南疆休作期棉田墒情调控及播种前适宜灌水阈值研究

王晓艳，白云岗，柴仲平，郑明，刘洪波，肖军

（1.新疆农业大学资源与环境学院，乌鲁木齐 830052；2.新疆水利水电科学研究院，乌鲁木齐 830049）

0 前 言

新疆阿克苏地区沙雅县位于塔里木盆地北部，北靠天山，南拥大漠，属于暖温带沙漠边缘气候区，此地区常年日照充足，热量充沛，降水稀少，冬季极少降雪，降雪量不足以覆盖棉田。但根据已有研究得知反复地冻融交替可改善土壤结构、改变生物活性和腐殖质的浓度，能有效抑制土壤热量散失、减少蒸发量、增加土壤墒情[1,2]，因此在棉田休作期相应的水分调控对缓解农田土壤水资源短缺及促进作物生长具有积极的作用。

在当地生产实践中，棉田冬春灌成为解决农田土壤盐渍化问题的有效方法[3]，当地农户多选择在棉田休作期冬灌漫灌来保证棉花越冬期的墒情以及排减棉田盐碱。国内有些学者也用试验明确了越冬水的重要性:冬灌后土壤水分充足，水的热容量大，可以有效缓和土壤温度的剧烈变化，可防止苗期冻害[4]；其次可使土壤紧实度增大，粉碎坷垃，消灭越冬时的害虫，具有明显增产作用。新疆南疆地区气候干燥，降水量少，农业用水量紧张，合理利用水资源至关重要，因此寻找合适的灌水措施，降低水资源浪费刻不容缓。

棉花干播湿出技术在新疆阿拉尔、阿克苏、新疆建设兵团等地已成为研究重点，阿拉尔地区采取干播湿出技术的棉田可节约生产用水2 550 m3/hm2，减工节本60元/hm2以上，并且采取干播湿出的棉田苗齐、苗壮，出苗率普遍较高[5]。阿克苏干播湿出示范田平均保苗株数比常规漫灌增加1.687 万株/hm2，平均籽棉产量比对照增产608 kg/hm2，增产率为11.35%[6]。干播湿出技术在缓解区域水资源短缺、节约成本、棉农增收等方面都有重要促进作用，但植物根系扎根较浅，生育期提前，也会招致病虫害[7]。

张瑞喜等[8]研究不同灌溉方式对向日葵产量构成及土壤水盐分布的影响，发现休作期春灌滴灌较干播湿出提升土壤含水量更显著，降低土壤含盐量效果更优，仅仅干播湿出处理土壤含盐量较播前提高19.20%，而春灌滴灌处理土壤盐分则低于播前33.05%。本试验选择在休作期冬灌滴灌，再于播后试用干播湿出技术，在节约水资源和降低土壤含盐量的情况下探寻合适的墒情调控措施。结合当地的气候特点和棉田越冬期需水条件，掌握棉田播前适宜灌水阈值，采取合理的墒情调控措施对当地发展节水农业和提高棉花产量具有积极作用。本试验通过对比研究冬灌滴灌、冬灌漫灌及冬灌滴灌+干播湿出这3种调控措施，监测播种前后土壤墒情变化，探索南疆适宜的播前灌水阈值及适合当地的调控措施，为“干播湿出”技术的推广及节水农业提供理论依据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验布设在新疆阿克苏地区沙雅县海楼镇（北纬41.28°，东经82.72°，海拔986 m），地势北高南低，地形包括渭干河冲击平原和塔里木河谷平原2部分，塔里木河从南部流经[9]。试验地长年日照充足，热量充沛，降水稀少，气候干燥，昼夜温差大，常年平均日照3 031.2 h，近5 a年平均降水75.38 mm，年均蒸发量2 000.7 mm，蒸发量是降水量的42.3倍，夏季降水稍多，初雪日最早出现在12月底，终雪日最迟在2月21日，最大积雪深度为10 cm。试验地面积为0.133 hm2，滴灌带铺设见图1。土壤质地为沙土和壤土，土壤相关理化性质见表1。划分7个小区，试验田地下水位为3.8 m。

