滴灌技術參數(shù)對南疆棉花生長和土壤水鹽的影響

張迎春，張富倉，范軍亮，侯翔皓，王海東，劉 翔，何平如，薛占琪

滴灌技術參數(shù)對南疆棉花生長和土壤水鹽的影響

張迎春，張富倉※，范軍亮，侯翔皓，王海東，劉 翔，何平如，薛占琪

（西北農(nóng)林科技大學旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點實驗室，西北農(nóng)林科技大學中國旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，楊凌 712100）

為確定最適宜南疆棉花生長的滴灌技術參數(shù)，于2018和2019年4—10月在新疆庫爾勒31團（86°56′58″E，40°53′03″N）開展大田試驗，試驗設置3個灌溉定額（W1：60%ETc，W2：80%ETc，W3：100%ETc，ETc為作物蒸發(fā)蒸騰量）和2個滴頭流量（D1.8：1.8 L/h，D2.4：2.4 L/h），研究不同灌溉定額和滴頭流量對棉花株高、莖粗、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)累積量等生長指標、產(chǎn)量及其構成要素（有效鈴數(shù)、百鈴質(zhì)量）和土壤水鹽分布的影響。結果表明：1）同一滴頭流量下，W3處理棉花生長指標、產(chǎn)量及其構成要素顯著高于W1和W2處理；W1處理灌溉水分利用效率和水分利用效率顯著高于其他灌水處理。2）同一灌溉定額下，D2.4處理棉花生長指標、產(chǎn)量及其構成要素、水分利用效率和灌溉水分利用效率顯著高于D1.8處理。2018和2019年，W1、W2和W3處理下，D2.4處理的產(chǎn)量比D1.8分別增加4.81%、8.39%、4.69%和4.98%、7.23%、11.06%。D2.4處理土壤含水率均勻性高于D1.8處理；0～40 cm土壤含鹽量隨生育期推進呈上升趨勢，隨灌溉定額和滴頭流量增加而降低。綜合分析，灌溉定額為100%ETc、滴頭流量為2.4 L/h時棉花生長較好，產(chǎn)量較高，2年最高產(chǎn)量分別為7 361.44和7 837.91 kg/hm2，是南疆棉花適宜的滴灌技術參數(shù)組合。研究結果可為指導該地區(qū)棉花節(jié)水控鹽高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

棉花；土壤；灌溉；膜下滴灌；灌溉定額；滴頭流量；產(chǎn)量

0 引 言

南疆地區(qū)是重要的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地和典型的純灌溉農(nóng)業(yè)類型區(qū)，農(nóng)業(yè)用水占比高達95%以上，但灌溉水分利用效率低于40%，灌溉水利用系數(shù)僅為0.479[1]。因此，提高灌溉水利用效率和作物水分生產(chǎn)效率是新疆農(nóng)業(yè)高效節(jié)水的發(fā)展趨勢。目前，在無鹽堿化或鹽堿化程度較輕的灌溉農(nóng)田，廣泛實施膜下滴灌技術對該地區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水和作物高效生產(chǎn)起著十分重要的作用[2]，但對于鹽堿化農(nóng)田，膜下滴灌技術達不到排鹽、洗鹽效果，耕層區(qū)土壤年均積鹽量達到0.36 g/kg，鹽分在田間土層不斷累積，只有在非生育期進行大水壓鹽，才能滿足生育期棉花正常生長條件，導致灌溉水分利用效率降低[3-5]。因此，在鹽堿化棉田，實施合理的灌溉技術參數(shù)調(diào)控土壤水鹽運動，對于提高灌溉水分利用效率、實現(xiàn)棉田節(jié)水控鹽高效生產(chǎn)有重要意義。

灌溉定額、灌水定額和滴頭流量等作為田間灌水技術和灌水器的基本參數(shù)，對于調(diào)控土壤水鹽運動、作物生長和制定合理灌溉制度有重要作用。近年來，一些學者就灌溉定額和滴頭流量對土壤水鹽運動以及棉花生長的影響進行了研究[6-9]。研究表明，較高的灌溉定額有利于棉花干物質(zhì)積累和產(chǎn)量提高，利用作物模型研究發(fā)現(xiàn)，籽棉產(chǎn)量與灌溉定額呈現(xiàn)拋物線關系，水分生產(chǎn)率隨著灌溉定額的增加而減小，北疆地區(qū)灌溉定額為85%作物蒸發(fā)蒸騰量的灌水處理更有利于棉花生長和產(chǎn)量提高。有關滴頭流量對棉田土壤水鹽運移與棉花生長的研究表明，棉田生育期內(nèi)適當提高滴頭流量可促使棉花根區(qū)土壤脫鹽，提高產(chǎn)量[10-1l]；一些學者通過盆栽試驗發(fā)現(xiàn)，滴頭流量增加，土壤濕潤區(qū)的寬度增大而深度減小，會影響棉花的根系分布，從而促進棉花的生長，提高產(chǎn)量[12]；也有一些學者通過試驗表明，砂土條件下較小的滴頭流量可使土壤濕潤體在水平方向擴散增加，有利于作物的生長和產(chǎn)量提高[13-19]。

