南疆膜下滴灌棉花不同種植模式生育期非飽和帶水鹽時(shí)空分布規(guī)律研究*

余 偉，趙士成，楊興東，劉 曉，姚寶林*

（塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

南疆塔里木盆地屬于典型的極端干旱內(nèi)陸區(qū)，降雨稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤鹽漬化嚴(yán)重。隨著膜下滴灌節(jié)水控鹽灌溉技術(shù)的推廣，對(duì)該地區(qū)水土資源的可持續(xù)利用起到了積極的推動(dòng)作用。目前，相關(guān)專家及學(xué)者對(duì)滴灌少量多次灌溉具有的水鹽運(yùn)移特征及節(jié)水控鹽灌溉制度已經(jīng)進(jìn)行了大量的研究[1-3]。滴灌淡化作物根區(qū)土壤鹽分，使土壤鹽分在濕潤(rùn)帶邊緣積累，而不同滴灌帶鋪設(shè)間距，必然影響濕潤(rùn)帶寬度和深度，進(jìn)而影響水鹽在土壤中的分布，寧松瑞[4]對(duì)傳統(tǒng)種植模式、機(jī)采模式和超寬膜模式土壤水鹽運(yùn)移、 水分利用效率及經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了研究，表明超寬膜模式或滴灌帶布置在窄行中央具有較高的經(jīng)濟(jì)效益。曹偉[5]研究表明，1 條滴灌帶控制2 行棉花對(duì)于調(diào)節(jié)根區(qū)土壤水鹽、 促進(jìn)根系生長(zhǎng)具有重要作用。膜下滴灌條件下，土壤水鹽分布及變化規(guī)律研究主要集中在淺層土壤[6-7]。明廣輝[8]在南疆庫爾勒膜下滴灌棉田非飽和帶水鹽遷移研究中發(fā)現(xiàn)，土壤累積含鹽量與地下水埋深呈負(fù)的指數(shù)關(guān)系。開展南疆膜下滴灌不同滴灌帶鋪設(shè)方式下棉花生育期非飽和帶水鹽時(shí)空分布規(guī)律、棉花根重密度、根冠比的研究，可為南疆膜下滴灌棉花節(jié)水控鹽調(diào)控灌溉提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)第一師十二團(tuán)位于79°23'～81°53'E，40°20'～41°47'N，海拔高度1 010 m，年均氣溫11.2 ℃，年均降水量45 mm，年均蒸發(fā)量約2 000 mm，地下水埋深在3 m 左右。試驗(yàn)棉田以砂壤土（0～100 cm）和黏土（＞100 cm）為主。選取目前團(tuán)場(chǎng)主要的兩種機(jī)采棉種植模式：“一膜兩帶六行”和“一膜三帶六行“（如圖1），為了便于比較，兩種模式選取在同一個(gè)滴灌系統(tǒng)的不同條田內(nèi)。棉田在3月中旬進(jìn)行了春灌，灌水定額在150～200 mm 之間，在4月初將棉稈進(jìn)行粉碎深翻還田后覆膜播種。棉花生育期6月10日進(jìn)行一水滴灌，共滴水灌溉10 次，蕾期每次灌水定額30 mm 左右，花鈴期每次50 mm 左右，全生育期滴灌總量為450 mm 左右。

