兩種覆蓋方式下灌水定額對(duì)土壤溫度變化、棉花產(chǎn)量及水分利用效率的影響

摘要：【目的】探究不同覆蓋方式和灌水定額對(duì)棉花生產(chǎn)的影響。【方法】于2017―2019年在新疆阿拉爾市開(kāi)展大田試驗(yàn)，其中，2017―2018年膜下滴灌試驗(yàn)以新陸中46號(hào)為供試材料，設(shè)置24 mm（M1）、30 mm（M2）和36 mm（M3）3個(gè)灌水定額；2018―2019年無(wú)膜滴灌試驗(yàn)以中棉619為供試材料，設(shè)置36 mm（W1）、45 mm（W2）和54 mm（W3）3個(gè)灌水定額；分析不同處理對(duì)10 cm、20 cm、40 cm土層土壤溫度和土壤含水量、籽棉產(chǎn)量以及灌溉水利用效率的影響?！窘Y(jié)果】2種模式下棉田10 cm、20 cm和40 cm土層土壤含水量和籽棉產(chǎn)量均隨灌水定額的增大呈增加趨勢(shì)。M2、M3處理的籽棉產(chǎn)量分別較M1處理顯著增加8.82%～11.47% 和14.24%～18.96%；W2、W3處理的籽棉產(chǎn)量分別較W1處理顯著增加15.18%～22.61%和32.53%～46.29%。土壤溫度和灌溉水利用效率均隨灌水定額的增大呈降低趨勢(shì)。M2、M3處理的灌溉水利用效率分別較M1處理顯著降低10.82%～12.94%和20.70%～23.84%；W2、W3處理的灌溉水利用效率分別較W1處理降低1.91%～7.85%和2.47%～11.65%。2018年灌水定額相同時(shí)，M3處理的土壤含水量、0～40 cm土層土壤溫度、籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率均高于W1處理?；诒平硐虢馀判蚍ǎ╰echnique for order preference by similarity to ideal solution， TOPSIS）的綜合評(píng)價(jià)表明，膜下滴灌處理配套30 mm灌水定額，無(wú)膜滴灌處理配套54 mm灌水定額可取得較好的效果。【結(jié)論】提高灌水定額可以在一定程度上彌補(bǔ)無(wú)膜種植模式引起的籽棉產(chǎn)量降低，但會(huì)降低灌溉水利用效率。研究結(jié)果可為無(wú)膜滴灌植棉技術(shù)在當(dāng)?shù)氐耐茝V提供參考。

關(guān)鍵詞：新疆；棉花；膜下滴灌；無(wú)膜滴灌；灌水定額；TOPSIS；籽棉產(chǎn)量；灌溉水利用效率

Effects of irrigation quota on each application on soil temperature changes， cotton yield， and water use efficiency under two mulching patterns

Wu Qifeng*， Zhong Zhibo

（Institute of Farmland Water Conservancy and Soil-Fertilizer， Xinjiang Academy of Agricultural and Reclamation Science/Key Laboratory of Northwest Oasis Water-Saving Agriculture， Ministry of Agriculture and Rural Affairs/Key Laboratory of Efficient Utilization of Water and Fertilizer， The Xinjiang Production and Construction Corps， Shihezi， Xinjiang 832000， China）