目前南疆大部分地區(qū)棉花生育期內(nèi)采用的灌水量遠大于棉花生長所需，造成水資源浪費，也加劇了土壤次生鹽堿化，前人對于滴頭流量對作物生長以及土壤水鹽分布的影響的研究主要集中在室內(nèi)桶栽試驗，而大田試驗多采用單一的灌溉定額或滴頭流量，對于鹽堿化棉田灌水量和滴頭流量組合對棉花生長和土壤水鹽分布影響的研究還未見報道。本文結合南疆棉田農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實際，以促進棉花生長、提高產(chǎn)量和水分利用效率為目標，研究探索灌溉定額和滴頭流量互作對膜下滴灌棉花生長、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量以及土壤水鹽分布的影響，擬為棉田節(jié)水高效生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2018和2019年的4—10月在新疆庫爾勒市尉犁縣31團（86°56′58″E，40°53′03″N）進行，該區(qū)域?qū)儆诳兹负恿饔?，海拔約900 m。年平均降雨量為58 mm，年蒸發(fā)量約為2 500 mm，年平均氣溫為11 ℃左右，無霜期約為190 d，屬于暖溫帶大陸性荒漠氣候，地下水埋深1.0～1.5 m。試驗區(qū)耕作層土壤為砂壤土，土壤容重為 1.56 g/cm3，田間持水率28.02%（體積含水率），土壤電導率0.35 dS/m（土水質(zhì)量比1∶5），土壤硝態(tài)氮為17.54 mg/kg，銨態(tài)氮為17.96 mg/kg，速效磷為7.09 mg/kg，速效鉀為658.39 mg/kg。

2018年棉花生育期內(nèi)共降水11次，降水總量為18.6 mm，大于5 mm的有效降雨僅1次，日平均最高氣溫為31.9 ℃，日平均最低氣溫為13.1 ℃；2019年整個生育期降水13次，累計20 mm，大于5 mm的有效降水僅1次，日平均最高氣溫為40.9 ℃，日平均最低氣溫為7.0 ℃（圖1）。

1.2 試驗設計

本試驗設置灌溉定額和滴頭流量2個因素，以滴頭流量為主區(qū)，灌溉定額為副區(qū)，2 a處理方式相同。根據(jù)當?shù)爻Ｒ?guī)滴頭流量1.8 L/h，本試驗設置1個加大流量處理，共設置2個滴頭流量：1.8（D1.8）和2.4 L/h（D2.4）。根據(jù)經(jīng)驗，庫爾勒市棉花常規(guī)灌溉定額為400 mm，本試驗根據(jù)作物蒸發(fā)蒸騰量（Crop Evapotranspiration，ETc）設置3個灌溉定額：60%ETc（W1）、80%ETc(W2)和100%ETc(W3)。

ETc計算公式如下[20]：

ETc=c·ET0（1）

式中ET0為根據(jù)FAO-56 Penman Monteith（FPM）計算的試驗區(qū)2018和2019 年棉花生長季參考作物蒸散量（圖 1），mm；c為棉花作物系數(shù)，根據(jù)生育階段而定[20]，分別取0.75（現(xiàn)蕾至初花：2018-06-16—2018-06-30和2019-06-16—2019-07-02）、1.15（初花至出現(xiàn)裂鈴：2018-07-01—2018-08-10和2019-07-03—2019-08-10）、0.70（出現(xiàn)裂鈴至吐絮期：2018-08-11—2018-08-27和2019-08-11—2019-08-27）。

試驗共6個處理，每個處理3個重復。2年試驗各處理灌水日期基本相同（表1），6月中旬開始灌水，各個處理先灌20 mm活苗水，8月下旬結束灌水，灌水間隔約為7 d，遇到降雨灌水日期順延，整個生育期內(nèi)總計灌水10次，2018和2019年3個灌水水平的灌溉定額分別為210.35、273.61、337.02和196.31、256.75、317.19 mm（表 1）。

圖1 2018和2019年棉花生育期內(nèi)降雨量和參考作物蒸散量（ET0）

1.3 田間試驗

供試棉花品種為當?shù)赝茝V的“新陸中66號”，購于31團二連合作社。2018年4月12日播種，2018年10月18日收獲；2019 年 4月11日播種，2019 年10月20日收獲；生育期為：苗期（2018-04-19—2018-06-02和2019-04-18—2019-06-07）、蕾期（2018-06-03—2018-07-02和2019-06-08—2019-07-05）、花期（2018-07-03—2018-07-16和2019-07-06—2019-07-15）、鈴期（2018-07-17—2018-08-25和2019-07-16—2019-08-25）、吐絮期（2018-08-26—2018-09-18和2019-08-26—2019-09-13）。棉花采用干播濕出、播種覆膜滴灌帶鋪設一次完成的棉花種植模式，采用當?shù)氐?膜2管4行的滴灌模式，行距依次為10、10、66、10和10 cm，膜間裸地寬度為46 cm，棉花株距為10 cm，滴灌帶距內(nèi)行棉花10 cm（圖2）。根據(jù)當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，選用雙層地膜進行積溫保墑，待棉花全部出苗后，揭去上層地膜。采用內(nèi)徑為16 mm 的聚乙烯樹脂內(nèi)鑲式薄壁迷宮滴灌帶，滴頭間距為30 cm，每個小區(qū)單獨安裝水表和球閥控制灌水定額。小區(qū)尺寸為6 m×7 m，每個小區(qū)4膜，各小區(qū)之間設置1 m寬的緩沖區(qū)以減少土壤水分側滲的影響。每年11月中下旬進行冬灌（地面畦灌），冬灌定額450 mm。施肥根據(jù)當?shù)剡m宜的施肥水平（N-P2O5-K2O：300-120-50 kg/hm2）進行，所用肥料為尿素、磷酸二氫銨和氯化鉀，除保苗水外，分9次隨水滴施，每次施肥量為各處理總施肥量的1/9（蕾期共2/9，花鈴期共6/9，吐絮期共1/9），每次灌水前將固態(tài)肥料溶解于水中，每個施肥罐控制1個處理。噴施農(nóng)藥及其他農(nóng)藝措施均按當?shù)爻Ｒ?guī)實施。

