滴灌技术参数对南疆棉花生长和土壤水盐的影响

张迎春，张富仓，范军亮，侯翔皓，王海东，刘 翔，何平如，薛占琪

滴灌技术参数对南疆棉花生长和土壤水盐的影响

张迎春，张富仓※，范军亮，侯翔皓，王海东，刘 翔，何平如，薛占琪

（西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，西北农林科技大学中国旱区节水农业研究院，杨凌 712100）

为确定最适宜南疆棉花生长的滴灌技术参数，于2018和2019年4—10月在新疆库尔勒31团（86°56′58″E，40°53′03″N）开展大田试验，试验设置3个灌溉定额（W1：60%ETc，W2：80%ETc，W3：100%ETc，ETc为作物蒸发蒸腾量）和2个滴头流量（D1.8：1.8 L/h，D2.4：2.4 L/h），研究不同灌溉定额和滴头流量对棉花株高、茎粗、叶面积指数、干物质累积量等生长指标、产量及其构成要素（有效铃数、百铃质量）和土壤水盐分布的影响。结果表明：1）同一滴头流量下，W3处理棉花生长指标、产量及其构成要素显著高于W1和W2处理；W1处理灌溉水分利用效率和水分利用效率显著高于其他灌水处理。2）同一灌溉定额下，D2.4处理棉花生长指标、产量及其构成要素、水分利用效率和灌溉水分利用效率显著高于D1.8处理。2018和2019年，W1、W2和W3处理下，D2.4处理的产量比D1.8分别增加4.81%、8.39%、4.69%和4.98%、7.23%、11.06%。D2.4处理土壤含水率均匀性高于D1.8处理；0～40 cm土壤含盐量随生育期推进呈上升趋势，随灌溉定额和滴头流量增加而降低。综合分析，灌溉定额为100%ETc、滴头流量为2.4 L/h时棉花生长较好，产量较高，2年最高产量分别为7 361.44和7 837.91 kg/hm2，是南疆棉花适宜的滴灌技术参数组合。研究结果可为指导该地区棉花节水控盐高效生产提供理论依据。

棉花；土壤；灌溉；膜下滴灌；灌溉定额；滴头流量；产量

0 引 言

南疆地区是重要的优质棉生产基地和典型的纯灌溉农业类型区，农业用水占比高达95%以上，但灌溉水分利用效率低于40%，灌溉水利用系数仅为0.479[1]。因此，提高灌溉水利用效率和作物水分生产效率是新疆农业高效节水的发展趋势。目前，在无盐碱化或盐碱化程度较轻的灌溉农田，广泛实施膜下滴灌技术对该地区的农业节水和作物高效生产起着十分重要的作用[2]，但对于盐碱化农田，膜下滴灌技术达不到排盐、洗盐效果，耕层区土壤年均积盐量达到0.36 g/kg，盐分在田间土层不断累积，只有在非生育期进行大水压盐，才能满足生育期棉花正常生长条件，导致灌溉水分利用效率降低[3-5]。因此，在盐碱化棉田，实施合理的灌溉技术参数调控土壤水盐运动，对于提高灌溉水分利用效率、实现棉田节水控盐高效生产有重要意义。

灌溉定额、灌水定额和滴头流量等作为田间灌水技术和灌水器的基本参数，对于调控土壤水盐运动、作物生长和制定合理灌溉制度有重要作用。近年来，一些学者就灌溉定额和滴头流量对土壤水盐运动以及棉花生长的影响进行了研究[6-9]。研究表明，较高的灌溉定额有利于棉花干物质积累和产量提高，利用作物模型研究发现，籽棉产量与灌溉定额呈现抛物线关系，水分生产率随着灌溉定额的增加而减小，北疆地区灌溉定额为85%作物蒸发蒸腾量的灌水处理更有利于棉花生长和产量提高。有关滴头流量对棉田土壤水盐运移与棉花生长的研究表明，棉田生育期内适当提高滴头流量可促使棉花根区土壤脱盐，提高产量[10-1l]；一些学者通过盆栽试验发现，滴头流量增加，土壤湿润区的宽度增大而深度减小，会影响棉花的根系分布，从而促进棉花的生长，提高产量[12]；也有一些学者通过试验表明，砂土条件下较小的滴头流量可使土壤湿润体在水平方向扩散增加，有利于作物的生长和产量提高[13-19]。

