膜下滴灌棉花采用“三水灌溉”法確保高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)

李永江，蒲佰龍，蔣桂英，崔　靜，樊　華，馬富裕，3*（.兵團第六師一零五團，新疆　五家渠　83300；.石河子大學/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室；3.新疆石達賽特科技有限公司）

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膜下滴灌棉花采用“三水灌溉”法確保高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)

李永江1，蒲佰龍1，蔣桂英2，崔靜2，樊華2，馬富裕2，3*
（1.兵團第六師一零五團，新疆五家渠831300；2.石河子大學/新疆兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室；3.新疆石達賽特科技有限公司）

摘要：根據(jù)棉花各生長階段水分供應充足與否對生長中心影響十分明顯的特點，可將“干播濕出”膜下滴灌棉田灌水的主導作用劃分為 3個功能，即“長根水（苗蕾期）、健根水（始花期）和養(yǎng)根水（產(chǎn)量貢獻水，花鈴期）”。在苗期與蕾期，棉花的生長中心為根系，此期的水分供應充足與否直接影響到棉花群體的根系質量。因此，該階段水分作用主要貢獻于根系生長，可稱之為“長根水”；始花前后水分供應的主要作用在于解除由于自出苗以來土壤水分持續(xù)下降對棉花生長造成的水分脅迫，促進高產(chǎn)棉田應有的棉花根型結構與質量及地上部分應有營養(yǎng)體的建成，此期的水分供應稱之為“健根水”；自盛花以后到吐絮期，棉花生長重心為棉鈴形成與產(chǎn)量密切相關的群體生殖生長，此期的水分供應目標在于保持根系較好的活力，為地上部分提供足夠的水分與養(yǎng)分，故稱之為“養(yǎng)根水”。在灌溉量的確定上，“長根水”即播后即灌的出苗水（450～600m3/hm2）和“健根水”即始花前后棉花生長發(fā)育期的第1次灌溉（500～700m3/hm2），以不造成深層滲漏為原則使根層（0～100cm）盡可能多地持有水分。自生長階段的第2次灌溉起即進入“養(yǎng)根水”管理階段，應采取“輕勤淺”（灌水量300～400m3/hm2，灌溉周期7～8d，濕潤鋒深度60cm左右）的灌溉方法，每次灌溉前的滴灌帶下方0～60cm土壤含水量約75%的田間持水量，使膜下滴灌棉花的產(chǎn)量潛力得到最大可能的挖掘。在棉花3個明顯不同的生長發(fā)育階段，水分對棉花生長發(fā)育的生理生態(tài)意義不相同，在水分管理上應有明顯的區(qū)別性。

關鍵詞：膜下滴灌棉花；“三水灌溉法”；長根水；健根

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以棉花為代表的大田作物的膜下滴灌技術自1996年在新疆兵團成功應用以來，迄今新疆僅在棉花上的應用推廣面積已近150萬hm2[1]，使當前在中國以滴灌為主的新型節(jié)水灌溉技術正在以前所未有的規(guī)模推廣應用，為到2020年全國實現(xiàn)新增節(jié)水灌溉面積2000萬hm2提供了強有力的技術支撐[2]。據(jù)估算，截止2015年，滴灌技術在中國的應用面積已經(jīng)超過了300萬hm2。這對擴大干旱區(qū)、半干旱區(qū)作物的種植規(guī)模、提高產(chǎn)量水平和解決全球糧食安全問題等提供了新思路，具有劃時代意義。

在北疆地區(qū)，由于灌溉系統(tǒng)的改變，秋耕之后幾乎絕大多數(shù)滴灌棉田不能進行冬前灌溉貯備底墑水以供來年使用，棉花幾乎都是在春季土壤墑情不好甚至沒有墑情的條件下播種之后滴水補墑出苗，灌量不足對棉花根系的形成不利，進而有可能影響棉花產(chǎn)量的形成[3]，良好的土壤深層儲水配合生長階段合理的灌溉能提高棉花產(chǎn)量及水分利用效率[4]。

