和土壤入滲的作用下仍在土壤中儲存相當(dāng)多的水量，由此可見冬灌灌水定額大小可顯著影響剖面土壤水分分布及含量大小，但過大的冬灌定額（如超過3000 m3/hm2）水分深層滲漏嚴(yán)重。

2.1.2 不同冬灌處理對次年播前土壤水分的影響

由于冬灌后，經(jīng)過整個冬季的水分運動、凍結(jié)與開春后的融化運移，至播種前，冬灌對土壤水分的影響還剩多少，此時播前土壤水分對棉花苗期生長亦至關(guān)重要，直接關(guān)系到冬灌對次年棉花生產(chǎn)的影響，因此分析冬灌對播種前的土壤水分含量的影響具有重要意義。各處理冬灌后第二年播種前的土壤水分含量見圖2。

圖2 不同冬灌方式和灌溉定額對次年播種前土壤含水量的影響Fig.2 Soil moisture distribution curve before seeding under influence of different irrigation methods and quota

圖2顯示，各冬灌處理播前剖面土壤水分含量均高于未冬灌處理。在相同灌水定額下，滴灌和漫灌處理剖面土壤水分差異并不顯著，相同深度土壤含水率漫灌處理略高于滴灌處理。灌水定額顯著影響了播前土壤水分含量的大小，灌水定額越大的冬灌處理，剖面土壤水分含量尤其是50 cm以下土層的含水率顯著高于未冬灌處理。但冬灌灌水定額過大（如超過3 000 m3/hm2），經(jīng)過越冬期后，在春季氣溫回升吸收一部分冰雪消融后的水分，以及蒸發(fā)散失一部分水分后，表層以下土壤水分含量仍達(dá)到了田持的65%以上（圖2c），甚至在田持的80%以上（圖2d），而棉花苗期根系活動范圍一般為0～20 cm土層，新疆的膜下滴灌棉花一般采用干播濕出方式（即播種后立即開始一定定額的滴灌灌水，以確保出苗需水），而冬灌產(chǎn)生的大量的深層土壤水分很難被苗期棉花根系吸收利用，因此冬灌灌水定額過大，即造成深層滲漏，又降低了水分利用效率，從而導(dǎo)致水資源的浪費。

2.2 滴灌冬灌對棉田土壤鹽分的影響

2.2.1 不同冬灌處理對灌后7 d土壤鹽分的影響

各處理冬灌前及冬灌后7 d的土壤鹽分含量見圖3。圖3表明，各處理冬灌后7 d土壤鹽分含量均有不同程度的降低，尤其是上部土壤剖面，各土層鹽分含量變化與冬灌處理關(guān)系密切，且土壤剖面鹽分變化與水分變化關(guān)聯(lián)性較強(qiáng)。

圖3可以看出，未冬灌處理時，剖面土壤鹽分呈現(xiàn)顯著的上高下低的蒸發(fā)影響型鹽分分布特征，而冬灌后，剖面土壤鹽分發(fā)生顯著變化，灌水定額顯著改變了土壤鹽分的蒸發(fā)型分布特征，灌水定額較小時（圖3a），上層鹽分含量減少，深層鹽分含量受灌水影響較小，與未冬灌處理差別不大，形成了上下層土壤鹽分含量總體上相差不大的鹽分改良型分布特征；而灌水定額較大時（圖3b、圖3c、圖3d），土壤剖面受灌水影響深度越來越大，0～200 cm深度范圍的土壤鹽分含量均顯著低于未冬灌處理，200 cm以下土壤鹽分含量較高，甚至高于未冬灌處理，形成典型的剖面土壤鹽分上低下高的入滲改良型鹽分分布特征。