表1 2018年和2019年棉花灌水試驗方案

注：W1、W2與W3分別表示灌溉定額為作物蒸發(fā)蒸騰量的60%、80%和100%。下同。

Note: W1、W2 and W3 represent irrigation amount are 60%, 80% and 100% of crop evapotranspiration, respectively. The same below.

圖2 棉花膜下滴灌布置方式圖

1.4 測定項目與方法

1.4.1 株高、莖粗和葉面積指數(shù)

在棉花各生育期，在每個小區(qū)隨機選取長勢一致3株棉花，分別用卷尺和游標卡尺測量株高（cm）和莖粗（mm）；采用干質(zhì)量法測定棉花葉面積，測定時先用方格紙測定鮮葉片葉面積，烘干至恒量后用面積干質(zhì)量關系換算葉面積，計算葉面積指數(shù)（Leaf Area Index，LAI）。

1.4.2 干物質(zhì)量

在不同生育階段，在每個小區(qū)隨機選取長勢一致的3株棉花，將所取植株樣棉花從莖基部處與地下部分分離，去掉表面的塵土后將各器官分離，放入烘箱在 105 ℃下殺青0.5 h，70 ℃烘干至恒質(zhì)量，冷卻后，用電子天平稱其質(zhì)量。單株棉花干物質(zhì)量為3株棉花平均值，再乘以種植密度換算成群體干物質(zhì)量，kg/hm2。

1.4.3 棉花產(chǎn)量和產(chǎn)量的構成要素

棉花產(chǎn)量測定：在各小區(qū)隨機挑選3個1 m×1.52 m 大小的樣方，稱量吐絮籽棉產(chǎn)量，并測得百鈴質(zhì)量、株數(shù)和單株有效鈴數(shù)。產(chǎn)量及其構成要素取3個小區(qū)平均值。

1.4.4 水分利用效率和灌溉水分利用效率

灌溉水分利用效率（IWUE，Irrigation Water Use Efficiency，kg/m3）為籽棉產(chǎn)量與灌溉定額的比值，計算公式為[21]

IWUE=10/（2）

式中為籽棉產(chǎn)量，kg/hm2；為灌溉定額，mm。

水分利用效率（WUE，Water Use Efficiency，kg/m3）為籽棉產(chǎn)量與農(nóng)田耗水量的比值，計算公式為[22]

WUE=/ET（3）

式中ET為農(nóng)田耗水量，m3/hm2。

試驗區(qū)地下水埋深為1.0～1.5 m，地下水礦化度為2.52～3.18 g/L，由于滴灌條件下每次灌水定額較少，滲漏量可以忽略不計；試驗區(qū)常年少雨，無地表徑流量，因此農(nóng)田水量平衡方程[23]為

ET=r++W+（4）

式中r為降雨量，m3/hm2；W為土壤貯水量的變化，m3/hm2；為地下水補給量，m3/hm2。根據(jù)阿維里揚經(jīng)驗公式[24]，結合當?shù)厍闆r，2018年地下水補給量為1 428.90 m3/hm2，2019年地下水補給量為1 496.50 m3/hm2。

1.4.5 土壤含水率

采用烘干法測定土壤含水率，選取棉花關鍵生育期（花鈴期）2 次灌水間隔內(nèi)（2018-08-04—2018-08-11和2019-08-03—2019-08-11）寬行中間、滴灌帶下方、窄行中間3個點0～40 cm的土壤取樣，測定土壤含水率。

1.4.6 土壤含鹽量

選取4個水平距離（分別為寬行中間、滴灌帶下方、窄行中間、兩膜間裸地中間）、3個土層深度（分別為0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm進行取樣，取樣時間分別為2018-05-01和2019-05-12、2018-06-19和2019-06-30、2018-07-06和2019-07-08、2018-08-18和2019-08-02、2018-09-13和2019-09-08。用蒸餾水浸提烘干土樣（烘干土樣10 g，土液比為1∶5），沉淀液用雷磁DDS—307A型電導率儀（上海儀電科學儀器股份有限公司）測量，土壤含鹽量的關系式為[25]

