不同滴灌流量對(duì)鹽堿土種植下棉花纖維品質(zhì)、產(chǎn)量的影響

宋恩澤，張 穎，徐 丹，邵光成，孫智博

（1.河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院，南京 210098；2.南京市江寧區(qū)水務(wù)局，南京 211100；3.浙江省水利河口研究院（浙江省海洋規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院），杭州 310020）

0 引言

鹽堿地是在干旱氣候、強(qiáng)蒸發(fā)環(huán)境或地下水位含鹽量較高等情況下地表溶鹽累積量較大形成的一類土地[1]。我國(guó)鹽堿地總面積9 913萬(wàn)hm2，約占全國(guó)土地面積的10%，分布在全國(guó)23個(gè)省、市、區(qū)[2]，其中新疆地區(qū)因降雨稀少、蒸發(fā)強(qiáng)度大而形成了典型的內(nèi)陸鹽漬區(qū)，江蘇濱海地區(qū)因地下水受海水補(bǔ)充水位較高，形成了典型的海漬鹽漬區(qū)[3]。一般植物在鹽堿地中土壤高含鹽量的鹽分脅迫作用下很難存活，目前已成為制約我國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)健康發(fā)展的主要障礙[4]。因此，在對(duì)上述地區(qū)進(jìn)行農(nóng)業(yè)開(kāi)發(fā)和利用時(shí)，考慮到鹽堿地的特性，因地制宜進(jìn)行灌溉制度設(shè)計(jì)是十分重要的。

棉花是鹽堿地種植的先鋒作物，由于土壤鹽堿化和次生鹽堿化加快，糧棉爭(zhēng)地矛盾逐漸凸顯，棉花種植也逐漸向鹽堿地轉(zhuǎn)移，目前在內(nèi)陸和濱海都已形成鹽堿地棉田[5]。但是，鹽堿地土壤中的水鹽動(dòng)態(tài)變化狀況可通過(guò)離子滲透等方式使植株?duì)I養(yǎng)供應(yīng)失衡，干擾正常生理代謝規(guī)律，最終影響棉花的纖維品質(zhì)和產(chǎn)量[6]。而滴灌技術(shù)兼具灌溉和淋洗壓鹽的雙重優(yōu)勢(shì)，能夠有效促進(jìn)鹽堿地改良，成為鹽堿地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要灌溉方式[7]。研究表明在滴灌條件下，水流浸潤(rùn)根層速度較慢，有利于植株主要根區(qū)土壤保持在最優(yōu)含水量范圍內(nèi)，并促進(jìn)鹽分向下運(yùn)移，積累在濕潤(rùn)區(qū)邊緣，進(jìn)而使滴頭下面保持較高的含水率及較低的鹽分濃度，為作物生長(zhǎng)創(chuàng)造良好的水鹽環(huán)境[8]。目前關(guān)于滴灌棉花鹽堿地種植研究，主要集中在鹽分脅迫或土壤鹽分離子運(yùn)移的影響，但對(duì)于不同質(zhì)地鹽堿土下適宜棉花品質(zhì)最適滴灌流量的遴選研究較少。祁通[9]等通過(guò)分析滴灌棉田鹽分的運(yùn)移規(guī)律和影響機(jī)制，發(fā)現(xiàn)棉花種植過(guò)程顯著影響土壤10～20 cm土層鹽分含量；朱延凱[10]等發(fā)現(xiàn)隨著鹽脅迫程度的增加及脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，棉花光合生理指標(biāo)均呈下降趨勢(shì)；李萬(wàn)精[11]等認(rèn)為棉花根區(qū)由于鹽分脅迫作用，制約了棉花生長(zhǎng)，但適宜土壤含鹽量可為棉花提供營(yíng)養(yǎng)元素，促進(jìn)棉花生長(zhǎng)；馮棣[12]等在河北灌區(qū)發(fā)現(xiàn)土壤含鹽量的增加會(huì)使棉花生長(zhǎng)受到脅迫，導(dǎo)致株高、莖粗、葉面積和葉綠素含量等降低。同時(shí)，由于棉花品質(zhì)及產(chǎn)量指標(biāo)較多，無(wú)法單一評(píng)估，而數(shù)據(jù)包絡(luò)分析可對(duì)多個(gè)投入與產(chǎn)出變量數(shù)據(jù)進(jìn)行效率測(cè)度，該方法已被廣泛應(yīng)用于統(tǒng)計(jì)學(xué)及管理科學(xué)等領(lǐng)域[13]，但針對(duì)棉花滴灌方面研究較少。