表1 试验地土壤相关理化性质Tab.1 Soil-related physicochemical properties in experimental site

图1 种植示意图（单位：cm）Fig.1 Schematicdiagramofplanting

1.2 试验设计

试验地选取供试棉花为“源棉11号”，在播前棉田休作期进行冬灌（于2021年11月15进行冬灌），冬灌前后分别取样测定相关指标。播后进行“干播湿出”，2022年4月10日播种，“干播湿出”后再取样测定相关指标。膜下铺管采用1膜3管6行的种植模式，宽、窄行距分别为66 cm、10 cm，株距10 cm。滴灌参数为滴头间距300 mm，滴头流量2.1 L/h。试验设计3种调控措施，即冬灌漫灌、不同灌溉定额冬灌滴灌及冬灌滴灌+干播湿出。共7个处理，试验地使用当年滴灌带和滴灌系统冬灌，在灌溉水结冰前灌溉，3个梯度冬灌滴灌灌溉定额：600、900、1 200 m3/hm2，在此基础上干播湿出：(600+225) m3/hm2、(900+225) m3/hm2、(1 200+225) m3/hm2，对照处理（CK）为当地冬灌漫灌，灌溉定额为2 250 m3/hm2。在冬灌灌前灌后，播前播后分别取样，重复3次（见表2）。农艺相关措施跟进当地实施，其余因子保持一致。

表2 调控措施设计Tab.2 Design of regulatory measures

1.3 试验材料与测定方法

1.3.1 土壤含水率测定

分别在冬灌前后及播种前后分别测定土壤质量含水率，采用传统的土钻取土及烘干法（105±2 ℃，12 h）。取土样时以滴头为中心，在宽行、滴灌带、窄行及膜外裸地，分别取0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm土壤。

1.3.2 土壤含盐率测定

采用土壤浸提液电导率EC和土壤含盐量SC表征土壤盐度。将烘干的土样碾压过2 mm孔径标准筛，将过筛后的土样（剔除植物残体、石块等侵入体），加入三角瓶中，加入纯净水，配置土水质量比为1∶5的混合液，使用震荡机震荡10 min，静止15 min后得到上清液，最后使用F3型电导率仪（梅特勒-托利多仪器）测定上清液的电导率。根据电导率与含盐量单位转化来计算土壤中盐分含量。

2 结果与分析

2.1 棉田不同调控措施播前播后土壤水分变化对比

不同调控措施下取窄行不同土层的含水率（见图2），DW1处理对比灌前土壤含水率均有升高且波动幅度较为平缓；Wd1处理与灌前对比含水率显著增加，且对0～40 cm土层影响较大，播后含水率明显升高；对比冬灌滴灌和冬灌漫灌2种调控措施，冬灌滴灌各个土层含水率变化差异性更小且分布更为均衡，其余灌溉定额处理变化一致，随着灌溉定额的增加土壤平均含水率也在升高。Wd1处理对比DW1处理土壤含水率，Wd1处理灌水量较少但2者差异性不大且前者平均含水率稍高；Wd3对比CK土壤含水率要更均衡稳定，用水量远低于CK。对比灌前的土壤墒情说明在播前进行墒情调控是有必要的。由图2中各土层含水率与均值+标准差之间差距可知，漫灌措施各土层含水率起伏较大且分布不均匀，不能完全保证出苗；冬灌滴灌调控措施土壤含水率分布较为均匀，但灌溉定额过低效果便不明显，大定额灌水实施困难；相较之下冬灌滴灌+干播湿出的调控措施对土壤水分影响最大，对出苗有更好的保障。

图2 不同墒情调控措施土壤质量含水率变化趋势Fig.2 Change trend of soil quality and water content indifferent soil moisture control measures