Abstract： [Objective] This study aims to explore the impact of diverse mulching techniques and irrigation quota on each application on cotton production. [Methods] Field experiments were conducted in Aral City， Xinjiang from 2017 to 2019. For the experiments under drip irrigation with plastic-film mulching in 2017 and 2018， Xinluzhong 46 was used as the test material， and three irrigation quotas on each application of 24 mm （M1）， 30 mm （M2）， and 36 mm （M3） were set. For the experiments under drip irrigation without plastic-film mulching in 2018 and 2019， Zhongmian 619 was used as the test material， and three irrigation quotas on each application of 36 mm （W1）， 45 mm （W2）， and 54 mm （W3） were set. The effects of different treatments on the soil temperature and water content in 10 cm， 20 cm and 40 cm soil layers， seed cotton yield， and irrigation water use efficiency were analyzed. [Results] The soil water content in 10 cm， 20 cm， and 40 cm soil layers of cotton fields， and seed cotton yield under the two mulching modes showed an increasing trend with the increase of irrigation quota on each application. Notably， the seed cotton yield of M2 and M3 treatments were significantly increased by 8.82%-11.47% and 14.24%-18.96% compared with M1 treatment， respectively. The seed cotton yield of W2 and W3 treatments were increased significantly by 15.18%-22.61% and 32.53%-46.29%， respectively， in comparison to W1 treatment. Both soil temperature and irrigation water use efficiency showed a declining trend with the increasing of irrigation quota on each application. The irrigation water use efficiency of M2 and M3 treatments were significantly declined by 10.82%-12.94% and 20.70%-23.84%， respectively， in comparison to M1 treatment. The irrigation water utilization efficiency of W2 and W3 treatments also showed a reduction， ranging from 1.91%-7.85% and 2.47%-11.65%， respectively， in comparison to W1 treatment. When the irrigation quota on each application were the same in 2018， the soil water content， soil temperature in 0-40 cm soil layer， seed cotton yield， and irrigation water use efficiency of M3 treatment were higher than that of W1 treatment. The comprehensive evaluation based on the technique for order preference by similarity to ideal solution （TOPSIS） indicated that superior outcomes could be obtained by aligning 30 mm irrigation quota on each application with the drip irrigation with plastic-film mulching treatment， and 54 mm irrigation quota on each application with the drip irrigation without plastic-film mulching treatment. [Conclusion] An increase in irrigation quota on each application can serve to offset the reduction in seed cotton yield resulting from the filmless planting mode to a certain extent， albeit at the cost of reduced irrigation water use efficiency. The findings of this study may provide reference for the promotion of drip irrigation without plastic-film mulching cotton planting technology in the local area.

Keywords： Xinjiang; cotton; drip irrigation with plastic-film mulching; drip irrigation without plastic-film mulching; irrigation quota on each application; TOPSIS; seed cotton yield; irrigation water use efficiency

新疆獨(dú)特的氣候環(huán)境為棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供了良好的條件。隨著膜下滴灌技術(shù)的大面積推廣應(yīng)用，新疆已成為中國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉生產(chǎn)基地[1]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2023年新疆棉花種植面積為236.93萬(wàn)hm2，棉花總產(chǎn)量為511.2萬(wàn)t，分別占全國(guó)棉花總種植面積和總產(chǎn)量的84.98%和90.99%[2]。然而，長(zhǎng)期持續(xù)應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)，引起地膜殘留累積量增加，不僅影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成，還給農(nóng)田環(huán)境造成了嚴(yán)重的污染，對(duì)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。殘膜污染已成為新疆地區(qū)棉花可持續(xù)生產(chǎn)中亟待解決的重大科學(xué)問(wèn)題[3-4]，而采用無(wú)膜滴灌技術(shù)種植棉花為解決棉田殘膜污染問(wèn)題提供了1條可選擇的途徑[5-6]。

覆蓋方式和灌溉量均會(huì)影響土壤溫度和水分含量，進(jìn)而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量[7]。國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)膜下滴灌棉田適宜的灌溉制度已進(jìn)行了較為廣泛的研究，但作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量受不同的生態(tài)地區(qū)及田間管理措施的影響，不能一概而論[8-9]。蔡煥杰等[10]認(rèn)為在北疆地區(qū)膜下滴灌條件下，棉花全生育期灌水12～14次，每次灌水25～30 mm可以獲得較高的棉花產(chǎn)量和水分利用效率。王平等[11]在南疆地區(qū)的研究發(fā)現(xiàn)，棉田灌溉定額在402～427 mm時(shí)，可以獲得較高的棉花產(chǎn)量和水分利用效率。土壤水分含量和覆蓋方式顯著影響滴灌棉田的土壤溫度，在土壤含水率較高的區(qū)域，土壤增溫較慢；在相同的土壤含水率下，覆膜處理的平均地溫均高于無(wú)膜處理；在同一土層，地膜覆蓋處理的土壤溫度均高于無(wú)膜處理[12]。棉花種植模式由膜下滴灌轉(zhuǎn)變?yōu)闊o(wú)膜滴灌，地面蒸發(fā)量大幅增加，棉花水分消耗顯著增多，土壤溫度明顯降低，易造成干旱脅迫和低溫脅迫，不利于種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)。地膜覆蓋對(duì)土壤水分入滲和再分配的影響也很大，同一幅地膜下常形成1個(gè)相對(duì)獨(dú)立的水分運(yùn)移與吸收利用單元。而無(wú)地膜覆蓋條件下，棉花生長(zhǎng)前期土壤水分蒸發(fā)量會(huì)大幅增加，土壤水熱狀況也會(huì)發(fā)生明顯改變[3]。因此，無(wú)膜滴灌棉田的水分消耗過(guò)程與膜下滴灌種植模式明顯不同，必然要求調(diào)整棉田水分管理措施，以確保在減少殘膜污染的同時(shí)，降低棉花減產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)[13]。