鑒于此，本論文以棉花為試驗(yàn)對(duì)象，采用新疆砂質(zhì)壤土和東臺(tái)粉砂質(zhì)壤土兩種鹽堿土，分析不同滴灌流量對(duì)鹽堿土種植下棉花纖維品質(zhì)與產(chǎn)量的影響，借助數(shù)據(jù)包絡(luò)分析對(duì)兩種鹽堿土和4種滴灌流量進(jìn)行優(yōu)選評(píng)價(jià)，研究結(jié)果可為新疆地區(qū)和江蘇濱海地區(qū)的鹽堿地灌溉制度設(shè)計(jì)提供理論參考和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本文試驗(yàn)地點(diǎn)位于江蘇省南京市江寧區(qū)河海大學(xué)農(nóng)業(yè)科學(xué)與工程學(xué)院節(jié)水園（118°47′E，31°54′N），試驗(yàn)區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫17.2℃，最高氣溫38.3℃，最低氣溫-3.1℃，年平均濕度74%，最低濕度11%，無(wú)霜期為259 d，年均日照時(shí)間為1 917.3 h，雨熱同期，年降水量1 106.5 mm，且多集中在汛期（5-9月）。

1.2 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)供試土壤有兩種，分別取自新疆且末墾區(qū)（S1）與江蘇東臺(tái)濱海地區(qū)（S2）。新疆且末墾區(qū)（83°25′E，40°10′N）屬暖溫帶干旱大陸性氣候，年均氣溫11.7℃，春夏季降水異常偏少，干旱情況明顯。江蘇東臺(tái)濱海地區(qū)（120°07′E，32°33′N）屬亞熱帶季風(fēng)海洋性氣候，年均氣溫15.0℃，四季分明，雨熱同季。

根據(jù)土壤粒度分析儀測(cè)定結(jié)果和國(guó)際制土壤質(zhì)地分組法，得到兩地土壤分別屬于砂質(zhì)壤土和粉砂質(zhì)壤土，具體土壤基本物理及化學(xué)性質(zhì)見(jiàn)表1和表2。

表1 土壤物理性質(zhì)Tab.1 Physical properties of soil

表2 土壤化學(xué)性質(zhì)Tab.2 Soil chemistry

根據(jù)蔡阿興[14]等的研究，針對(duì)且末土和東臺(tái)土，分別利用公式（1）和公式（2）將土水比1∶5的土壤浸提液電導(dǎo)率值換算成土壤含鹽量，計(jì)算結(jié)果分別為3.89、2.33 g/kg。

式中：y為土壤含鹽量，g/kg；EC1∶5為土水比1∶5的土壤浸提液電導(dǎo)率值，μS/cm。

1.3 試驗(yàn)裝置

本試驗(yàn)采用馬氏瓶為供水裝置、醫(yī)用輸液器（去針頭）為滴灌器。測(cè)筒為30 cm×30 cm×95 cm（內(nèi)徑）的長(zhǎng)方體，筒頂無(wú)封蓋，筒底安裝有排水閥門(mén)。填筑土柱時(shí)，下部依次鋪設(shè)5 cm厚的石子、粗砂、細(xì)砂形成反濾層，細(xì)砂與土體之間利用土工布隔離，防止土柱入滲時(shí)下端土壤進(jìn)入沙粒中。土樣風(fēng)干、碾磨、過(guò)2 mm篩后，按測(cè)定的干容重（砂質(zhì)壤土1.48 g/cm3，粉砂質(zhì)壤土1.37 g/cm3）填入土柱中。測(cè)筒外部采用隔熱膜包裹，避免陽(yáng)光直射造成筒體溫度升高而對(duì)棉花生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。

相鄰測(cè)筒之間相距50 cm，馬氏瓶?jī)?nèi)徑10 cm，高50 cm，瓶身外部標(biāo)有刻度。用內(nèi)徑80 mm透明軟管連接馬氏瓶和醫(yī)用輸液器，在接口處用塑料帶密封。用塑料扎帶和園藝夾將輸液器滴頭固定在棉花底部，每次灌水前均需校正滴頭流量，以保障試驗(yàn)精確性。試驗(yàn)布置如圖1所示。