目前南疆大部分地区棉花生育期内采用的灌水量远大于棉花生长所需，造成水资源浪费，也加剧了土壤次生盐碱化，前人对于滴头流量对作物生长以及土壤水盐分布的影响的研究主要集中在室内桶栽试验，而大田试验多采用单一的灌溉定额或滴头流量，对于盐碱化棉田灌水量和滴头流量组合对棉花生长和土壤水盐分布影响的研究还未见报道。本文结合南疆棉田农业生产实际，以促进棉花生长、提高产量和水分利用效率为目标，研究探索灌溉定额和滴头流量互作对膜下滴灌棉花生长、干物质积累、产量以及土壤水盐分布的影响，拟为棉田节水高效生产提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验于2018和2019年的4—10月在新疆库尔勒市尉犁县31团（86°56′58″E，40°53′03″N）进行，该区域属于孔雀河流域，海拔约900 m。年平均降雨量为58 mm，年蒸发量约为2 500 mm，年平均气温为11 ℃左右，无霜期约为190 d，属于暖温带大陆性荒漠气候，地下水埋深1.0～1.5 m。试验区耕作层土壤为砂壤土，土壤容重为 1.56 g/cm3，田间持水率28.02%（体积含水率），土壤电导率0.35 dS/m（土水质量比1∶5），土壤硝态氮为17.54 mg/kg，铵态氮为17.96 mg/kg，速效磷为7.09 mg/kg，速效钾为658.39 mg/kg。

2018年棉花生育期内共降水11次，降水总量为18.6 mm，大于5 mm的有效降雨仅1次，日平均最高气温为31.9 ℃，日平均最低气温为13.1 ℃；2019年整个生育期降水13次，累计20 mm，大于5 mm的有效降水仅1次，日平均最高气温为40.9 ℃，日平均最低气温为7.0 ℃（图1）。

1.2 试验设计

本试验设置灌溉定额和滴头流量2个因素，以滴头流量为主区，灌溉定额为副区，2 a处理方式相同。根据当地常规滴头流量1.8 L/h，本试验设置1个加大流量处理，共设置2个滴头流量：1.8（D1.8）和2.4 L/h（D2.4）。根据经验，库尔勒市棉花常规灌溉定额为400 mm，本试验根据作物蒸发蒸腾量（Crop Evapotranspiration，ETc）设置3个灌溉定额：60%ETc（W1）、80%ETc(W2)和100%ETc(W3)。

ETc计算公式如下[20]：

ETc=c·ET0（1）

式中ET0为根据FAO-56 Penman Monteith（FPM）计算的试验区2018和2019 年棉花生长季参考作物蒸散量（图 1），mm；c为棉花作物系数，根据生育阶段而定[20]，分别取0.75（现蕾至初花：2018-06-16—2018-06-30和2019-06-16—2019-07-02）、1.15（初花至出现裂铃：2018-07-01—2018-08-10和2019-07-03—2019-08-10）、0.70（出现裂铃至吐絮期：2018-08-11—2018-08-27和2019-08-11—2019-08-27）。

试验共6个处理，每个处理3个重复。2年试验各处理灌水日期基本相同（表1），6月中旬开始灌水，各个处理先灌20 mm活苗水，8月下旬结束灌水，灌水间隔约为7 d，遇到降雨灌水日期顺延，整个生育期内总计灌水10次，2018和2019年3个灌水水平的灌溉定额分别为210.35、273.61、337.02和196.31、256.75、317.19 mm（表 1）。

图1 2018和2019年棉花生育期内降雨量和参考作物蒸散量（ET0）

1.3 田间试验

供试棉花品种为当地推广的“新陆中66号”，购于31团二连合作社。2018年4月12日播种，2018年10月18日收获；2019 年 4月11日播种，2019 年10月20日收获；生育期为：苗期（2018-04-19—2018-06-02和2019-04-18—2019-06-07）、蕾期（2018-06-03—2018-07-02和2019-06-08—2019-07-05）、花期（2018-07-03—2018-07-16和2019-07-06—2019-07-15）、铃期（2018-07-17—2018-08-25和2019-07-16—2019-08-25）、吐絮期（2018-08-26—2018-09-18和2019-08-26—2019-09-13）。棉花采用干播湿出、播种覆膜滴灌带铺设一次完成的棉花种植模式，采用当地的1膜2管4行的滴灌模式，行距依次为10、10、66、10和10 cm，膜间裸地宽度为46 cm，棉花株距为10 cm，滴灌带距内行棉花10 cm（图2）。根据当地实践经验，选用双层地膜进行积温保墒，待棉花全部出苗后，揭去上层地膜。采用内径为16 mm 的聚乙烯树脂内镶式薄壁迷宫滴灌带，滴头间距为30 cm，每个小区单独安装水表和球阀控制灌水定额。小区尺寸为6 m×7 m，每个小区4膜，各小区之间设置1 m宽的缓冲区以减少土壤水分侧渗的影响。每年11月中下旬进行冬灌（地面畦灌），冬灌定额450 mm。施肥根据当地适宜的施肥水平（N-P2O5-K2O：300-120-50 kg/hm2）进行，所用肥料为尿素、磷酸二氢铵和氯化钾，除保苗水外，分9次随水滴施，每次施肥量为各处理总施肥量的1/9（蕾期共2/9，花铃期共6/9，吐絮期共1/9），每次灌水前将固态肥料溶解于水中，每个施肥罐控制1个处理。喷施农药及其他农艺措施均按当地常规实施。

