不同灌水量对南疆棉花墒情及长势的影响研究

阿布都卡依木·阿布力米提，赵经华，马英杰，马道坤(.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 83005; . 中国农业大学信息与电气工程学院，北京 00083)

膜下滴灌是将覆膜种植技术与灌溉技术相结合的新型灌溉技术，也是覆膜栽培抗旱技术的延伸。既起到提高地温、减少棵间蒸发的作用,又利用滴灌控制灌溉的特性减少了深层渗漏,达到综合节水增产的效果[1,2]。它是根据作物生长发育的需要，将有压水源通过滴灌系统一滴一滴地向有限的土壤供给，仅在作物根系范围内进行局部灌溉，也可同时根据需要将化肥和农药随水滴入到作物根系。新疆具有远离海洋的地理条件，是典型的大陆性干旱和半干旱气候区，也是我国缺水最严重的省区之一。新疆年平均降水量154.8 mm，年平均蒸发量1 500～3 400 mm，新疆主要旱作物的需水量一般在500 mm以上，因此，在新疆没有灌溉就没有农业的发展，“荒漠绿洲，灌溉农业”是其显著特点[3,4]。

新疆水资源相当匮乏，属于我国经济较落后的地区,也是典型的农业经济文明地区。而新疆的棉花又作为新疆主要的经济作物, 是农民增收、脱贫致富的主要经济来源，在新疆国民生产总值中占有相当大的比重。水是新疆农业发展最主要限制因子,棉花是新疆经济的支柱产业,二者对新疆经济发展至关重要。发展节水型农业灌溉技术是节水农业发展的方向,因此棉花滴灌技术是新疆荒漠绿洲灌溉农业发展的必然趋势[5,6]。尤其是在南疆地区年降水量小、蒸发量大的气候、地质等原因，合理有效地利用有限的水资源、合理的指定灌溉量是农业节水灌溉技术的新趋势 。因此本试验已在南疆阿拉尔市通过测坑试验对棉花设置不同的灌溉定额，研究了不同灌水量情况下观察作物长势、土壤水分和温度的变化规律及产量的影响，以其为棉花节水灌溉、高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验地概况

试验于2015年新疆阿克苏地区农一师阿拉尔市灌溉试验站进行。该站所处平原地区年平均降水量45.7 mm，年均水面蒸发量2 500 mm，土壤质地为沙壤土，土壤密度为1.53 g/cm3。采用膜下滴灌，一膜三管六行种植，行距为(20+45+20+45+20)cm，地膜宽为160 cm，滴灌带置于20 cm窄行之间(滴灌带方式布置见图1)。株距为10 cm，滴头间距30 cm，滴头设计流量2.2 L/h。

图1 膜下滴滴灌毛管布置图(单位：cm)

1.2 试验方法与步骤

试验区共设了4个处理，(T1：3 300 m3/hm2，T2：3 000 m3/hm2，T3：2 700 m3/hm2，T4：2 400 m3/hm2)，每个处理6个重复。总共布置24个测坑，各测坑的长宽为2 m×3.2 m，试验区总面积为3.6 hm2。各小区种植时间、种植密度、农艺措施、施肥种类、施肥时间等均为理想条件。4月22日进行第1次播种，5月5日-5月10日进行抠苗、补苗。由于5月18日下午突然降温下冰雹(持续时间大约15 min)，试验田棉花全部被打光了。次日起随着气温缓慢升高，试验田进行排水措施处理后，于5月23日进行第2次播种棉花，6月3日-6月10日起连续一周时间开展抠苗、补苗工作。因为本地区连续降温6月中旬两次降雨，并6月20日至6月23日连续下了一场大雨及月底1次小雨，以至于灌第1次延期到7月9日，灌水周期为8 d，全生育期灌水次数共计8次。第1次灌水之前，在各测坑里深度为10、20、40 cm之处安装了实时自动检测土壤水分和温度的传感器，并相应位置取土样用烘干法测定了土壤含水量和田间持水量。在棉花全生育期，通过传感器实时监测棉花土壤水分、温度，分析棉花根系层不同深度土壤水分和温度的变化规律。通过对4个处理进行测产，得出灌水量与产量关系，见表1。

表1 不同灌水量与产量关系表

具体的测产过程是对4个处理每一重复进行3次取样观察单株棉花铃数，按照铃的重量换算籽棉产量(测产时间为停止灌水后的9月10日、9月20日、9月30日进行，保证随时间脱落铃的排除，1个小区选5株棉花取为平均值)。

试验从6月20日起每10～15 d观测1次农艺性状,每个小区内外行各选5株长势较好的棉花为观测对象;主要指标包括主片数、果枝数、成铃数、幼龄数和株高等,表2是各处理农艺性状指标的平均值。