圖1 試驗(yàn)布置圖Fig.1 Test layout drawings

1.4 試驗(yàn)方法

棉花移栽前對(duì)每個(gè)土柱各灌2 L水浸濕土壤用于緩苗。根據(jù)棉花生長(zhǎng)情況劃分生育期，將棉花整個(gè)生育期劃分苗期（7月6日-7月30日）、蕾期（7月30日-8月20日）、花鈴期（8月20日-10月17日）和吐絮期（10月16日-12月20日）。

試驗(yàn)設(shè)2種土壤質(zhì)地（用字母S表示）×4種滴灌流量（用字母F表示）共計(jì)8個(gè)處理，滴灌流量的設(shè)置根據(jù)土壤入滲率及前人研究成果綜合確定，試驗(yàn)方案如表3所示。按照棉花各生育階段需水量的不同，結(jié)合農(nóng)作經(jīng)驗(yàn)和相關(guān)資料文獻(xiàn)，確定苗期、蕾期、花鈴期、吐絮期的每次灌水量分別為1、2、3、0 L，每個(gè)處理控制相同的灌水量，并設(shè)3個(gè)重復(fù)，每次的灌水量一次性裝進(jìn)馬氏瓶連續(xù)灌完。灌溉制度如表4所示。

表3 棉花試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)Tab.3 Cotton test protocol design

表4 棉花試驗(yàn)灌溉制度Tab.4 Experimental irrigation system for cotton

1.5 觀測(cè)指標(biāo)

在棉花蕾期、花鈴期內(nèi)，每隔5 d（每次灌水后取土，故與灌水周期相同）取一次土樣，用以測(cè)量土壤水分和鹽分指標(biāo)，每個(gè)測(cè)筒均取0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm 3個(gè)土層深處土樣，分別進(jìn)行土壤水分及鹽分指標(biāo)的測(cè)定。土壤含水率采用烘干法測(cè)定，電導(dǎo)率采用DDS-307電導(dǎo)率儀對(duì)土水比1∶5的土壤浸提液測(cè)定。

試驗(yàn)樣委托棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心，按照GB/T 20392-2006《HVI棉纖維物理性能試驗(yàn)方法》，對(duì)每個(gè)處理的棉花進(jìn)行HVI五項(xiàng)指標(biāo)檢測(cè)（包括上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率）。根據(jù)棉花新國(guó)標(biāo)，馬克隆值分為A、B、C三級(jí)（A級(jí)：3.7-4.2；B級(jí)：3.5-3.6、4.3-4.9；C級(jí)：＜3.5、＞5.0），A級(jí)品質(zhì)最好，C級(jí)最差[15]。

從吐絮期開(kāi)始，對(duì)每株棉花的每個(gè)棉鈴進(jìn)行觀察，在棉鈴?fù)滦醭墒烨逸^干燥的情況下，及時(shí)收取，并用塑料自封袋保存，在塑料自封袋上做好標(biāo)記。待吐絮期結(jié)束，整理并測(cè)定單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量；軋花后測(cè)定皮棉產(chǎn)量，并按式（3）計(jì)算衣分率。

1.6 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用Excel 2016對(duì)試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總整理，運(yùn)用SPSS 19.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析，運(yùn)用Deap-xp進(jìn)行數(shù)據(jù)包絡(luò)分析，運(yùn)用Origin 2018進(jìn)行繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 對(duì)土壤水分的影響

在蕾期和花鈴期兩個(gè)生育階段，對(duì)不同滴灌流量處理下的棉花，監(jiān)測(cè)土體表面以下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm深處的土壤含水率，結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同深度土層處土壤含水率變化圖Fig.2 Graph of soil moisture content change at different depths of soil layer

對(duì)于砂質(zhì)壤土，4種處理在上述3種土層中均是處理S1F3的含水率較高，其中10～20 cm、20～30 cm深度土層中明顯較高，表明處理S1F3的流量大小達(dá)到的垂直入滲及水平擴(kuò)散效果均較好；流量較小時(shí)，如處理S1F1和處理S1F2，入滲較緩慢，水量在各層分布較為均勻；流量較大時(shí)，如處理S1F4，表層易形成積水，水分水平擴(kuò)散速度與范圍大于垂直方向，導(dǎo)致蒸發(fā)消耗較大。