表1 2018年和2019年棉花灌水试验方案

注：W1、W2与W3分别表示灌溉定额为作物蒸发蒸腾量的60%、80%和100%。下同。

Note: W1、W2 and W3 represent irrigation amount are 60%, 80% and 100% of crop evapotranspiration, respectively. The same below.

图2 棉花膜下滴灌布置方式图

1.4 测定项目与方法

1.4.1 株高、茎粗和叶面积指数

在棉花各生育期，在每个小区随机选取长势一致3株棉花，分别用卷尺和游标卡尺测量株高（cm）和茎粗（mm）；采用干质量法测定棉花叶面积，测定时先用方格纸测定鲜叶片叶面积，烘干至恒量后用面积干质量关系换算叶面积，计算叶面积指数（Leaf Area Index，LAI）。

1.4.2 干物质量

在不同生育阶段，在每个小区随机选取长势一致的3株棉花，将所取植株样棉花从茎基部处与地下部分分离，去掉表面的尘土后将各器官分离，放入烘箱在 105 ℃下杀青0.5 h，70 ℃烘干至恒质量，冷却后，用电子天平称其质量。单株棉花干物质量为3株棉花平均值，再乘以种植密度换算成群体干物质量，kg/hm2。

1.4.3 棉花产量和产量的构成要素

棉花产量测定：在各小区随机挑选3个1 m×1.52 m 大小的样方，称量吐絮籽棉产量，并测得百铃质量、株数和单株有效铃数。产量及其构成要素取3个小区平均值。

1.4.4 水分利用效率和灌溉水分利用效率

灌溉水分利用效率（IWUE，Irrigation Water Use Efficiency，kg/m3）为籽棉产量与灌溉定额的比值，计算公式为[21]

IWUE=10/（2）

式中为籽棉产量，kg/hm2；为灌溉定额，mm。

水分利用效率（WUE，Water Use Efficiency，kg/m3）为籽棉产量与农田耗水量的比值，计算公式为[22]

WUE=/ET（3）

式中ET为农田耗水量，m3/hm2。

试验区地下水埋深为1.0～1.5 m，地下水矿化度为2.52～3.18 g/L，由于滴灌条件下每次灌水定额较少，渗漏量可以忽略不计；试验区常年少雨，无地表径流量，因此农田水量平衡方程[23]为

ET=r++W+（4）

式中r为降雨量，m3/hm2；W为土壤贮水量的变化，m3/hm2；为地下水补给量，m3/hm2。根据阿维里扬经验公式[24]，结合当地情况，2018年地下水补给量为1 428.90 m3/hm2，2019年地下水补给量为1 496.50 m3/hm2。

1.4.5 土壤含水率

采用烘干法测定土壤含水率，选取棉花关键生育期（花铃期）2 次灌水间隔内（2018-08-04—2018-08-11和2019-08-03—2019-08-11）宽行中间、滴灌带下方、窄行中间3个点0～40 cm的土壤取样，测定土壤含水率。

1.4.6 土壤含盐量

选取4个水平距离（分别为宽行中间、滴灌带下方、窄行中间、两膜间裸地中间）、3个土层深度（分别为0～10 cm、10～20 cm、20～40 cm进行取样，取样时间分别为2018-05-01和2019-05-12、2018-06-19和2019-06-30、2018-07-06和2019-07-08、2018-08-18和2019-08-02、2018-09-13和2019-09-08。用蒸馏水浸提烘干土样（烘干土样10 g，土液比为1∶5），沉淀液用雷磁DDS—307A型电导率仪（上海仪电科学仪器股份有限公司）测量，土壤含盐量的关系式为[25]

SC=3.5762EC (R=0.96)（5）

式中 EC为电导率值，dS/m；SC为含盐量，g/kg。

1.5 统计分析

运用 SPSS23.0统计分析软件对试验数据进行显著性方差分析；采用Microsoft Excel 2010对不同处理指标数据进行处理；用Origin8.0和CAD软件绘图。

