枣棉间作下间距与供水对间作棉田土壤水热特征及WUE的影响·

李玲 张佳 李江明 刘锦涛 玛伊莱·艾力 魏永海 翟云龙

摘 要：以南疆地区枣棉间作种植模式为研究对象，设置2个间距100cm（M1）、145cm（M2）和3个供水水平3750m3（I1）、4500m3（I2）、5250m3（I3）、6000m3（I4），共8个处理，研究间距与供水对间作棉田土壤水热特征及水分利用效率的影响。结果表明，M2模式能够显著减低土壤地温，M2模式下0～25cm土层平均地温较M1低6.6%，棉花单铃重高9.0%，籽棉产量高61.8%，耗水量高5.8%，水分利用效率高53.2%;I3供水条件下，棉花单株结铃数、单铃重和产量均显著高于其它处理，较I4、I2、I1分别高18.1%、9.5%、24.6%。在南疆灌溉农区，适宜枣棉间作的供水量为5250m3，间距为1.0m，产量可达3834kg·hm-2，水分利用效率可达5.63kg·mm-1。

关键词：枣棉间作;间距;供水水平;土壤温度;水分利用效率

中图分类号：S344

文献标识码：A

DOI：10.19754/j.nyyjs.20200915002

收稿日期：2020-08-21

基金项目：国家自然科学基金项目（项目编号：31601272）;塔里木大学大学生创新创业训练计划项目（项目编号：2018066）

作者简介：李玲（1984-），女，在读硕士。研究方向：多熟种植理论与技术;通讯作者翟云龙。

枣棉间作是解决幼龄枣园生产效率低下而发展起来的一种有效的种植模式，具有增加农民收入、改善果园小气候、保持水土的作用，是一项符合农业可持续发展的农业生产模式[1，2]。

节水农业研究的核心问题是如何用好有限的水资源，提高农业用水的有效性和水分利用效率[3]。资源性缺水和传统农业生产的高耗水，一定程度上滞后了农林间作的发展。因此，亟需研发果农间作节水理论和技术体系[4]。当前，无膜不棉已成为植棉共识，地膜覆盖势必改变棉田土壤水热状况，影响棉花的耗水量和水分利用效率[5]。以往的研究大多着眼于农田水分这个单一因素，往往忽视了水热耦合对棉花生长及水分利用的影响，事实上进行土壤水热状况的研究是合理调节土壤状况、实现土壤水分和养分高效利用的基础。

本试验在以往研究的基础上，探讨了枣棉间作间距与供水对间作棉田土壤水热特征及WUE的影响，以期充实干旱灌区农林间作的水热效应理论。

1 材料与方法

1.1 试区概况

于2018年在阿拉尔市塔里木大学园艺试验站进行试验。试验区属暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，四季干旱，多年平均降水量50mm，年均蒸发量超过2500mm。光照资源丰富，年均太阳辐射610kJ·cm-2，昼夜温差大，适于发展林果和棉花产业。

1.2 试验设计

试验设2种间作模式，分别为距离红枣行1.45m、1.0m处种植棉花，记为M1、M2;每种模式下设4个灌水水平，分别为中度水分胁迫（3750m3·hm-2）、轻度水分胁迫（4500m3·hm-2）、正常供水（5250m3·hm-2）和充分供水（6000m3·hm-2），记为I1、I2、I3和I4。共计8个处理，3次重复，采用完全随机区组设计。小区长10m，宽3m，小区间均设置50cm通道。灌溉方式为膜下滴灌，全生育期共分8次灌水，灌水时采用带有水表的管灌控制系统精量灌溉。

供试棉花品种为“瑞杂一号”。4月中上旬播种，10月中旬采收。棉花株行距配置为12.5cm×40cm，枣树为成龄（第5年）灰枣，株行距配置为1m×3m。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土壤温度

采用插入式地温计定点观测不同位置处0～20cm的土壤温度，测定深度分别为5cm、10cm、15cm、20cm、25cm，同时采用地面温度计测定0cm及最低和最高地温。每组地温计均沿着种植方向直线布置，每隔9～10d观测1次，观测时间为6∶00—24∶00，每隔2h观测1次。

1.3.2 土壤含水量

5—9月约每月测定1次。使用土钻采集土样，深度0～100cm，分5层（分别为0～20cm，20～40cm，40～60cm，60～80cm和80～100cm）。含水量采用烘干法测定，土壤容重、土壤饱和含水量、田间持水量采用环刀法测定。

1.3.3 土壤贮水量

用0～100cm土壤含水量计算土壤贮水量（SWS），SWS为5个不同土壤层次贮水量的总和，计算公式为：

SWS=∑5i=1h×ρ×θ×10（1）

式中，SWS为土壤贮水量，mm;h为土层厚度，cm;ρ为土壤容重，g·cm-3;θ为土壤质量含水量。

1.3.4耗水量公式

ET=P+I+SWS0-SWSh（2）

式中，P为生育期内降雨量，mm;I为生育期内灌溉量，mm;SWS0为播前土壤贮水量，mm;SWSh为收获后土壤贮水量，mm。

1.3.5 水分利用率公式

WUE=Y/ET（3）

式中，Y为间作棉花产量，ET为耗水量。

1.3.6 棉花产量

棉花成熟后按小区收获计产。

1.4 数据处理与分析

采用Excel 2013进行数据整理和绘图，利用SPSS 17.0进行方差分析，显著性测验采用LSD法。

2 结果与分析

2.1 不同处理全生育期0～25cm土層平均地温动态变化

间作棉花生育期内0～25cm土层平均地温动态变化如图1，不同处理下地温呈现出相同的变化规律。棉花苗期至蕾期，作物对地表覆盖较小，地温随着气温的变化呈现先升高后降低的趋势，5月6日为此时期土壤平均地温的最大值，为24.7℃。蕾期至开花期，土壤平均地温随温度的升高而迅速升高，7月8日左右达到最高值，0～25cm土层各处理平均地温达最大值为27.3℃。其后随着棉花的生长，田间覆盖度不断加大，由于作物地上部分的遮荫，使得土壤地温逐渐降低，至收获前10月7日左右，各处理0～25cm土层平均地温为14.8℃。