對(duì)于粉砂質(zhì)壤土，4種處理在上述3種土層中均是處理S2F2的含水率較高，說(shuō)明處理S2F2的流量大小達(dá)到的垂直入滲及水平擴(kuò)散效果均較好，且總體保有水量最多。

2.2 對(duì)土壤鹽分的影響

本文采用電導(dǎo)法測(cè)定土壤鹽分，在蕾期和花鈴期兩個(gè)生育階段，對(duì)不同滴灌流量處理下的棉花，測(cè)定土體表面以下0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm深處的土壤浸提液電導(dǎo)率，結(jié)果如圖3所示。

對(duì)于砂質(zhì)壤土，4種處理在上述3種土層中（0～10 cm、10～20 cm、20～30 cm）電導(dǎo)率表現(xiàn)為S1F1＜S1F4＜S1F3＜S1F2、S1F4＜S1F3＜S1F1＜S1F2、S1F4＜S1F3＜S1F1＜S1F2，表明當(dāng)中滴灌流量為F4（1.6 L/h）時(shí)，0～30 cm土層含鹽量較少。

對(duì)于粉砂質(zhì)壤土，4種處理在上述3種土層中電導(dǎo)率表現(xiàn)為S2F3＜S2F1＜S2F2＜S2F4、S2F3＜S2F1＜S2F4＜S2F2、S2F3＜S2F2＜S2F4＜S2F1，表明滴灌流量為F3（1.2 L/h）時(shí)，0～30 cm土層含鹽量較少。

2.3 對(duì)棉花纖維品質(zhì)的影響

棉花纖維品質(zhì)是影響棉花經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)。待所有棉花收獲完畢后，將其按處理整理好，軋花后進(jìn)行五項(xiàng)纖維品質(zhì)指標(biāo)（上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率）檢測(cè)，結(jié)果如圖4所示。

圖4 不同處理下棉花纖維品質(zhì)影響Fig.4 The quality of cotton fiber under different treatments is affected

對(duì)于砂質(zhì)壤土種植下五項(xiàng)纖維品質(zhì)指標(biāo)，棉花上半部平均長(zhǎng)度范圍是30.60～32.00 mm，平均值為31.28 mm；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F3＞S1F4＞S1F2＞S1F1，相比處理S1F3，其余處理的上半部平均長(zhǎng)度分別降低了1.15%、3.44%、4.38%，且各處理間差異顯著（P＜0.05）；棉花整齊度指數(shù)范圍是86.87%～87.65%，平均值為87.17%；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F1＞S1F4＞S1F3＞S1F2，相比處理S1F1，其余處理的整齊度范圍指數(shù)分別降低了0.55%、0.72%、0.89%；棉花斷裂強(qiáng)度范圍是29.67～31.00 cN/tex，平均值為30.49 cN/tex；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F4＞S1F1＞S1F3＞S1F2，相比處理S1F4，其余處理的斷裂比強(qiáng)度分別降低了0.32%、1.94%、4.30%，且各處理之間差異顯著（P＜0.05）；棉花馬克隆值分級(jí)情況為S1F3（B級(jí)）＞S1F4（C級(jí)）＞S1F2（C級(jí)）＞S1F1（C級(jí)），且各處理之間差異顯著（P＜0.05）；棉花伸長(zhǎng)率范圍是6.90%～7.00%，平均值為6.96%；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F1＞S1F4＞S1F3＞S1F2，相比處理S1F1，其余處理的棉花伸長(zhǎng)率分別降低了0.00%、0.95%、1.43%。