南疆地區(qū)高溫、干旱的環(huán)境使無(wú)膜滴灌與膜下滴灌棉田土壤水分分布和溫度存在明顯差異。鑒于氣候和土壤條件的差異性，國(guó)外學(xué)者在無(wú)膜覆蓋條件下開(kāi)展的相關(guān)研究結(jié)果并不適于南疆地區(qū)直接參考應(yīng)用[3]。此外，目前涉及無(wú)膜滴灌和膜下滴灌2種種植模式間土壤水分、溫度和棉花產(chǎn)量比較的研究報(bào)道較少?；诖耍狙芯吭谛陆⒗瓲柺虚_(kāi)展大田試驗(yàn)，對(duì)比了膜下滴灌和無(wú)膜滴灌2種模式下土壤水分、溫度和棉花產(chǎn)量的變化，并基于逼近理想解排序法（technique for order preference by similarity to ideal solution， TOPSIS）篩選了2種覆蓋方式的高產(chǎn)高效的灌溉策略。研究結(jié)果可為解決地膜殘留問(wèn)題及無(wú)膜滴灌植棉技術(shù)的大面積推廣提供參考，以促進(jìn)當(dāng)?shù)孛藁ǖ目沙掷m(xù)生產(chǎn)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)阿拉爾市現(xiàn)代農(nóng)業(yè)院士專家工作站野外試驗(yàn)基地（81°17′56″E，40°32′36″N，海拔1 100 m），屬干旱、半干旱地區(qū)，具有典型的干旱大陸性氣候特征，氣候干燥，光熱資源豐富，多年平均降水量為50 mm，年蒸發(fā)量為2 218 mm，多年日平均氣溫為11.3 ℃。2017―2019年氣象數(shù)據(jù)由位于試驗(yàn)基地附近的標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)氣象站（HOBO，美國(guó)Onset公司）連續(xù)測(cè)量，每10 min記錄1次數(shù)據(jù)，氣象指標(biāo)見(jiàn)附圖1。該地區(qū)是典型的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)，作物以棉花為主。試驗(yàn)區(qū)0～80 cm土層為砂壤土，黏粒、粉粒和砂粒的含量分別為2.62%、41.78%和55.60%。土壤容重、田間持水量、飽和含水量和凋萎含水量分別為1.58 g·cm－3、0.24 g·g－1、0.30 g·g－1和0.11g·g－1。不同深度土層的土壤理化性質(zhì)見(jiàn)附表1。地下水深約為3～5 m，可忽略其對(duì)棉花根區(qū)水分的補(bǔ)給。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

目前，南疆膜下滴灌棉田的灌水定額為30 mm左右[14]。2017－2018年膜下滴灌棉田的灌水定額在30 mm（M2）的基礎(chǔ)上分別減少20%（M1：24 mm）和增加20%（M3：36 mm），共設(shè)置3個(gè)灌水定額。2018―2019年無(wú)膜滴灌棉田在36 mm灌水定額（W1）的基礎(chǔ)上[15]分別增加25%（W2：45 mm）和50%（W3：54 mm），共設(shè)置3個(gè)灌水定額。棉花全生育期，膜下滴灌棉田和無(wú)膜滴灌棉田均灌水11次，灌溉時(shí)間及灌水量見(jiàn)附表2～3。2種覆蓋方式條件下每個(gè)處理均設(shè)置3次重復(fù)，各9個(gè)小區(qū)，膜下滴灌試驗(yàn)小區(qū)面積為154 m2，無(wú)膜滴灌試驗(yàn)小區(qū)面積為6.6 m2。