作物產(chǎn)量的提高是建立在具有足夠大的根系結構基礎上的，這樣能充分利用土壤肥水等生態(tài)因子以獲得較高的生物產(chǎn)量及經(jīng)濟產(chǎn)量?；ㄢ徠谑敲藁óa(chǎn)量形成的關鍵時期，此期水分的供應質量決定著棉花群體在有限的生長發(fā)育階段內對當?shù)毓狻厣鷳B(tài)潛力的挖掘程度并影響棉花的產(chǎn)量與水分利用效率。研究表明，“淺灌、勤灌”有利于保證膜下滴灌棉花高產(chǎn)與高水分利用效率，花鈴期輕度的水分脅迫對棉花光合生理及干物質生產(chǎn)無明顯影響[5]。

如何合理地灌溉，最大限度地挖掘滴灌技術的增產(chǎn)潛力，這可能是當前膜下滴灌棉花產(chǎn)量波動較大的原因之一。因此，有必要總結多年來膜下滴灌棉花理論研究與實踐應用成果，探討膜下滴灌棉花關鍵生長階段水分管理的成功經(jīng)驗，為大面積膜下滴灌棉花高產(chǎn)優(yōu)質的田間水分管理提供依據(jù)。基于以上認識，本文在分析多年高產(chǎn)棉田的水分管理資料的基礎上，特提出膜下滴灌棉花的“三水灌溉法”，即對“干播濕出”的膜下滴灌棉田在保證不造成水分深層滲漏形成浪費的情況下，在出苗期和始花期分別以較大的水量進行灌溉使整個根層有充足的水分含量，以達到苗、蕾期根系建立和花鈴期根系功能恢復健康生長的目的；在花鈴期，利用小灌量高頻率的方法進行灌溉確保群體的高生產(chǎn)能力；在吐絮期進行一定程度的灌溉確保棉花生長后期有適量的水分供應，以達到養(yǎng)根促鈴重增產(chǎn)的目的。以上3個關鍵時期的水分供應可對應地稱之為“長根水、健根水和養(yǎng)根水”，合稱為“三水灌溉”法。

1　膜下滴灌棉花水分管理現(xiàn)狀

1.1冬前灌溉與否南北疆不同

來年種植膜下滴灌棉花的農(nóng)田，冬前灌溉與否南北疆差異較大。在南疆，由于對鹽堿淋洗的需要，冬前或春季播種前都要對農(nóng)田進行貯備性灌溉，既能起到壓堿洗鹽的作用，又能對苗、蕾期棉花生長發(fā)育給予充分的水分供應[6-8]；而北疆地區(qū)因為冬前或春季沒有足夠的灌溉時間或者灌溉系統(tǒng)不完備等原因，幾乎不能進行貯備性灌溉，所以，采取播后立刻滴水的方式補墑出苗，俗稱“干播濕出”。

1.2出苗水灌溉量差異較大

在“干播濕出”條件下，播后灌溉出苗水用量差異較大。由于地區(qū)或同一地區(qū)不同田塊間，因土質、氣候、播期差異等原因，出苗水的灌溉量一般在150～ 600m3/hm2之間，極值差異較大，達到450m3/hm2。在滴灌帶與播種行距離較近模式下（如30cm+60cm寬窄行模式，每2行棉花配置1條滴灌帶，滴灌帶距播種行15cm，俗稱“常規(guī)模式”），出苗水只需要150 m3/hm2左右即可保證棉花種子充分吸水達到足墑出苗的目的；在滴灌帶與播種行距離較遠模式下 （如10cm+66cm+10cm+66cm+10cm+66cm寬窄行模式，每6行棉花配置2條滴灌帶，滴灌帶距播種行最遠距離為43cm，俗稱“機械采收模式”），在粘性強的土壤條件下，出苗水通常需要500～600m3/hm2，甚至更高，種子才能充分吸水以保證出苗。

1.3生長階段灌溉方法不同

膜下滴灌棉花灌溉方法的生產(chǎn)實踐與理論研究結果有很大的差異。若以籽棉產(chǎn)量7500kg/hm2以上為高產(chǎn)標準，在調查中發(fā)現(xiàn)，全生育期實行小灌量高頻率（300～450m3/hm2，5～7d灌溉周期）灌溉法的棉田不易獲得高產(chǎn)，反而是實行大灌量長周期（500～750m3/hm2，10～15d灌溉周期）的機制田容易獲得高產(chǎn)[9，10]。但在生產(chǎn)實踐中，由于操作上的困難，難以做到高頻率灌溉，一般基本都選擇了大灌量長周期的灌溉方法。單次灌水量450～600m3/hm2，灌溉周期為8～15d。

