滴灌带布置方式对无膜滴灌棉花生长及产量品质的影响

2020-12-17蒋富昌王洪博杨莹攀王兴鹏

节水灌溉 2020年12期

蒋富昌，王洪博,2，曹辉,2，杨莹攀,2，王兴鹏,2

(1.塔里木大学水利与建筑工程学院，新疆阿拉尔 843300；2.塔里木大学现代农业工程重点实验室，新疆阿拉尔 843300)

0 引言

新疆由于其得天独厚的气候条件，已逐渐发展成为我国最大的优质棉产区[1]，膜下滴灌技术栽培模式的推广更是极大地推动了新疆棉花产业的发展[2]。膜下滴灌技术在提高作物经济效益的同时还会给农业种植环境带来负面影响, 会造成土壤污染以及棉花减产等生态环境问题和经济问题[3,4]。研究表明，新疆地区棉花种植方式已全部采用覆膜种植[5]。如果按现有的地膜残留趋势,继续覆膜约31年后, 残膜密度会达到1 000 kg/hm2,将严重影响棉花出苗率和产量[6]，有效遏制地膜残留污染已经成为新疆地区农业发展亟待解决的问题[7]。随着无膜棉花在南疆各综合试验站进行大面积的生产试验并取得良好成效，为解决南疆地区地膜残留问题提供了一个实际可行的方案[8]。但覆膜棉花的栽培方法和田间管理措施能否适用于无膜棉花还需要进一步的研究[9]。

目前，新疆的膜下滴灌棉花通常采用一膜多行的宽窄行种植模式(66 cm+10 cm+66 cm)，滴灌带在田间的布置方式也会因区域差异存在不同。而滴灌带的布置方式对土壤水盐、棉花根系生长发育及其在土壤中的空间分布影响较大[10]。在北疆地区，膜下毛管布设成1膜1管4行方式较1膜2管4行降低作物根系部位土壤含盐量的效果更加明显[11]。但有研究表明在南疆地区，滴灌带布置方式为1膜2管4行时较1膜1管4行对土壤中盐分的运移进而形成适宜棉花的脱盐区效果更加明显[12]。赵晓雁等[13]研究表明，滴灌带布置方式为3带6行时棉花出苗率显著优于滴灌带为2带6行。同时更小的滴灌带布置间距能有效解决棉花长势不均、根系发育不良的问题[14]。针对不同的土壤类型，刘建国等[15]提出砂性土和黏土分别适宜的膜下滴管配置模式为1膜1管2行和1膜1管4行。当土壤为沙质土时，改变滴灌带的布置间距时对水分运移规律影响不大，且棉花产量及田间灌溉水利用效率无显著性差异[16]。

关于覆膜种植棉田的滴灌带布置方式对棉花的影响已经有了较为完善的研究。但无膜种植模式下，针对南疆地区高温干旱环境，如何布置滴灌带能在保证节约水资源的情况下最大程度的提高棉花产量尚无准确的结论。因此，本研究开展不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花生长及产量品质影响等方面的研究，为南疆地区无膜棉花种植的滴灌带布置方式及灌水量提供参考，为无膜棉花的推广和棉花产量品质的稳产优质提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于新疆生产建设兵团第一师水利局十团灌溉试验站(81°2′E，40°6′N，海拔1 014 m)进行。试验区属于典型的内陆极端干旱气候，多年间平均降雨约为46 mm，地表蒸发却达2 000 mm以上，全年≥10 ℃的有效积温约4 000 ℃，全年无霜期约为220 d，地下水深度约为4 m。试验站土壤质地以沙壤土为主，透气性较好，土壤平均容重为1.58 g/cm3，且经过测算0～80 cm深度的田间持水量为23.8%(重量含水率)，土壤电导率为1 953 μS/cm。

1.2 试验设计

供试棉花品种为特早熟新品种“中棉619”，于2018年4月25日播种，2018年10月25日收获。本试验采用滴灌带布置方式和灌水定额两因素随机组合设计，共设置6个试验处理，每个处理设置3次重复，共计6×3=18个试验小区，试验在测坑中进行，每个测坑为一个小区，规格为3.3 m×2 m×3 m(深)。棉花播种方式采用宽窄行模式(66 cm+10 cm)，每株间距为10 cm，播种方式为人工穴播。小区内滴灌带铺设为2带6行和3带6行，实验布置见图1。

图1 棉花种植方式及滴灌带布置示意图(单位：cm)Fig.1 Schematic diagram of cotton planting method and drip irrigation belt layout

