不同灌溉定额对地下滴灌无膜移栽棉花耗水和产量影响的研究

雷成霞 魏 闯 王振华 李 莎

（1.山西水利职业技术学院 山西运城 044004；2.石河子大学水利建筑工程学院 新疆石河子 832000 3.新疆农业大学水利与土木工程学院 新疆乌鲁木齐 830000）

0 引言

人的命脉在田，田的命脉在水，如何实现农业高效节水？通过控制地下水开采量，将水浇地改旱地，田间有效节水方式的应用，灌区改造等方式，来提高灌溉水利用率。对于节水技术的应用，目前主要有膜下滴灌和地下滴灌，已有学者进行了大量的研究[1-9]，主要包括地膜覆盖、干物质积累、灌溉制度、灌水次数等与作物生长之间的关系。地下滴灌无膜移栽技术，无膜减少了因塑料引起的环境污染，且能发挥移栽技术和地下滴灌的集成效益，但棉花封行前（从移栽-棉花渡过缓苗期-蕾期），根系吸收水分、土壤水分的运动等必然与常规的地下滴灌不同，而研究作物耗水规律是制定灌溉制度的主要依据之一，这也是本文的研究意义所在。

1 试验概况

1.1 试验地点

连续两年（2009年3-10月、2010年4-10月）试验均在节水灌溉兵团重点试验站，位于石河子市郊区农市场二连，海拔412 m。试验大田地下水的深度大于8 m，土壤基本物理指标见表1。

1.2 试验材料与方法

小区按由南向北的走向，按由西向东的排列顺序，共十二个，规格均为：长18.6 m，宽4.5 m，具体设置见表2。文中地下滴灌无膜移栽技术用NFT-SDI 表示。棉花品种惠远710，供水系统以水泵加压，各处理均有独立球阀控制灌水。在NFT-SDI 各处理分别布设五根滴灌带，均选自澳大利亚T-Tape，埋设深度为地表以下35 cm 处。水分监测：选取棉花各生理阶段，每5 天一次，采用中子辐射和取土烘干结合的方法，地面以下每20 cm 测定一次，测到120 cm 处。尤其在灌水前后、降雨后要进行加测，并记录相应的灌水量和降雨量，以及整个生育进程棉花的生理参数（含产量）。

表1 土壤基本物理指标

表2 试验小区灌水处理设计

2 试验结果与分析

2.1 棉花耗水量计算理论依据

根据《灌溉试验规范》（SL13—2004）规定[10]，作物耗水量的计算公式为：

式中：ET1-2——计算时段内作物耗水量；

i——土壤层次号数；

n——土壤层次总数目；

γi——第i层土壤干容重；

Hi——第i层土壤的厚度，cm；

Wi1、Wi2——第i层土壤在时段始末的含水率；

M、K——分别为时段内的灌水量、地下水补给量，mm；本试验K=0；

P0——有效降雨量，P0=αP，P＜5 mm，α=0；5 mm≤P≤50 mm，α=0.8～1；P＞50 mm，α=0.7～0.8；

C——时段内的排水量（地表排水与下层排水之和），mm，本试验C=0。

2.2 NFT-SDI 棉花全生育期土壤水分动态变化（以灌溉定额450 mm 为例）

由图1可知，NFT-SDI 棉花苗期（即6月23日前），根系吸水主要为地表以下40 cm 内的土壤水分，这与棉花生长初期计划湿润层深度（一般30～40 cm）相一致。在40～60 cm 的土层深度，土壤水分也有少量被吸收，这可能与上层土壤含水率的降低，使得土水势减低有关，60 cm 深度以下的水分变幅很小。棉花蕾期（6月24日-7月15日），根系主要吸收水分的土层为20～60 cm，土壤含水率变化显著，逐渐降低；土壤含水率，在土层60～80 cm 有不同程度的降低，80～100 cm降低的幅度在增加；100～120 cm 基本稳定不变。NFTSDI 棉花花铃前后期（7月16日-9月5日），也是决定棉花产量的关键时期，明显20～60 cm 深度土层的土壤水分已无法满足棉花根系对水分的需求，前期80～100 cm 土层储存的水分开始得到利用。而花铃前期水分消耗主要集中在土层20～80 cm，后期土壤水分变化主要为20～100 cm，100～120 cm 深度土层的土壤含水率也有不同程度的降低，但变化幅度较小。9月6日-10月9日为棉花吐絮期，棉花需水量较小，95%以上的棉桃基本完成发育并吐絮，部分叶片逐渐脱落，土壤耗水量几乎很小。

