土壤水分調(diào)控對(duì)南疆滴灌棉花產(chǎn)量及土壤水鹽分布的影響

何平如, 張富倉(cāng), 侯翔皓, 劉藍(lán)驕, 孟曉琛, 張晨陽(yáng), 成厚亮

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/西北農(nóng)林科技大學(xué) 中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院, 陜西 楊凌 712100)

缺水和土壤鹽漬化是限制干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的兩個(gè)關(guān)鍵因素[1]。新疆地處內(nèi)陸干旱區(qū)，降水稀少，蒸發(fā)強(qiáng)烈，鹽堿土分布廣泛，水資源嚴(yán)重匱乏[2]。南疆地區(qū)因棉花產(chǎn)量高，品質(zhì)優(yōu)，色澤潔白，目前已成為中國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[3]，20l2年該區(qū)棉花種植面積7.655 7×105hm2，占全疆棉花種植面積的70.7%，總產(chǎn)1.345 0×106t，占全疆總產(chǎn)的69.3%[4]。南疆棉花的灌水方式均為膜下滴灌，但農(nóng)民節(jié)水意識(shí)薄弱，滴灌常常演變?yōu)槁?，田間灌溉水利用效率低，灌溉水大量回補(bǔ)地下水。由于特殊的地質(zhì)、氣候條件以及多年來(lái)不合理開發(fā)利用水土資源，致使當(dāng)?shù)赝寥来紊}漬化較為嚴(yán)重，鹽堿危害導(dǎo)致作物減產(chǎn)，形成大面積中、低產(chǎn)田，降低了土地生產(chǎn)效益[5]。根據(jù)“鹽隨水動(dòng)”的原則，土壤水分是控制鹽分運(yùn)動(dòng)的主要因素，灌水量的多少會(huì)影響土壤剖面中鹽分的分布，灌水量較低難以將土壤表層聚集的鹽分向下淋洗，灌水量過高會(huì)使土壤的積鹽深度加深，導(dǎo)致鹽分進(jìn)入地下水體，在蒸發(fā)強(qiáng)烈時(shí)還會(huì)促進(jìn)鹽分向上遷移[6]。因此，通過土壤水分下限調(diào)控確定合理的灌水定額和灌水頻率對(duì)土壤中水鹽的運(yùn)移影響很大。

20 世紀(jì)90 年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者圍繞干旱區(qū)膜下滴灌棉田土壤水鹽運(yùn)移、土壤水分調(diào)控、灌溉制度等方面進(jìn)行了大量的研究。土壤水分是鹽分運(yùn)移的載體，在滴灌條件下，隨著水分的入滲，水流可將鹽分帶入濕潤(rùn)鋒邊緣，使土壤鹽分在三維空間發(fā)生運(yùn)移[7]。灌水前，棉田膜內(nèi)表層和下層含水量均高于裸地，而鹽分含量及變幅略低于裸地，滴灌灌水后滴灌帶下方區(qū)域的土壤鹽分最低，在生育期結(jié)束后鹽分積累在膜間[8-10]。在膜下滴灌條件下隨著灌水量的增加，滴頭附近的土壤含水量增大，濕潤(rùn)體水平距離和垂直距離也增加，濕潤(rùn)體范圍增大[11]。根據(jù)土壤水分下限調(diào)控灌水，可以通過連續(xù)監(jiān)測(cè)土壤含水率間接調(diào)控作物的灌水時(shí)間、灌水定額和灌水頻率[12-13]。Tedeschi等[14]研究結(jié)果表明，高頻灌水決定了土壤剖面較高的水分含量和較低的鹽分積累，低頻灌水由于較高的次灌水量，可將較多的鹽分淋洗出作物根區(qū)。汪昌樹等[15]認(rèn)為灌水下限定的高時(shí)，灌水頻率增加，增大了田間耗水量且滴灌土壤水分水平運(yùn)動(dòng)距離和范圍有限，對(duì)鹽分的淋洗效果一般；灌水下限較低時(shí)，次灌水量大，灌溉定額增加，綜合控鹽效果較好，棉花產(chǎn)量較高。但牟洪臣等[16]認(rèn)為降低灌水定額增加灌水次數(shù)可防治過多水分入滲地下，且吳爭(zhēng)光、張瓊等[17-18]認(rèn)為高頻率灌溉的洗鹽效果優(yōu)于低頻率，可以有效抑制土壤返鹽。關(guān)于棉花灌溉制度的研究較多，崔永生等[19]在南疆第一師水利局灌溉試驗(yàn)站的研究表明生育期灌溉定額420 mm是南疆干旱區(qū)較為適宜的灌溉制度。劉新永等[20]于2004年在南疆尉犁縣的研究表明，505 mm的灌溉量可滿足棉花對(duì)水分的需求，但他只是探討了南疆尉犁縣膜下滴灌條件下棉花充分灌溉的灌溉制度。