SC=3.5762EC (R=0.96)（5）

式中 EC為電導率值，dS/m；SC為含鹽量，g/kg。

1.5 統(tǒng)計分析

運用 SPSS23.0統(tǒng)計分析軟件對試驗數(shù)據(jù)進行顯著性方差分析；采用Microsoft Excel 2010對不同處理指標數(shù)據(jù)進行處理；用Origin8.0和CAD軟件繪圖。

2 結果與分析

2.1 灌溉定額和滴頭流量對棉花生長指標的影響

2.1.1 棉花株高

棉花株高隨著生育期的推進逐漸升高（圖3），苗期到花期迅速增長，2018年株高的日平均增長量在0.89 cm/d以上，2019年株高的日平均增長量在1.40 cm/d以上，花期之后，增長緩慢。2018年，當灌溉定額相同時，除苗期以外，各生育期D2.4處理的株高要顯著高于D1.8處理，2019年鈴期和吐絮期D2.4處理的株高要顯著高于D1.8處理；2018和2019年，當?shù)晤^流量相同時，鈴期和吐絮期棉花株高隨灌溉定額整體表現(xiàn)為W3高于W2、W2高于W1處理。

2018和2019年，滴頭流量為D1.8時，吐絮期W1和W2株高較W3分別下降了10.40%和5.17%，11.22%和4.64%；滴頭流量為D2.4時，吐絮期W1和W2株高較W3分別下降了11.38%和5.07%，4.64%和5.13%；由圖 3可以看出，W3D2.4處理的棉花株高優(yōu)勢明顯。

2.1.2 棉花莖粗

不同灌水處理下，棉花苗期到花期莖粗差異不大，隨著棉花的生長，各個處理的莖粗不斷增加，吐絮期達到最大。鈴期開始，不同處理莖粗差異逐漸增大（表2）。除苗期之外，滴頭流量相同時，各生育期莖粗大小隨灌溉定額依次為W3、W2、W1處理。灌溉定額相同時，整個生育期D2.4處理的莖粗高于D1.8處理。

2.1.3 棉花葉面積指數(shù)

整個生育期內(nèi)棉花葉面積指數(shù)（LAI）的變化如表3所示。隨著生育期的推進棉花LAI呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢，且LAI峰值都出現(xiàn)在鈴期，吐絮期部分葉片開始脫落，LAI呈現(xiàn)下降趨勢。灌溉定額相同時，花期到吐絮期D2.4處理的LAI顯著高于D1.8處理；滴頭流量相同時，各生育期的LAI隨灌溉定額的增大而增大。滴頭流量為D1.8時，2018和2019年W1和W2處理的LAI較W3處理分別降低22.52%和21.65%，44.16%和11.51%；滴頭流量為D2.4時，W1和W2處理的LAI較W3處理分別低24.55%和19.06%，53.83%和28.38%?？傮w來看，灌溉定額為W3、滴頭流量為D2.4處理的LAI更有優(yōu)勢。

注：D1.8和D2.4分別表示滴頭流量為1.8和2.4 L?h-1處理；不同字母表示同一生育期、不同處理之間差異顯著（P<0.05），下同。

表2 2018和2019年不同灌溉處理下各生育期棉花莖粗的變化

注：S1、S2、S3、S4、S5分別表示苗期、蕾期、花期、鈴期、吐絮期；不同字母表示同一列不同處理之間差異顯著（<0.05），下同。

Note: S1, S2, S3, S4 and S5 represent the seedling stage, buding stage, blossoming stage, bolling stage and boll opening stage, respectively; different letters indicate significant differences between different treatments in the same column (< 0.05), the same below.

表3 2018和2019年不同灌溉處理下各生育期葉面積指數(shù)的變化

2.2 灌溉定額和滴頭流量對棉花干物質(zhì)累積、籽棉產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.2.1 棉花干物質(zhì)累積量

灌溉定額和滴頭流量對棉花的干物質(zhì)累積量的影響見圖4。由圖4可以看出，整個生育期內(nèi)，花期到鈴期干物質(zhì)量增長迅速，2018和2019年花期到鈴期干物質(zhì)增長量分別占總干物質(zhì)量的43.82%～57.53%和40.14%～62.45%，鈴期之后，增長緩慢。除低水分處理W1外，灌溉定額相同時，2018和2019年鈴期和吐絮期D2.4處理的干物質(zhì)累積量顯著高于D1.8處理。灌溉定額為W1時，2018年鈴期D2.4和D1.8處理干物質(zhì)累積量無顯著差異，吐絮期D1.8處理干物質(zhì)累積量高于D2.4處理；W2和W3處理下，2019年吐絮期D2.4處理干物質(zhì)累積量高于D1.8處理。滴頭流量相同時，各生育期棉花干物質(zhì)累積量隨灌溉定額增加而增加，干物質(zhì)累積量從大到小的處理依次為W3、W2、W1。

圖4 2018和2019年不同灌溉處理對棉花干物質(zhì)累積量的影響

灌溉定額增加顯著促進棉花的干物質(zhì)累積。2018和2019年，滴頭流量為D1.8時，W2和W3的干物質(zhì)累積量分別比W1高出6.98%和12.78%，13.81%和27.27%；滴頭流量為D2.4時，W2和W3的干物質(zhì)累積量分別比W1增加了31.00%和47.03%，24.87%和32.23%。