而冬灌灌水方式的不同，對土壤鹽分的分布及大小也產(chǎn)生一定的影響，灌水定額超過1 800 m3/hm2時，在0～200 cm，總體上表現(xiàn)出漫灌處理的鹽分含量高于相同深度的滴灌土壤鹽分含量，在200 cm以下土層，則是滴灌處理的鹽分含量高于漫灌處理。灌水定額在3 000 m3/hm2時，土層垂直方向上鹽分在滴灌、漫灌條件下差異明顯，滴灌條件下灌水后的鹽分在0～200 cm土層遠(yuǎn)小于未冬灌土壤鹽分，而在200 cm以下的土層鹽分高于未冬灌土壤鹽分，當(dāng)灌溉定額增加到3 600 m3/hm2時，水分影響越深，鹽分淋洗效果越好，鹽分隨水分運移至土壤更深層，說明鹽分在較大灌水定額條件下運移至土層深處，并在深層形成積鹽，相對漫灌而言，滴灌處理表層鹽分較低，而更深層土壤鹽分含量較高；這是因為滴灌條件下，灌水入滲更加均勻，土壤鹽分在水分運動下不斷向深層遷移，并且灌水定額越大，向深層遷移的鹽分越多，上層鹽分含量越低，深層鹽分累積的越多，而漫灌處理，由于水分入滲不均勻?qū)е铝他}分隨之遷移的不均勻。

圖3 不同冬灌方式和灌溉定額對灌溉后7 d土壤鹽分含量的影響Fig.3 Soil salt distribution curve of 7 days after irrigation under influence of different irrigation methods and quota

2.2.2 不同冬灌處理對次年播前土壤鹽分的影響

各處理冬灌后次年播種前的土壤鹽分含量見圖4。圖4顯示，經(jīng)過一個越冬期，在開春后融雪入滲及蒸發(fā)的影響下，播前未冬灌處理的剖面土壤鹽分仍呈現(xiàn)典型的上高下低的蒸發(fā)型分布特征（受融雪入滲影響表層略低），而各冬灌處理對播前土壤剖面鹽分含量仍具有顯著影響。

圖4 不同冬灌方式和灌溉定額對次年播種前土壤鹽分含量的影響Fig.4 Soil salt distribution curve before seeding under influence of different irrigation methods and quota

灌水定額1 800 m3/hm2（圖4a）時，無論是滴灌還是漫灌處理，剖面土壤鹽分仍呈現(xiàn)和冬灌后7 d類似的上下均一改良型鹽分分布特征，而灌水定額較大時（圖4b、4c、4d），土壤剖面鹽分亦呈現(xiàn)與冬灌后7 d類似的上低下高入滲改良型鹽分分布特征。說明，播前時，冬灌處理對剖面土壤鹽分的影響受越冬期的凍融入滲、蒸發(fā)等外在影響有限，土壤剖面鹽分的分布（尤其在0～150 cm土層）仍受冬灌處理影響顯著。

圖4還顯示，各冬灌處理中0～60 cm土壤含鹽量均較低，由于滴灌、漫灌、未冬灌方式各不相同，各冬灌處理，在0～150 cm土層的含鹽量大小基本表現(xiàn)為滴灌＜漫灌＜未冬灌，而在150～300 cm土層含鹽量受灌水定額大小具有不同程度的變化。當(dāng)灌水定額超過2 400 m3/hm2時，隨著土壤中含水量的增加，明顯看出滴灌、漫灌處理下土層中0～150 cm處含鹽量均小于更深處土層，并且在0～50 cm處土層鹽分含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于未冬灌土層含鹽量，這與冬灌后7 d土壤鹽分分布特征相似，充分說明冬灌水分對土壤鹽分的淋洗作用顯著。