膜下滴灌試驗(yàn)取得了很多研究成果，但前人的研究大多按確定的灌溉定額或者參考作物蒸發(fā)蒸騰量來(lái)指導(dǎo)灌溉，采用土壤水分調(diào)控進(jìn)行灌溉的較少，灌溉制度及節(jié)水抑鹽機(jī)理還有待進(jìn)一步研究，因此，開展基于不同土壤水分下限棉花膜下滴灌水鹽運(yùn)移的研究是必不可少的內(nèi)容。為了深入探討膜下滴灌棉田土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律，通過研究不同的土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量和土壤水鹽運(yùn)移及積累特征的影響，旨在探究適合南疆棉花生長(zhǎng)的土壤水分下限水平，為總結(jié)膜下滴灌棉田節(jié)水控鹽與高產(chǎn)的高效模式提供科學(xué)的依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

該試驗(yàn)區(qū)位于新疆庫(kù)爾勒市尉犁縣31團(tuán)二連(40°53′03″N，86°56′58″E)，海拔900 m左右，多年平均降水量34.1 mm，蒸發(fā)量為2 417 mm，同期蒸發(fā)量為降水量的50～80倍，平均氣溫11°C，晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，多年日照均值為2 941.8 h，無(wú)霜期180～220 d。試驗(yàn)地以砂壤土為主，土壤理化性質(zhì)具體見表1。試驗(yàn)區(qū)地表水水源為恰拉水庫(kù)，在汛期8月、9月、10月份，恰拉水庫(kù)水礦化度1.0～2.5 g/L。棉花生育期內(nèi)試驗(yàn)區(qū)地下水埋深為1.3～2.1 m，最大埋深和最小埋深分別出現(xiàn)在7月初和9月底，地下水位較高。水面蒸發(fā)量在播后30～70 d較高，即5—6月蒸發(fā)強(qiáng)烈。

表1 播前土壤理化性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選取棉花(新陸中66號(hào))為供試作物，于2018年4月11日播種，并于當(dāng)年9月20日收獲，整個(gè)生育期160 d。試驗(yàn)共設(shè)置5個(gè)處理，每個(gè)處理3個(gè)重復(fù)，共15個(gè)小區(qū)，種植模式采用一膜兩管四行，見圖1，棉花種植行距10 cm×66 cm×10 cm，寬行距為66 cm，窄行距為10 cm，膜間距為46 cm，株距10 cm，一膜寬106 cm；一個(gè)小區(qū)四膜寬為6 m，長(zhǎng)度為9 m，每個(gè)小區(qū)之間設(shè)置的保護(hù)行為1 m，每個(gè)小區(qū)面積60 m2，試驗(yàn)田共用地900 m2。試驗(yàn)地采用冬灌的方式在秋收后對(duì)土壤進(jìn)行壓鹽處理，冬灌定額為3 000 m3/hm2。各處理施肥水平一致，肥料采用施肥灌隨水滴施入，滴頭流量2.4 L/h，由于棉花前中期需肥量較高，在蕾期、花期、鈴期及吐絮期施肥量所占總施肥量的比例分別為(N 300 kg/hm2—P2O5120 kg/hm2—K2O 60 kg/hm2)25%，30%，30%和15%，試驗(yàn)期間的打頂、打藥、除草等田間管理措施均與當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)種植保持一致。