2.2.2 棉花產(chǎn)量以及構成要素

灌溉定額和滴頭流量對棉花的有效鈴數(shù)、百鈴質(zhì)量以及棉花產(chǎn)量的影響見表4。由表4可知，2018和2019年，灌溉定額和滴頭流量對有效鈴數(shù)和棉花產(chǎn)量都具有極顯著性影響（<0.01），二者的交互作用對棉花的有效鈴數(shù)具有極顯著性影響（<0.01），對產(chǎn)量具有顯著性影響（0.01<<0.05）；2018年，灌溉定額對百鈴質(zhì)量具有極顯著性影響（<0.01），滴頭流量對百鈴質(zhì)量具有顯著性影響（0.01<<0.05）；2019年，灌溉定額對百鈴質(zhì)量有顯著性影響（0.01<<0.05）。

表4 不同灌溉處理對棉花有效鈴數(shù)、百鈴質(zhì)量以及籽棉產(chǎn)量的影響

注：*表示差異顯著（<0.05），**表示差異極顯著（<0.01）；NS表示無顯著性差異（＞0.05）；不同字母表示0.05水平下顯著性差異。

Note: * means significant difference (<0.05), ** means very significant difference (<0.01); NS means no signi?cant difference (>0.05); different letters mean significant difference at the level of 0.05.

2018年，適中的灌溉定額（W2）下，D2.4處理的百鈴質(zhì)量顯著高于D1.8處理；2018年和2019年，滴頭流量相同時，W3處理的百鈴質(zhì)量和W2處理差異不顯著，但是W3處理顯著高于W1處理（2019年W3D2.4和W1D2.4處理差異不顯著），W3D2.4處理的百鈴質(zhì)量最大。2018年，滴頭流量為D1.8時，隨灌溉定額的增加，棉花有效鈴數(shù)從大到小的處理依次為W3、W2、W1；滴頭流量為D2.4時，W3處理的有效鈴數(shù)顯著高于W1和W2處理，W1和W2處理差異不顯著。2019年，滴頭流量為D1.8時，W3處理的有效鈴數(shù)顯著高于W1和W2處理，W1和W2處理差異不顯著；滴頭流量為D2.4時，隨灌溉定額的增加，棉花有效鈴數(shù)從大到小的處理依次為W3、W2、W1。2年結果表明，灌溉定額從W1（60%ETc）增加到W3（100%ETc），棉花籽棉產(chǎn)量增加，2018和2019年滴頭流量為D1.8時，W3處理的籽棉產(chǎn)量分別比W2增加15.48%和8.61%，W2比W1分別增加11.69%和14.32%；滴頭流量為D2.4時，W3處理的產(chǎn)量比W2分別增加11.53%和12.49%，W2比W1分別增加15.52%和16.77%。灌溉定額相同時，D2.4處理的籽棉產(chǎn)量顯著高于D1.8處理，2018和2019年，滴頭流量為D2.4處理的產(chǎn)量比D1.8分別增加4.81%、8.39%、4.69%和4.98%、7.23%、11.06%。2018和2019年，W3D2.4處理籽棉產(chǎn)量均最高，分別為7 361.44 和7 837.91 kg/hm2。

2.2.3 棉花水分利用效率和灌溉水分利用效率

灌溉定額和滴頭流量對棉花水分利用效率（WUE）和灌溉水分利用效率（IWUE）的影響見圖5。2年試驗結果表明，灌溉定額相同時，D2.4處理的水分利用效率顯著高于D1.8處理；2018和2019年不同灌溉定額下，D2.4處理的水分利用效率分別比D1.8高出13.48%、5.44%、8.99%和5.61%、5.36%、0.84%。滴頭流量相同時，水分利用效率隨灌溉定額增加而降低，2018年，滴頭流量為D1.8時，W2處理的水分利用效率顯著高于W3灌水處理；滴頭流量為D2.4時，灌水為W1處理水分利用效率明顯高于其他2個灌水處理。2019年W3處理地下水補給量約占灌溉定額的50%，受地下水補給量的影響，農(nóng)田耗水量僅比W2高出15.26～52.24 mm，因此2019年W3D1.8和W3D2.4處理的水分利用效率較高。

2年試驗結果表明，灌溉定額相同時，D2.4處理的灌溉水分利用效率明顯高于D1.8處理。灌溉水分利用效率隨灌溉定額的增加而降低，滴頭流量為D1.8時，與W1處理相比，2018和2019年W2和W3的灌溉水分利用效率分別降低了14.13%和19.50%，12.59%和23.15%；滴頭流量為D2.4時，與W1處理相比，2018和2019年W2和W3的灌溉水分利用效率分別降低了11.19%和19.59%，10.72%和18.70%。

