南疆膜下滴灌棉花不同种植模式生育期非饱和带水盐时空分布规律研究*

余 伟，赵士成，杨兴东，刘 晓，姚宝林*

（塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300）

南疆塔里木盆地属于典型的极端干旱内陆区，降雨稀少，蒸发强烈，土壤盐渍化严重。随着膜下滴灌节水控盐灌溉技术的推广，对该地区水土资源的可持续利用起到了积极的推动作用。目前，相关专家及学者对滴灌少量多次灌溉具有的水盐运移特征及节水控盐灌溉制度已经进行了大量的研究[1-3]。滴灌淡化作物根区土壤盐分，使土壤盐分在湿润带边缘积累，而不同滴灌带铺设间距，必然影响湿润带宽度和深度，进而影响水盐在土壤中的分布，宁松瑞[4]对传统种植模式、机采模式和超宽膜模式土壤水盐运移、 水分利用效率及经济效益进行了研究，表明超宽膜模式或滴灌带布置在窄行中央具有较高的经济效益。曹伟[5]研究表明，1 条滴灌带控制2 行棉花对于调节根区土壤水盐、 促进根系生长具有重要作用。膜下滴灌条件下，土壤水盐分布及变化规律研究主要集中在浅层土壤[6-7]。明广辉[8]在南疆库尔勒膜下滴灌棉田非饱和带水盐迁移研究中发现，土壤累积含盐量与地下水埋深呈负的指数关系。开展南疆膜下滴灌不同滴灌带铺设方式下棉花生育期非饱和带水盐时空分布规律、棉花根重密度、根冠比的研究，可为南疆膜下滴灌棉花节水控盐调控灌溉提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研究区第一师十二团位于79°23'～81°53'E，40°20'～41°47'N，海拔高度1 010 m，年均气温11.2 ℃，年均降水量45 mm，年均蒸发量约2 000 mm，地下水埋深在3 m 左右。试验棉田以砂壤土（0～100 cm）和黏土（＞100 cm）为主。选取目前团场主要的两种机采棉种植模式：“一膜两带六行”和“一膜三带六行“（如图1），为了便于比较，两种模式选取在同一个滴灌系统的不同条田内。棉田在3月中旬进行了春灌，灌水定额在150～200 mm 之间，在4月初将棉秆进行粉碎深翻还田后覆膜播种。棉花生育期6月10日进行一水滴灌，共滴水灌溉10 次，蕾期每次灌水定额30 mm 左右，花铃期每次50 mm 左右，全生育期滴灌总量为450 mm 左右。

1.2 试验方法

棉花苗期、蕾期、花铃期和吐絮期4 个生育期分别在膜间、窄行和宽行3 个位置取样，采用加长的常规土钻取土，取样深度10 cm 为1 层，取至300 cm，每次取样设置3 个重复，取其平均值作为试验结果。土壤含水率采用烘干法测算。将烘干后的土样去杂、研磨，过1 mm 土筛，称取20 g 土样，按照水土比5 ∶1 配置混合液，经震荡、静置和过滤，用DDS-308A电导率仪测定浸提液电导率值（μS/cm），土壤质量含盐量（g/kg） 与土壤电导率之间关系为：y ＝0.003 7x + 1.029 1 （y 为土壤含盐量，x 为电导率，R2＝0.976，n ＝115）[2]。棉花根系测定方法是在棉花吐絮期，选择不同种植模式下棉花长势均匀的样方，从地表处剪断，地上部分测定干物质量，地下部分根系采用挖掘法进行测定，从膜间中间开始，由外行棉花向内行棉花进行挖掘，根取样单个土体为10 cm×10 cm×10 cm 立方体。每层取至肉眼看不见根系为止。将根样土体用水浸泡后冲洗掉泥土，然后用0.5 mm 的尼龙网过滤，挑除死根、杂根、杂物等异质，在去离子水中将根系浸泡8 h，用无氮吸水纸吸干水分，标记后放入105 ℃干燥箱中干燥至恒重，采用感量为0.001 g 的电子天平进行称重，计算根生物量和根重密度。

图1 膜下滴灌棉花不同种植模式

图2 膜下滴灌棉花不同种植模式各生育期非饱和带水分分布

2 结果与分析

2.1 棉花生育期非饱和带水分时空分布

“一膜两带六行”和“一膜三带六行”棉花不同生育期非饱和带水分分布如图2 所示。不同种植模式棉花各生育阶段非饱和带水分分布规律一致，非饱和带浅层0～50 cm 之间的土壤水分与滴灌灌溉水有关，属于土壤水分频繁交换区，由于滴灌少量多次的灌溉特点，灌溉水入渗对50～100 cm 土壤含水率影响较小，同时较深的地下水埋深难以通过毛细管作用将地下水向上补给，致使50～100 cm 土层范围土壤含水率较低。100 cm 以下，由于毛管水的补给，非饱和带土壤含水率逐渐增加。