间距对生育期内0～25cm土层平均地温有较明显的影响，距离红枣1.00m种植棉花能够显著减低土壤地温，M2处理0～25cm土层平均地温较M1处理低6.6%，这是因为距离红枣1.00m可种植4行棉花，增加了地表的覆盖度，能够有效降低地温。除充分供水具有降低土壤地温的效果外，供水处理对地温的影响不显著。

2.2 不同间距下供水水平对0～25cm土层平均地温的影响

间距对间作棉田0～25cm土层平均地温具有较明显影响（图2），4种供水水平下，M2处理0～25cm土层平均地温均低于M1处理，分别低0.87℃、0.78℃、0.59℃和0.77℃。其中，I1、I4供水条件下，不同间距对0～25cm土层平均地温具有显著差异。原因可能是I1供水条件下，作物受到水分胁迫的影响，地上部生长量较小，对M1处理影响较大，使得其对地面的覆盖度显著小于其它处理;而在I4供水条件下，作物水分较充足，地上部生长量大，对M1处理影响较大，使得其对地面的覆盖度显著大于其它处理。

间作棉田0～25cm土层平均地温随供水条件的改变趋势依次为I2>I1>I3>I4，其中I4供水条件下，0～25cm土层平均地温较其它处理平均低4.4%，说明充分供水有利于土壤地温的降低。

2.3 间距和供水水平对间作棉花产量及其构成因素的影响

间距主要通过影响间作棉花的单铃重而显著影响棉花产量（表1）。以不同间距为研究对象，间距对间作棉花单株结铃数、衣分的影响不显著，对单铃重和产量具有显著影响;M2条件下，棉花单铃重较M1高9.0%，籽棉产量较M1高61.8%。间距影响间作棉花产量，是由于单铃重的增加，但单铃重对棉花产量的贡献是有限的。事实上，棉花产量的增加主要是在2行枣树中间M2较M1增加了2行棉花，使得棉花收获面积增加1倍，这是M2籽棉产量显著高于M1的主要原因。

供水水平显著影响间作棉花产量及其构成因素，I3供水条件下棉花单株结铃数、单铃重和产量均显著高于其它处理。其中，单株结铃数较I4、I2、I1分别高7.9%、10.8%、17.6%;单铃较I2、I1分别高6.4%、23.9%;籽棉产量较I4、I2、I1分别高7.4%、15.1%、42.7%，供水水平对棉花衣分影响不显著。从以上结果可以看出，间作棉花产量随着供水量的增加呈先增大后减小的趋势，说明适宜的供水水平有利于间作棉花的产量形成，但供水过多并不利于棉花高产。

2.4 间距和供水水平对耗水量及水分利用效率的影响

间距对间作棉花耗水量及水分利用效率具有显著影响（表1）。M2条件下，耗水量较M1高5.8%;水分利用效率高53.2%，达5.27kg·mm-1。在耗水量增加幅度不大的情况下，水分利用效率的大幅度提高主要归因于M2籽棉产量显著高于M1。

不同供水水平下间作棉花耗水量及水分利用效率也存在差异。I4供水条件下，耗水量最大，较其它处理平均高17.0%;I3供水条件下，间作水分利用效率最大，平均为4.89kg·mm-1，较I4、I2、I1分别高18.1%、9.5%、24.6%。

3 結论

本试验结果表明，枣棉间作条件下通过合理的间距设置能够显著提高间作棉花的产量和水分利用效率。距离枣树1.0m种植4行棉花较距离枣树1.45m种植2行能够获得较好的产量，单铃重的增大对产量增加有影响，但产量大幅增加的主要原因是棉花种植行数的增大。合理的供水水平有利于棉花产量和水分利用效率的提高，在南疆灌溉农区，适宜枣棉间作的供水量为5250m3，在间距配置为1.0m时，产量可达3834kg·hm-2，水分利用效率可达5.63kg·mm-1。

由2种作物构成的复合系统，由于组分作物种类、品种及其生物学特性的不同，在对光、热、水、肥等资源的利用方面异于其单作，因此需要从群体效益方面进行研究和探索。本研究仅对间作棉花的产量和水分利用效率进行了研究，尚有一定的局限性。

参考文献

[1] 李发永，劳东青，孙三民，姚宝林，孙留东.滴灌对间作枣棉光合特性与水分利用的影响[J].农业机械学报，2016，47（12）：119-129.

[2]徐鹏，陈国栋，吴全忠，翟云龙，冯福学，李玲，万素梅，王沛娟.南疆地区田间配置对枣棉间作耗水特性的调控效应[J].干旱地区农业研究，2019，37（05）：46-54.

[3]强小嫚，孙景生，刘浩，宁慧峰，吴晓磊.滴灌定额对西瓜/棉花间作产量及水分生产效率的影响[J].农业工程学报，2016，32（19）：113-119.

[4]陈旭，康郁，龚莉莎，魏永海，陈国栋.枣棉间作下水分对棉花生长发育的影响[J].塔里木大学学报，2018，30（04）：44-50.

[5]赵财，陈桂平，柴强，于爱忠，殷文.不同灌水水平下少耕地膜覆盖对玉米农田土壤温度和水分利用效率的影响[J].干旱地区农业研究，2017，35（01）：152-157.

（责任编辑 周康）