干旱区滴灌棉田生育期节水控盐灌溉模式研究

2017-03-21魏光辉

节水灌溉 2017年7期

魏光辉，马亮

(1.新疆塔里木河流域管理局，新疆库尔勒 841000；2.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052)

棉花生育期内灌溉定额和灌水次数影响着棉花植株性状和最终产量的形成。棉花膜下滴管属于“浅灌勤灌”，但是在新疆南疆盐碱地情况下，其灌溉定额与灌水频率为多大才是合适的并没有定量研究。较大的灌水周期不利于形成作物生长有利的土壤墒情，且盐碱地条件也不利于达到生育期内压盐的目的；较小的灌水周期则使得土壤通气性减弱，不利于根系生理活动，影响植株性状。所以探究适合塔里木盆地土壤、气候、作物条件的节水控盐灌溉制度便成为解决的目标问题。鉴于此，本文以新疆南疆的孔雀河流域为例，采用两种灌溉定额研究了棉花在不同盐渍化程度土壤中的生长特性，得到了一些有价值的研究成果。

1 研究区概况

试验在新疆库尔勒市塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所(41°36′N，86°12′)进行。试验区位于库尔勒市西尼尔镇，处于天山南麓塔里木盆地边缘孔雀河冲积平原带，属于暖温带大陆性荒漠气候。该区干旱少雨且蒸发强烈，昼夜温差大。多年平均降雨量53.3～62.7 mm，多年平均蒸发量2 273～2 788 mm，降比达43.6，日照时数3 036.2 h，年平均气温11.9 ℃，≥10 ℃积温4 121.2 ℃，无霜期191 d。试验区土壤类型主要为粉砂壤土，地下水埋深1.8～2.2 m。

试验地块为中度盐渍化农田，将电导率大于2.1 μS/cm划分为高盐渍化土壤，小于1.2 μS/cm划分为低盐渍化土壤。栽培方式均采用当地常规种植模式：一膜双管布置，滴头流量为1.8 L/h，滴头间距30 cm，一膜4行棉花，行距配置20 cm+40 cm+20 cm，株距10 cm。试验区未进行冬、春灌，棉花出苗方式采用干播湿出，出苗水450 m3/hm2。

2 试验设计

2.1 处理设计

试验处理采用裂区试验设计方法，主区因素土壤盐渍化程度，裂区因素灌溉定额，再裂区因素为灌水次数，各处理情况见表1。

表1 试验处理与分区

本试验按照不同生育期给定不同的水量和灌溉次数，如表2所示。

表2 灌水时间及水量分配表 m3/hm2

2.2 指标方法

土壤水盐监测：每个处理测定2个剖面，每个剖面3孔，按照宽行、窄行、膜间取土，测定土壤含水量和含盐量，取土深度为0～10、10～30、30～60、60～100 cm。测定时间：6月20日前、7月9日前、7月28日前、8月8日前，每次取土重复一次。

定株调查：每个处理选12株棉花进行定株观测，内外行各6株，测定株高、果枝台数、铃数等。测定时间与次数：苗期1次、蕾期1次、花铃期2次、吐絮期1次。

产量测定：每一处理任意划定一小区(6.67 m2)，统计收获株数、铃数、单铃重，大田测产同时进行。

3 结果分析

3.1 不同灌溉制度下土壤水分变化

图1～图8给出了不同处理的土壤水分变化。可见，灌水次数少的处理，膜内浅层(0～30 cm)土壤含水率监测值曲线变化更强烈(如图1、图3、图5和图7所示)，而灌水次数多的处理，膜内浅层土壤含水率曲线更趋平缓(如图2、图4、图6和图8所示)。膜间表层土壤含水率总体表现出前期变化较大，后期变化较小现象，是因为前期棉株幼小，叶片较少，膜间土壤受到阳光直射表土蒸发较强烈；而后期随着棉株生长情况更加良好，叶面积增加，膜间土壤能够被叶片遮蔽，所以蒸发减弱。

图1 高250/8土壤质量含水率变化

图2 高250/12土壤质量含水率变化

图3 高350/8土壤质量含水率变化

图4 高350/12土壤质量含水率变化

图5 低250/8土壤质量含水率变化

图6 低250/12土壤质量含水率变化

图7 低350/8土壤质量含水率变化

图8 低350/12土壤质量含水率变化

由于滴灌棉花根系主要分布在0～40 cm土层范围内(≥80%)，所以该土层的水分状况将直接影响到棉花根系吸水，从而影响棉花植株性状与产量。当灌溉定额相同的情况下，较小的灌水次数(灌水定额大)，能够增加土壤湿润体水平距离和垂直距离，从而增大湿润体的范围，增大土壤含水量。但试验区土壤为粉沙壤土，土壤持水能力较低，大灌水定额进入土壤后会渗漏到棉花根系层以外，并未被棉花所利用，甚至造成了灌溉水的浪费。较大的灌水次数(灌水定额小)，可以使浅层土壤保持相对较高的含水率，利于棉花根系的生长，从而提高根系向冠层输送水分和养分的效率。