1.2 試驗(yàn)方法

棉花苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期4 個(gè)生育期分別在膜間、窄行和寬行3 個(gè)位置取樣，采用加長(zhǎng)的常規(guī)土鉆取土，取樣深度10 cm 為1 層，取至300 cm，每次取樣設(shè)置3 個(gè)重復(fù)，取其平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。土壤含水率采用烘干法測(cè)算。將烘干后的土樣去雜、研磨，過1 mm 土篩，稱取20 g 土樣，按照水土比5 ∶1 配置混合液，經(jīng)震蕩、靜置和過濾，用DDS-308A電導(dǎo)率儀測(cè)定浸提液電導(dǎo)率值（μS/cm），土壤質(zhì)量含鹽量（g/kg） 與土壤電導(dǎo)率之間關(guān)系為：y ＝0.003 7x + 1.029 1 （y 為土壤含鹽量，x 為電導(dǎo)率，R2＝0.976，n ＝115）[2]。棉花根系測(cè)定方法是在棉花吐絮期，選擇不同種植模式下棉花長(zhǎng)勢(shì)均勻的樣方，從地表處剪斷，地上部分測(cè)定干物質(zhì)量，地下部分根系采用挖掘法進(jìn)行測(cè)定，從膜間中間開始，由外行棉花向內(nèi)行棉花進(jìn)行挖掘，根取樣單個(gè)土體為10 cm×10 cm×10 cm 立方體。每層取至肉眼看不見根系為止。將根樣土體用水浸泡后沖洗掉泥土，然后用0.5 mm 的尼龍網(wǎng)過濾，挑除死根、雜根、雜物等異質(zhì)，在去離子水中將根系浸泡8 h，用無氮吸水紙吸干水分，標(biāo)記后放入105 ℃干燥箱中干燥至恒重，采用感量為0.001 g 的電子天平進(jìn)行稱重，計(jì)算根生物量和根重密度。

圖1 膜下滴灌棉花不同種植模式

圖2 膜下滴灌棉花不同種植模式各生育期非飽和帶水分分布

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花生育期非飽和帶水分時(shí)空分布

“一膜兩帶六行”和“一膜三帶六行”棉花不同生育期非飽和帶水分分布如圖2 所示。不同種植模式棉花各生育階段非飽和帶水分分布規(guī)律一致，非飽和帶淺層0～50 cm 之間的土壤水分與滴灌灌溉水有關(guān)，屬于土壤水分頻繁交換區(qū)，由于滴灌少量多次的灌溉特點(diǎn)，灌溉水入滲對(duì)50～100 cm 土壤含水率影響較小，同時(shí)較深的地下水埋深難以通過毛細(xì)管作用將地下水向上補(bǔ)給，致使50～100 cm 土層范圍土壤含水率較低。100 cm 以下，由于毛管水的補(bǔ)給，非飽和帶土壤含水率逐漸增加。

非飽和帶不同土層范圍含水率如圖3 所示。相同灌水量條件下，“一膜兩帶六行” 布置模式每條滴灌帶滴水量大于“一膜三帶六行”模式中的每條滴灌帶出水量，苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期0～30 cm 范圍“一膜兩帶六行”比“一膜三帶六行”土壤含水率分別高1.76%、3.50%、3.00%和1.52%；0～50 cm 范圍不同種植模式土壤含水率差別逐漸縮小，“一膜兩帶六行” 比 “一膜三帶六行” 分別高1.46%、3.01%、2.51%和1.50%，50～100 cm 兩種模式土壤含水率相差0.36%，基本一致。100 cm 以下深層非飽和帶土壤含水率各種植模式棉花生育期平均土壤含水率差別在0.43%～1.19%之間小范圍波動(dòng)。相同灌水量下，“一膜三帶六行”每條滴灌帶滴水量小，濕潤(rùn)土體范圍小，膜間和寬行位置土壤含水率小，土壤水分主要集中在窄行，在水肥一體化灌溉條件下，較小的濕潤(rùn)體有利于提高棉花根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用效率。而“一膜兩帶六行”種植模式，濕潤(rùn)帶寬度增加，有利于棉花根系的生長(zhǎng)，但不利于棉花根系對(duì)養(yǎng)分的吸收利用。