圖4說明，灌水量越大，上層土壤被帶走的鹽分也越多，但滴灌方式下灌水定額3 600 m3/hm2（圖4d）與3 000 m3/hm2的剖面鹽分分布規(guī)律相似，而漫灌方式下，盡管灌水定額3 600與3 000 m3/hm2的灌水處理土層中鹽分分布特點亦整體相似，但由于漫灌水分入滲分布不均，鹽分分布空間變異較大，相對滴灌處理而言規(guī)律性不是很明顯。而滴灌方式冬灌水分和鹽分的運移規(guī)律性較強(qiáng)，上層剖面鹽分更易被淋洗至深層，更易在上層土壤給作物出苗營造一個良好的水鹽生境，因此，從這個角度上來說滴灌方式的冬灌處理相對漫灌更為適宜。綜合鹽分淋洗效果和水資源利用效率而言，冬灌灌水定額不宜過大，綜合圖2和圖4播前水鹽含量大小及分布特點而言，灌水定額在2 400與3 000 m3/hm2的處理均比較合適，但是冬灌不僅僅影響作物播前土壤的水鹽含量，由于冬灌水量在剖面土層中的凍融變化，對土壤微生物及病蟲害亦會產(chǎn)生相應(yīng)的影響，這些影響將會在后續(xù)的作物生長發(fā)育中逐漸體現(xiàn)出來，因此，還需綜合分析不同冬灌灌水定額對后期作物（以新疆典型作物棉花為例）生長及產(chǎn)量的影響。

2.3 滴灌冬灌對次年棉花生長的影響

2.3.1 不同冬灌處理對次年滴灌棉花出苗率的影響

冬灌后各處理次年滴灌棉花播種后15 d時的出苗率數(shù)據(jù)見表1。由表1可以看出，冬灌棉花處理的出苗率均高于未冬灌對照組并與未冬灌對照組（CK）均差異顯著（P＜0.05）（除DI-1800處理）；冬灌滴灌方式下灌水定額3 000 m3/hm2的處理播種后15 d出苗率最高，達(dá)到94.3%，即便是灌水定額僅為1 800 m3/hm2的滴灌處理出苗率也為78.4%，均大于未冬灌處理的出苗率60.7%；滴灌方式冬灌灌水定額在2 400 m3/hm2以上的3個處理，棉花出苗率均超過90%，而漫灌方式的僅3 000和3 600 m3/hm22個處理出苗率超過90%，除灌水定額1 800 m3/hm2處理以外，相同灌水定額下滴灌處理的出苗率均略高于漫灌處理。表1數(shù)據(jù)表明，就棉花出苗而言，冬灌尤其是滴灌方式下較大定額的灌水處理有利于保持土壤墑情，提高出苗率。

2.3.2 不同冬灌處理對次年滴灌棉花群體指標(biāo)的影響

對冬灌處理后次年滴灌棉花全生育期的群體指標(biāo)，包括群體群體光合勢（LAD）、群體凈同化率（NAR）、葉面積指數(shù)（LAI）進(jìn)行了觀測計算，結(jié)果見圖5。

從圖5中各處理群體光合勢數(shù)據(jù)（圖5a、5b、5c、5d）可以看出，棉花生育期內(nèi)各冬灌處理后的群體光合勢均高于

未冬灌處理，并隨冬灌灌水定額的增加而上升；與未冬灌處理相比，群體光合勢在灌水定額2 400、3 000、3 600 m3/hm2處理下增長尤其顯著，在相同灌水定額下，滴灌和漫灌2種灌水方式處理之間的群體光合勢差異并不顯著，僅在灌水定額3 000 m3/hm2處理在播種后60～120 d之間滴灌處理的群體光合勢高于漫灌處理；灌水定額3 000 m3/ hm2時群體光合勢峰值相對其他處理提前了10 d左右，且滴灌比漫灌方式光合勢峰值提升了16.09%，而灌水定額3 600 m3/hm2時，滴灌與漫灌的光合勢無明顯差異；說明滴灌方式3 000 m3/hm2冬灌處理能顯著提高棉花葉片光和同化能力，而3 600 m3/hm2時處理過高的水分儲量反而對其具有一定的抑制作用。

表1 不同冬灌方式和灌溉定額影響下次年棉花播種后15 d出苗率Table 1 Seedling rate after 15 days after cotton sowing in next year under influence of different winter irrigation methods and irrigation quota

圖5 不同冬灌方式和灌溉定額影響下次年棉花群體指標(biāo)變化趨勢Fig.5 Cotton population index under influence of different irrigation methods and quota processing