根据不同灌水次数土壤含水率情况来看，12次灌水较8次灌水所多出来的4次主要分配在了棉花营养生长旺盛时期(蕾期)和生殖生生长旺盛时期(花铃中后期)，这样设置符合棉花生长的耗水规律。这两个时期是棉花生长的关键时期，尤其是棉花进入花铃后，适宜的土壤含水率是保证棉花产量的基本。采用较大灌水次数，不仅能够保证生长时期水肥供给，利于棉花果枝的生长，为棉花高产打下基础；还能保证生殖生长时期水肥供给，直接利于棉花增产。所以，在相同灌溉定额条件下，选用12次灌水更有利于土壤造墒，利于棉花生长。

3.2 不同灌溉制度下土壤盐分变化情况

盐渍化土壤中盐分的运移主要包括2个过程：①灌水过程中，在水的携带下，盐分的三维运移，即浅层土壤的淋洗脱盐；②灌溉后，在土壤水势梯度、植物蒸腾、土面蒸发的作用下，随土壤水分的再分布而发生的盐分运移。

图9～图16给出了不同灌溉定额及不同灌溉次数下土壤中盐分变化情况。对比图9和图10可以看出，在相同的灌溉定额3 750 m3/hm2条件下，8次灌水处理对盐分有一定的淋洗作用，将盐分带入下层土壤；但是12次灌水处理不仅对盐分进行淋洗，而且压盐作用明显，因为灌水间隔较8次灌水处理小，所以灌后的盐分运移有所限制。当采用5 250 m3/hm2的灌溉定额时，同样具有这样的变化特点。主要是因为土壤水分是土壤盐分运移的载体，在滴灌条件下，伴随着水分的入渗，水可将盐分带入远离滴灌带区域，滴灌持续滴水，盐分被脉冲式逐渐推进，从而出现离滴灌带越远，含盐量越高，并集中到湿润峰边缘的变化规律。

纵观图9～图16，同一剖面宽行、窄行和膜间土壤盐分含量差异较大，这与大田盐分含量的空间变异性有关。同时灌水滴头流量较大，土壤为粉砂壤土，较容易形成的宽浅型湿润区，致使盐分的横向运移大于垂向运移。所以采用大定额灌水，且增加灌水次数可以使土壤中盐分进入深层土壤，同时膜内土壤中盐分会一定程度的向膜间裸地运移，降低膜内棉花生长土层中的盐分含量。同时灌水次数的不同主要体现在棉花营养生长和生殖生长旺盛时期，有利于形成一个适宜棉花生长的盐分环境。

图9 高250/8土壤盐分变化

图10 高250/12土壤盐分变化

图11 高350/8土壤盐分变化

图12 高350/12土壤盐分变化

图13 低250/8土壤盐分变化

图14 低250/12土壤盐分变化

图15 低350/8土壤盐分变化

图16 低350/12土壤盐分变化

3.3 棉花植株生长及产量

棉花株高是株型的一个重要指标，植株高矮直接影响棉花枝叶的密度配置及光能利用。棉花在盛蕾期至盛花期的干物质积累量与株高成正相关，株高主要取决于盛花期以前的干物质积累量。为了有效控制棉株适度生长以控制株高，在花铃初期以前，棉花的干物质累积量不能太高，也不能太低，必须适当。

棉花定株调查结果表明，在相同灌溉定额条件下，灌水次数对株高增长速度影响较大(见图17)，总体表现为12次灌水处理较8次灌水处理株高增长速度更明显；当灌水次数相同时，灌溉定额对株高的影响较明显，总体表现为大灌溉定额形成较大的株高。由图17可知，高350/8处理株高最矮，这可能与苗期定株的随机性相关，所定植株没有体现出该处理的生长特性。由于7月18日以后进行了棉花化控和打顶处理，破坏了棉株的顶端优势，导致后期株高增长较缓慢或停滞增高。

通过对试验小区样方进行测产，结果如表3所示。高盐渍化土壤棉花单铃重与灌水次数和灌溉定额均呈正相关关系，而单株铃数与灌水次数和灌溉定额没有明显的关系，但是最终单产与收获株数关系很大。因为盐渍化土壤含盐量的空间变异性，使得棉花在生长过程中成苗并不均，所以不同处理的收获株数不同，最终产量也有差异。低盐渍化土壤单铃重和单株铃数与灌水量和灌水次数无线性关系，但是最终产量与灌溉定额和灌水次数呈正相关关系。小灌溉定额，压盐效果不明显，不能提供良好的水盐环境，抑制了棉花地正常生长，故产量较低。大灌溉定额，压盐效果明显，但是需要注意地上部分生长情况，避免植株疯长，从而降低产量。