1.4棉花生長差異及其產(chǎn)量構成

在生產(chǎn)上調查發(fā)現(xiàn)，在其他管理條件相似或相同的情況下，同樣的總灌水量但單次灌量或灌溉頻率不同的情況下，膜下滴灌棉花產(chǎn)量波動性較大。表現(xiàn)在棉花單株生長量不足、單株結鈴數(shù)減少、鈴重下降等，最終導致產(chǎn)量下降。

2　“三水灌溉法”原理及其依據(jù)

2.1長根水

苗期是作物生長根系的主要時期，較高的地溫與適宜的土壤含水量有利于強大根系的形成。土壤含水量較高、地溫較低不利于棉花生長發(fā)育，容易導致爛種、爛芽、爛根等病害現(xiàn)象的發(fā)生；土壤水分過少，有可能在棉花以長根為中心的苗期或蕾期，耕層土壤含水量降低到不足以供應棉花正常生長對水分的需求，使棉花過早地進入水分脅迫階段。在苗期或蕾期灌溉容易導致棉花地上部分生長加快，造成營養(yǎng)生長過度使棉花花蕾脫落加劇。因此，在干播濕出條件下，在保水性能較好的土壤上灌溉出苗水時，一次性較大的灌量，使較深的耕層都得到充分的水分供應，將水分保存在根層中以備整個苗期蕾期棉花根系生長利用，可能是一個很好的選擇。更重要的意義在于，較深層次的水分貯存，有利于根系縱向深度的生長[11]，有利于形成較強大的根系，增強棉花的抗逆抗倒伏能力，確保棉花的高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)。

基于上述原理，在干播濕出棉田，播種后以較大的水量（450～600m3/hm2）灌溉出苗水。目的在于棉花出苗后50～60d內（幾乎經(jīng)歷棉花苗期、蕾期2個生長階段），適宜于根系統(tǒng)生長的土壤濕度隨生育進程漸次下移，最深處可達到100cm以下。到開花前，土壤含水量可能降低到相對田間持水量的65%左右再開始灌溉棉花生長發(fā)育期間的第1水，此時，棉花應有的圓錐形根體已經(jīng)基本建成，同時，棉花已經(jīng)受到一定程度的水分脅迫。

2.2健根水

健根水是指在棉花開花前或始花期，也就是棉花在生長發(fā)育期第1次灌溉時，用較大的水量（500～700m3/hm2）灌溉有利于棉花根系持續(xù)健康發(fā)育的水分供應方式。本次灌溉的目的是讓棉花根系分布層的土壤含水量都恢復到75%相對田間持水量以上，以解除根系感受到水分脅迫信號的可能性，使整個根系的生長從灌溉前有可能處于水分脅迫的狀態(tài)下恢復到適水健康狀態(tài)。北疆棉區(qū)6月中下旬、南疆棉區(qū)6月下旬、7月上旬，棉花正處于營養(yǎng)生長和生殖生長兩旺階段，地下根系結構還未達到最大分布，地上冠層也還沒有達到高產(chǎn)要求的最大覆蓋程度。本次大灌量的水分供應目的在于解除棉花根源傳遞水分脅迫信號的可能性，“鼓勵”棉花根系繼續(xù)生長及地上部分的營養(yǎng)生長的優(yōu)勢性，不要過早地過渡到以生殖生長為主上來。

2.3養(yǎng)根水

養(yǎng)根水是指棉花進入盛花期以后應采用小灌量短周期的灌溉方法，灌溉的濕潤層深度穩(wěn)定在60cm左右，使棉花主體根系在得到持續(xù)的水分供應同時，有部分根系分布于濕潤鋒之外，形成類似于根系分區(qū)灌溉的水分供應的時空分布特征[12]。該方法有刺激根區(qū)土壤水分有效性、根系吸收功能及其補償效應、根源信號傳遞與氣孔最優(yōu)調節(jié)、改進作物水分利用效率，具有較大的功能和可能性[13]。在大量的高產(chǎn)田調查中發(fā)現(xiàn)，這階段的灌溉的共同特征是灌溉頻率高但灌溉量較小。因此，建議在生產(chǎn)中，從生長發(fā)育階段的第2次灌溉起，灌量為每次300～ 400m3/hm2，灌溉周期7～10d。進入到9月份以后，還應進行適當?shù)墓喔?，確保棉花根系有較好的活力以吸收適當?shù)乃趾宛B(yǎng)分，對冠層上部鈴重增加、纖維品質提高有積極作用。