對比各處理，在全生育期，滴灌方式下灌水定額2 400、3 000、3 600 m3/hm2等3個處理的群體光合勢峰值相對未冬灌處理的群體光合勢峰值分別提高29.76%、34.36%、37.21%；而漫灌方式這3個灌水定額處理則分別提高20.64%、32.17%、26.35%。說明，冬灌處理尤其是較大灌水定額（3 000 m3/hm2）的滴灌冬灌處理后次年棉花中后期群體光合勢較高，葉片光合能力較強(qiáng)，更利于后期干物質(zhì)的積累和產(chǎn)量的提高。

從圖5中各處理群體凈同化率數(shù)據(jù)（圖5e、5f、5g、5h）可以看出，冬灌處理的棉花群體凈同化率相對未冬灌處理發(fā)生了顯著變化，主要表現(xiàn)在冬灌較大灌水定額處理后（超過2 400 m3/hm2）棉花群體凈同化率出現(xiàn)的峰值相對未冬灌處理均有所提前，說明較大定額的冬灌處理有利于次年棉花生育前期光合能力和凈同化率的提升，從而有利于棉花生育前期的生長發(fā)育，加快前期棉花同化物和干物質(zhì)的積累，為最終產(chǎn)量的提高奠定基礎(chǔ)。

葉面積指數(shù)（LAI）通常被用作評價作物冠層結(jié)構(gòu)合理性及營養(yǎng)生長與生殖生長協(xié)調(diào)性的一個比較重要的指標(biāo)[12]。從圖5中各處理葉面積指數(shù)（圖5i、5j、5k、5l）可以看出，冬灌處理對次年棉花生育期內(nèi)的葉面積指數(shù)具有重要影響，尤其是在棉花生長的前期，各冬灌處理葉面積指數(shù)均高于未冬灌處理，尤其是灌水定額超過1 800 m3/hm2的3個處理，且相同時期的葉面積指數(shù)隨冬灌灌水定額的增加而上升。在灌水定額1 800和2 400 m3/hm2時2種冬灌方式的葉面積指數(shù)之間差異不顯著，在灌水定額3 000 m3/hm2時，滴灌條件下棉花生育前期的葉面積指數(shù)均高于漫灌處理，且峰值提前10 d，說明灌水定額3 000 m3/hm2滴灌對棉花前期生長具有促進(jìn)作用；當(dāng)灌水定額在3 600 m3/hm2時，其葉面積指數(shù)顯著高于未冬灌處理及其他幾個冬灌灌水定額處理，且葉面積指數(shù)的峰值相對其他幾個處理推后出現(xiàn)，說明，該處理棉花生育期內(nèi)枝繁葉茂，營養(yǎng)生長旺盛。經(jīng)過計算，滴灌和漫灌2種冬灌方式下灌水定額3 000和3 600 m3/hm22個處理的葉面積指數(shù)峰值相對未冬灌處理分別提升了30.31%、42.62%和32.32%、39.32%，說明冬灌對棉花生長特別是前期生長具有顯著的促進(jìn)作用，這對于后期棉花產(chǎn)量的提高亦奠定了重要基礎(chǔ)。

通過對比滴灌、漫灌與未冬灌各處理間群體光合勢、群體凈同化率和葉面積指數(shù)幾個群體指標(biāo)，表明，冬灌對次年滴灌棉花的生長發(fā)育具有重要影響，各冬灌處理棉花群體指標(biāo)與未冬灌處理的差異隨冬灌灌水定額的增加而愈加顯著，適宜的冬灌灌水定額可促進(jìn)次年棉花的生長發(fā)育，尤其可顯著促進(jìn)前期棉花群體生長指標(biāo)的提升，并有利于后期產(chǎn)量的提高。

2.3.3 不同冬灌處理對次年滴灌棉花產(chǎn)量的影響

對于作物來說，產(chǎn)量指標(biāo)是衡量一種灌水方式、灌水模式是否有效的最終指標(biāo)，無論土壤水分含量、鹽分變化以及其他因素均直接或間接的影響著作物的最終產(chǎn)量。對冬灌處理后次年滴灌棉花各處理的產(chǎn)量進(jìn)行了測算，結(jié)果見表2。