试验区内棉花灌水定额采用ET0-P(降雨量)累积值进行确定。当前南疆地区覆膜种植棉花灌水定额约为30 mm，本试验综合考虑覆膜种植棉花的灌水定额和无膜种植棉花的蒸发特性，设定基准灌水定额为45 mm。试验从棉花苗期开始，采用FAO-56推荐的Penman-Monteith公式计算ET0，通过逐日气象资料计算ET0-P(降雨量)值，当累积值达到45 mm时进行灌溉。根据试验站多年降水量观测值表明，每次降水量较小，对灌溉的影响较小。因此，ET0-P=45 mm，可进一步简化为ET0=45 mm，作为田间滴灌灌水定额对照值(45 mm)。在田间小区试验中，每种滴灌带布置方式分别设置0.8ET0=36 mm[360 m3/(hm2·次)]、ET0=45 mm[450 m3/(hm2·次)]和1.2ET0=54 mm[540 m3/(hm2·次)]3个灌水定额。试验小区内滴灌带选用单翼迷宫式，最大承压0.3 MPa,滴灌带各滴头间距离为30 cm，滴头最大流量8.3×10-7m3/s。施肥按照1 200 kg/hm2施用滴灌专用肥，农药喷施及管理措施均与当地大田一致。

1.3 测定指标

(1)棉花生长指标测定。在棉花苗期开始，每个试验小区内选择长势均匀的棉花随机标记3株，用精度为1 mm的直尺测量棉花株高，用精度为0.01 mm的游标卡尺测量茎粗，时间间隔为10 d。

(2)产量测定。在棉花吐絮期末，根据棉铃吐絮情况进行多次采摘，随机摘取100朵棉花记录其百铃重，同时称取每次实际采摘产量，棉花总产量计算式为[17]：

Y=0.01npwρ

(1)

式中：Y为棉花总产量，t/hm2；np为单株棉铃数，个/株；w为单铃质量，g；ρ为种植密度，株/m2。

(3)纤维品质测定。将试验样品邮寄给棉花品质监督检验测试中心对棉花的纤维品质进行检验，包括上半部平均长度、整齐度指数、断裂比强度、马克隆值和伸长率[18]。

(4)灌溉水利用效率。

WUEI=y/I

(2)

式中：y为脱籽后皮棉的产量，kg/hm2；I为生育期内对棉田的灌溉水补给量，m3/hm2。

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2019对文中数据进行分析处理，同时采用DPS对数据进行统计分析，并选用Duncan新复极差法进行方差分析(α=0.05)。

2 结果与分析

2.1 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花茎粗的影响

由图2可知，不同滴灌带布置方式及灌水定额的棉株茎粗变化趋势基本相似，均呈现先增加并逐渐趋于稳定，出苗至生长70 d前的棉株茎粗增长较快，茎粗日均增长量在0.11 mm/d左右，至90 d后进入缓慢生长期，棉花茎粗变化相对稳定，播后120 d灌水结束后，各处理的棉株茎粗基本保持不变。当滴灌带布置方式为2带6行时，灌水定额为360 m3/(hm2·次)时的棉株茎粗最大，较灌水定额540 m3/(hm2·次)和450 m3/(hm2·次)时分别提高18.39%和10.57%。当滴灌带布置方式为3带6行时，灌水定额为540 m3/(hm2·次)时茎粗最大，分别较灌水定额450 m3/(hm2·次)和360 m3/(hm2·次)时提高7.95%和28.49%。且当灌水定额相同时，2带6行的棉花茎粗增长量均高于3带6行。

图2 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花茎粗的影响Fig.2 The effect of different drip irrigation belt layout and irrigation quota on cotton stem thickness

2.2 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花株高的影响

由图3可知，不同滴灌带布置方式及灌水定额的棉花株高生长趋势基本一致，呈现先增加后缓慢趋于稳定。播后50 d左右进入蕾期，当灌水定额相同时，2带6行布置方式的棉花株高增长率均显著高于3带6行(p<0.05)，灌水定额为360、450、540 m3/(hm2·次)的棉花日均增长量分别为0.71、0.61和0.65 cm/d，较3带6行分别提高25.13%、50.07%和9.66%。滴灌带布置方式为2带6行时，灌水定额为360 m3/(hm2·次)的棉花株高最高，540 m3/(hm2·次)次之，450 m3/(hm2·次)最低，而3带6行的棉花株高最大为540 m3/(hm2·次)，360 m3/(hm2·次)次之，450 m3/(hm2·次)最小。进入花铃前期后，当灌水定额相同时，3带6行布置的棉花株高日增长速率均高于2带6行，灌水定额为360、450、540 m3/(hm2·次)的棉花日均增长量分别为0.77、0.72和0.93 cm/d，较2带6行分别提高了77.33 %、17.85 %和69.74 %。滴灌带布置方式为2带6行时，灌水定额为540 m3/(hm2·次)的棉花株高最高，360 m3/(hm2·次)次之，450 m3/(hm2·次)最低，而3带6行的棉花株高变化与蕾期株高变化趋势相同。