本文按FC(田間持水量)的不同百分比為土壤水分下限進(jìn)行灌溉。由于該試驗(yàn)地是鹽堿地，為了減輕土壤鹽堿化達(dá)到控鹽的目的，以田間持水量為土壤水分上限，以10%的梯度選取不同的土壤水分下限，記錄各處理在各生育期的灌水量及灌水時(shí)間，設(shè)置土壤水分下限為田間持水量的85%，75%，65%，55%，45%。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤含水率的測(cè)定及灌水量的計(jì)算 于棉花播前在試驗(yàn)田地塊按4鉆6層法取土樣，采用環(huán)刀取土樣測(cè)定土壤的田間持水量和容重。采用傳統(tǒng)的土鉆取土烘干法測(cè)定土壤含水率，見圖1，取土樣時(shí)以滴頭為中心，在寬行、滴灌帶、窄行及膜外裸地，分別取0—10 cm，10—20 cm，20—40 cm，40—60 cm，60—80 cm和80—100 cm土層土壤。試驗(yàn)期間采用不間斷監(jiān)測(cè)，出現(xiàn)降雨情況，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，各處理土壤含水率小于設(shè)置下限即進(jìn)行灌溉，灌至田間持水量。根據(jù)棉花各生育期設(shè)定的土壤水分上下限，計(jì)算單次灌水量并換算到試驗(yàn)小區(qū)，棉花各生育期單次灌水量計(jì)算公式為:

M=10×γ×H×p×(θmax-θmin)

(1)

式中：M為各生育期單次灌水量(mm)；γ為土壤容重(g/cm3)；H為土壤計(jì)劃濕潤(rùn)層深度(cm)，蕾期取40，花期、鈴期與吐絮期取60；p為濕潤(rùn)比，此處取0.7；θmax為田間持水量，即土壤水分上限；θmin為灌前計(jì)劃濕潤(rùn)層深度內(nèi)的土壤平均質(zhì)量含水率，即土壤水分下限。

圖1 田間試驗(yàn)土壤取樣點(diǎn)位圖

1.3.2 土壤電導(dǎo)率和鹽分的測(cè)定 土壤浸提液電導(dǎo)率(EC，dS/m)和土壤含鹽量(SC，g/kg)常被用來(lái)表征土壤鹽度。從試驗(yàn)田取回的土樣經(jīng)自然風(fēng)干后碾壓過2 mm孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩，將過篩后的土樣與去離子水按1∶5攪拌混合，靜置一段時(shí)間澄清后，用雷磁DDS-HA電導(dǎo)儀測(cè)定上清液電導(dǎo)率，根據(jù)試驗(yàn)率定結(jié)果，SC與EC1∶5可通過如下線性關(guān)系進(jìn)行換算：

SC=2.446EC1∶5

(2)

1.3.3 土壤鹽分積累 鹽分的累積量(ΔS，g/m2)為收獲初期與播前土壤剖面鹽分的差值，根據(jù)膜內(nèi)寬行、帶下、窄行不同位置權(quán)重計(jì)算膜內(nèi)土壤鹽分積累量，裸地的土壤鹽分變化代表膜外土壤鹽分積累量，鹽分積累總量根據(jù)膜內(nèi)膜外位置進(jìn)行加權(quán)平均，公式如下：

(3)

(4)

(5)

式中：ΔSin，ΔSout，ΔS分別為膜內(nèi)鹽分積鹽量、膜外鹽分積鹽量及鹽分積累總量；ΔSCi，wide,ΔSCi，drip,ΔSCi，narrow,ΔSCi，bare分別為第i層收獲初期與播前寬行、滴灌帶、窄行、裸地的土壤含鹽量的變化量；Hi為第i層土壤的土層深度(cm)；γi為第i層土壤的容重；i=1，2，…，6。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

利用SPASS 20.0 和Excel 2007 軟件統(tǒng)計(jì)分析試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)；利用Surfer 12.0繪圖軟件繪制土壤剖面水分和鹽分的變化規(guī)律。

2 結(jié)果與分析

2.1 根據(jù)土壤水分下限確定田間灌水方案

根據(jù)棉花生育特性，將棉花整個(gè)生育期劃分為5個(gè)生育階段，根據(jù)土壤水分下限確定的田間灌水方案見表2，苗期灌一次活苗水后，蕾期從6月14日開始灌水一直到吐絮期8月29日灌水停止。