2.3 灌水定額和滴頭流量對土壤水鹽的影響

2.3.1 土壤含水率

灌溉定額和滴頭流量對土壤含水率影響顯著，膜下滴灌條件下，0～40 cm土層集中了棉花85%以上的根系[26]，選取棉花關鍵生育期（花鈴期）2 次灌水間隔內(nèi)（2018-08-04—2018-08-11和2019-08-03—2019-08-11）寬行中間、滴灌帶下方、窄行中間3個點0～40 cm的土壤含水率（體積含水率）的平均值和標準差進行分析，研究灌溉處理對土壤含水率的影響（圖6）。2018和2019年，W3D2.4處理的土壤含水率最高，分別為24.90%和31.10%。滴頭流量相同時，土壤含水率隨灌溉定額的增加而增加，以2019年滴頭流量為D1.8處理為例，W3較W1和W2的土壤含水率分別增加了12.46%和7.32%。灌溉定額相同時，D1.8處理3個取樣點之間誤差較大，2018年灌溉定額相同時，D2.4處理3個取樣點的標準差比D1.8低69.28%、70.73%和46.62%，2019年W1和W3處理下，D2.4處理3個取樣點的標準差比D1.8低45.46%和71.73%。說明D1.8處理3個取樣點土壤含水率平均值之間差異更顯著。因此，D2.4處理土壤水分水平擴散的更大，各層土壤水分分布的均勻性比較好，D1.8處理的水分多集中在滴頭流量下方，垂直入滲比較明顯?？傮w看來，W3D2.4處理土壤含水率更高，分布也更加均勻，更適合棉花生長。

注：不同字母表示同一年份、不同處理之間差異顯著（P<0.05），下同。

圖6 2018和2019年不同灌溉處理對土壤含水率的影響

2.3.2 土壤含鹽量

為了直觀對比不同灌溉定額和滴頭流量對整個生育期內(nèi)土壤鹽分的影響，選取4個水平距離0～40 cm土層深度鹽分的平均值，分析鹽分變化（圖7）。整個生育期內(nèi)，0～40 cm的土壤含鹽量呈上升趨勢。前期灌水少，蒸發(fā)強烈，表層土壤鹽分增多，鈴期灌水增多，洗鹽效果明顯，部分處理的鈴期鹽分低于花期。鹽分含量總體上表現(xiàn)為：滴頭流量相同時，土壤含鹽量隨灌溉定額的增加而降低，蕾期（S2）：2018年，滴頭流量為D2.4時，W1處理的鹽分比W2處理高35.34%，滴頭流量為D1.8時，W2處理的鹽分比W3處理高6.62%；2019年，滴頭流量分別為D1.8和D2.4時，W1處理的鹽分分別比W2處理高0.57%和3.11%。花期（S3）：2018年，滴頭流量為D2.4時，W2和W3處理的鹽分別比W1低20.25%和20.42%，滴頭流量為D1.8時，各處理規(guī)律不明顯；2019年，滴頭流量分別為D1.8和D2.4時，W2處理的鹽分分別比高W3處理34.70%和11.83%。鈴期（S4）：2018年，滴頭流量為D1.8時，W1處理的鹽分比W2處理高8.86%；2019年，滴頭流量為D2.4時，W2處理的鹽分比W3處理高19.20%，滴頭流量為D1.8時，W1處理的鹽分比W2處理高11.18%。吐絮期（S5）：2018和2019年W3D2.4處理的鹽分分別為3.41和3.30 g/kg。2018年，滴頭流量為D2.4時，W1處理的鹽分比W2處理高62.11%，滴頭流量為D1.8時，各處理規(guī)律不明顯；2019年，滴頭流量為D1.8時，W2和W3處理的鹽分分別比W1低3.25%和7.26%，滴頭流量為D2.4時，W2處理的鹽分比W3處理高3.22%。