表2 不同冬灌方式和灌溉定額影響下次年棉花產(chǎn)量Table 2 Yield of cotton under under influence of different winter irrigation methods and irrigation quota

表2數(shù)據(jù)顯示，冬灌棉花處理的產(chǎn)量均高于未冬灌對照組（5 519.13 kg/hm2）且與未冬灌對照組（CK）均差異顯著（P＜0.05），并冬灌處理棉花產(chǎn)量隨著冬灌灌水定額的增加而增加，在相同灌水定額下，滴灌冬灌處理的棉花產(chǎn)量均略高于漫灌處理，但與漫灌處理均無顯著差異，在所有處理中，滴灌冬灌灌水定額3 600 kg/hm2處理時的棉花產(chǎn)量最大，相對未冬灌處理增產(chǎn)12.36%，滴灌冬灌灌水定額3 000 kg/hm2處理時的棉花產(chǎn)量相對未冬灌處理增產(chǎn)10.66%，即使冬灌灌水定額最少的處理，相對未冬灌處理亦增產(chǎn)2.78%，說明，冬灌對次年棉花產(chǎn)量具有促進(jìn)作用，尤其是隨著冬灌灌水定額的增加能夠提高次年棉花的產(chǎn)量。

3 討論

在己有研究工作基礎(chǔ)上，本文探討了北疆石河子墾區(qū)冬灌對次年土壤水鹽分布及棉花群體指標(biāo)和產(chǎn)量的影響，初步了解了冬灌灌水定額和冬灌方式對次年土壤水鹽分布及棉花產(chǎn)量的影響特征，根據(jù)本文試驗結(jié)果，綜合考慮冬灌方式及灌水定額對次年土壤水鹽分布及棉花生長和產(chǎn)量的影響，認(rèn)為滴灌條件下灌水定額3 000 m3/hm2的冬灌在試驗條件下比較適宜，既可淋洗鹽分至耕層以下300 cm處，亦可獲得6 107.75 kg/hm2的較高產(chǎn)量。本文研究提出的適宜冬灌灌水定額結(jié)果與李志剛等[13]在南疆研究冬春灌給出的總灌水定額應(yīng)控制在3 750 m3/hm2以內(nèi)的結(jié)果、以及胡宏昌等[14]認(rèn)為南疆棉田非生育期應(yīng)保持3 750 m3/hm2左右的淋洗量才可保障作物的生長需求，和陳艷梅等[15]在河套灌區(qū)研究得出的冬灌凈灌溉定額2 700 m3/hm2等研究成果均比較接近，但已有文獻(xiàn)研究的冬灌方式均為漫灌條件，而本文增加探討了滴灌方式進(jìn)行冬灌灌水，并取得了相對漫灌更好的試驗結(jié)果，由于滴灌方式下的適宜冬灌灌水定額的確定還與土壤質(zhì)地、土壤本底鹽分含量等因素有關(guān)，因此，有關(guān)適宜冬灌灌水定額尤其是滴灌方式下的冬灌效果還應(yīng)繼續(xù)深入研究。

對于新疆棉花種植來說，大多采用干播濕出的灌水模式，出苗水定額有時很大，在一定程度上可替代冬灌儲水的作用，如魏光輝等[16]提出灌水定額2 250 m3/hm2的春灌模式同樣具有較好的降鹽增墑效果，但對于冬灌儲水在整個越冬期對土壤水鹽運動的影響，由于冬季土壤凍融這一自然現(xiàn)象本身的復(fù)雜性，許多方面的問題還遠(yuǎn)未得到解決，尤其是對土壤微生物和病蟲害的影響，春灌是很難替代冬灌的，有關(guān)這方面的作用尤其是對次年棉花生長的綜合影響和潛在影響仍值得研究探索。