表2 不同灌水處理間田間灌水方案

注：“15×1”是灌水定額為15 mm，灌水次數(shù)為1次。

2.2 土壤水分調(diào)控對(duì)產(chǎn)量及水分利用效率的影響

土壤水分下限調(diào)控下的棉花產(chǎn)量均隨著土壤水分下限的增大逐漸增大，水分利用效率隨著土壤水分下限的增大逐漸減小(表3)。不同土壤水分下限處理的棉花最終產(chǎn)量為T1>T2>T3>T4>T5，其中，T1處理皮棉產(chǎn)量高達(dá)3 484.94 kg/hm2，分別比T2，T3，T4，T5增加2.77%，10.68%，20.42%和21.46%，T1與T2處理間沒有顯著性差異，灌水下限定為85%FC和75%FC時(shí)棉花產(chǎn)量較高。不同土壤水分下限調(diào)控下，T5處理的水分利用效率最高為0.78 kg/m3，分別比T1，T2，T3和T4增加27.86%，16.42%，8.33%和11.43%，減少灌水量可以提高棉花對(duì)土壤水分的吸收作用，提高了水分利用效率，避免了灌溉水資源的無(wú)效浪費(fèi)。

表3 土壤水分下限調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響

2.3 膜下滴灌土壤水鹽分布

2.3.1 土壤剖面水分動(dòng)態(tài)變化 圖2為2018年棉花不同生育期0—100 cm 土層土壤水分變化，橫坐標(biāo)23 cm處為水平方向滴灌帶的位置。由于進(jìn)行過冬灌，播前土壤含水率大，因此苗期灌水未做處理，均灌15 mm的活苗水，苗期0—40土層土壤含水率為20%左右，40—100 cm土層土壤含水率為26%左右。從各土層土壤含水率分布情況可以看出，各處理0—100 cm土層土壤含水率分布規(guī)律基本一致，豎直方向上，膜內(nèi)膜外0—60 cm土層土壤含水率隨土層深度的增加逐漸增大，60—100 cm土層土壤含水率隨土層深度的增加逐漸減?。凰椒较蛏?，0—40 cm土層內(nèi)，各處理膜內(nèi)土壤含水率明顯高于膜外土壤含水率，40—100 cm土層土壤含水率膜內(nèi)膜外差異不大，特別是80—100 cm土層在整個(gè)生育期土壤含水率基本保持不變，土壤含水率維持在23%左右。

蕾期灌水前，在土壤水分蒸發(fā)和作物蒸騰的作用下，各處理的土壤含水率較苗期明顯減少，特別是主根區(qū)(0—40 cm 土層)水分含量明顯減少，而次根區(qū)(40—100 cm土層)水分含量變化不大。進(jìn)入花期和鈴期后棉花枝狀葉茂，很大程度上減小了土壤水分蒸發(fā)，灌水對(duì)土壤水分的影響逐漸明顯，灌水措施明顯增加0—40 cm 土層的水分含量。水平方向隨著距滴灌帶距離的增加，土壤含水率逐漸變小，表現(xiàn)為帶下>窄行>寬行>裸地。進(jìn)入吐絮期，停止灌水后，土壤含水率較花期和鈴期時(shí)減少，各處理土壤含水率為16.71%～19.92%，其中T1處理最高，T3處理最低，處理間差異較前期減弱。T3處理灌水定額為45 mm，T5處理灌水定額為70 mm，T3，T5處理在鈴期灌水后，土壤含水率一直大于土壤水分下限，吐絮期未灌水，而此時(shí)T3處理50—60 cm土層土壤含水率為18%，70—90 cm土層土壤含水率為23%，T5處理在30—40 cm土層土壤含水率達(dá)到18%，50—90 cm土層土壤含水率均達(dá)到23%，說明灌水定額越大，保墑能力越強(qiáng)。采用土壤水分下限控制灌水，T1處理0—60 cm土層土壤平均含水率的變化范圍為16.48%～19.39%，每次進(jìn)行小定額灌溉，土壤水分含量一直處于較高水平；T5處理0—60 cm土層土壤平均含水率的變化范圍為8.72%～19.39%，灌水前土壤含水率最低，棉花因缺水產(chǎn)生虧缺。

