南疆休作期棉田墑情調(diào)控及播種前適宜灌水閾值研究

王曉艷，白云崗，柴仲平，鄭明，劉洪波，肖軍

（1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆水利水電科學(xué)研究院，烏魯木齊 830049）

0 前 言

新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣位于塔里木盆地北部，北靠天山，南擁大漠，屬于暖溫帶沙漠邊緣氣候區(qū)，此地區(qū)常年日照充足，熱量充沛，降水稀少，冬季極少降雪，降雪量不足以覆蓋棉田。但根據(jù)已有研究得知反復(fù)地凍融交替可改善土壤結(jié)構(gòu)、改變生物活性和腐殖質(zhì)的濃度，能有效抑制土壤熱量散失、減少蒸發(fā)量、增加土壤墑情[1,2]，因此在棉田休作期相應(yīng)的水分調(diào)控對(duì)緩解農(nóng)田土壤水資源短缺及促進(jìn)作物生長(zhǎng)具有積極的作用。

在當(dāng)?shù)厣a(chǎn)實(shí)踐中，棉田冬春灌成為解決農(nóng)田土壤鹽漬化問題的有效方法[3]，當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶多選擇在棉田休作期冬灌漫灌來保證棉花越冬期的墑情以及排減棉田鹽堿。國(guó)內(nèi)有些學(xué)者也用試驗(yàn)明確了越冬水的重要性:冬灌后土壤水分充足，水的熱容量大，可以有效緩和土壤溫度的劇烈變化，可防止苗期凍害[4]；其次可使土壤緊實(shí)度增大，粉碎坷垃，消滅越冬時(shí)的害蟲，具有明顯增產(chǎn)作用。新疆南疆地區(qū)氣候干燥，降水量少，農(nóng)業(yè)用水量緊張，合理利用水資源至關(guān)重要，因此尋找合適的灌水措施，降低水資源浪費(fèi)刻不容緩。

棉花干播濕出技術(shù)在新疆阿拉爾、阿克蘇、新疆建設(shè)兵團(tuán)等地已成為研究重點(diǎn)，阿拉爾地區(qū)采取干播濕出技術(shù)的棉田可節(jié)約生產(chǎn)用水2 550 m3/hm2，減工節(jié)本60元/hm2以上，并且采取干播濕出的棉田苗齊、苗壯，出苗率普遍較高[5]。阿克蘇干播濕出示范田平均保苗株數(shù)比常規(guī)漫灌增加1.687 萬株/hm2，平均籽棉產(chǎn)量比對(duì)照增產(chǎn)608 kg/hm2，增產(chǎn)率為11.35%[6]。干播濕出技術(shù)在緩解區(qū)域水資源短缺、節(jié)約成本、棉農(nóng)增收等方面都有重要促進(jìn)作用，但植物根系扎根較淺，生育期提前，也會(huì)招致病蟲害[7]。

張瑞喜等[8]研究不同灌溉方式對(duì)向日葵產(chǎn)量構(gòu)成及土壤水鹽分布的影響，發(fā)現(xiàn)休作期春灌滴灌較干播濕出提升土壤含水量更顯著，降低土壤含鹽量效果更優(yōu)，僅僅干播濕出處理土壤含鹽量較播前提高19.20%，而春灌滴灌處理土壤鹽分則低于播前33.05%。本試驗(yàn)選擇在休作期冬灌滴灌，再于播后試用干播濕出技術(shù)，在節(jié)約水資源和降低土壤含鹽量的情況下探尋合適的墑情調(diào)控措施。結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)和棉田越冬期需水條件，掌握棉田播前適宜灌水閾值，采取合理的墑情調(diào)控措施對(duì)當(dāng)?shù)匕l(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)和提高棉花產(chǎn)量具有積極作用。本試驗(yàn)通過對(duì)比研究冬灌滴灌、冬灌漫灌及冬灌滴灌+干播濕出這3種調(diào)控措施，監(jiān)測(cè)播種前后土壤墑情變化，探索南疆適宜的播前灌水閾值及適合當(dāng)?shù)氐恼{(diào)控措施，為“干播濕出”技術(shù)的推廣及節(jié)水農(nóng)業(yè)提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)布設(shè)在新疆阿克蘇地區(qū)沙雅縣海樓鎮(zhèn)（北緯41.28°，東經(jīng)82.72°，海拔986 m），地勢(shì)北高南低，地形包括渭干河沖擊平原和塔里木河谷平原2部分，塔里木河從南部流經(jīng)[9]。試驗(yàn)地長(zhǎng)年日照充足，熱量充沛，降水稀少，氣候干燥，晝夜溫差大，常年平均日照3 031.2 h，近5 a年平均降水75.38 mm，年均蒸發(fā)量2 000.7 mm，蒸發(fā)量是降水量的42.3倍，夏季降水稍多，初雪日最早出現(xiàn)在12月底，終雪日最遲在2月21日，最大積雪深度為10 cm。試驗(yàn)地面積為0.133 hm2，滴灌帶鋪設(shè)見圖1。土壤質(zhì)地為沙土和壤土，土壤相關(guān)理化性質(zhì)見表1。劃分7個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)田地下水位為3.8 m。