2 结果与分析

2.1 灌溉定额和滴头流量对棉花生长指标的影响

2.1.1 棉花株高

棉花株高随着生育期的推进逐渐升高（图3），苗期到花期迅速增长，2018年株高的日平均增长量在0.89 cm/d以上，2019年株高的日平均增长量在1.40 cm/d以上，花期之后，增长缓慢。2018年，当灌溉定额相同时，除苗期以外，各生育期D2.4处理的株高要显著高于D1.8处理，2019年铃期和吐絮期D2.4处理的株高要显著高于D1.8处理；2018和2019年，当滴头流量相同时，铃期和吐絮期棉花株高随灌溉定额整体表现为W3高于W2、W2高于W1处理。

2018和2019年，滴头流量为D1.8时，吐絮期W1和W2株高较W3分别下降了10.40%和5.17%，11.22%和4.64%；滴头流量为D2.4时，吐絮期W1和W2株高较W3分别下降了11.38%和5.07%，4.64%和5.13%；由图 3可以看出，W3D2.4处理的棉花株高优势明显。

2.1.2 棉花茎粗

不同灌水处理下，棉花苗期到花期茎粗差异不大，随着棉花的生长，各个处理的茎粗不断增加，吐絮期达到最大。铃期开始，不同处理茎粗差异逐渐增大（表2）。除苗期之外，滴头流量相同时，各生育期茎粗大小随灌溉定额依次为W3、W2、W1处理。灌溉定额相同时，整个生育期D2.4处理的茎粗高于D1.8处理。

2.1.3 棉花叶面积指数

整个生育期内棉花叶面积指数（LAI）的变化如表3所示。随着生育期的推进棉花LAI呈现先增加后减小的趋势，且LAI峰值都出现在铃期，吐絮期部分叶片开始脱落，LAI呈现下降趋势。灌溉定额相同时，花期到吐絮期D2.4处理的LAI显著高于D1.8处理；滴头流量相同时，各生育期的LAI随灌溉定额的增大而增大。滴头流量为D1.8时，2018和2019年W1和W2处理的LAI较W3处理分别降低22.52%和21.65%，44.16%和11.51%；滴头流量为D2.4时，W1和W2处理的LAI较W3处理分别低24.55%和19.06%，53.83%和28.38%。总体来看，灌溉定额为W3、滴头流量为D2.4处理的LAI更有优势。

注：D1.8和D2.4分别表示滴头流量为1.8和2.4 L∙h-1处理；不同字母表示同一生育期、不同处理之间差异显著（P<0.05），下同。

表2 2018和2019年不同灌溉处理下各生育期棉花茎粗的变化

注：S1、S2、S3、S4、S5分别表示苗期、蕾期、花期、铃期、吐絮期；不同字母表示同一列不同处理之间差异显著（<0.05），下同。

Note: S1, S2, S3, S4 and S5 represent the seedling stage, buding stage, blossoming stage, bolling stage and boll opening stage, respectively; different letters indicate significant differences between different treatments in the same column (< 0.05), the same below.

表3 2018和2019年不同灌溉处理下各生育期叶面积指数的变化

2.2 灌溉定额和滴头流量对棉花干物质累积、籽棉产量和水分利用效率的影响

2.2.1 棉花干物质累积量

灌溉定额和滴头流量对棉花的干物质累积量的影响见图4。由图4可以看出，整个生育期内，花期到铃期干物质量增长迅速，2018和2019年花期到铃期干物质增长量分别占总干物质量的43.82%～57.53%和40.14%～62.45%，铃期之后，增长缓慢。除低水分处理W1外，灌溉定额相同时，2018和2019年铃期和吐絮期D2.4处理的干物质累积量显著高于D1.8处理。灌溉定额为W1时，2018年铃期D2.4和D1.8处理干物质累积量无显著差异，吐絮期D1.8处理干物质累积量高于D2.4处理；W2和W3处理下，2019年吐絮期D2.4处理干物质累积量高于D1.8处理。滴头流量相同时，各生育期棉花干物质累积量随灌溉定额增加而增加，干物质累积量从大到小的处理依次为W3、W2、W1。

图4 2018和2019年不同灌溉处理对棉花干物质累积量的影响

灌溉定额增加显著促进棉花的干物质累积。2018和2019年，滴头流量为D1.8时，W2和W3的干物质累积量分别比W1高出6.98%和12.78%，13.81%和27.27%；滴头流量为D2.4时，W2和W3的干物质累积量分别比W1增加了31.00%和47.03%，24.87%和32.23%。

2.2.2 棉花产量以及构成要素

灌溉定额和滴头流量对棉花的有效铃数、百铃质量以及棉花产量的影响见表4。由表4可知，2018和2019年，灌溉定额和滴头流量对有效铃数和棉花产量都具有极显著性影响（<0.01），二者的交互作用对棉花的有效铃数具有极显著性影响（<0.01），对产量具有显著性影响（0.01<<0.05）；2018年，灌溉定额对百铃质量具有极显著性影响（<0.01），滴头流量对百铃质量具有显著性影响（0.01<<0.05）；2019年，灌溉定额对百铃质量有显著性影响（0.01<<0.05）。

表4 不同灌溉处理对棉花有效铃数、百铃质量以及籽棉产量的影响

注：*表示差异显著（<0.05），**表示差异极显著（<0.01）；NS表示无显著性差异（＞0.05）；不同字母表示0.05水平下显著性差异。

Note: * means significant difference (<0.05), ** means very significant difference (<0.01); NS means no significant difference (>0.05); different letters mean significant difference at the level of 0.05.