2.3.2 土壤剖面鹽分動(dòng)態(tài)變化 2018年棉花生育期土壤剖面全鹽含量動(dòng)態(tài)變化如圖3所示。4月11日播種后，5月1日取各處理的土壤進(jìn)行測(cè)定，土壤初始含鹽量較低(0.45 g/kg左右)。各處理在苗期灌一次活苗水(15 mm)后，到了蕾期取6月19日的土壤(灌前)，各處理土壤含鹽量較苗期時(shí)都產(chǎn)生了積鹽現(xiàn)象，土壤含鹽量為2 g/kg左右，從蕾期進(jìn)行灌水處理。到了花期，根據(jù)土壤水分下限各處理灌水時(shí)間不一致，7月19日T2處理灌水32 mm，T3處理灌水45 mm，7月23日T1處理灌水19 mm，T4處理灌水58 mm，T5處理灌水70 mm，7月26日測(cè)得的結(jié)果顯示，T1，T2，T3處理相比于蕾期，產(chǎn)生了鹽分積累，土壤含鹽量為2.4 g/kg，說明T1處理一次灌水未能將鹽分淋洗，T2，T3處理在灌水后7 d鹽分又達(dá)到較高水平；而T4，T5處理在灌水后3 d將鹽分淋洗至1 g/kg，T1，T2，T3處理土壤鹽分含量顯著大于T4，T5處理，說明T4，T5處理一次灌水能將鹽分有效淋洗，灌水量為58 mm能將鹽分深層淋洗至較低水平。

到了鈴期，T4處理在8月9日灌水58 mm，在8月19日對(duì)其余各處理進(jìn)行了灌水，8月22日測(cè)得的結(jié)果顯示，各處理土壤含鹽量較花期時(shí)減少。一方面，隨著棉花的生長(zhǎng)，棉花枝狀葉茂，很大程度上減小了土壤水分蒸發(fā)，繼而減小了表層土壤鹽分的聚集；另一方面，經(jīng)過多次灌水，土壤含鹽量減少，主根區(qū)土壤鹽分淋洗至0.7 g/kg左右。T1，T2處理隨著灌水頻率的增加，膜外表層土壤鹽分也得到淋洗，而T5處理由于土壤水分下限較低，長(zhǎng)時(shí)間未灌水，灌水后主根區(qū)土壤鹽分只能淋洗至1.2 g/kg左右，這說明土壤的脫鹽程度不僅受灌水定額的影響，與灌水頻率也有關(guān)，灌水定額小，灌水頻率大也能將主根區(qū)土壤鹽分淋洗至較低水平，大灌水定額能一次將鹽分徹底淋洗至土壤深層，隨著棉花生長(zhǎng)和土壤蒸發(fā)，鹽分又產(chǎn)生了積累，而小灌水定額雖一次不能徹底淋洗土壤鹽分，隨著灌水次數(shù)的增多，淋鹽的效果相對(duì)更好。

到了吐絮期，8月29日停止灌水，9月20日進(jìn)行測(cè)產(chǎn)，此時(shí)各處理土壤含鹽量為1～1.5 g/kg，T1，T2處理寬行和膜外裸地0—30 cm土層土壤含鹽量較高，豎直方向上膜內(nèi)、膜外土壤含鹽量隨著土層深度的增加，逐漸減小，T4，T5處理將鹽分淋洗至60—80 cm土層及膜外，80—100 cm土層隨著土層深度的增加，土壤含鹽量逐漸減小。各處理生育期平均鹽分含量值均呈現(xiàn)滴灌帶處最低，窄行和寬行次之，膜外最大，這是因?yàn)辂}分的運(yùn)移主要受水分運(yùn)移的影響，鹽分隨水運(yùn)動(dòng)，土壤鹽分含量隨著土壤濕潤(rùn)鋒的推移使得表層土壤鹽分以滴頭為中心向土壤深層和膜外裸地淋洗，而膜外裸地僅有少量灌溉水淋洗鹽分，且蒸發(fā)強(qiáng)烈使下層鹽分隨水上移，在上層土壤中集聚。