2.2 不同墒情调控措施土壤含水量多重比较分析

由表3可以看出，在0～40 cm土层冬灌滴灌+干播湿出与仅仅冬灌滴灌调控措施之间差异极显著，较低定额的冬灌滴灌调控措施对表层（0～10 cm）和亚表层（20～40 cm）土壤的墒情影响不大，冬灌滴灌+干播湿出调控措施对0～40 cm土层保蓄水分有积极作用，进而会影响到棉花出苗与保苗。在40～60 cm土层冬灌漫灌与冬灌滴灌+干播湿出调控措施之间差异极显著，棉花花铃期之前根系主要分布在0～60 cm[10]，冬灌漫灌水分分布不均匀会影响到棉花根系对水分的吸收进而会影响到棉花结蕾吐絮。冬灌滴灌与冬灌漫灌差异性显著，说明冬灌滴灌的调控措施播前40～60 cm土层墒情较为稳定，而冬灌滴灌+干播湿出措施保水效果更能保证棉花出苗率。3种措施60～80 cm、80～100 cm土层含水量差异性不大，冬灌滴灌+干播湿出措施的平均含水量较高，可持续提供棉花生长后续的墒情保证。

表3 不同墒情调控水分的多重比较%Tab.3 Multiple comparisons of different moisture content control and water content

2.3 棉田不同调控措施播前播后土壤盐分对比

由图3可知土壤平均含盐量在冬灌调控后明显减低，且灌溉额度越高，含盐率越低。对比较低额度的冬灌滴灌，冬灌漫灌排盐效果更好。从中位数分布可知，冬灌漫灌对比冬灌滴灌偏态性强，其盐分淋洗不均匀。据箱体可知冬灌滴灌+干播湿出的调控措施较其他措施淋洗土壤盐分效果更佳，出现异常较低的含盐率。其中灌溉额度越高的滴灌冬灌+干播湿出调控措施盐分波动性越小，越稳定。灌前与冬灌调控措施对比，盐分淋洗最为明显的是0～20 cm土层。由图4可知：冬灌漫灌后各个土层盐分分布波动幅度较大；DW1处理的土壤盐分多积累在40～60 cm土层处，DW2处理的土壤盐分多积累在60 cm土层处，DW3处理的处理土壤盐分多积累在80 cm土层处，说明灌溉定额越高盐分淋洗越彻底；冬灌滴灌+干播湿出措施与冬灌滴灌措施对比，0～40 cm土层的平均含盐量差异显著，且各土层波动不大，其在干播湿出期间淋洗表层盐分效果突出，有利于创造更适宜棉花萌芽的盐分环境。

图3 不同墒情调控措施土壤含盐率对比Fig.3 Comparison of soil salt content of different moisture content control measures

图4 不同墒情调控措施各土层土壤平均含盐率变化规律Fig.4 Change law of soil average salt content of each soil layer

2.4 不同墒情调控措施土壤水分与盐分的相关分析

由表4可知灌前水分与灌后各措施的盐分存在负相关关系，播前在盐碱棉田里实施调控措施对盐碱地改良有积极作用；实施漫灌措施后土壤盐分与水分也有较显著的负相关关系，漫灌对于排减棉田盐碱有相应效果；其次冬灌滴灌措施土壤水分与盐分呈显著负相关关系，且灌溉定额越大，显著性越强；冬灌滴灌+干播湿出措施其土壤水分和盐分呈极显著的负相关关系，说明此措施水分对土壤盐分影响较大，对棉田排盐减盐有积极影响。

