不同灌溉定額對(duì)地下滴灌無膜移栽棉花耗水和產(chǎn)量影響的研究

雷成霞 魏 闖 王振華 李 莎

（1.山西水利職業(yè)技術(shù)學(xué)院 山西運(yùn)城 044004；2.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院 新疆石河子 832000 3.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院 新疆烏魯木齊 830000）

0 引言

人的命脈在田，田的命脈在水，如何實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水？通過控制地下水開采量，將水澆地改旱地，田間有效節(jié)水方式的應(yīng)用，灌區(qū)改造等方式，來提高灌溉水利用率。對(duì)于節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，目前主要有膜下滴灌和地下滴灌，已有學(xué)者進(jìn)行了大量的研究[1-9]，主要包括地膜覆蓋、干物質(zhì)積累、灌溉制度、灌水次數(shù)等與作物生長之間的關(guān)系。地下滴灌無膜移栽技術(shù)，無膜減少了因塑料引起的環(huán)境污染，且能發(fā)揮移栽技術(shù)和地下滴灌的集成效益，但棉花封行前（從移栽-棉花渡過緩苗期-蕾期），根系吸收水分、土壤水分的運(yùn)動(dòng)等必然與常規(guī)的地下滴灌不同，而研究作物耗水規(guī)律是制定灌溉制度的主要依據(jù)之一，這也是本文的研究意義所在。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)地點(diǎn)

連續(xù)兩年（2009年3-10月、2010年4-10月）試驗(yàn)均在節(jié)水灌溉兵團(tuán)重點(diǎn)試驗(yàn)站，位于石河子市郊區(qū)農(nóng)市場二連，海拔412 m。試驗(yàn)大田地下水的深度大于8 m，土壤基本物理指標(biāo)見表1。

1.2 試驗(yàn)材料與方法

小區(qū)按由南向北的走向，按由西向東的排列順序，共十二個(gè)，規(guī)格均為：長18.6 m，寬4.5 m，具體設(shè)置見表2。文中地下滴灌無膜移栽技術(shù)用NFT-SDI 表示。棉花品種惠遠(yuǎn)710，供水系統(tǒng)以水泵加壓，各處理均有獨(dú)立球閥控制灌水。在NFT-SDI 各處理分別布設(shè)五根滴灌帶，均選自澳大利亞T-Tape，埋設(shè)深度為地表以下35 cm 處。水分監(jiān)測：選取棉花各生理階段，每5 天一次，采用中子輻射和取土烘干結(jié)合的方法，地面以下每20 cm 測定一次，測到120 cm 處。尤其在灌水前后、降雨后要進(jìn)行加測，并記錄相應(yīng)的灌水量和降雨量，以及整個(gè)生育進(jìn)程棉花的生理參數(shù)（含產(chǎn)量）。

表1 土壤基本物理指標(biāo)

表2 試驗(yàn)小區(qū)灌水處理設(shè)計(jì)

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 棉花耗水量計(jì)算理論依據(jù)