表1 試驗(yàn)地土壤相關(guān)理化性質(zhì)Tab.1 Soil-related physicochemical properties in experimental site

圖1 種植示意圖（單位：cm）Fig.1 Schematicdiagramofplanting

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)地選取供試棉花為“源棉11號(hào)”，在播前棉田休作期進(jìn)行冬灌（于2021年11月15進(jìn)行冬灌），冬灌前后分別取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。播后進(jìn)行“干播濕出”，2022年4月10日播種，“干播濕出”后再取樣測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。膜下鋪管采用1膜3管6行的種植模式，寬、窄行距分別為66 cm、10 cm，株距10 cm。滴灌參數(shù)為滴頭間距300 mm，滴頭流量2.1 L/h。試驗(yàn)設(shè)計(jì)3種調(diào)控措施，即冬灌漫灌、不同灌溉定額冬灌滴灌及冬灌滴灌+干播濕出。共7個(gè)處理，試驗(yàn)地使用當(dāng)年滴灌帶和滴灌系統(tǒng)冬灌，在灌溉水結(jié)冰前灌溉，3個(gè)梯度冬灌滴灌灌溉定額：600、900、1 200 m3/hm2，在此基礎(chǔ)上干播濕出：(600+225) m3/hm2、(900+225) m3/hm2、(1 200+225) m3/hm2，對(duì)照處理（CK）為當(dāng)?shù)囟嗦?，灌溉定額為2 250 m3/hm2。在冬灌灌前灌后，播前播后分別取樣，重復(fù)3次（見表2）。農(nóng)藝相關(guān)措施跟進(jìn)當(dāng)?shù)貙?shí)施，其余因子保持一致。

表2 調(diào)控措施設(shè)計(jì)Tab.2 Design of regulatory measures

1.3 試驗(yàn)材料與測(cè)定方法

1.3.1 土壤含水率測(cè)定

分別在冬灌前后及播種前后分別測(cè)定土壤質(zhì)量含水率，采用傳統(tǒng)的土鉆取土及烘干法（105±2 ℃，12 h）。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、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm土壤。

1.3.2 土壤含鹽率測(cè)定

采用土壤浸提液電導(dǎo)率EC和土壤含鹽量SC表征土壤鹽度。將烘干的土樣碾壓過2 mm孔徑標(biāo)準(zhǔn)篩，將過篩后的土樣（剔除植物殘?bào)w、石塊等侵入體），加入三角瓶中，加入純凈水，配置土水質(zhì)量比為1∶5的混合液，使用震蕩機(jī)震蕩10 min，靜止15 min后得到上清液，最后使用F3型電導(dǎo)率儀（梅特勒-托利多儀器）測(cè)定上清液的電導(dǎo)率。根據(jù)電導(dǎo)率與含鹽量單位轉(zhuǎn)化來計(jì)算土壤中鹽分含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉田不同調(diào)控措施播前播后土壤水分變化對(duì)比

不同調(diào)控措施下取窄行不同土層的含水率（見圖2），DW1處理對(duì)比灌前土壤含水率均有升高且波動(dòng)幅度較為平緩；Wd1處理與灌前對(duì)比含水率顯著增加，且對(duì)0～40 cm土層影響較大，播后含水率明顯升高；對(duì)比冬灌滴灌和冬灌漫灌2種調(diào)控措施，冬灌滴灌各個(gè)土層含水率變化差異性更小且分布更為均衡，其余灌溉定額處理變化一致，隨著灌溉定額的增加土壤平均含水率也在升高。Wd1處理對(duì)比DW1處理土壤含水率，Wd1處理灌水量較少但2者差異性不大且前者平均含水率稍高；Wd3對(duì)比CK土壤含水率要更均衡穩(wěn)定，用水量遠(yuǎn)低于CK。對(duì)比灌前的土壤墑情說明在播前進(jìn)行墑情調(diào)控是有必要的。由圖2中各土層含水率與均值+標(biāo)準(zhǔn)差之間差距可知，漫灌措施各土層含水率起伏較大且分布不均勻，不能完全保證出苗；冬灌滴灌調(diào)控措施土壤含水率分布較為均勻，但灌溉定額過低效果便不明顯，大定額灌水實(shí)施困難；相較之下冬灌滴灌+干播濕出的調(diào)控措施對(duì)土壤水分影響最大，對(duì)出苗有更好的保障。