表4 不同墒情调控水分与盐分的相关分析Tab.4 Analysis of moisture and salt

3 讨 论

3.1 播前墒情调控的作用

土壤中水盐的运移对棉花的生长至关重要，一次高质量的冬灌能使1 m土层增加110 mm有效储水，还可抗御翌年的春旱并缓解伏旱，提高水分利用效率和作物产量[11]，冬灌后还可以有效缓和土壤温度的剧烈变化，因此能防止苗期冻害[12]。另外冬春灌对冻融期土壤水盐运移显著，棉田冬春灌是解决盐碱危害的有效方法，能够在一定程度上控制和减少土壤根层盐分含量，满足作物生长需求[13]。本试验研究在新疆南部沙雅县，常年降水量较低，本地农业用水量较大，棉田越冬期是否实行墒情调控一直有争论。研究表明播前实施冬灌有利于棉花后期的成长，而播前找寻适宜的调控措施也是刻不容缓的。研究发现，无论实施哪种措施，灌前的土壤水分和播前播后土壤水分对比，实施墒情调控措施后的土壤水分更符合出苗的环境条件。

3.2 播前冬灌滴灌和播后“干播湿出”结合的优越性

干播湿出后棉花根量较少但须根量较大，根冠比较小，根系较浅，生长发育提前[14]，生育期提前也会招致病虫害。本试验选择在冬灌的基础上，以膜下滴灌为支撑试用干播湿出技术，可尽量避免这一情况的发生且能平抑缓和早春土壤温度对棉花出苗的影响。其次使用前年的灌溉系统不粉碎秸秆，秸秆的覆盖更有利于土壤水分保持[15]。本试验在播前实施冬灌滴灌，赵波等人对比研究膜下滴灌与普通漫灌后发现，膜下滴灌水流入渗缓慢且时间较长，水分入渗更加均匀，剖面土壤水分变化相对平缓；漫灌后属于整体入渗，水分分布均匀度相对较差[16]。南疆沙雅县地区地下水含盐过高，干播湿出期间用水可能会造成板结及盐碱危害，但以较低水量滴灌棉田，会达到保墒蓄水，排碱压盐的效果，播后的“干播湿出”保证了棉花的出苗率；其次冬灌可使根系向土层深处扎根，有利于抵抗病虫害。本试验研究发现较低定额的冬灌滴灌加播后“干播湿出”调控后的墒情比高定额仅冬灌滴灌的墒情更加稳定，其中冬灌滴灌+干播湿出措施中灌溉定额为(600+225)m3/hm2对比冬灌滴灌措施灌溉定额为1 200 m3/hm2的土壤含水率，2者差异性不大且冬灌滴灌+干播湿出措施平均含水率稍高。2种灌溉制度的结合为作物种植提供了新的技术参考。

4 结 论

（1）在南疆沙雅县，对比当地灌前的土壤含水率，播前的墒情调控是有必要的；相较于漫灌措施，冬灌滴灌各土层含水率差异性小且分布均衡，随着灌溉定额的增加土壤平均含水率升高；在冬灌滴灌基础上实施干播湿出的土壤含水率较其他调控措施更均匀稳定，冬灌滴灌的调控措施播前40～60 cm土层墒情较为稳定。冬灌滴灌+干播湿出措施对比漫灌措施的土壤含水率要更均衡稳定，其用水量远低于冬灌漫灌；灌溉定额为(600+225) m3/hm2的冬灌滴灌+干播湿出的平均含水率要稍高于灌溉定额为1 200 m3/hm2的冬灌滴灌的含水率。

（2）冬灌调控后土壤平均含盐量明显减低，冬灌漫灌对比冬灌滴灌盐分淋洗不均匀，冬灌滴灌灌溉定额越高盐分淋洗越彻底。冬灌滴灌+干播湿出措施与冬灌滴灌措施对比，0～40 cm土层的平均含盐量差异显著，干播湿出期间淋洗表层盐分效果突出。

（3）播前在盐碱棉田里实施调控措施对盐碱地改良有积极作用，冬灌滴灌+干播湿出措施其土壤水分和盐分呈极显著的负相关关系，冬灌滴灌+干播湿出的调控措施较其他措施淋洗土壤盐分效果更佳。