根據(jù)《灌溉試驗(yàn)規(guī)范》（SL13—2004）規(guī)定[10]，作物耗水量的計(jì)算公式為：

式中：ET1-2——計(jì)算時(shí)段內(nèi)作物耗水量；

i——土壤層次號(hào)數(shù)；

n——土壤層次總數(shù)目；

γi——第i層土壤干容重；

Hi——第i層土壤的厚度，cm；

Wi1、Wi2——第i層土壤在時(shí)段始末的含水率；

M、K——分別為時(shí)段內(nèi)的灌水量、地下水補(bǔ)給量，mm；本試驗(yàn)K=0；

P0——有效降雨量，P0=αP，P＜5 mm，α=0；5 mm≤P≤50 mm，α=0.8～1；P＞50 mm，α=0.7～0.8；

C——時(shí)段內(nèi)的排水量（地表排水與下層排水之和），mm，本試驗(yàn)C=0。

2.2 NFT-SDI 棉花全生育期土壤水分動(dòng)態(tài)變化（以灌溉定額450 mm 為例）

由圖1可知，NFT-SDI 棉花苗期（即6月23日前），根系吸水主要為地表以下40 cm 內(nèi)的土壤水分，這與棉花生長初期計(jì)劃濕潤層深度（一般30～40 cm）相一致。在40～60 cm 的土層深度，土壤水分也有少量被吸收，這可能與上層土壤含水率的降低，使得土水勢減低有關(guān)，60 cm 深度以下的水分變幅很小。棉花蕾期（6月24日-7月15日），根系主要吸收水分的土層為20～60 cm，土壤含水率變化顯著，逐漸降低；土壤含水率，在土層60～80 cm 有不同程度的降低，80～100 cm降低的幅度在增加；100～120 cm 基本穩(wěn)定不變。NFTSDI 棉花花鈴前后期（7月16日-9月5日），也是決定棉花產(chǎn)量的關(guān)鍵時(shí)期，明顯20～60 cm 深度土層的土壤水分已無法滿足棉花根系對(duì)水分的需求，前期80～100 cm 土層儲(chǔ)存的水分開始得到利用。而花鈴前期水分消耗主要集中在土層20～80 cm，后期土壤水分變化主要為20～100 cm，100～120 cm 深度土層的土壤含水率也有不同程度的降低，但變化幅度較小。9月6日-10月9日為棉花吐絮期，棉花需水量較小，95%以上的棉桃基本完成發(fā)育并吐絮，部分葉片逐漸脫落，土壤耗水量幾乎很小。

2.3 不同灌溉定額對(duì)棉花耗水的影響

圖1 不同深度土層棉花全生育期土壤水分變化

圖2 不同灌水處理棉花各生育期耗水強(qiáng)度變化圖

從圖2可以得出，雖然各處理不同生育期內(nèi)耗水強(qiáng)度變化幅度不一樣，但總變化趨勢基本一致，先上升后下降。從變化幅度來看，以各處理的苗期為基準(zhǔn)，其耗水強(qiáng)度蕾期增加了33%～53%，花鈴前期增加了47%～62%，花鈴后期增加了53%～64%，吐絮期增加了-75%～-55%。即棉花生育前期主要進(jìn)行生殖生長（苗蕾期），蒸發(fā)作用大于葉片蒸騰作用，耗水強(qiáng)度變化幅度較小，直至花鈴期耗水強(qiáng)度達(dá)到峰值，之后又下降。以T3 花鈴期為標(biāo)準(zhǔn)，比T1、T2、T4 分別增加了-39%、-24%和23%，灌水量為450 mm（T3）和510 mm（T4）耗水強(qiáng)度相當(dāng)，灌溉定額大的處理耗水強(qiáng)度也較大。