3　小結與討論

（1）土壤深層供水對棉花產(chǎn)量具有重要作用。在小麥上研究發(fā)現(xiàn)，播種前通過水量較多的灌溉增加深層土壤水分，增加土壤中層根系生物量的分配比例，可誘發(fā)根系發(fā)育增多和功能增強對灌水量減少的補償效應，能提高水分利用效率[11]。在棉花研究上發(fā)現(xiàn)，土壤深層水能增強棉花根系SOD活性和根系活力，可提高植株對土壤深層水的利用率，提高葉片水勢、葉綠素含量、凈光合速率和植株光合物質累積量，最終提高產(chǎn)量和水分利用效率[14]。（2）“輕、勤、淺”的高頻率小灌量技術應從生長發(fā)育期間的第二次灌水開始執(zhí)行效果較好。在玉米上，分根區(qū)控制性灌溉，根系吸水受到限制，使蒸騰效率提高，水分利用效率提高[15-16]。水分脅迫對作物的影響具有累積效應，致使棉花生長后期對土壤水分的響應更加敏感[17]。在“輕、勤、淺”灌溉模式下，適宜含水量的濕潤鋒以外的根系能感受一定程度的水分脅迫。在灌溉管理上，如果從6月中下旬就開始實施“輕、勤、淺”灌溉法（灌水量300～450m3/hm2，灌溉周期7～8d，濕潤鋒深度60cm左右），會過早地使棉花感覺到水分脅迫效應而使棉花生長受限，導致冠層結構不能達到最優(yōu)模式，不能最大限度地挖掘當?shù)毓鉁刭Y源（如葉面積指數(shù)達到不到4.0～5.0等）[18]。“輕、勤、淺”的灌溉模式如果從7月上、中旬開始執(zhí)行，至少有兩方面的益處。一方面，此期棉花已經(jīng)建立起最大根系結構，也進入到了功能全盛期，不需要消耗過多的水分養(yǎng)分以建立根系結構；另一方面，穩(wěn)定的深層水分配合以及淺層的高頻率灌溉，使棉花整個根系結構漸次進入2種水分處理環(huán)境下：大部分根系一直處于適宜的水分環(huán)境，有利于水分、養(yǎng)分的吸收與利用；還有一小部分根系可能會處于一定程度的水分脅迫，這會導致地上冠層的氣孔開度。因此，“輕勤淺”這種類似于分根區(qū)控制灌溉方法應該從棉花群體達到最大值開始。（3）干播濕出、小根量的棉花根系結構不利于棉花產(chǎn)量的提高。在早期研究中發(fā)現(xiàn)，干播濕出棉花最終形成的根系量較少且以須根量居多，根冠比較小，主根系分布在0～40cm的土層，在產(chǎn)量普遍比較低的情況下，干播濕出的水分管理模式具有產(chǎn)量較高、水分利用效率較高的特征[19-23]，但在近年對產(chǎn)量更高的大田調查研究和控制試驗，卻沒有得到和前期研究相一致的結果。在生產(chǎn)中，最好能夠執(zhí)行冬前灌溉，既可為來年棉花生長發(fā)育提供充足的水分供應，又可充分利用冬前較為豐富的水資源，避免來年春天播后集中灌溉大量用水的矛盾。（4）“產(chǎn)量貢獻水”執(zhí)行“輕、勤、淺”的灌溉方法有助于產(chǎn)量及水分利用效率的提高。本文將棉花生長發(fā)育期間自第2次灌溉起到8月下旬歷時45d左右的灌溉所起作用權且稱之為“產(chǎn)量貢獻水”。此期棉花已基本進入到盛花盛鈴期。自第3水（7月上旬）起，棉花群體已接近最大程度，執(zhí)行“輕、勤、淺”的灌溉方式有利于產(chǎn)量形成和提高水分利用效率[20-22]。前人雖有大量類似報道，但還沒有完全按照“三水灌溉”法的模式進行過系統(tǒng)地研究，對其生理生態(tài)效應等還需要做深入的探討。

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收稿日期：2016—05—20

*通訊作者：馬富裕（1967-），男，教授，從事作物生理生態(tài)研究。