不同灌水技术对棉田土壤水分分布特征的影响

赵璐璐

摘要    为了探究膜下滴灌、地下滴灌及痕量灌不同灌水方式下对土壤水分变化特征的影响，进行了不同灌水技术对棉田土壤水分分布特征的影响试验。结果表明，膜下滴灌水分入渗深度率高于地下滴灌和痕量灌，灌水周期内灌水前期膜下滴灌大于地下滴灌和痕量灌、后期低于二者，土壤温度变化以膜下滴灌处理变幅最大、地下滴灌灌水周期内变幅最小。

关键词    棉田;膜下滴灌;地下滴灌;痕量灌;土壤水分;土壤温度

中图分类号    S562        文献标识码    A

文章编号   1007-5739（2019）13-0009-03                                                                                     开放科学（资源服务）标识码（OSID）

目前，南疆是新疆棉花优质高产区，对于南疆的经济发展发挥着至关重要的作用。对于地处暖温带大陆性荒漠气候的巴州地区，干旱缺水是影响棉花产量和水分利用效率的主要因素。国内许多学者利用田间试验对巴州棉花不同灌溉技术进行了研究。李东伟等[1]研究膜下土壤湿润带均匀性在膜下滴灌技术中运用的重要性，结果表明，宽浅式土壤湿润区能在水分利用效率不降低的前提下显著提高棉花产量。秦璐[2]研究不同灌水方式棉花生理生态指标及经济效益，结果表明，随着灌水深度的增加，土壤含水率随着土层深度的增加变化幅度逐渐减小。孔繁明[3]研究地下滴灌在棉花中的应用，结果表明，30～40 cm土层土壤含水率高于表层20 cm以内，可有效降低土壤蒸发，增强棉花根系对水分的吸收，提高水分利用效率。申孝军等[4]研究不同灌水方式下灌水下限对棉花产量的影响，结果表明，相同水分处理地下滴灌与膜下滴灌相比棉花产量及水分利用效率均有提高。本文通过大田试验，研究不同灌水方式下棉田土壤水分分布特征，以期为新疆棉花高效节水技术理论研究提供参考。

1    材料与方法

1.1    试验区概况

试验区位于新疆巴州库尔勒农二师31团，位于东经85°09′、北纬41°35′，海拔高度为892～900 m，试验所在地属于暖温带大陆性荒漠气候。该地区干旱少雨，夏季高温天气较多，蒸发强烈，昼夜温差较大，多年平均气温为11.22 ℃，多年平均蒸发量2 273～2 788 mm（E601蒸发皿），多年平均日照时数2 998.2 h，多年平均降雨量为50.2 mm，无霜期201 d，土壤条件为砂壤土，干体积质量1.57 g/cm3，田间持水量（体积）為26.9%。

1.2    试验设计

试验共设3个处理，各处理设置见表1。全生育期灌水总量均为465 mm，所有处理均为3次重复，灌溉定额生育期分配计划如表2及表3所示。灌溉水均为河水，平均矿化度为2.3 g/L。

1.3    试验实施

棉花种子采用当地使用较为普遍的新陆中55号，采用大田试验，播种前施二铵750 kg/hm2、复合肥600 kg/hm2、硫酸钾75 kg/hm2、尿素75 kg/hm2作底肥，生育期内追肥量为尿素675 kg/hm2、磷酸二氢钾150 kg/hm2，并灌春水（按用水量1 500 m3/hm2灌溉）。棉花播种日期定于4月20日，所有处理棉花播种模式采用1膜2管4行，覆膜宽度1.2 m，行距为20 cm+45 cm+20 cm;膜间距60 cm，株距10 cm（图1）。覆膜前进行滴灌带铺设，地下滴灌与痕量灌埋设深度为距地面向下25 cm。膜下滴灌及地下滴灌滴灌带均采用泓科滴灌厂生产的薄壁内镶贴片式滴灌带，参数为滴头流量2.2 L/h、滴头间距30 cm;痕量灌滴灌带参数为滴头流量0.6 L/h，滴头间距10 cm。

1.4    测定项目及方法

1.4.1    PR2土壤水分测定。采用PR2测定土壤水分，测定前对PR2进行标定。所有处理均布置5根水分测定管，以滴灌带为起点按20 cm间距向两边布置，如图2所示。

按照试验方案灌水，以膜下滴灌灌水时间节点于灌水前测定土壤水分，不论试验处理是否灌水，各试验处理均需同时测定，测量深度为10、20、30、40、60、100 cm。

1.4.2    土壤水分实时在线监测（SM300）。播种时安装土壤水分实时在线监测SM300，采用SM300土壤水分、温度传感器结合试验站数据信息集成系统进行实时在线监测[5-6]。每处理5个测点，从6月16日（第1次水前1 d）开始对土壤水分和温度变化进行连续监测。探头埋设前进行率定（图3）。