本文主要以冬灌棉田翌年土壤水鹽與棉花生長指標(biāo)觀測為主，在試驗過程中，由于時間、觀測儀器等條件限制，冬灌過程中水分鹽分的運移規(guī)律也較為復(fù)雜，難以準(zhǔn)確全面的觀測，只能以定點有限的數(shù)據(jù)趨勢做出一定的理論推理；而有關(guān)鹽分淋洗定額的確定更是一個難點，由于傳統(tǒng)冬灌用水量大，農(nóng)業(yè)用水成本相對較高，需根據(jù)已有研究，繼續(xù)優(yōu)化處理，既要促進(jìn)次年作物生長和產(chǎn)量的提高，還要提高水資源利用效率，使得冬灌朝著利于農(nóng)業(yè)的方向發(fā)展，從而尋求更為適宜的冬灌定額與灌溉模式。本文試驗發(fā)現(xiàn)較大定額的冬灌對次年棉花的出苗及全生育期均具有重要影響，然而大定額的冬灌亦可產(chǎn)生土壤深層滲漏，滲漏的同時所攜帶的鹽分和養(yǎng)分，對地下水的影響也不容忽視，因此水分對鹽分淋洗后進(jìn)入地下水中對周邊土壤是否有影響也需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

1）冬灌對次年播前土壤剖面水鹽分布及含量的大小均具有一定的影響，冬灌灌水定額對于剖面土壤垂直方向水分和鹽分含量均具有顯著影響，并且無論漫灌還是滴灌方式進(jìn)行冬灌，隨著灌水定額的增加，土壤水分和鹽分的影響深度也隨之加大。冬灌可顯著改變次年播前土壤鹽分的自然分布狀態(tài)，有效淋洗并降低上層土壤鹽分含量，播前土壤剖面鹽分的分布（尤其在0～150 cm土層）受冬灌影響顯著，冬灌水分對土壤鹽分的淋洗作用較強(qiáng)，播前可為作物生長提供良好的水鹽環(huán)境；相對漫灌方式而言，滴灌冬灌方式土壤水分入滲更加均勻且規(guī)律明顯。

2）冬灌對次年滴灌棉花的生長發(fā)育及產(chǎn)量均具有重要影響，冬灌后次年棉花群體指標(biāo)與未冬灌處理的差異隨冬灌灌水定額的增加愈加顯著，適宜的冬灌灌水定額可提高次年棉花出苗率，顯著促進(jìn)前期棉花群體指標(biāo)的提升，并有利于后期產(chǎn)量的提高。滴灌冬灌灌水定額3 000、3 600 m3/hm2處理時的棉花產(chǎn)量較高，相對未冬灌處理分別增產(chǎn)10.66%和12.36%。

3）綜合考慮冬灌方式及灌水定額對次年土壤水鹽分布及棉花生長和產(chǎn)量的影響，認(rèn)為滴灌條件下灌水定額3 000 m3/hm2的冬灌在試驗條件下比較適宜，既可淋洗鹽分至耕層以下300 cm處，亦可獲得6 107.75 kg/hm2的較高產(chǎn)量。

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Effects of winter drip irrigation mode and quota on water and salt distribution in cotton field soil and cotton growth next year in northern Xinjiang

Zhao Bo,Wang Zhenhua※,Li Wenhao
(1.College of Water Resources and Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi 832000,China；2.Key Laboratory of Modern Water-saving Irrigation Corp,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