對(duì)于粉砂質(zhì)壤土種植下五項(xiàng)指標(biāo)，棉花上半部平均長(zhǎng)度范圍是28.47～31.70 mm，平均值為29.86 mm；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F2＞S2F3＞S2F4＞S2F1，相比處理S2F2，其余處理的上半部平均長(zhǎng)度分別降低了5.68%、7.36%、10.20%，且各處理間差異顯著（P＜0.05）；棉花整齊度指數(shù)范圍是85.07%～87.80%，平均值為86.58%；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F2＞S2F3＞S2F4＞S2F1，相比處理S2F2，其余處理的整齊度指數(shù)分別降低了1.03%、1.40%、3.11%，且各處理之間棉花整齊度指數(shù)差異顯著（P＜0.05）；棉花斷裂比強(qiáng)度范圍是28.73～31.43 cN/tex，平均值為30.07 cN/tex；四組處理間大小表現(xiàn)為S2F3＞S2F2＞S2F4＞S2F1，相比處理S2F3，其余處理的斷裂比強(qiáng)度分別降低了2.65%、6.15%、8.59%；棉花馬克隆值分級(jí)情況為S2F1（C級(jí)）＞S2F4（C級(jí)）＞S2F3（C級(jí)）＞S2F2（C級(jí)）；棉花伸長(zhǎng)率范圍是6.93%～7.03%，平均值為6.97%；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F4＞S2F3＞S2F2＞S2F1，相比處理S2F4，其余處理的棉花伸長(zhǎng)率分別降低了0.95%、1.18%、1.42%。

根據(jù)結(jié)果來(lái)看，砂質(zhì)壤土及粉砂質(zhì)壤土種植棉花的5個(gè)纖維品質(zhì)隨滴灌流量的變化規(guī)律并非完全一致，無(wú)法直接判斷滴灌流量的提質(zhì)效果，需要對(duì)各纖維品質(zhì)和指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.4 對(duì)棉花產(chǎn)量的影響

選取單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、衣分率5個(gè)指標(biāo)作為棉花的產(chǎn)量構(gòu)成因子，綜合分析滴灌條件下不同流量對(duì)棉花產(chǎn)量的影響。結(jié)果如圖5所示。

圖5 不同處理下棉花產(chǎn)量影響Fig.5 Influence of cotton yield under different treatments

對(duì)于砂質(zhì)壤土種植下五項(xiàng)產(chǎn)量指標(biāo)，棉花單株鈴數(shù)范圍是8～10，平均值為9.6；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F4＞S1F3＞S1F1＞S1F2，相比處理S1F4，其余處理的單株鈴數(shù)分別降低了0.00%、9.68%、19.35%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花單鈴質(zhì)量范圍是2.98～3.96 g，平均值為3.42 g；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F2＞S1F1＞S1F3＞S1F4，相比處理S1F2，其余處理的單鈴質(zhì)量分別降低了14.39%、14.98%、24.75%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花籽棉產(chǎn)量范圍是3 385.35～3 808.23 kg/hm2，平均值為3 606.52 kg/hm2；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F3＞S1F2＞S1F1＞S1F4，相比處理S1F3，其余處理的籽棉產(chǎn)量分別降低了3.21%、6.87%、11.10%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花皮棉產(chǎn)量范圍是1 346.23～1 585.36 kg/hm2，平均值為1 480.68 kg/hm2；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F4＞S1F3＞S1F2＞S1F1，相比處理S1F4，其余處理的皮棉產(chǎn)量分別降低了4.68%、6.65%、15.08%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花衣分率范圍是0.38～0.51，平均值為0.42；4組處理間大小表現(xiàn)為S1F4＞S1F3＞S1F2＞S1F1，相比處理S1F4，其余處理的衣分率分別降低了22.30%、23.59%、26.01%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）。

對(duì)于粉砂質(zhì)壤土種植下五項(xiàng)產(chǎn)量指標(biāo)，棉花單株鈴數(shù)范圍是6～9，平均值為7.5；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F4＞S2F1＞S2F2＞S2F3，相比處理S2F4，其余處理的單株鈴數(shù)分別降低了10.71%、32.14%、35.71%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花單鈴質(zhì)量范圍是2.92～3.31 g，平均值為3.13 g；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F3＞S2F1＞S2F2＞S2F4，相比處理S2F3，其余處理的單鈴質(zhì)量分別降低了0.91%、8.37%、11.69%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花籽棉產(chǎn)量范圍是2 127.14～3 048.08 kg/hm2，平均值為2 604.72 kg/hm2；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F4＞S2F1＞S2F3＞S2F2，相比處理S2F4，其余處理的籽棉產(chǎn)量分別降低了了0.84%、27.13%、30.21%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花皮棉產(chǎn)量范圍是896.10～1 346.62 kg/hm2，平均值為1 109.32 kg/hm2；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F1＞S2F4＞S2F3＞S2F2，相比處理S2F1，其余處理的皮棉產(chǎn)量分別降低了3.78%、33.25%、33.46%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）；棉花衣分率范圍是0.40～0.44，平均值為0.42；4組處理間大小表現(xiàn)為S2F1＞S2F4＞S2F2＞S2F3，相比處理S2F1，其余處理的衣分率分別降低了3.96%、5.26%、8.78%，各處理間差異不顯著（P＞0.05）。