2.4 膜下滴灌土壤鹽分積累規(guī)律

膜下滴灌棉花在T1，T2，T3，T4，T5處理下收獲初期與播前土壤剖面鹽分含量變化情況見圖4，根據(jù)土壤水分下限調(diào)控灌水，在吐絮期，T1，T2和T4處理進(jìn)行灌水，T3和T5處理未灌水。整體來(lái)看，在生育期末各處理的鹽分在膜內(nèi)膜外均積鹽，受膜內(nèi)鹽分水平遷移和表土蒸發(fā)影響，膜內(nèi)積鹽少于膜外；受表土蒸發(fā)的影響，主根區(qū)(0—40 cm土層)積鹽量大于次根區(qū)(40—100 cm土層)積鹽量。

從圖4可以看出，與T2處理相比，T1處理膜內(nèi)鹽分積累量與T2處理沒有顯著性差異，膜外鹽分積累量顯著多于T2處理，這是由于T1處理土壤水分下限較高，灌水定額較小，一方面，滴灌土壤水分豎直和水平運(yùn)動(dòng)距離和范圍有限，灌溉水向膜外濕潤(rùn)范圍小，膜外主要受到表土蒸發(fā)的影響，鹽分大量聚集在土壤上層，另一方面，T1處理灌水頻率大，隨著灌水頻率的增加，濕潤(rùn)峰不斷擴(kuò)大，越多的鹽分遷移到膜外。T3處理在吐絮期未灌水，由于灌水定額小于T5處理，膜內(nèi)積鹽最大，膜外積鹽次于T5處理。T5處理膜內(nèi)0—40 cm土層土壤含鹽量與T1，T2處理相比差異不大，膜外0—40 cm土層的土壤鹽分相對(duì)較大，膜外土壤積鹽嚴(yán)重，這是由于T5處理土壤水分下限較低，灌水定額大，膜內(nèi)土壤鹽分隨著濕潤(rùn)峰遷移到膜外，且吐絮期未進(jìn)行灌水，膜外土壤在表土蒸發(fā)下上層積鹽。T4處理在吐絮期灌水后，灌溉水將0—40 cm土層鹽分淋洗至膜內(nèi)40—100 cm土層及膜外0—40 cm土層，膜內(nèi)0—40 cm土層的鹽分顯著低于其他處理，而T1，T2處理在吐絮期同樣進(jìn)行了灌水，說明灌水定額越大，對(duì)膜內(nèi)0—40 cm土層淋鹽效果更好。膜內(nèi)膜外0—100 cm土層鹽分積累總量呈現(xiàn)T3>T5，T1>T2，T4。

圖2 棉花不同生育期各處理土壤含水量動(dòng)態(tài)變化

3 討 論

由于進(jìn)行過冬灌，播前土壤含水率較大，在土壤水分蒸發(fā)作用下，土壤含水率逐漸減少，蕾期灌水后土壤含水率逐漸增大，到鈴期時(shí)土壤含水率達(dá)到最大，吐絮期停止灌水后土壤含水率又逐漸減小。土壤鹽分的變化特征是播前土壤鹽分很小，苗期土壤鹽分升高，到蕾期和花期土壤含鹽量持續(xù)升高，到鈴期土壤鹽分減少，吐絮期時(shí)土壤含鹽量又有所增高，充分體現(xiàn)了“鹽隨水動(dòng)”的特點(diǎn)。高龍等[21]認(rèn)為作物主根區(qū)土壤含水率自靠近滴灌帶的寬行往外至膜間逐漸降低，土壤含鹽率呈相反的規(guī)律分布，灌溉期靠近灌溉帶的主根區(qū)土壤處于脫鹽狀態(tài)，遠(yuǎn)離灌溉帶的土壤處于積鹽狀態(tài)。本文結(jié)果與之一致，地膜中央滴頭處土壤含鹽量最低，由于受到灌溉水分淋洗充分，該處各層剖面土壤水分達(dá)到飽和使含鹽量較低，棉花窄行比滴頭附近區(qū)域大，是鹽分隨水?dāng)U散的結(jié)果，裸地因蒸發(fā)強(qiáng)度大和濕潤(rùn)峰的鹽分運(yùn)移及交匯作用，土壤含鹽量高于前兩處。水平方向隨著距滴灌帶距離的增加，土壤含水率逐漸變小，表現(xiàn)為帶下>窄行>寬行>裸地，土壤含鹽量高低順序?yàn)閹?窄行<寬行<裸地。