表2 棉花农艺形状监测表

2 结果与分析

2.1 灌溉定额对棉花生长及产量的影响

不同灌溉定额对棉花长势和产量的影响如图2所示,在不同灌溉定额时,籽棉产量分别在3 300、3 000 m3/hm2时出现最大值6 054.23、6 049.64 kg/hm2,并且两者没有明显差值。因此得知灌溉定额的增加,便就能得到高产棉花，可是灌溉定额增加到一定程度之后，产量的增加却不大，甚至几乎不随灌溉定额的增加而增加。同时得知棉花长势和产量随灌溉定额的变化规律基本相同[7,8]。通过用SPSS对棉花的成玲数、株高随灌溉定额的变化关系作相关性分析得知，灌溉定额与做长势具有较好的显著性P≤0.05，其相关系数为R2≥0.95。

2.2 不同灌溉定额下棉花土壤水分和温度的变化

通过自动监测土壤水分和温度传感器，沿着棉花根系垂直深度分别在10、20、40 cm处进行监测不同灌水处理下，在1个灌水周期的土壤水分和温度实时变化过程，及土壤水分在各层面存储量分布情况，如图3所示。由图3可以看出：处理T1、T2在不同深度土层土壤含水率相对最高，及其土壤水分和温度变化趋势基本上一致；灌溉定额为3 300、3 000 m3/hm2的处理中，土壤水分在不同层面之间含水率变化是明显的：40 cm之处的土壤含水率最大，在1个灌水周期内随时间并没太大变化趋势，10、20 cm处土壤水分有明显的变化，并且有随时间逐渐下降趋势。其中灌溉定额为3 300 m3/hm2的处理，在1～40 cm的层面内土壤含水率变化范围为25%～42%；灌溉定额为3 000 m3/hm2的处理中，在1～40 cm的层面内土壤含水率变化范围为15%～42%；由图3(a)和图3(b)中明显得可以看出，当灌溉定额为3 300、3 000 m3/hm2时，土壤深层断面土壤含水率较高而稳定。同时从图3(a)、图3(b)得知，土壤温度1 d内变化幅度和1个灌水周期之间的变化趋势随时间呈下降。即1 d之内，10、20 cm断层面温度变化频率较高，40 cm断层的变化较为缓慢。

图2 灌溉定额对棉花长势和产量的影响

图3 不同灌溉定额处理的土壤墒情变化过程

同理，由图3(c)和图3(d)可以看出：处理T3、T4在不同深度土层土壤含水率相对较低，及其土壤水分和温度变化趋势有一定的差别；灌溉定额为2 400、2 700 m3/hm2的处理中，土壤水分在不同层面之间含水率变化是明显的，并且有随时间下降趋势比较明显。其中灌溉定额为2 700 m3/hm2的处理，在1～40 cm层面内土壤含水率变化范围为19%～29%，最大值出现在10 cm的断面层；灌溉定额为2 400 m3/hm2处理的土壤含水率很明显得低，在1～40 cm的层面内变化范围为6%～30%；由图3(c)和图3(d)中明显得可以看出，当灌溉定额为2 400、2 700 m3/hm2时，土壤深层断面土壤含水率较低而不稳定。

由于土壤类型、灌水周期和灌水次数相同的条件下，棉花灌溉定额小就每次灌水量小。因此灌溉定额小的处理每次灌水的时候，水体还没渗入到深度40 cm的断面就停止灌水，并且深度20 cm断面层也没有能够完全饱和。只有0～10 cm之间土壤处于饱和状态，可是断层的水分蒸发速度快、耗水量大，因此轮到下次灌水前出现比较严缺水干旱情况，所以灌溉定额小却相应处土壤含水率就低。

同时由图3得知，土壤温度1 d内变化和1个灌水周期内随时间的变化频率较高而呈下降趋势，并且下降速度较快。

3 结 语

(1)灌溉定额与产量是紧密相关，产量随着灌溉定额的加大而具有增长趋势。但是灌溉定额增加到一定程度之后，产量随灌溉定额的增加不变，甚至灌溉定额的增加产量呈负相关。

(2)棉花长势形状随灌溉定额的提高而明显增大，而不同灌溉定额下作物长势性状变化有显著。

(3)土壤含水率因灌溉定额的不同，而不同层面在同一灌水量周期内的分布现状和土壤含水率取值范围有差异。灌溉定额3 300、3 000 m3/hm2情况下，在深度40 cm处灌水前后的土壤含水率变化率不大而出现最大值，10、20 cm处土壤含水率变化幅度较大。当灌溉定额2 700、2 400 m3/hm2时，在深度40 cm处灌水前后的土壤含水率比较低大，10、20 cm处土壤含水率变化幅度明显很大，并相对下降速度比较快。

(4)土壤温度在灌水周期内变化是随时间相对呈下降，灌水前后的土壤温度的变化很明显。

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