灌溉定額相同時，鈴期D2.4處理的土壤含鹽量低于D1.8處理。由圖7可知，灌溉定額和滴頭流量對土壤鹽分分布影響顯著，W3D2.4處理土壤含鹽量比較低。

圖7 2018和2019年不同灌溉處理對土壤含鹽量的影響

3 討 論

株高、莖粗、葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量是反映田間作物長勢的重要指標，膜下滴灌技術作為局部灌水技術，灌水量和灌水時間會影響作物生長，從而影響作物產(chǎn)量，試驗研究表明，膜下滴灌棉田不同灌溉定額和滴頭流量對棉花生長發(fā)育影響顯著。水分不足能夠破壞葉綠體結構，減弱光合作用、使膜受損傷、酶活性喪失、滲透調(diào)節(jié)發(fā)生改變等，從而影響棉花生長和干物質(zhì)的積累，引起棉花早衰，造成產(chǎn)量下降。滴頭流量對棉花的根系分布影響較大[27]，合理的水肥調(diào)控措施可以促進作物根系發(fā)育、減輕并延緩葉片衰老，從而增加作物產(chǎn)量[28]。在鹽堿化土壤中，灌水量和滴頭流量還會影響土壤濕潤體形狀，從而影響土壤中的鹽分分布，研究表明，鹽分脅迫作用下，棉花的氣孔導度、蒸騰速率、光合速率和葉綠素含量等生理指標會降低，直接影響棉花的水分狀況，影響棉花生長[29]。本試驗研究表明灌溉定額增加，可有效促進棉花的生長和產(chǎn)量提高。滴頭流量相同時，與低灌溉定額（W1）相比，適中（W2）和較高（W3）灌水處理可顯著增加棉花株高、莖粗、葉面積指數(shù)、干物質(zhì)累積量。與吳立峰等[30]、Wang等[31]的研究結果基本一致，在施肥量一定條件下，棉花株高、葉面積指數(shù)、有效鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量、干物質(zhì)量和產(chǎn)量隨灌溉定額的增加均顯著增加，本試驗2018和2019年最大灌溉定額分別為337.02和317.19 mm，與阿布都卡依木等[32]研究得到的330.00 mm差異不大。丁浩等[33-35]通過控制滴頭流量獲得土壤濕潤區(qū)范圍，觀測了棉花的生長及產(chǎn)量狀況，結果表明，在相同灌溉定額下，棉花株高和葉面積隨著滴頭流量增大而增大，較大的滴頭流量在根區(qū)形成寬淺型濕潤區(qū)，寬淺型土壤濕潤區(qū)能在保持水分利用效率不降低的情況下，顯著提高棉花產(chǎn)量。本試驗與前人研究結果一致，灌溉定額一定時，滴頭流量為D2.4時棉花生長和產(chǎn)量優(yōu)勢明顯。蘇里坦等[36]研究表明，干旱區(qū)的粉砂壤土中進行膜下滴灌時，棉花的產(chǎn)量隨灌溉定額或者滴頭流量的增加先增大后減小，要使棉花產(chǎn)量達到較高值，應盡量采用2.6 L/h的滴頭流量和4 200 m3/hm2的灌溉定額為宜，地域以及土壤性質(zhì)不同，棉花高產(chǎn)的灌水定額和滴頭流量與本試驗略有差異。

王軍等[9,37-38]研究發(fā)現(xiàn)棉花籽棉產(chǎn)量隨著灌溉定額的增加而增加，而水分利用效率則隨著灌水定額的增加而減小，高灌水定額處理的水分利用效率最低。與本文研究結果和前人研究結果基本一致，滴頭流量相同時，灌溉水分利用效率從大到小的處理依次為W1、W2、W3，但是受地下水補給量的影響，2019年滴頭流量為D1.8時，W2灌水處理的水分利用效率低于W3灌水處理。李東偉等[39]研究結果表明，隨著土壤濕潤區(qū)由窄深型向?qū)挏\型過渡，膜下土壤帶狀濕潤均勻性越好，水分利用效率也越高。本試驗與其研究結果基本一致。膜下滴灌條件下，灌溉定額和滴頭流量等灌水技術參數(shù)對土壤含水率分布有較大影響。李明思[40]在輕壤土研究表明，隨著滴頭流量和滴水量的增大，積水區(qū)擴展，濕潤區(qū)水平運移距離增大，濕潤區(qū)交匯程度增大，土壤含水率會在40 cm深處達到最大值。本試驗與之研究結果基本一致。

崔永生等[26]通過研究不同灌溉定額對棉花生長和土壤水鹽運移的影響，發(fā)現(xiàn)土壤脫鹽程度與灌溉定額呈正相關關系，本試驗研究結果與之基本一致。蘇里坦等[41]通過對比3個滴頭流量（1.8、2.6和3.2 L/h）對棉田土壤鹽分變化的影響，發(fā)現(xiàn)滴灌結束后，在垂直和水平方向上，土壤鹽分分布隨滴頭流量的增加呈先增大后減小的變化趨勢，滴頭流量相同時，鹽分從膜下向膜間運移，滴頭流量為2.6 L/h時，淺層脫鹽效果明顯，適宜棉花生長，與本試驗滴頭流量為2.4 L/h處理的結果類似。本研究表明，滴頭流量會顯著影響土壤水鹽分布，高水高流量處理W3D2.4水分分布均勻性更好，鹽分含量較低，棉花生長指標和產(chǎn)量較高，是試驗條件下南疆棉田適宜的滴灌灌水技術參數(shù)組合。

4 結 論

1）灌溉定額和滴頭流量對棉花生長指標、產(chǎn)量及其構成要素、水分利用效率和灌溉水分利用效率影響顯著。灌溉定額增加可促進棉花的生長，滴頭流量相同，灌溉定額為100% ETc處理棉花生長最好，產(chǎn)量最高。灌溉定額相同，滴頭流量為2.4 L/h處理的棉花生長指標、產(chǎn)量及其構成要素、灌溉水分利用效率和水分利用效率大于1.8 L/h的處理。灌溉定額為100% ETc，滴頭流量為2.4 L/h時，棉花產(chǎn)量最高，分別為7 361.44和7 837.91 kg/hm2，為最佳的滴灌灌水技術參數(shù)組合。

2）灌溉定額和滴頭流量對土壤含水率和土壤含鹽量分布影響顯著。灌溉定額為100%ETc處理0～40 cm土層土壤含水率顯著高于60%ETc和80% ETc的處理；滴頭流量為2.4 L/h時，0～40 cm土層土壤含水率更高；整個生育期內(nèi)，0～40 cm土壤含鹽量逐漸累積，土壤含鹽量隨灌溉定額和滴頭流量的增加而降低；灌水水平為100% ETc，滴頭流量為2.4 L/h處理的土壤含水率更高，2018和2019年分別為24.90%和31.10%，整個土層水平分布也更加均勻，鹽分含量比較低，2018和2019年吐絮期含鹽量分別為3.41和3.30 g/kg，更適合棉花生長。