圖3 棉花不同生育期各處理土壤含鹽量動(dòng)態(tài)變化

張偉等[22]初步得出從生育初期到生育末期的過程中，各土層含鹽量都有不同程度的加大，垂直方向鹽分的積累在土層范圍內(nèi)是逐漸增加的，深層土層鹽分積累受到膜下滴灌的影響較小。王增麗等[23]認(rèn)為在土壤水分蒸發(fā)過程中，在垂直方向上，土壤表層發(fā)生積鹽現(xiàn)象，中層發(fā)生脫鹽現(xiàn)象，深層土壤鹽分變化基本穩(wěn)定，在灌溉過程中，隨灌水定額的增加，土層發(fā)生積鹽、脫鹽現(xiàn)象的深度增加。張磊等[24]認(rèn)為灌水后，各處理土壤含水率均逐漸升高，以膜下0—20 cm 最為顯著，裸地0—60 cm 變化不明顯。本文結(jié)果與之相似，灌水后，膜內(nèi)膜外的土壤含水率均隨土層深度的增加先逐漸增大后逐漸減小，0—40 cm土層內(nèi)，各處理膜內(nèi)土壤含水率明顯高于膜外土壤含水率，40—100 cm土層土壤含水率膜內(nèi)膜外差異不大，特別是80—100 cm土層土壤含水率基本保持不變。在生育期末各土層鹽分變化規(guī)律是各處理在膜內(nèi)膜外均積鹽，受膜內(nèi)鹽分水平遷移和表土蒸發(fā)影響，膜內(nèi)積鹽少于膜外；受表土蒸發(fā)的影響，主根區(qū)積鹽量大于次根區(qū)積鹽量，膜外土壤鹽分主要受表土蒸發(fā)的影響，越接近地表，土壤鹽分所受影響越大，膜外土壤表層0—10 cm的鹽分積累量大于土壤深層的積鹽量，膜內(nèi)膜外0—100 cm土層鹽分積累總量呈現(xiàn)T3>T5，T1>T2，T4。

圖4 吐絮期不同處理鹽分積累量

本文與汪昌樹等[14]的研究結(jié)果不同，土壤水分下限定的高時(shí)，灌水越頻繁，土壤剖面有較高的水分含量和較低的鹽分積累，棉花產(chǎn)量高；土壤水分下限較低時(shí)，灌水定額大，灌溉水向膜外濕潤(rùn)范圍大，滴灌濕潤(rùn)峰的豎直距離大，但灌水頻率低，灌溉定額最小，棉花產(chǎn)量較低。這與李金剛等[25-27]在河套灌區(qū)的研究結(jié)果一致，他們認(rèn)為隨著灌水下限的增大，灌水越頻繁，濕潤(rùn)層土體含水率增大，越多的鹽分遷移到膜外，玉米產(chǎn)量隨著灌水下限的降低而減少。鄒小陽(yáng)等[6]認(rèn)為存在極限埋深的閾值，地下水埋深應(yīng)該大于極限埋深閾值，以避免土壤鹽漬化。由于巴州灌溉試驗(yàn)站地下水位較低(為4～6 m)，不存在地下水補(bǔ)給，本試驗(yàn)地2017年進(jìn)行過冬灌，地下水位較高(為1.3～2.1 m)，李金剛[25-26]和孫貫方[27]等的試驗(yàn)地在上一年進(jìn)行過秋澆，地下水水位都較高(1.89～3.08 m)。當(dāng)土壤水分下限較低時(shí)，隨著土壤水分的逐漸減少，地下水向上補(bǔ)給，土壤含水率很難達(dá)到設(shè)置的下限，因此灌水次數(shù)少，大灌水定額將鹽分淋洗至土壤深層后，隨著地下水向上補(bǔ)給并產(chǎn)生潛水蒸發(fā)，土壤鹽分又不斷在表層集聚，土壤積鹽嚴(yán)重。