图3 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花株高的影响Fig.3 The effect of different drip irrigation belt layout and irrigation quota on cotton plant height

2.3 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花产量构成因子和灌溉水利用效率的影响

由表1可知，当滴灌带布置方式相同时，棉花单株铃数、单铃质量以及籽棉产量随着灌水定额的增加而增加，且当灌水定额为540 m3/(hm2·次)时单株铃数及籽棉产量较灌水定额为360 m3/(hm2·次)时均显著提高，单株铃数及籽棉产量分别平均提高18.91 %和27.71 %，但灌溉水利用效率则随着灌水定额的增加而呈现降低趋势。当灌水定额相同时，滴灌带布置方式为2带6行的单株铃数、单铃质量、籽棉产量及灌溉水利用效率均优于滴灌带布置方式为3带6行，且当灌水定额为450 m3/(hm2·次)时，单株铃数、籽棉产量及灌溉水利用效率提高显著，分别提高了22.17 %、25.96 %和11.66 %。

表1 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花产量构成因子和灌溉水利用效率的影响Tabl.1 Effects of different drip irrigation belt layouts and irrigation quotas on cotton yield components and irrigation water use efficiency

2.4 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花品质的影响

由表2可知，滴灌带布置方式为2带6行时，灌水定额360 m3/(hm2·次)的棉花品质除了上半部平均长度外，其他指标均高于灌水定额为450 m3/(hm2·次)和540 m3/(hm2·次)处理，且随着灌水定额的增加，整齐度指数及马克隆值均与灌水定额呈负相关趋势，其中当灌水定额为360 m3/(hm2·次)时，整齐度指数及马克隆值显著优于灌水定额为540 m3/(hm2·次)，分别提高3.86%和11.11%。滴灌带布置方式为3带6行时，灌水定额为540 m3/(hm2·次)时，棉花品质的上半部平均长度、整齐度指数及断裂比强度均显著优于灌水定额为360 m3/(hm2·次)和450 m3/(hm2·次)，分别平均提高5.53%、1.84%和3.88%。上半部平均长度、整齐度指数及断裂比强度随灌水定额的增加呈现增加趋势，马克隆值则随灌水定额的增加呈现降低趋势。当灌水定额相同，滴灌带布置方式为2带6行时棉花品质的上半部平均长度和断裂比强度均优于3带6行，且当灌水定额为360 m3/(hm2·次)和450 m3/(hm2·次)时，滴灌带布置方式为2带6行棉花的上半部平均长度和整齐度指数显著高于3带6行。

表2 不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花品质的影响Tab.2 The effect of different drip irrigation belt layout and irrigation quota on cotton quality

3 讨论

不同棉花种植密度、滴灌带数量及其布置方式会直接影响棉花的生长发育及土壤水盐分布特征，并最终对棉花的产量和经济效益产生影响[19]。本试验中，不同滴灌带布置方式及灌水定额对棉花生长及产量品质指标的影响较为明显。滴灌带布置方式为2带6行的棉花茎粗和株高均显著高于3带6行，这与王萌萌[20]等的研究存在一定的差异，结合出苗情况，分析可能是由于较低的出苗率降低了密度，随密度增加,棉花株高变矮、茎粗变细,主茎叶片和营养枝的生长受到抑制[20,21]。李健伟[22]等研究表明，棉花茎粗的增加能够提高棉株个体的结铃数，进而提升棉花产量，与本试验中两种滴灌带布置方式下，灌水定额为540 m3/(hm2·次)时单株铃数和单铃质量均优于灌水定额为450 m3/(hm2·次)和360 m3/(hm2·次)的结论较为一致。

灌水定额相同时，两种滴灌带布置方式棉花籽棉产量及灌溉水利用效率无显著性差异，而当滴灌带布置方式一定时，棉花籽棉产量会随着灌水定额的增加而增加，而灌溉水利用效率相反，这与王军[23]等的研究较为一致，这是由于较大的灌水定额比较小的灌水定额能更好地弥补蒸发损失，满足棉花耗水。棉花纤维品质是决定棉花经济价值的重要指标，灌水定额相同时，2带6行滴灌带布置方式棉花的上半部平均长度整齐度指数及断裂比强度略微优于3带6行，但是，马克隆值这一综合指标无显著性差异。综合考虑籽棉产量和灌溉水利用效率，可不考虑滴灌带布置方式对棉花品质的影响。由于本试验是无膜滴灌棉花前期探索性试验，而棉花生长及产量品质也会随着不同气候变化在年际间存在差异，还需开展进一步的相关试验研究。