2.3 不同灌溉定额对棉花耗水的影响

图1 不同深度土层棉花全生育期土壤水分变化

图2 不同灌水处理棉花各生育期耗水强度变化图

从图2可以得出，虽然各处理不同生育期内耗水强度变化幅度不一样，但总变化趋势基本一致，先上升后下降。从变化幅度来看，以各处理的苗期为基准，其耗水强度蕾期增加了33%～53%，花铃前期增加了47%～62%，花铃后期增加了53%～64%，吐絮期增加了-75%～-55%。即棉花生育前期主要进行生殖生长（苗蕾期），蒸发作用大于叶片蒸腾作用，耗水强度变化幅度较小，直至花铃期耗水强度达到峰值，之后又下降。以T3 花铃期为标准，比T1、T2、T4 分别增加了-39%、-24%和23%，灌水量为450 mm（T3）和510 mm（T4）耗水强度相当，灌溉定额大的处理耗水强度也较大。

2.4 不同处理NFT-SDI 棉花全生育期内耗水特征值

不同处理的棉花各生育阶段耗水量、耗水模数及耗水强度见表3。

表3 不同灌溉定额处理的棉花各生育阶段耗水量、耗水模数及耗水强度

由表3整体看出，灌水次数一定，NFT-SDI 各处理棉花的耗水量、耗水强度均随灌溉定额的增加而增大。从棉花生理期分析，棉花的耗水量和耗水强度，NFT-SDI 各处理花铃期最大，蕾期次之，然后是苗期，吐絮期最小。对于NFT-SDI 棉花，移栽后到棉花成活期间，土壤表层蒸发强烈，耗水量很小，仅占全生育期的11%～12%，苗期耗水强度值为1.41～2.99 mm/d。随着温度的逐渐升高，棉花枝叶的发育，各处理蕾期的耗水量都逐渐上升，比苗期增加38%～40%，耗水强度介于3～4.97 mm/d 之间。花铃期是棉花生长的关键时期（营养生长和生殖生长并存），也是生长最旺盛的时期，棉桃和伏桃的多少关系到最终的产量，耗水量最大，其值为194.2～344.2 mm，占全生育期耗水量的49%～55%，耗水强度可达3.88～7.32 mm。棉花进入吐絮期，叶片生长发育基本停止，部分叶片已脱落，耗水量逐渐减少，耗水强度下降到0.63～1.18 mm 之间。

2.5 不同灌溉定额对棉花产量的影响

不同处理棉花产量及灌水生产效率见表4。

表4 不同处理棉花产量及灌水生产效率

由表4可以看出，各处理棉花的耗水量均大于灌水量，这说明在棉花各生育阶段，每一次灌水，不同深度土层均有水分储存，灌溉定额越大，储存水分越多，且在棉花生育后期，会得到不同程度的利用。以T3 籽棉产量为标准，比T1、T2 和T4 分别增加了1 921.24、1 103.3、183.27 kg/hm2，增产幅度为-32.27%、-18.53%和-3.08%，T3 和T4 相差较小。灌水生产效率，T3 比T1、T2 和T4 分别增长7.6%、6.1%和14.4%。此外，随灌溉定额的增加，NFT-SDI 各处理籽棉产量和灌水生产效率也有所增大，但并非成直线。当灌水量超过450 mm（T3）时，籽棉产量和灌水生产效率均有不同程度的减少。这说明灌水量为450 mm 左右的临界值时，更利于棉花获得较高产量和灌水生产效率的提高。

3 结论及建议

对于NFT-SDI 而言，棉花生育期土壤水分变化，主要集中在20～100 cm 深度的土层；各处理总耗水量均大于灌水量，花龄期的耗水量和日耗水强度均达到最大值，分别为194.2～344.2 mm 和3.88～7.32 mm/d，占全生育期耗水量的49%～55%；其次依次为蕾期、苗期和吐絮期。灌水次数为19 次，不同处理的籽棉产量和灌水生产效率差别较大，这与其灌溉定额有关。T1和T2 籽棉产量和灌水生产效率，随灌水量的增加而增大，变幅较大；T3（中等定额450 mm）处理对应的籽棉产量和水分生产率均最大，分别为5 952.87 kg/hm2和1.32 kg/m3。当超过450 mm 时，两者均有不同程度的下降，但变幅较小，属于“报酬递减”现象。综合考虑水分生产率的情况下，灌水量临界值为450 mm 左右时，更利于作物获得较高产量。对NFT-SDI 土壤水分动态全生育期变化的研究，文中以450 mm（T3 处理）为研究对象，对于小定额土壤水分的监测，应再向下10～20 cm 土层。此外，为了制定NFT-SDI 棉花灌溉制度并进行推广应用该技术，后期还需要增加灌水处理进一步试验，并进行水分生产函数分析和模型验证。