2018年，适中的灌溉定额（W2）下，D2.4处理的百铃质量显著高于D1.8处理；2018年和2019年，滴头流量相同时，W3处理的百铃质量和W2处理差异不显著，但是W3处理显著高于W1处理（2019年W3D2.4和W1D2.4处理差异不显著），W3D2.4处理的百铃质量最大。2018年，滴头流量为D1.8时，随灌溉定额的增加，棉花有效铃数从大到小的处理依次为W3、W2、W1；滴头流量为D2.4时，W3处理的有效铃数显著高于W1和W2处理，W1和W2处理差异不显著。2019年，滴头流量为D1.8时，W3处理的有效铃数显著高于W1和W2处理，W1和W2处理差异不显著；滴头流量为D2.4时，随灌溉定额的增加，棉花有效铃数从大到小的处理依次为W3、W2、W1。2年结果表明，灌溉定额从W1（60%ETc）增加到W3（100%ETc），棉花籽棉产量增加，2018和2019年滴头流量为D1.8时，W3处理的籽棉产量分别比W2增加15.48%和8.61%，W2比W1分别增加11.69%和14.32%；滴头流量为D2.4时，W3处理的产量比W2分别增加11.53%和12.49%，W2比W1分别增加15.52%和16.77%。灌溉定额相同时，D2.4处理的籽棉产量显著高于D1.8处理，2018和2019年，滴头流量为D2.4处理的产量比D1.8分别增加4.81%、8.39%、4.69%和4.98%、7.23%、11.06%。2018和2019年，W3D2.4处理籽棉产量均最高，分别为7 361.44 和7 837.91 kg/hm2。

2.2.3 棉花水分利用效率和灌溉水分利用效率

灌溉定额和滴头流量对棉花水分利用效率（WUE）和灌溉水分利用效率（IWUE）的影响见图5。2年试验结果表明，灌溉定额相同时，D2.4处理的水分利用效率显著高于D1.8处理；2018和2019年不同灌溉定额下，D2.4处理的水分利用效率分别比D1.8高出13.48%、5.44%、8.99%和5.61%、5.36%、0.84%。滴头流量相同时，水分利用效率随灌溉定额增加而降低，2018年，滴头流量为D1.8时，W2处理的水分利用效率显著高于W3灌水处理；滴头流量为D2.4时，灌水为W1处理水分利用效率明显高于其他2个灌水处理。2019年W3处理地下水补给量约占灌溉定额的50%，受地下水补给量的影响，农田耗水量仅比W2高出15.26～52.24 mm，因此2019年W3D1.8和W3D2.4处理的水分利用效率较高。

2年试验结果表明，灌溉定额相同时，D2.4处理的灌溉水分利用效率明显高于D1.8处理。灌溉水分利用效率随灌溉定额的增加而降低，滴头流量为D1.8时，与W1处理相比，2018和2019年W2和W3的灌溉水分利用效率分别降低了14.13%和19.50%，12.59%和23.15%；滴头流量为D2.4时，与W1处理相比，2018和2019年W2和W3的灌溉水分利用效率分别降低了11.19%和19.59%，10.72%和18.70%。

2.3 灌水定额和滴头流量对土壤水盐的影响

2.3.1 土壤含水率

灌溉定额和滴头流量对土壤含水率影响显著，膜下滴灌条件下，0～40 cm土层集中了棉花85%以上的根系[26]，选取棉花关键生育期（花铃期）2 次灌水间隔内（2018-08-04—2018-08-11和2019-08-03—2019-08-11）宽行中间、滴灌带下方、窄行中间3个点0～40 cm的土壤含水率（体积含水率）的平均值和标准差进行分析，研究灌溉处理对土壤含水率的影响（图6）。2018和2019年，W3D2.4处理的土壤含水率最高，分别为24.90%和31.10%。滴头流量相同时，土壤含水率随灌溉定额的增加而增加，以2019年滴头流量为D1.8处理为例，W3较W1和W2的土壤含水率分别增加了12.46%和7.32%。灌溉定额相同时，D1.8处理3个取样点之间误差较大，2018年灌溉定额相同时，D2.4处理3个取样点的标准差比D1.8低69.28%、70.73%和46.62%，2019年W1和W3处理下，D2.4处理3个取样点的标准差比D1.8低45.46%和71.73%。说明D1.8处理3个取样点土壤含水率平均值之间差异更显著。因此，D2.4处理土壤水分水平扩散的更大，各层土壤水分分布的均匀性比较好，D1.8处理的水分多集中在滴头流量下方，垂直入渗比较明显。总体看来，W3D2.4处理土壤含水率更高，分布也更加均匀，更适合棉花生长。