2.4 不同處理NFT-SDI 棉花全生育期內(nèi)耗水特征值

不同處理的棉花各生育階段耗水量、耗水模數(shù)及耗水強(qiáng)度見表3。

表3 不同灌溉定額處理的棉花各生育階段耗水量、耗水模數(shù)及耗水強(qiáng)度

由表3整體看出，灌水次數(shù)一定，NFT-SDI 各處理棉花的耗水量、耗水強(qiáng)度均隨灌溉定額的增加而增大。從棉花生理期分析，棉花的耗水量和耗水強(qiáng)度，NFT-SDI 各處理花鈴期最大，蕾期次之，然后是苗期，吐絮期最小。對(duì)于NFT-SDI 棉花，移栽后到棉花成活期間，土壤表層蒸發(fā)強(qiáng)烈，耗水量很小，僅占全生育期的11%～12%，苗期耗水強(qiáng)度值為1.41～2.99 mm/d。隨著溫度的逐漸升高，棉花枝葉的發(fā)育，各處理蕾期的耗水量都逐漸上升，比苗期增加38%～40%，耗水強(qiáng)度介于3～4.97 mm/d 之間。花鈴期是棉花生長的關(guān)鍵時(shí)期（營養(yǎng)生長和生殖生長并存），也是生長最旺盛的時(shí)期，棉桃和伏桃的多少關(guān)系到最終的產(chǎn)量，耗水量最大，其值為194.2～344.2 mm，占全生育期耗水量的49%～55%，耗水強(qiáng)度可達(dá)3.88～7.32 mm。棉花進(jìn)入吐絮期，葉片生長發(fā)育基本停止，部分葉片已脫落，耗水量逐漸減少，耗水強(qiáng)度下降到0.63～1.18 mm 之間。

2.5 不同灌溉定額對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

不同處理棉花產(chǎn)量及灌水生產(chǎn)效率見表4。

表4 不同處理棉花產(chǎn)量及灌水生產(chǎn)效率

由表4可以看出，各處理棉花的耗水量均大于灌水量，這說明在棉花各生育階段，每一次灌水，不同深度土層均有水分儲(chǔ)存，灌溉定額越大，儲(chǔ)存水分越多，且在棉花生育后期，會(huì)得到不同程度的利用。以T3 籽棉產(chǎn)量為標(biāo)準(zhǔn)，比T1、T2 和T4 分別增加了1 921.24、1 103.3、183.27 kg/hm2，增產(chǎn)幅度為-32.27%、-18.53%和-3.08%，T3 和T4 相差較小。灌水生產(chǎn)效率，T3 比T1、T2 和T4 分別增長7.6%、6.1%和14.4%。此外，隨灌溉定額的增加，NFT-SDI 各處理籽棉產(chǎn)量和灌水生產(chǎn)效率也有所增大，但并非成直線。當(dāng)灌水量超過450 mm（T3）時(shí)，籽棉產(chǎn)量和灌水生產(chǎn)效率均有不同程度的減少。這說明灌水量為450 mm 左右的臨界值時(shí)，更利于棉花獲得較高產(chǎn)量和灌水生產(chǎn)效率的提高。

3 結(jié)論及建議

對(duì)于NFT-SDI 而言，棉花生育期土壤水分變化，主要集中在20～100 cm 深度的土層；各處理總耗水量均大于灌水量，花齡期的耗水量和日耗水強(qiáng)度均達(dá)到最大值，分別為194.2～344.2 mm 和3.88～7.32 mm/d，占全生育期耗水量的49%～55%；其次依次為蕾期、苗期和吐絮期。灌水次數(shù)為19 次，不同處理的籽棉產(chǎn)量和灌水生產(chǎn)效率差別較大，這與其灌溉定額有關(guān)。T1和T2 籽棉產(chǎn)量和灌水生產(chǎn)效率，隨灌水量的增加而增大，變幅較大；T3（中等定額450 mm）處理對(duì)應(yīng)的籽棉產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率均最大，分別為5 952.87 kg/hm2和1.32 kg/m3。當(dāng)超過450 mm 時(shí)，兩者均有不同程度的下降，但變幅較小，屬于“報(bào)酬遞減”現(xiàn)象。綜合考慮水分生產(chǎn)率的情況下，灌水量臨界值為450 mm 左右時(shí)，更利于作物獲得較高產(chǎn)量。對(duì)NFT-SDI 土壤水分動(dòng)態(tài)全生育期變化的研究，文中以450 mm（T3 處理）為研究對(duì)象，對(duì)于小定額土壤水分的監(jiān)測，應(yīng)再向下10～20 cm 土層。此外，為了制定NFT-SDI 棉花灌溉制度并進(jìn)行推廣應(yīng)用該技術(shù)，后期還需要增加灌水處理進(jìn)一步試驗(yàn)，并進(jìn)行水分生產(chǎn)函數(shù)分析和模型驗(yàn)證。