2    结果与分析

2.1    不同灌水方式下土壤湿润区形式

以田间持水率（体积含水率θf=27%）的60%为灌水下限，即土壤体积含水率>16%的范围为对作物有效利用的湿润区。由图4可以看出，不同灌溉方式形成的土壤湿润区域不同。膜下滴灌形成的湿润区范围最大，垂直方向达到78 cm，横向湿润范围广，但垂直滴管带方向湿润深度差异大，膜边湿润深度为40 cm，湿润区形状似漏斗，如图4（a）所示，因为膜下滴灌灌入的水分分布主要受重力势作用影响;地下滴灌垂直方向湿润范围在15 cm以下，湿润深度介于60～80 cm之间，垂直滴灌带方向湿润深度差异性较膜下滴灌小，湿润区范围总体是围绕滴管带扩展，水分向下扩展范围远远大于水分向上扩展范围，如图4（b）所示，因为地下滴灌灌入的水分向下湿润主要受重力势作用，向上湿润受重力势和基质势的作用，总的来说受重力势作用更加明显;痕量灌湿润范围能够很明显地看出是围绕痕灌带在发展，垂直方向湿润范围在10～60 cm，土壤体积含水率等值线趋向于同心圆发展，如图4（c）所示，因为痕量灌控水头出水流量较小，土壤水分的分布同时受重力势和基质势的影响，与地下滴灌同是地下灌溉的形式，但水分向上分布的过程中受基质势的影响较地下滴灌更明显（向上湿润范围大于地下滴灌），水分向下湿润范围受重力势作用较地下滴灌小，最大湿润深度（60 cm）小于地下滴灌（80 cm）。

2.2    灌水周期内土壤水分变化规律

根据每个处理埋设的5根PR2管所测定土壤体积含水率，计算0～30 cm和0～60 cm土层内平均含水率在一个灌水周期（以膜下滴灌灌水周期为准）内的变化规律。

由图5可以看出，不同灌水方式条件下0～30 cm和0～60 cm土层深度内的平均含水率大小关系并不固定。如图5（a）所示，0～30 cm土层在灌水前（7月13日）土壤含水率差别不大，7月14日灌水后膜下滴灌和地下滴灌0～30 cm土层土壤平均含水率几乎相等，且较痕量灌大很多;随着时间的推移，膜下滴灌0～30 cm土层土壤含水率迅速降低，最后在3种灌溉方式中为最小（试验计划膜下滴灌灌水日期为7月12日，由于7月9日降雨达32 mm，所有处理均停止灌水至7月14日恢复灌水处理）。如图5（b）所示，0～60 cm土层土壤平均含水率从灌水前至下次灌水前（灌水日期7月19日）始终表现为膜下滴灌>地下滴灌>痕量灌。

以上不同土层深度内土壤平均含水率大小关系与灌水方式、土壤水分分布形式、灌水持续时间相关。

2.3    灌水周期内土壤温度变化规律

由图6可以看出，不同灌溉方式处理下40 cm土层土壤温度变化情况，前期7月14日12：00至7月15日12：00，膜下滴灌土壤温度在3种灌溉方式中处于一个较高的水平，此时土壤温度变化幅度较小;随着时间的推移和土壤水分的消耗，土壤温度的变化幅度越来越大，直至后期土壤水分较小时期（7月18日），此时膜下滴灌土壤温度变化幅度最大、地下滴灌处理土壤温度变化幅度最小、痕量灌处理土壤温度变化幅度介于膜下滴灌与地下滴灌之间。这种土壤温度的变化情况与土壤水分含量相一致。

3    結论与讨论

试验结果表明，相同灌溉定额处理下，土壤湿润深度大小关系为膜下滴灌>地下滴灌>痕量灌。痕量灌土壤水分分布受土壤基质的影响更大。在膜下滴灌灌水周期内，0～30 cm土层内地下滴灌含水率始终大于痕量灌，膜下滴灌土壤水分前期高于地下滴灌与痕量灌、后期低于二者;0～60 cm土层含水率大小关系一直表现为膜下滴灌>地下滴灌>痕量灌。

3种灌水方式下灌水周期内土壤温度变化不同，膜下滴灌处理土壤温度在灌水周期内处于较高水平，随着水分的消耗土壤温度变化幅度也相对变大[7]。由此说明，土壤温度的变化与土壤水分变化相一致。

4    参考文献

[1] 李东伟，李明思，周新国，等.土壤带状湿润均匀性对膜下滴灌棉花生长及水分利用效率的影响[J].农业工程学报，2018，34（9）：130-137.

[2] 秦璐.不同灌溉方式棉花生理生态指标及经济效益研究[D].乌鲁木齐：新疆农业大学，2016.

[3] 孔繁明.地下滴灌在棉花上的应用效果研究[D].石河子：石河子大学，2013.

[4] 申孝军，张寄阳，孙景生.灌水模式及下限对滴灌棉花产量和品质的影响[J].排灌机械工程学报，2014，32（8）：711-718.

[5] 韩万海，王增丽.不同灌溉模式对土壤水盐分布及棉花产量的影响[J].中国农村水利水电，2018（11）：26-29.

[6] 易小龙，李国，李文雯，等.不同滴灌灌水处理对棉花花铃期光合特性及产量构成的影响[J].江苏农业科学，2018，46（17）：73-78.

[7] 王军，李久生，关红杰.北疆膜下滴灌棉花产量及水分生产率对灌水量响应的模拟[J].农业工程学报，2016，32（3）：62-68.