圖3 膜下滴灌棉花不同種植模式非飽和帶水分分布

圖4 膜下滴灌棉花不同種植模式各生育期非飽和帶鹽分分布

2.2 棉花生育期非飽和帶鹽分時(shí)空分布

“一膜兩帶六行”和“一膜三帶六行”棉花不同生育期非飽和帶鹽分分布如圖4 和圖5 所示。兩種種植模式下棉花各生育期非飽和帶土壤含鹽量均表現(xiàn)為典型的表聚型分布，淺層最大，尤其是0～50 cm 范圍土壤鹽分變化最為劇烈，隨土壤深度的增加土壤鹽分大致呈指數(shù)型遞減分布。由于播前大定額灌溉淋洗，苗期鹽分較小，隨著外界大氣蒸發(fā)強(qiáng)度的增加、化學(xué)肥料的施入及該階段棉田遮蔭率較小等原因，蕾期非飽和帶鹽分增加明顯?！耙荒蓭Я小狈N植模式單條滴灌帶灌水量較大，但由于滴灌帶間距大，淺層鹽分淋洗效果弱于“一膜三帶六行”種植模式，苗期、蕾期、花鈴期和吐絮期0～50 cm 土壤含鹽量“一膜三帶六行”比“一膜兩帶六行”分別小0.36 g/kg、0.26 g/kg、0.22 g/kg 和0.01 g/kg。棉花全生育期非飽和帶平均含鹽量“一膜三帶六行”比“一膜兩帶六行”0～50 cm范圍土層小0.21 g/kg，但50～100 cm 范圍土層卻大于0.04 g/kg，0～300 cm 范圍土層小于0.02 g/kg。可見，從全生育期看“一膜三帶六行”比“一膜兩帶六行”更有利于耕作層土壤鹽分的淋洗，對(duì)于鹽漬化滴灌棉田從節(jié)水控鹽灌溉制度方面考慮，可選擇“一膜三帶六行”種植模式。

圖5 膜下滴灌棉花不同種植模式非飽和帶鹽分分布

圖6 膜下滴灌棉花不同種植模式棉花根重密度分布

2.3 不同種植模式對(duì)棉花根系分布的影響

棉花地下根系是吸收水分、養(yǎng)分、形成產(chǎn)量的基礎(chǔ)?！耙荒蓭Я小焙汀耙荒と龓Я小泵藁ǜ孛芏热鐖D6 所示。膜下滴灌條件下棉花根系主要分布在淺層，0～10 cm 范圍根系占總根系的83.76%和87.81%；0～30 cm 范圍根系占總根系的97.39%和98.42%；0～30 cm 范圍棉花根系生物量 “一膜三帶六行”比“一膜兩帶六行”多1.03%；根重密度外行小于內(nèi)行，膜中相較于膜間，為棉花根系生長(zhǎng)提供了良好的水熱環(huán)境，更有利于棉花根系的生長(zhǎng)，0～50 cm范圍內(nèi)，棉花根重密度“一膜兩帶六行”比“一膜三帶六行”多0.64 kg/m3，可見3 條滴灌帶鋪設(shè)模式下，棉花根系分布范圍淺，淺層土壤空氣含量多，有利于根系的呼吸及水分和養(yǎng)分的吸收。

根冠比是指作物根系與地上部分生物量的比值，反映了作物的生長(zhǎng)狀況及環(huán)境條件對(duì)根系與地上部分生長(zhǎng)的不同影響?！耙荒蓭Я小焙汀耙荒と龓Я小备诒确謩e為0.115 和0.183，根冠比“一膜三帶六行”小于“一膜兩帶六行”，根冠比的降低，更有利于地上部分干物質(zhì)生物量的積累和經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的形成。

3 結(jié)論

通過對(duì)南疆現(xiàn)行灌溉制度膜下滴灌不同滴灌帶鋪設(shè)模式下棉花生育期非飽和帶水鹽時(shí)空分布、根重密度和根冠比的研究，結(jié)果如下：（1）非飽和帶淺層0～50 cm 之間土壤水分與滴灌灌溉水密切有關(guān)，屬于土壤水分頻繁交換區(qū)，灌溉水入滲對(duì)50～100 cm 土壤含水率影響較小，100 cm 以下，由于毛管水的補(bǔ)給，非飽和帶土壤含水率逐漸增加?！耙荒と龓Я小北取耙荒蓭Я小?更有利于耕作層土壤鹽分的淋洗。（2）膜下滴灌條件下，棉花根系主要分布在淺層，0～30 cm 范圍棉花根系生物量“一膜三帶六行”比“一膜兩帶六行”多1.03%；根重密度外行小于內(nèi)行，膜中相較于膜間，0～50 cm 范圍內(nèi)，棉花根重密度“一膜兩帶六行”比“一膜三帶六行”多0.64 kg/m3；“一膜三帶六行”根冠比小于“一膜兩帶六行”種植模式。