圖2 不同墑情調(diào)控措施土壤質(zhì)量含水率變化趨勢(shì)Fig.2 Change trend of soil quality and water content indifferent soil moisture control measures

2.2 不同墑情調(diào)控措施土壤含水量多重比較分析

由表3可以看出，在0～40 cm土層冬灌滴灌+干播濕出與僅僅冬灌滴灌調(diào)控措施之間差異極顯著，較低定額的冬灌滴灌調(diào)控措施對(duì)表層（0～10 cm）和亞表層（20～40 cm）土壤的墑情影響不大，冬灌滴灌+干播濕出調(diào)控措施對(duì)0～40 cm土層保蓄水分有積極作用，進(jìn)而會(huì)影響到棉花出苗與保苗。在40～60 cm土層冬灌漫灌與冬灌滴灌+干播濕出調(diào)控措施之間差異極顯著，棉花花鈴期之前根系主要分布在0～60 cm[10]，冬灌漫灌水分分布不均勻會(huì)影響到棉花根系對(duì)水分的吸收進(jìn)而會(huì)影響到棉花結(jié)蕾吐絮。冬灌滴灌與冬灌漫灌差異性顯著，說明冬灌滴灌的調(diào)控措施播前40～60 cm土層墑情較為穩(wěn)定，而冬灌滴灌+干播濕出措施保水效果更能保證棉花出苗率。3種措施60～80 cm、80～100 cm土層含水量差異性不大，冬灌滴灌+干播濕出措施的平均含水量較高，可持續(xù)提供棉花生長(zhǎng)后續(xù)的墑情保證。

表3 不同墑情調(diào)控水分的多重比較%Tab.3 Multiple comparisons of different moisture content control and water content

2.3 棉田不同調(diào)控措施播前播后土壤鹽分對(duì)比

由圖3可知土壤平均含鹽量在冬灌調(diào)控后明顯減低，且灌溉額度越高，含鹽率越低。對(duì)比較低額度的冬灌滴灌，冬灌漫灌排鹽效果更好。從中位數(shù)分布可知，冬灌漫灌對(duì)比冬灌滴灌偏態(tài)性強(qiáng)，其鹽分淋洗不均勻。據(jù)箱體可知冬灌滴灌+干播濕出的調(diào)控措施較其他措施淋洗土壤鹽分效果更佳，出現(xiàn)異常較低的含鹽率。其中灌溉額度越高的滴灌冬灌+干播濕出調(diào)控措施鹽分波動(dòng)性越小，越穩(wěn)定。灌前與冬灌調(diào)控措施對(duì)比，鹽分淋洗最為明顯的是0～20 cm土層。由圖4可知：冬灌漫灌后各個(gè)土層鹽分分布波動(dòng)幅度較大；DW1處理的土壤鹽分多積累在40～60 cm土層處，DW2處理的土壤鹽分多積累在60 cm土層處，DW3處理的處理土壤鹽分多積累在80 cm土層處，說明灌溉定額越高鹽分淋洗越徹底；冬灌滴灌+干播濕出措施與冬灌滴灌措施對(duì)比，0～40 cm土層的平均含鹽量差異顯著，且各土層波動(dòng)不大，其在干播濕出期間淋洗表層鹽分效果突出，有利于創(chuàng)造更適宜棉花萌芽的鹽分環(huán)境。

圖3 不同墑情調(diào)控措施土壤含鹽率對(duì)比Fig.3 Comparison of soil salt content of different moisture content control measures

圖4 不同墑情調(diào)控措施各土層土壤平均含鹽率變化規(guī)律Fig.4 Change law of soil average salt content of each soil layer

2.4 不同墑情調(diào)控措施土壤水分與鹽分的相關(guān)分析

由表4可知灌前水分與灌后各措施的鹽分存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，播前在鹽堿棉田里實(shí)施調(diào)控措施對(duì)鹽堿地改良有積極作用；實(shí)施漫灌措施后土壤鹽分與水分也有較顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，漫灌對(duì)于排減棉田鹽堿有相應(yīng)效果；其次冬灌滴灌措施土壤水分與鹽分呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，且灌溉定額越大，顯著性越強(qiáng)；冬灌滴灌+干播濕出措施其土壤水分和鹽分呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，說明此措施水分對(duì)土壤鹽分影響較大，對(duì)棉田排鹽減鹽有積極影響。