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Effects of drip irrigation technical parameters on cotton growth, soil moisture and salinity in Southern Xinjiang

Zhang Yingchun, Zhang Fucang※, Fan Junliang, Hou Xianghao, Wang Haidong, Liu Xiang, He Pingru, Xue Zhanqi

(,,,712100,)

An optimal irrigation management needs to clarify the effects of technical parameters on the crop growth, dry matter accumulation, seed yield, and the distribution of water and salt in soil. In this study, a two-year field experiment was conducted from April to October in 2018 and 2019, to investigate the effects of various amount of drip irrigation and emitter discharge rate on cotton growth at the 31st Regiment in Korla of Southern Xinjiang (86°56′58″E, 40°53′03″N). Three levels of drip irrigation were designed, including the full irrigation (W3:100% ETc, ETc is the crop evapotranspiration), moderate irrigation (W2:80% ETc), and low irrigation (W1:60% ETc). Two of emitter discharge rate (1.8 and 2.4 L/h) were applied to explore the optimal combination of drip irrigation amount and emitter discharge rate for cotton production, resulting in a total of six treatments with three replicates. Cotton growth indexes were measured, including the yield and its components, soil water moisture, and soil salinity. The main results were as follows: 1) There were significant effects of irrigation amount and emitter discharge rate on plant height, stem diameter, leaf area index, dry matter accumulation, yield and its components. In the bolling opening stage of 2018 and 2019, the plant height in the W1 treatment decreased by 10.40% and 11.22%, compared with that in the W3, respectively. The leaf area index in the W1 treatment was 22.52% and 44.16% lower than that in the W3. The plant height in the W1 treatment was 11.38% and 4.64% lower than that in the W3, when the emitter discharge rate was D2.4. The leaf area index in the W1 treatment was 24.55% and 53.83% lower than that in the W3. At the same rate of emitter discharge, the growth indexes, yield and its components of cotton increased with the increase of irrigation amount. Specifically, the cotton growth indexes, seed cotton yield and its components of W3 were significantly higher than those of W1 and W2. Under the same irrigation amount, the plant height, stem diameter, leaf area index, dry matter accumulation, effective boll number, 100-boll weight, and seed cotton yield were higher at the emitter discharge rate of D2.4, compared with those of D1.8. In 2018 and 2019, the yields of three irrigations amount under D2.4increased by 4.81%, 8.39%, 4.69% and 4.98%, 7.23% and 11.06%, compared with those under D1.8. The corresponding water use efficiency under D2.4was 13.48%, 5.44%, 8.99% and 5.61%, 5.36% ,0.84% higher than that under D1.8, respectively. 2) The water use efficiency and irrigation water use efficiency decreased with the increase of irrigation amount. In W1 treatment, there was significantly higher than those of other irrigation treatments, at the same emitter discharge rate. The water use efficiency and irrigation water use efficiency at the emitter discharge rate of D2.4were significantly higher than those D1.8under the same irrigation amount. 3) The irrigation amount and emitter discharge rate had significant effects on soil water content and salinity distribution. The soil water content in the W3 was higher than those of W1 and W2 at the same emitter discharge rate. The distribution of soil water content in the D2.4was more uniform than that in the D1.8under the same irrigation amount. In the salinity of 0-40 cm soil layer, a gradual accumulation trend occurred during the whole growing season of cotton. The soil salinity decreased with the increase of irrigation amount at the same emitter discharge rate. The soil salinity in the D2.4was lower than that of D1.8. When the irrigation amount was 100% ETc and the emitter discharge rate was D2.4, the soil water content was higher, the horizontal distribution of soil profile was more uniform, and the soil salinity was lower, indicating an optimal combination of parameters for the cotton growth. These results demonstrate that the irrigation amount of W3 (100%ETc) combined with emitter discharge rate of 2.4 L/h can be the optimal irrigation strategy for the cotton production in Southern Xinjaing, with the highest seed cotton yield of 7361.44 kg/hm2in 2018, and 7837.91 kg/hm2in 2019, respectively. This finding can provide a theoretical basis to guide the efficient cotton production with water saving and salt control in the Korla region of Southern Xinjiang, China.

cotton; soils; irrigation; drip irrigation with plastic mulch; irrigation quota; emitter discharge rate; yield

張迎春，張富倉，范軍亮，等. 滴灌技術參數(shù)對南疆棉花生長和土壤水鹽的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學報，2020，36(24)：107-117.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.013 http://www.tcsae.org

Zhang Yingchun, Zhang Fucang, Fan Junliang, et al. Effects of drip irrigation technical parameters on cotton growth, soil moisture and salinity in Southern Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(24): 107-117. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.013 http://www.tcsae.org

2020-06-30

2020-12-10

國家重點研發(fā)計劃項目（2017YFC0403303）

張迎春，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術研究。Email：493275996@qq.com

張富倉，博士，教授，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術研究。Email：zhangfc@ nwsuaf.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.013

S274.1；S275.6

A

1002-6819(2020)-24-0107-11