膜下滴灌棉花品種為新陸中46號(hào)，2017年4月3日播種，10月1日收獲；2018年4月15日播種，10月12日收獲。無(wú)膜滴灌棉花品種為中棉619，2018年4月22日播種，10月27日收獲；2019年4月25日播種，10月25日收獲。2017―2019年棉花種植均采用1膜2帶6行模式，行距為（10＋66＋10＋66＋10） cm，株距為10 cm，種植密度為24萬(wàn)株·hm－2。選用單翼迷宮式滴灌帶，規(guī)格為Φ16，滴頭間距30 cm，滴頭額定流量為3.0 L·h－1，工作壓力為0.1 MPa。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 土壤溫度和含水量。5－10月采用土壤水熱自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（EM50 5TM，美國(guó)Decagon公司，記錄頻次為1次·h－1）測(cè)定土壤溫度和體積含水量，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于棉花主根區(qū)（中間的窄行），每個(gè)小區(qū)埋設(shè)1套監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，埋設(shè)深度分別為10 cm、20 cm和40 cm，每日數(shù)據(jù)為24次測(cè)定結(jié)果的平均值。并在每個(gè)生育階段末期采用土鉆取土測(cè)定土壤含水率校核儀器[16]。

1.3.2 棉花產(chǎn)量和灌溉水利用效率。棉花吐絮期末，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)隨機(jī)劃定3個(gè)4.66 m2（2.33 m×2 m）的樣方，實(shí)收測(cè)定籽棉產(chǎn)量。

棉花灌溉水利用效率（irrigation water use efficiency， WUE， kg·m－3）計(jì)算如公式（1）所示。

WUE＝Y(jié)/I （1）

式中，Y表示籽棉產(chǎn)量（kg·hm－2），I為棉花生育期內(nèi)對(duì)棉田的灌溉水補(bǔ)給量（m3·hm－2，灌水1 mm相當(dāng)于10 m3·hm－2）。

1.3.3 基于TOPSIS的綜合評(píng)價(jià)。使用TOPSIS法[17]篩選2種覆蓋方式的最佳策略，計(jì)算過(guò)程如下。

X＝（Xij）n×m （2）

＝（3）

Vij＝ij×Wj （4）

d＝（5）

d＝"（6）

Pi＝（7）

式中，X、和Vij分別為評(píng)價(jià)指標(biāo)的貢獻(xiàn)矩陣、歸一化矩陣和加權(quán)歸一化矩陣；Xij為第i個(gè)處理，第j個(gè)指標(biāo)值；n和m分別為評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)和處理數(shù)；Wj為各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重；V和V分別為正理想解和負(fù)理想解；d和d分別為正理想解和負(fù)理想解之間的距離；綜合得分指數(shù)Pi表示與理想解的貼近程度。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Microsoft Excel 2010和DPS 16.05進(jìn)行數(shù)據(jù)整理和分析，采用鄧肯氏（Duncan’s）新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較（P＜0.05），用SPSSRO進(jìn)行TOPSIS綜合評(píng)價(jià)，用Origin 2017繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤溫度的變化

2017年6月3日－10月20日和2018年5月6日－10月20日膜下滴灌模式下，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，10 cm、20 cm和40 cm土層的土壤溫度整體呈波動(dòng)降低趨勢(shì)（圖1）。2018年5月6日－10月20日和2019年5月6日－10月20日無(wú)膜滴灌模式下，隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，10 cm、20 cm和40 cm土層的土壤溫度整體呈先升高后降低的波動(dòng)變化趨勢(shì)（圖2）。棉花生育前期和中期，土壤溫度隨著土層深度的增加呈降低趨勢(shì)，10 cm土層土壤溫度較高，而生育后期20 cm和40 cm土層土壤溫度較高。

膜下滴灌模式下，10 cm、20 cm和40 cm土層土壤平均溫度均隨灌水定額的增大呈降低趨勢(shì)。2017年6月3日－10月20日M1、M2和M3處理的10 cm土層土壤平均溫度分別為24.64 ℃、24.31 ℃和23.83 ℃，20 cm土層土壤平均溫度分別為24.36 ℃、23.98 ℃和23.26 ℃，40 cm土層土壤平均溫度分別為23.91 ℃、23.73 ℃和23.27 ℃。2018年5月6日－10月20日M1、M2和M3處理的10 cm土層土壤平均溫度分別為26.45 ℃、25.54 ℃和24.44 ℃，20 cm土層土壤平均溫度分別為25.70 ℃、24.81 ℃和23.29 ℃，40 cm土層土壤平均溫度分別為25.73 ℃、24.63 ℃和23.40 ℃。