根據(jù)結(jié)果來(lái)看，由于5種產(chǎn)量構(gòu)成因子隨滴灌流量的變化規(guī)律并非完全一致，因此不能直接判斷滴灌流量效果，需要根據(jù)實(shí)際用途和要求，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.5 棉花品質(zhì)產(chǎn)量綜合評(píng)價(jià)

棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益具有重要意義，從前兩節(jié)得知，不同滴灌流量對(duì)棉花纖維品質(zhì)，產(chǎn)量各指標(biāo)的影響規(guī)律不一致，對(duì)單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)容易造成較大誤差。本研究選取數(shù)據(jù)包絡(luò)分析分析法作為評(píng)價(jià)方法綜合篩選出最優(yōu)滴灌流量。

2.5.1指標(biāo)選取與處理

選取上半部平均長(zhǎng)度（T1）、整齊度指數(shù)（T2）、斷裂比強(qiáng)度（T3）、伸長(zhǎng)率（T4）、單株鈴數(shù)（T5）、單鈴質(zhì)量（T6）、籽棉產(chǎn)量（T7）、皮棉產(chǎn)量（T8）、衣分率（T9）共9項(xiàng)指標(biāo)對(duì)棉花進(jìn)行綜合效率評(píng)價(jià)，綜合效率越高，表明滴灌流量效果最好；因馬克隆值分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與上述9項(xiàng)指標(biāo)不同，故不將其進(jìn)行數(shù)據(jù)包絡(luò)分析。

2.5.2 數(shù)據(jù)包絡(luò)分析

數(shù)據(jù)包絡(luò)分析（Data envelopment analysis，簡(jiǎn)稱DEA）是一種由多學(xué)科交叉的非參數(shù)評(píng)估方法，被應(yīng)用于計(jì)算多維投入、產(chǎn)出的相對(duì)效率[16]。DEA模型的優(yōu)點(diǎn)在于不需要設(shè)定具體生產(chǎn)函數(shù)，不受投入產(chǎn)出量綱的影響，同時(shí)能對(duì)多產(chǎn)出指標(biāo)的效率進(jìn)行測(cè)量[17]。

DEA的基本模型包括其理論假設(shè)有n個(gè)決策單元（DMU），每個(gè)決策單元設(shè)定有m種投入與s種產(chǎn)出，令（i=1,2,…,m，j=1,2,…,n）表示第j個(gè)決策單元的第r種投入，（r=1,2,…,s，j=1,2,…,n）表示第j個(gè)決策單元的第r種產(chǎn)出，（i=1,2,…,m）表示第i種投入的權(quán)重值，（r=1,2,…,s）表示第r種產(chǎn)出的權(quán)重值。

向量Xj，Yj（j=1,2,…,n）分別表示決策單元j的輸入和輸出變量，v和u分別表示輸入、輸出權(quán)值向量，則Xj=（x1j,x2j,…,xmj）T，Yj=（y1j,y2j,…,ysj）T，u=（u1,u2,…,um）T，v=（v1,v2,…,vs）T。

定義決策單元的j的效率評(píng)價(jià)指數(shù)hj如式（4）所示。

評(píng)價(jià)決策單元j0效率E的數(shù)學(xué)模型如公式（5）、（6）所示。

運(yùn)用DEA對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)出的截面數(shù)據(jù)進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)指標(biāo)包括綜合技術(shù)效率值（crste）、規(guī)模效率值（scɑle）及純技術(shù)效率值（vrste），三者關(guān)系如式（6）所示。

當(dāng)scɑle等于1時(shí)，表明規(guī)模效率有效，即在當(dāng)前規(guī)模水平下，投入與產(chǎn)出達(dá)到最優(yōu)狀態(tài)；當(dāng)crste等于1時(shí)，表明該決策單元綜合技術(shù)效率達(dá)到DEA有效狀態(tài)；當(dāng)vrste等于1時(shí)，表明純技術(shù)有效，即能夠充分利用現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)投入到產(chǎn)出的轉(zhuǎn)化[18]。