注：不同字母表示同一年份、不同处理之间差异显著（P<0.05），下同。

图6 2018和2019年不同灌溉处理对土壤含水率的影响

2.3.2 土壤含盐量

为了直观对比不同灌溉定额和滴头流量对整个生育期内土壤盐分的影响，选取4个水平距离0～40 cm土层深度盐分的平均值，分析盐分变化（图7）。整个生育期内，0～40 cm的土壤含盐量呈上升趋势。前期灌水少，蒸发强烈，表层土壤盐分增多，铃期灌水增多，洗盐效果明显，部分处理的铃期盐分低于花期。盐分含量总体上表现为：滴头流量相同时，土壤含盐量随灌溉定额的增加而降低，蕾期（S2）：2018年，滴头流量为D2.4时，W1处理的盐分比W2处理高35.34%，滴头流量为D1.8时，W2处理的盐分比W3处理高6.62%；2019年，滴头流量分别为D1.8和D2.4时，W1处理的盐分分别比W2处理高0.57%和3.11%。花期（S3）：2018年，滴头流量为D2.4时，W2和W3处理的盐分别比W1低20.25%和20.42%，滴头流量为D1.8时，各处理规律不明显；2019年，滴头流量分别为D1.8和D2.4时，W2处理的盐分分别比高W3处理34.70%和11.83%。铃期（S4）：2018年，滴头流量为D1.8时，W1处理的盐分比W2处理高8.86%；2019年，滴头流量为D2.4时，W2处理的盐分比W3处理高19.20%，滴头流量为D1.8时，W1处理的盐分比W2处理高11.18%。吐絮期（S5）：2018和2019年W3D2.4处理的盐分分别为3.41和3.30 g/kg。2018年，滴头流量为D2.4时，W1处理的盐分比W2处理高62.11%，滴头流量为D1.8时，各处理规律不明显；2019年，滴头流量为D1.8时，W2和W3处理的盐分分别比W1低3.25%和7.26%，滴头流量为D2.4时，W2处理的盐分比W3处理高3.22%。

灌溉定额相同时，铃期D2.4处理的土壤含盐量低于D1.8处理。由图7可知，灌溉定额和滴头流量对土壤盐分分布影响显著，W3D2.4处理土壤含盐量比较低。

图7 2018和2019年不同灌溉处理对土壤含盐量的影响

3 讨 论

株高、茎粗、叶面积指数和干物质量是反映田间作物长势的重要指标，膜下滴灌技术作为局部灌水技术，灌水量和灌水时间会影响作物生长，从而影响作物产量，试验研究表明，膜下滴灌棉田不同灌溉定额和滴头流量对棉花生长发育影响显著。水分不足能够破坏叶绿体结构，减弱光合作用、使膜受损伤、酶活性丧失、渗透调节发生改变等，从而影响棉花生长和干物质的积累，引起棉花早衰，造成产量下降。滴头流量对棉花的根系分布影响较大[27]，合理的水肥调控措施可以促进作物根系发育、减轻并延缓叶片衰老，从而增加作物产量[28]。在盐碱化土壤中，灌水量和滴头流量还会影响土壤湿润体形状，从而影响土壤中的盐分分布，研究表明，盐分胁迫作用下，棉花的气孔导度、蒸腾速率、光合速率和叶绿素含量等生理指标会降低，直接影响棉花的水分状况，影响棉花生长[29]。本试验研究表明灌溉定额增加，可有效促进棉花的生长和产量提高。滴头流量相同时，与低灌溉定额（W1）相比，适中（W2）和较高（W3）灌水处理可显著增加棉花株高、茎粗、叶面积指数、干物质累积量。与吴立峰等[30]、Wang等[31]的研究结果基本一致，在施肥量一定条件下，棉花株高、叶面积指数、有效铃数、籽棉产量、干物质量和产量随灌溉定额的增加均显著增加，本试验2018和2019年最大灌溉定额分别为337.02和317.19 mm，与阿布都卡依木等[32]研究得到的330.00 mm差异不大。丁浩等[33-35]通过控制滴头流量获得土壤湿润区范围，观测了棉花的生长及产量状况，结果表明，在相同灌溉定额下，棉花株高和叶面积随着滴头流量增大而增大，较大的滴头流量在根区形成宽浅型湿润区，宽浅型土壤湿润区能在保持水分利用效率不降低的情况下，显著提高棉花产量。本试验与前人研究结果一致，灌溉定额一定时，滴头流量为D2.4时棉花生长和产量优势明显。苏里坦等[36]研究表明，干旱区的粉砂壤土中进行膜下滴灌时，棉花的产量随灌溉定额或者滴头流量的增加先增大后减小，要使棉花产量达到较高值，应尽量采用2.6 L/h的滴头流量和4 200 m3/hm2的灌溉定额为宜，地域以及土壤性质不同，棉花高产的灌水定额和滴头流量与本试验略有差异。