無(wú)膜滴灌模式下，10 cm、20 cm和40 cm土層土壤平均溫度均隨灌水定額的增大呈降低趨勢(shì)。2018年5月6日－10月20日W1、W2和W3處理的10 cm土層土壤平均溫度分別為24.06 ℃、22.42 ℃和21.30 ℃，20 cm土層土壤平均溫度分別為22.98 ℃、21.49 ℃和20.24 ℃，40 cm土層土壤平均溫度分別為22.10 ℃、20.68 ℃和19.91 ℃。2019年5月6日－10月20日W1、W2和W3處理的10 cm土層土壤平均溫度分別為27.11 ℃、26.06 ℃和23.72 ℃，20 cm土層土壤平均溫度分別為25.70 ℃、25.28 ℃和23.15 ℃，40 cm土層土壤平均溫度分別為25.10 ℃、23.89 ℃和22.16 ℃。

2018年灌水定額（36 mm）相同時(shí)，棉花生育期前期（5月6日－6月18日）膜下滴灌模式下M3處理的0～40 cm土層土壤平均溫度較無(wú)膜滴灌W1處理高3.17 ℃，而棉花生育中后期（6月18日－10月20日）2種覆蓋模式的土壤溫度相差較?。▓D3）。

2.2 土壤含水量變化

灌溉改善了棉花生育期0～40 cm土層土壤含水量。2種覆蓋模式下，0～40 cm土層土壤含水量均隨灌水定額的增大整體呈增加趨勢(shì)（圖4）。膜下滴灌模式下，2017年6月20日－8月24日M2和M3處理的0～40 cm土層土壤平均含水量分別較M1處理增加8.71百分點(diǎn)和21.97百分點(diǎn)，2018年6月11日－8月14日M2和M3處理的0～40 cm土層土壤平均含水量分別較M1處理增加5.61百分點(diǎn)和12.86百分點(diǎn)。無(wú)膜滴灌模式下，2018年6月10日－8月31日W2和W3處理的0～40 cm土層土壤平均含水量較W1處理分別增加13.69百分點(diǎn)和33.50百分點(diǎn)，2019年6月10日－8月31日W2和W3處理的0～40 cm土層土壤平均含水量較W1處理分別增加10.60百分點(diǎn)和22.79百分點(diǎn)。灌水定額（36 mm）相同時(shí)，2018年6月11日－8月14日膜下滴灌M3處理的0～40 cm土層土壤平均含水量較無(wú)膜滴灌W1處理增加11.40百分點(diǎn)。

2.3 籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率

2種覆蓋模式下，隨著灌水定額的增加，籽棉產(chǎn)量呈顯著增加趨勢(shì)，灌溉水利用效率呈降低趨勢(shì)（圖5）。膜下滴灌模式下，2017年M2和M3處理的籽棉產(chǎn)量較M1處理分別顯著增加11.47%和18.96%，M2和M3處理的灌溉水利用效率較M1處理分別顯著降低10.82%和20.70%。2018年M2和M3處理的籽棉產(chǎn)量較M1處理分別顯著增加8.82%和14.24%，M2和M3處理的灌溉水利用效率較M1處理分別顯著降低12.94%和23.84%。

無(wú)膜滴灌模式下，2018年W2和W3處理的籽棉產(chǎn)量較W1處理分別顯著增加15.18%和32.53%，W2和W3處理的灌溉水利用效率較W1處理分別顯著降低7.85%和11.65%；2019年W2和W3處理的籽棉產(chǎn)量較W1處理分別顯著增加22.61%和46.29%，W2和W3處理的灌溉水利用效率較W1處理分別降低1.91%和2.47%，但3個(gè)處理間無(wú)顯著差異。2018年灌水定額相同（36 mm）時(shí)，膜下滴灌處理（M3）的籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率較無(wú)膜滴灌處理（W1）分別增加16.22%和5.65%。

2.4 基于TOPSIS的綜合評(píng)價(jià)

基于棉花生育期10 cm、20 cm和40 cm土層土壤平均溫度、0～40 cm土層土壤含水量、籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率的TOPSIS綜合評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)表1。土壤平均溫度的權(quán)重為16.411%，土壤含水量的權(quán)重為26.826%，籽棉產(chǎn)量的權(quán)重為18.045%，灌溉水利用效率的權(quán)重為38.718%。膜下滴灌模式下TOPSIS綜合得分指數(shù)最大的（排名第1）為M2處理，無(wú)膜滴灌模式下TOPSIS綜合得分指數(shù)最大的為W3處理。