非饱和带不同土层范围含水率如图3 所示。相同灌水量条件下，“一膜两带六行” 布置模式每条滴灌带滴水量大于“一膜三带六行”模式中的每条滴灌带出水量，苗期、蕾期、花铃期、吐絮期0～30 cm 范围“一膜两带六行”比“一膜三带六行”土壤含水率分别高1.76%、3.50%、3.00%和1.52%；0～50 cm 范围不同种植模式土壤含水率差别逐渐缩小，“一膜两带六行” 比 “一膜三带六行” 分别高1.46%、3.01%、2.51%和1.50%，50～100 cm 两种模式土壤含水率相差0.36%，基本一致。100 cm 以下深层非饱和带土壤含水率各种植模式棉花生育期平均土壤含水率差别在0.43%～1.19%之间小范围波动。相同灌水量下，“一膜三带六行”每条滴灌带滴水量小，湿润土体范围小，膜间和宽行位置土壤含水率小，土壤水分主要集中在窄行，在水肥一体化灌溉条件下，较小的湿润体有利于提高棉花根系对土壤水分和养分的吸收利用效率。而“一膜两带六行”种植模式，湿润带宽度增加，有利于棉花根系的生长，但不利于棉花根系对养分的吸收利用。

图3 膜下滴灌棉花不同种植模式非饱和带水分分布

图4 膜下滴灌棉花不同种植模式各生育期非饱和带盐分分布

2.2 棉花生育期非饱和带盐分时空分布

“一膜两带六行”和“一膜三带六行”棉花不同生育期非饱和带盐分分布如图4 和图5 所示。两种种植模式下棉花各生育期非饱和带土壤含盐量均表现为典型的表聚型分布，浅层最大，尤其是0～50 cm 范围土壤盐分变化最为剧烈，随土壤深度的增加土壤盐分大致呈指数型递减分布。由于播前大定额灌溉淋洗，苗期盐分较小，随着外界大气蒸发强度的增加、化学肥料的施入及该阶段棉田遮荫率较小等原因，蕾期非饱和带盐分增加明显。“一膜两带六行”种植模式单条滴灌带灌水量较大，但由于滴灌带间距大，浅层盐分淋洗效果弱于“一膜三带六行”种植模式，苗期、蕾期、花铃期和吐絮期0～50 cm 土壤含盐量“一膜三带六行”比“一膜两带六行”分别小0.36 g/kg、0.26 g/kg、0.22 g/kg 和0.01 g/kg。棉花全生育期非饱和带平均含盐量“一膜三带六行”比“一膜两带六行”0～50 cm范围土层小0.21 g/kg，但50～100 cm 范围土层却大于0.04 g/kg，0～300 cm 范围土层小于0.02 g/kg。可见，从全生育期看“一膜三带六行”比“一膜两带六行”更有利于耕作层土壤盐分的淋洗，对于盐渍化滴灌棉田从节水控盐灌溉制度方面考虑，可选择“一膜三带六行”种植模式。

图5 膜下滴灌棉花不同种植模式非饱和带盐分分布

图6 膜下滴灌棉花不同种植模式棉花根重密度分布

2.3 不同种植模式对棉花根系分布的影响

棉花地下根系是吸收水分、养分、形成产量的基础。“一膜两带六行”和“一膜三带六行”棉花根重密度如图6 所示。膜下滴灌条件下棉花根系主要分布在浅层，0～10 cm 范围根系占总根系的83.76%和87.81%；0～30 cm 范围根系占总根系的97.39%和98.42%；0～30 cm 范围棉花根系生物量 “一膜三带六行”比“一膜两带六行”多1.03%；根重密度外行小于内行，膜中相较于膜间，为棉花根系生长提供了良好的水热环境，更有利于棉花根系的生长，0～50 cm范围内，棉花根重密度“一膜两带六行”比“一膜三带六行”多0.64 kg/m3，可见3 条滴灌带铺设模式下，棉花根系分布范围浅，浅层土壤空气含量多，有利于根系的呼吸及水分和养分的吸收。

根冠比是指作物根系与地上部分生物量的比值，反映了作物的生长状况及环境条件对根系与地上部分生长的不同影响。“一膜两带六行”和“一膜三带六行”根冠比分别为0.115 和0.183，根冠比“一膜三带六行”小于“一膜两带六行”，根冠比的降低，更有利于地上部分干物质生物量的积累和经济产量的形成。

3 结论

通过对南疆现行灌溉制度膜下滴灌不同滴灌带铺设模式下棉花生育期非饱和带水盐时空分布、根重密度和根冠比的研究，结果如下：（1）非饱和带浅层0～50 cm 之间土壤水分与滴灌灌溉水密切有关，属于土壤水分频繁交换区，灌溉水入渗对50～100 cm 土壤含水率影响较小，100 cm 以下，由于毛管水的补给，非饱和带土壤含水率逐渐增加。“一膜三带六行”比“一膜两带六行” 更有利于耕作层土壤盐分的淋洗。（2）膜下滴灌条件下，棉花根系主要分布在浅层，0～30 cm 范围棉花根系生物量“一膜三带六行”比“一膜两带六行”多1.03%；根重密度外行小于内行，膜中相较于膜间，0～50 cm 范围内，棉花根重密度“一膜两带六行”比“一膜三带六行”多0.64 kg/m3；“一膜三带六行”根冠比小于“一膜两带六行”种植模式。