表4 不同墑情調(diào)控水分與鹽分的相關(guān)分析Tab.4 Analysis of moisture and salt

3 討 論

3.1 播前墑情調(diào)控的作用

土壤中水鹽的運(yùn)移對(duì)棉花的生長(zhǎng)至關(guān)重要，一次高質(zhì)量的冬灌能使1 m土層增加110 mm有效儲(chǔ)水，還可抗御翌年的春旱并緩解伏旱，提高水分利用效率和作物產(chǎn)量[11]，冬灌后還可以有效緩和土壤溫度的劇烈變化，因此能防止苗期凍害[12]。另外冬春灌對(duì)凍融期土壤水鹽運(yùn)移顯著，棉田冬春灌是解決鹽堿危害的有效方法，能夠在一定程度上控制和減少土壤根層鹽分含量，滿足作物生長(zhǎng)需求[13]。本試驗(yàn)研究在新疆南部沙雅縣，常年降水量較低，本地農(nóng)業(yè)用水量較大，棉田越冬期是否實(shí)行墑情調(diào)控一直有爭(zhēng)論。研究表明播前實(shí)施冬灌有利于棉花后期的成長(zhǎng)，而播前找尋適宜的調(diào)控措施也是刻不容緩的。研究發(fā)現(xiàn)，無論實(shí)施哪種措施，灌前的土壤水分和播前播后土壤水分對(duì)比，實(shí)施墑情調(diào)控措施后的土壤水分更符合出苗的環(huán)境條件。

3.2 播前冬灌滴灌和播后“干播濕出”結(jié)合的優(yōu)越性

干播濕出后棉花根量較少但須根量較大，根冠比較小，根系較淺，生長(zhǎng)發(fā)育提前[14]，生育期提前也會(huì)招致病蟲害。本試驗(yàn)選擇在冬灌的基礎(chǔ)上，以膜下滴灌為支撐試用干播濕出技術(shù)，可盡量避免這一情況的發(fā)生且能平抑緩和早春土壤溫度對(duì)棉花出苗的影響。其次使用前年的灌溉系統(tǒng)不粉碎秸稈，秸稈的覆蓋更有利于土壤水分保持[15]。本試驗(yàn)在播前實(shí)施冬灌滴灌，趙波等人對(duì)比研究膜下滴灌與普通漫灌后發(fā)現(xiàn)，膜下滴灌水流入滲緩慢且時(shí)間較長(zhǎng)，水分入滲更加均勻，剖面土壤水分變化相對(duì)平緩；漫灌后屬于整體入滲，水分分布均勻度相對(duì)較差[16]。南疆沙雅縣地區(qū)地下水含鹽過高，干播濕出期間用水可能會(huì)造成板結(jié)及鹽堿危害，但以較低水量滴灌棉田，會(huì)達(dá)到保墑蓄水，排堿壓鹽的效果，播后的“干播濕出”保證了棉花的出苗率；其次冬灌可使根系向土層深處扎根，有利于抵抗病蟲害。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)較低定額的冬灌滴灌加播后“干播濕出”調(diào)控后的墑情比高定額僅冬灌滴灌的墑情更加穩(wěn)定，其中冬灌滴灌+干播濕出措施中灌溉定額為(600+225)m3/hm2對(duì)比冬灌滴灌措施灌溉定額為1 200 m3/hm2的土壤含水率，2者差異性不大且冬灌滴灌+干播濕出措施平均含水率稍高。2種灌溉制度的結(jié)合為作物種植提供了新的技術(shù)參考。

4 結(jié) 論

（1）在南疆沙雅縣，對(duì)比當(dāng)?shù)毓嗲暗耐寥篮?，播前的墑情調(diào)控是有必要的；相較于漫灌措施，冬灌滴灌各土層含水率差異性小且分布均衡，隨著灌溉定額的增加土壤平均含水率升高；在冬灌滴灌基礎(chǔ)上實(shí)施干播濕出的土壤含水率較其他調(diào)控措施更均勻穩(wěn)定，冬灌滴灌的調(diào)控措施播前40～60 cm土層墑情較為穩(wěn)定。冬灌滴灌+干播濕出措施對(duì)比漫灌措施的土壤含水率要更均衡穩(wěn)定，其用水量遠(yuǎn)低于冬灌漫灌；灌溉定額為(600+225) m3/hm2的冬灌滴灌+干播濕出的平均含水率要稍高于灌溉定額為1 200 m3/hm2的冬灌滴灌的含水率。

（2）冬灌調(diào)控后土壤平均含鹽量明顯減低，冬灌漫灌對(duì)比冬灌滴灌鹽分淋洗不均勻，冬灌滴灌灌溉定額越高鹽分淋洗越徹底。冬灌滴灌+干播濕出措施與冬灌滴灌措施對(duì)比，0～40 cm土層的平均含鹽量差異顯著，干播濕出期間淋洗表層鹽分效果突出。

（3）播前在鹽堿棉田里實(shí)施調(diào)控措施對(duì)鹽堿地改良有積極作用，冬灌滴灌+干播濕出措施其土壤水分和鹽分呈極顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，冬灌滴灌+干播濕出的調(diào)控措施較其他措施淋洗土壤鹽分效果更佳。