3 討論

地膜覆蓋技術(shù)具有節(jié)水、保墑、調(diào)溫和增產(chǎn)的作用，是旱地農(nóng)業(yè)提高作物生產(chǎn)力的有效方法。然而長(zhǎng)期地膜覆蓋會(huì)增加土壤中殘留的塑料薄膜碎片數(shù)量，進(jìn)而影響土壤理化性質(zhì)。為避免塑料薄膜對(duì)土壤環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響，無(wú)膜滴灌技術(shù)被開(kāi)發(fā)為1種有前途的替代模式[5， 13]。土壤水分含量受灌溉、降水和蒸發(fā)等因素的影響呈周期性變化[3， 14]。本研究發(fā)現(xiàn)，2種覆蓋方式下0～40 cm土層土壤含水量均隨灌水定額的增大呈增加趨勢(shì)，說(shuō)明增加灌水定額可以在一定程度上增加土壤根系區(qū)含水量，與Li等[18]的研究結(jié)果相符。灌水定額相同時(shí)（36 mm），2018年6－8月膜下滴灌處理的0～40 cm土層土壤平均含水量高于無(wú)膜滴灌處理，可能是無(wú)膜滴灌處理下土壤水分蒸發(fā)加劇[3]。

研究表明，生育前期遭受低溫（氣溫＜12 ℃）會(huì)導(dǎo)致棉花生長(zhǎng)發(fā)育遲緩，生長(zhǎng)中期遭遇高溫天氣（氣溫＞35 ℃）則會(huì)影響花粉活力、棉鈴大小、棉鈴數(shù)量和蕾鈴脫落等，從而影響棉花的水分利用效率和產(chǎn)量[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，2種覆蓋模式下10 cm、20 cm和40 cm土層的土壤平均溫度均隨灌水定額的增大呈降低趨勢(shì)，說(shuō)明較高的土壤含水量降低了土壤溫度。熱量引起的土壤溫度變化主要取決于土壤本身的熱特性（比熱容、導(dǎo)熱率和熱擴(kuò)散率）。土壤比熱容的大小主要取決于土壤的含水量，土壤水分含量越多，比熱容就越大，溫度升高越慢[20]。灌水定額相同時(shí)（36 mm），2018年5月6日－6月18日覆膜處理的0～40 cm土層土壤平均溫度較無(wú)膜處理高3.17 ℃，這是因?yàn)榈啬ど系乃魏偷啬は路娇諝庵械乃魵饪梢晕臻L(zhǎng)波輻射，導(dǎo)致土壤因溫室效應(yīng)而升溫[21-22]。然而，地膜覆蓋只在棉花生育期前期有增溫效果，而隨著生育進(jìn)程的推進(jìn)，增溫效應(yīng)逐漸減弱，這與Zhang等[23]、Yan等[24]和Fan等[25]的研究結(jié)果一致。這是因?yàn)樵诿藁ㄉL(zhǎng)發(fā)育中后期，冠層充分建立，冠層會(huì)影響土壤從太陽(yáng)輻射中接收到的熱量，從而減小地膜對(duì)土壤溫度的影響[20]。本研究發(fā)現(xiàn)覆膜條件下10 cm、20 cm和40 cm土層土壤溫度的變化幅度小于無(wú)膜條件，這是由于土壤溫度的變化是隨著太陽(yáng)輻射和氣溫的變化而吸收或釋放能量的過(guò)程[26]，覆蓋塑料薄膜提高了白天土壤溫度[27]，消除了夜間土壤中的潛熱交換，減輕了土壤中的感熱、傳熱，抑制了夜間土壤熱輻射，從而提高了表層土壤溫度[28]。