A field experiment was carried out in order to explore the winter irrigation on cotton field in arid region. Influences of winter irrigation pattern and irrigating water quota for cotton field in northern Xinjiang on soil water and salt distribution as well as cotton growth and yield in the next year were discussed.From October in 2013 to October in 2014, Key Corps Laboratory for Modern Water-saving Irrigation of Shihezi University,carried out the field experiment.Field without winter irrigation was taken as the control group(CK).The winter irrigation experiment set a total of 9 test groups, including 2 irrigation patters(drip irrigation and flood irrigation)and 4 irrigation water quotas:DI-1800(drip irrigation, irrigation quota of 1 800 m3/hm2),DI-3000(drip irrigation,irrigation quota of 3 000 m3/hm2),DI-2400(drip irrigation, irrigation quota of 2 400 m3/hm2),DI-3600(drip irrigation,irrigation quota of 3 600 m3/hm2),FI-1800(flood irrigation, irrigation quota of 1 800 m3/hm2),FI-3000(flood irrigation,irrigation quota of 3 000 m3/hm2),FI-2400(flood irrigation,irrigation quota of 2 400 m3/hm2),and FI-3600(Flood irrigation,irrigation quota of 3 600 m3/hm2).We used soil drilling and drying method to measure soil moisture content,and electric conductivity method to measure soil salt content,and we observed and measured the cotton growth situation for each treatment and growth stage to determine population physiological index.Dynamic changes of water and salt in 0～300 cm soils before sowing,rate of emergence,population physiological indices(leaf area duration,net assimilation rate,and leaf area index)and cotton yields in the next year of all testing groups were monitored and compared.When comparing the effect of irrigation,we found water spread and infiltrated evenly under drip irrigation situation,the infiltration speed was slow,and the water retention effect was considerably good; under the circumstance of flood irrigation,the irrigation speed was fast,the infiltration was uneven and waterlogging occurred in the cultivation layer.Results showed that winter irrigation had certain impact on water and salt content and distribution in soil profile before sowing in the next year.For both flood irrigation and drip irrigation,the influence of irrigation on water and salt contents was intensified with the increase of irrigation water quota.Winter irrigation could leach and reduce salt contents in superficial soils.Salt distribution in soil profile(especially 0～150 cm soils)before sowing was greatly influenced by winter irrigation.Due to the strong leaching effect of winter irrigation on soil salt content,it could provide good water and salt environment for crop growth.Compared to flood irrigation,drip irrigation provided more uniform and regular water infiltration.Drip irrigation in winter had an important role on cotton growth and yield in the next year. Difference of population indices between testing groups and CK increased with the increase of irrigation water quota. Appropriate irrigation water quota could increase the rate of cotton emergence in the next year and improve the population indices in early period significantly.Under winter drip irrigation with the quota of 3 000 m3/hm2,the cotton canopy photosynthetic potential,group net assimilation rate and leaf area index improved respectively by 34.30%,19.23%and 42.60%compared with those without winter irrigation treatment,and the photosynthesis potential and leaf area index reached peak value 10 days in advance.The leaf area index peak under 3 000 m3/hm2drip irrigation was 10 d earlier than CK and higher than that under the flood irrigation.Winter irrigation also could increase cotton yield in the next year.The cotton yields under 3 000 and 3 600 m3/hm2drip irrigation were 10.66%and 12.36%higher than that under the CK.Based on the comprehensive considerations to the effect of winter irrigation pattern and irrigation water quota on soil water and salt distributions as well as cotton growth and yield in the next year,this paper concludes that 3 000 m3/hm2drip irrigation is the optimum one.It can not only leach soil salts as deep as 300 cm,but also contribute a high yield,reaching 6 107.75 kg/hm2.

soils;irrigation;water;winter irrigation;drip irrigation;flood irrigation;cotton;water and salt distribution

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.019

S27

A

1002-6819（2016）-06-0139-10

2015-09-08

2016-01-22

國家自然科學(xué)基金項目（51369027）；國家科技支撐計劃項目（2015BAD20B03）；石河子大學(xué)杰青計劃（2013ZRKXJQ02）

趙 波（1991-），男，新疆博樂人，研究方向為節(jié)水灌溉理論與技術(shù)。石河子 石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，832000。

Email：574600672@qq.com

※通信作者：王振華（1979-），男，河南扶溝人，博士，教授，主要從事干旱區(qū)節(jié)水灌溉理論與技術(shù)研究。石河子 石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，832000。Email：wzh2002027@163.com。

中國農(nóng)業(yè)工程學(xué)會高級會員（E041200608S）。