膜下滴灌使鹽分在空間位置上的差異性分布只是在作物生長(zhǎng)季節(jié)有助于作物避鹽，但是一旦經(jīng)過下茬耕作，鹽分重新均勻分布，將逐漸使表層土壤含鹽量上升[22]。Liu等[28]結(jié)果表明滴灌不能使根區(qū)土壤鹽分浸出，為防止根區(qū)積累過多的鹽分，必須進(jìn)行洗鹽以維持土壤水鹽平衡。在生育期末各處理各土層膜內(nèi)膜外均積鹽，因此，定期進(jìn)行大水漫灌洗鹽如進(jìn)行冬灌是土壤脫鹽的有效手段。楊九剛等[29]認(rèn)為南疆棉花膜下滴灌灌溉定額宜控制在375～450 mm，灌水頻次宜控制在12～16次。Tan等[30]采用作物生長(zhǎng)模型進(jìn)行模擬的結(jié)果表明南疆地區(qū)粉質(zhì)壤土適宜灌溉量為355～457 mm，砂質(zhì)壤土適宜灌水量為406～462 mm。本文結(jié)果與之相似，膜內(nèi)膜外0—100 cm土層鹽分積累總量呈現(xiàn)T3>T5，T1>T2，T4，皮棉產(chǎn)量T1，T2>T3>T4，T5，水分利用效率T5>T2，T3，T4>T1，綜合考慮在保證棉花產(chǎn)量的同時(shí)達(dá)到節(jié)水排鹽的目的，T2處理較好，建議南疆棉花生長(zhǎng)的適宜灌水下限為75%FC，非生育期進(jìn)行冬灌壓鹽，冬灌定額為300 mm，生育期灌溉定額為334 mm，耗水量509 mm，整個(gè)生育期灌水12 次，具體的灌水根據(jù)土壤水分下限進(jìn)行調(diào)控。

4 結(jié) 論

(1) 灌水后，水平方向隨著距滴灌帶距離的增加，土壤含水率逐漸變小，表現(xiàn)為帶下>窄行>寬行>裸地，土壤含鹽率呈相反的規(guī)律分布；隨土層深度的增加，膜內(nèi)膜外的土壤含水率均先逐漸增大后逐漸減小，主根區(qū)水分分布受灌溉水以及土壤蒸發(fā)的影響較大，次根區(qū)水分波動(dòng)較小，特別是80—100 cm土層土壤含水率基本保持不變。

(2) 在生育期末各土層鹽分變化規(guī)律是各處理在膜內(nèi)膜外均積鹽，受膜內(nèi)鹽分水平遷移和表土蒸發(fā)影響，膜內(nèi)積鹽少于膜外；受表土蒸發(fā)的影響，主根區(qū)積鹽量大于次根區(qū)積鹽量，膜內(nèi)膜外0—100 cm土層鹽分積累總量呈現(xiàn)T3>T5，T1>T2，T4。

(3) 土壤的脫鹽程度不僅受灌水定額的影響，與灌水頻率也有關(guān)。土壤水分下限定的高時(shí)，灌水定額小，雖一次不能徹底淋洗土壤鹽分，但隨著灌水頻率的增加，灌溉水向膜外濕潤(rùn)范圍逐漸增大，越多的鹽分遷移到膜外，棉花產(chǎn)量較高；土壤水分下限較低時(shí)，灌水定額大，灌水定額為58 mm能一次將鹽分徹底淋洗至土壤深層，由于較高的次灌水量，可將較多的鹽分淋洗出作物根區(qū)，但灌水頻率低，灌溉定額較小，隨著棉花生長(zhǎng)和土壤蒸發(fā)，鹽分又產(chǎn)生了積累，棉花產(chǎn)量較低。

(4) 綜合考慮在保證棉花產(chǎn)量的同時(shí)達(dá)到節(jié)水排鹽的目的，建議南疆棉花生長(zhǎng)的適宜灌水下限為75%FC，采用1膜2管四行的種植方式，非生育期進(jìn)行冬灌壓鹽，冬灌定額為300 mm，生育期灌溉定額為334 mm，耗水量509 mm，整個(gè)生育期灌水12 次。