適宜的土壤含水量和溫度為棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)提供良好的土壤環(huán)境。本試驗(yàn)條件下，2種覆蓋方式下的籽棉產(chǎn)量均隨灌水定額的增大呈增加趨勢(shì)，而灌溉水利用效率隨著灌水定額的增大而減小，這與王軍等[29]的研究結(jié)果一致，可能是由于較大的灌水定額能更好地彌補(bǔ)蒸發(fā)損失，滿足棉花耗水需求，為棉花生長(zhǎng)發(fā)育提供適宜的土壤環(huán)境，進(jìn)而提高棉花產(chǎn)量[3]。本研究表明，灌水定額相同（36 mm）時(shí)，膜下滴灌處理下新陸中46號(hào)的籽棉產(chǎn)量高于無(wú)膜滴灌處理下的中棉619。這可能是因?yàn)槟は碌喂喾N植模式可以有效改善土壤水、肥、氣、熱等環(huán)境，不僅可以提高作物的產(chǎn)量，改善品質(zhì)，也可以減少土壤水分的深層滲漏，避免水資源的浪費(fèi)，再加上地膜覆蓋后邊界條件發(fā)生改變，抑制或減少了土壤水分蒸發(fā)[30]；也可能與棉花品種特性有關(guān)。本研究中，覆膜處理的灌溉水利用效率均高于無(wú)膜處理。說(shuō)明地膜覆蓋通過(guò)抑制土壤水分蒸發(fā)和維持土壤溫度，為作物生長(zhǎng)提供更適宜的水熱環(huán)境，有利于提高作物的水分利用效率[31]。

基于TOPSIS的綜合評(píng)價(jià)表明，考慮土壤平均溫度、土壤含水量、籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率，覆膜處理配套30 mm灌水定額，無(wú)膜處理配套54 mm灌水定額的效果較優(yōu)。2018年，當(dāng)灌水定額相同（36 mm）時(shí)，膜下滴灌M3處理的籽棉產(chǎn)量較無(wú)膜滴灌W1處理增加16.22%；當(dāng)無(wú)膜滴灌灌水定額提高至45 mm時(shí)（W2），該處理的籽棉產(chǎn)量較M3處理增加0.90%，而無(wú)膜滴灌灌水定額為54 mm時(shí)（W3），籽棉產(chǎn)量較M3處理增加14.04%。說(shuō)明增加灌水定額可以有效彌補(bǔ)覆蓋方式引起的產(chǎn)量降低，而面對(duì)氣候變化引起的水資源短缺越來(lái)越嚴(yán)重問(wèn)題，這一策略的可持續(xù)性尚需進(jìn)一步考慮[32]。同時(shí)，針對(duì)同一灌水定額條件下不同覆蓋方式的作用效果，本研究?jī)H對(duì)比了2018年膜下滴灌和無(wú)膜滴灌模式下土壤水分、溫度、新陸中46號(hào)與中棉619的籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率的差異，而棉花的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量和纖維品質(zhì)受品種特性影響較大，也會(huì)隨著不同的氣候變化在年際間存在一定差異，還需開(kāi)展進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

4 結(jié)論

膜下滴灌和無(wú)膜滴灌模式下棉田0～40 cm土層土壤含水量和籽棉產(chǎn)量均隨灌水定額的增大呈增加趨勢(shì)，而10 cm、20 cm和40 cm土層土壤平均溫度和灌溉水利用效率均隨灌水定額的增大呈降低趨勢(shì)。膜下滴灌模式下36 mm灌水定額、無(wú)膜滴灌模式下54 mm灌水定額可以獲得較高的籽棉產(chǎn)量。2018年灌水定額均為36 mm時(shí)，棉花生育前期膜下滴灌處理的0～40 cm土層土壤平均溫度高于無(wú)膜滴灌處理，但地膜覆蓋并未在整個(gè)生育期表現(xiàn)出增溫效果；6月中旬至8月中旬膜下滴灌處理的0～40 cm土層土壤平均含水量較無(wú)膜滴灌處理增加11.40百分點(diǎn)?；赥OPSIS的綜合評(píng)價(jià)表明，綜合考慮土壤平均溫度、土壤含水量、籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率，膜下滴灌處理配套30 mm灌水定額，無(wú)膜滴灌處理配套54 mm灌水定額可取得較好的效果。

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（責(zé)任編輯：王小璐 責(zé)任校對(duì)：王國(guó)鑫）

收稿日期：2024-01-17" " "第一作者簡(jiǎn)介：吳奇峰（1979―），男，副研究員，博士，wqf-2005@163.com

基金項(xiàng)目：新疆農(nóng)墾科學(xué)院院級(jí)科研項(xiàng)目（2023YJ006）