王军等[9,37-38]研究发现棉花籽棉产量随着灌溉定额的增加而增加，而水分利用效率则随着灌水定额的增加而减小，高灌水定额处理的水分利用效率最低。与本文研究结果和前人研究结果基本一致，滴头流量相同时，灌溉水分利用效率从大到小的处理依次为W1、W2、W3，但是受地下水补给量的影响，2019年滴头流量为D1.8时，W2灌水处理的水分利用效率低于W3灌水处理。李东伟等[39]研究结果表明，随着土壤湿润区由窄深型向宽浅型过渡，膜下土壤带状湿润均匀性越好，水分利用效率也越高。本试验与其研究结果基本一致。膜下滴灌条件下，灌溉定额和滴头流量等灌水技术参数对土壤含水率分布有较大影响。李明思[40]在轻壤土研究表明，随着滴头流量和滴水量的增大，积水区扩展，湿润区水平运移距离增大，湿润区交汇程度增大，土壤含水率会在40 cm深处达到最大值。本试验与之研究结果基本一致。

崔永生等[26]通过研究不同灌溉定额对棉花生长和土壤水盐运移的影响，发现土壤脱盐程度与灌溉定额呈正相关关系，本试验研究结果与之基本一致。苏里坦等[41]通过对比3个滴头流量（1.8、2.6和3.2 L/h）对棉田土壤盐分变化的影响，发现滴灌结束后，在垂直和水平方向上，土壤盐分分布随滴头流量的增加呈先增大后减小的变化趋势，滴头流量相同时，盐分从膜下向膜间运移，滴头流量为2.6 L/h时，浅层脱盐效果明显，适宜棉花生长，与本试验滴头流量为2.4 L/h处理的结果类似。本研究表明，滴头流量会显著影响土壤水盐分布，高水高流量处理W3D2.4水分分布均匀性更好，盐分含量较低，棉花生长指标和产量较高，是试验条件下南疆棉田适宜的滴灌灌水技术参数组合。

4 结 论

1）灌溉定额和滴头流量对棉花生长指标、产量及其构成要素、水分利用效率和灌溉水分利用效率影响显著。灌溉定额增加可促进棉花的生长，滴头流量相同，灌溉定额为100% ETc处理棉花生长最好，产量最高。灌溉定额相同，滴头流量为2.4 L/h处理的棉花生长指标、产量及其构成要素、灌溉水分利用效率和水分利用效率大于1.8 L/h的处理。灌溉定额为100% ETc，滴头流量为2.4 L/h时，棉花产量最高，分别为7 361.44和7 837.91 kg/hm2，为最佳的滴灌灌水技术参数组合。

2）灌溉定额和滴头流量对土壤含水率和土壤含盐量分布影响显著。灌溉定额为100%ETc处理0～40 cm土层土壤含水率显著高于60%ETc和80% ETc的处理；滴头流量为2.4 L/h时，0～40 cm土层土壤含水率更高；整个生育期内，0～40 cm土壤含盐量逐渐累积，土壤含盐量随灌溉定额和滴头流量的增加而降低；灌水水平为100% ETc，滴头流量为2.4 L/h处理的土壤含水率更高，2018和2019年分别为24.90%和31.10%，整个土层水平分布也更加均匀，盐分含量比较低，2018和2019年吐絮期含盐量分别为3.41和3.30 g/kg，更适合棉花生长。

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Effects of drip irrigation technical parameters on cotton growth, soil moisture and salinity in Southern Xinjiang

Zhang Yingchun, Zhang Fucang※, Fan Junliang, Hou Xianghao, Wang Haidong, Liu Xiang, He Pingru, Xue Zhanqi

(,,,712100,)