DEA分析結(jié)果如表5所示。

2.5.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

根據(jù)表5，在數(shù)據(jù)包絡(luò)分析的8項(xiàng)處理中，純技術(shù)效率均大于1，證明上述決策單元均處于DEA弱有效，可以進(jìn)行綜合效率分析。其中，砂質(zhì)壤土各處理綜合技術(shù)效率大小表現(xiàn)為：S1F2＞S1F1＞S1F3＞S1F4，處 理S1F2的 綜 合 技 術(shù) 效 率 最 高（0.584）；粉砂質(zhì)壤土各處理分值大小表現(xiàn)：S2F2＞S2F1＞S2F3＞S2F4，處理S2F2的分值最高（0.529）。兩種土壤中，均是當(dāng)?shù)喂嗔髁繛镕2時(shí)綜合得分最高，表明綜合考慮品質(zhì)和產(chǎn)量的10項(xiàng)指標(biāo)，4種滴灌流量中適中的流量設(shè)置（即0.8 L/h），更有利于棉花品質(zhì)產(chǎn)量綜合效益的提升。

表5 DEA分析結(jié)果Tab.5 DEA analysis results

同一滴灌流量下，砂質(zhì)壤土得分高于粉砂質(zhì)壤土。因?yàn)樯百|(zhì)壤土的穩(wěn)定入滲率要高于粉砂質(zhì)壤土，水分更容易下滲到根系分布較少的下層土體，最終影響棉花的品質(zhì)產(chǎn)量綜合效益。

將砂質(zhì)壤土和粉砂質(zhì)壤土的8個(gè)處理進(jìn)行得分排名：S1F2＞S2F2＞S1F1＞S2F1＞S1F3＞S2F3＞S1F4＞S2F4，砂質(zhì)壤土的整體得分高于粉砂質(zhì)壤土，表明在本研究所設(shè)計(jì)的滴灌流量范圍內(nèi)，砂質(zhì)壤土的棉花品質(zhì)產(chǎn)量綜合效益比粉砂質(zhì)壤土更高。

3 討論

隨著棉花生育期的推進(jìn)，土壤含水率總體呈先下降后上升趨勢(shì)，其原因是前期植株的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)（株高、莖粗、葉片等）需耗水，且隨植株的生長(zhǎng)耗水量逐漸增大，含水率呈下降趨勢(shì)。移栽后60～70 d左右，因棉花屬盛花期階段，植株的消耗水量最大，土壤含水率達(dá)最低點(diǎn)；棉花生長(zhǎng)后期土壤含水率曲線回升，對(duì)于此類情況，劉錦濤[19]等認(rèn)為開(kāi)花～吐絮期等后，植株由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)變?yōu)樯成L(zhǎng)，耗水量逐漸減小。

在試驗(yàn)觀測(cè)期內(nèi)，各處理在各土層電導(dǎo)率值呈波動(dòng)狀態(tài)。觀測(cè)初期，滴灌后0～10 cm深處土層的電導(dǎo)率呈下降趨勢(shì)，說(shuō)明滴灌初期減少了淺層土壤鹽分含量，使鹽分向下遷移；10～20 cm和20～30 cm深處土層在第一次灌水后電導(dǎo)率變大，之后由于土壤內(nèi)部水分的運(yùn)動(dòng)（包括滲漏導(dǎo)致的向下運(yùn)動(dòng)和蒸發(fā)導(dǎo)致的向上運(yùn)動(dòng)），導(dǎo)致土壤內(nèi)部各土層的鹽分遷移，使得電導(dǎo)率值呈波動(dòng)狀態(tài)。

棉花作為一種重要的經(jīng)濟(jì)作物，其纖維物理性能、產(chǎn)量是反映棉花長(zhǎng)勢(shì)的重要指標(biāo)。滴灌作為一種局部灌水技術(shù)，滴頭流量會(huì)影響棉花作物生長(zhǎng)，從而影響作物產(chǎn)量。試驗(yàn)研究表明不同滴灌流量對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育影響顯著，水分條件變化常常是導(dǎo)致作物生長(zhǎng)的主要原因[20]。本研究試驗(yàn)結(jié)果表明在粉砂土及砂質(zhì)土條件下，隨著滴灌流量增加，棉花上半部平均長(zhǎng)度、整體度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度及馬克隆值均先增大后降低，對(duì)于此類情況，丁浩等[21-23]認(rèn)為，在滴灌作用于普通土壤下，作物根系吸收的水分主要來(lái)自滴頭所濕潤(rùn)的小范圍土壤內(nèi)，而隨著滴水流量逐漸增大，滴管土壤濕潤(rùn)區(qū)由窄深變?yōu)閷挏\，寬淺型土壤濕潤(rùn)區(qū)能在保持水分利用效率不降低的情況下，顯著提高棉花品質(zhì)。研究表明，在滴灌流量F2（0.8 L/h）時(shí)，土壤含水率最大，棉花上半部平均長(zhǎng)度、整齊度指數(shù)等均最優(yōu)，與前人研究相符；當(dāng)?shù)喂嗔髁縁4（1.6 L/h）時(shí)，表層積水情況明顯，因蒸發(fā)造成的水分消耗較大。

棉花產(chǎn)量指標(biāo)在不同滴灌流量變化的原因可能是因?yàn)榈喂嗤瑫r(shí)兼具灌溉與洗鹽的作用，在滴灌條件下，土壤會(huì)在垂直方向形成鹽分淡化區(qū)，其中，上層土淋洗效果最好，下層為鹽分聚集區(qū)[24-27]。蘇里坦[28]等發(fā)現(xiàn)在粉砂質(zhì)壤土中，供水量一定流量較小時(shí)，灌水歷時(shí)越長(zhǎng)鹽分淋洗越充分，本研究表明，在0～30 cm土層中，砂質(zhì)壤土及粉砂質(zhì)壤土分別在流量1.6、1.2 L/h時(shí)淋洗效果更好，此時(shí)，棉花單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量、皮棉產(chǎn)量、衣分率等均最優(yōu)，表明在該流量下，滴灌對(duì)鹽分的淋洗效果正向促進(jìn)了棉花產(chǎn)量的增長(zhǎng)。

無(wú)論是砂質(zhì)壤土還是粉砂質(zhì)壤土，單株鈴數(shù)的規(guī)律都是先減小后增大，這是因?yàn)檫m中流量的處理棉花生長(zhǎng)情況較好，棉花將過(guò)早封行，田間透光透氣性變差，脫蕾、脫鈴率變大，最終反而單株鈴數(shù)下降。

本研究通過(guò)引入DEA模型，建立了涵蓋滴灌流量投入、棉花纖維品質(zhì)、產(chǎn)量等2類10項(xiàng)指標(biāo)的棉花綜合效能評(píng)估模型，以相對(duì)效率概念為基礎(chǔ)，根據(jù)投入指標(biāo)和產(chǎn)出指標(biāo)對(duì)相對(duì)有效性進(jìn)行評(píng)價(jià)，避免了不同指標(biāo)之間相互影響造成評(píng)價(jià)失準(zhǔn)，較為準(zhǔn)確的提出了針對(duì)鹽堿地棉花種植的灌溉制度。

4 結(jié)論

（1）針對(duì)棉花5種纖維品質(zhì)指標(biāo)，砂質(zhì)壤土種植下最佳滴頭流量分別為1.2、0.4、1.6、0.4、0.4 L/h；粉砂質(zhì)壤土種植下則為0.8、0.8、1.2、0.4、1.6 L/h。

（2）針對(duì)棉花5種產(chǎn)量指標(biāo)，砂質(zhì)壤土種植下最佳滴頭流量分別為1.6、0.8、1.2、1.6、1.6 L/h；粉砂質(zhì)壤土種植下則為1.6、1.2、1.6、0.4、1.6 L/h。

（3）在本研究所設(shè)計(jì)的滴灌流量范圍內(nèi)，砂質(zhì)壤土的棉花品質(zhì)綜合效益比粉砂質(zhì)壤土更高。

（4）運(yùn)用數(shù)據(jù)包絡(luò)分析法計(jì)算不同滴灌流量下棉花品質(zhì)產(chǎn)量綜合效率，砂質(zhì)土與粉砂質(zhì)土中均是0.8 L/h效率最高，分別為0.584、0.529，表明綜合品質(zhì)和產(chǎn)量的10項(xiàng)指標(biāo)，滴灌流量（即0.8 L/h），更有利于棉花品質(zhì)和產(chǎn)量的綜合效益提升。