An optimal irrigation management needs to clarify the effects of technical parameters on the crop growth, dry matter accumulation, seed yield, and the distribution of water and salt in soil. In this study, a two-year field experiment was conducted from April to October in 2018 and 2019, to investigate the effects of various amount of drip irrigation and emitter discharge rate on cotton growth at the 31st Regiment in Korla of Southern Xinjiang (86°56′58″E, 40°53′03″N). Three levels of drip irrigation were designed, including the full irrigation (W3:100% ETc, ETc is the crop evapotranspiration), moderate irrigation (W2:80% ETc), and low irrigation (W1:60% ETc). Two of emitter discharge rate (1.8 and 2.4 L/h) were applied to explore the optimal combination of drip irrigation amount and emitter discharge rate for cotton production, resulting in a total of six treatments with three replicates. Cotton growth indexes were measured, including the yield and its components, soil water moisture, and soil salinity. The main results were as follows: 1) There were significant effects of irrigation amount and emitter discharge rate on plant height, stem diameter, leaf area index, dry matter accumulation, yield and its components. In the bolling opening stage of 2018 and 2019, the plant height in the W1 treatment decreased by 10.40% and 11.22%, compared with that in the W3, respectively. The leaf area index in the W1 treatment was 22.52% and 44.16% lower than that in the W3. The plant height in the W1 treatment was 11.38% and 4.64% lower than that in the W3, when the emitter discharge rate was D2.4. The leaf area index in the W1 treatment was 24.55% and 53.83% lower than that in the W3. At the same rate of emitter discharge, the growth indexes, yield and its components of cotton increased with the increase of irrigation amount. Specifically, the cotton growth indexes, seed cotton yield and its components of W3 were significantly higher than those of W1 and W2. Under the same irrigation amount, the plant height, stem diameter, leaf area index, dry matter accumulation, effective boll number, 100-boll weight, and seed cotton yield were higher at the emitter discharge rate of D2.4, compared with those of D1.8. In 2018 and 2019, the yields of three irrigations amount under D2.4increased by 4.81%, 8.39%, 4.69% and 4.98%, 7.23% and 11.06%, compared with those under D1.8. The corresponding water use efficiency under D2.4was 13.48%, 5.44%, 8.99% and 5.61%, 5.36% ,0.84% higher than that under D1.8, respectively. 2) The water use efficiency and irrigation water use efficiency decreased with the increase of irrigation amount. In W1 treatment, there was significantly higher than those of other irrigation treatments, at the same emitter discharge rate. The water use efficiency and irrigation water use efficiency at the emitter discharge rate of D2.4were significantly higher than those D1.8under the same irrigation amount. 3) The irrigation amount and emitter discharge rate had significant effects on soil water content and salinity distribution. The soil water content in the W3 was higher than those of W1 and W2 at the same emitter discharge rate. The distribution of soil water content in the D2.4was more uniform than that in the D1.8under the same irrigation amount. In the salinity of 0-40 cm soil layer, a gradual accumulation trend occurred during the whole growing season of cotton. The soil salinity decreased with the increase of irrigation amount at the same emitter discharge rate. The soil salinity in the D2.4was lower than that of D1.8. When the irrigation amount was 100% ETc and the emitter discharge rate was D2.4, the soil water content was higher, the horizontal distribution of soil profile was more uniform, and the soil salinity was lower, indicating an optimal combination of parameters for the cotton growth. These results demonstrate that the irrigation amount of W3 (100%ETc) combined with emitter discharge rate of 2.4 L/h can be the optimal irrigation strategy for the cotton production in Southern Xinjaing, with the highest seed cotton yield of 7361.44 kg/hm2in 2018, and 7837.91 kg/hm2in 2019, respectively. This finding can provide a theoretical basis to guide the efficient cotton production with water saving and salt control in the Korla region of Southern Xinjiang, China.

cotton; soils; irrigation; drip irrigation with plastic mulch; irrigation quota; emitter discharge rate; yield

张迎春，张富仓，范军亮，等. 滴灌技术参数对南疆棉花生长和土壤水盐的影响[J]. 农业工程学报，2020，36(24)：107-117.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.013 http://www.tcsae.org

Zhang Yingchun, Zhang Fucang, Fan Junliang, et al. Effects of drip irrigation technical parameters on cotton growth, soil moisture and salinity in Southern Xinjiang[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2020, 36(24): 107-117. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.013 http://www.tcsae.org

2020-06-30

2020-12-10

国家重点研发计划项目（2017YFC0403303）

张迎春，主要从事节水灌溉理论与技术研究。Email：493275996@qq.com

张富仓，博士，教授，主要从事节水灌溉理论与技术研究。Email：zhangfc@ nwsuaf.edu.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2020.24.013

S274.1；S275.6

A

1002-6819(2020)-24-0107-11