陳紹民
(新疆水利水電科學(xué)研究院,新疆 烏魯木齊 830049)
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不同灌溉方式對(duì)土壤水分、棉花生長(zhǎng)性狀及產(chǎn)量的影響
陳紹民
(新疆水利水電科學(xué)研究院,新疆 烏魯木齊 830049)
為了探討不同灌水方式對(duì)土壤水分、棉花生長(zhǎng)性狀及產(chǎn)量的影響,通過(guò)測(cè)坑試驗(yàn),設(shè)定膜下滴灌、地下滴灌、微潤(rùn)灌3種灌溉方式,利用PR2測(cè)定土壤水分狀況,并對(duì)棉花生長(zhǎng)性狀進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。結(jié)果表明,土壤濕潤(rùn)體大小關(guān)系為:膜下滴灌>地下滴灌>微潤(rùn)灌,其中微潤(rùn)灌較地下滴灌土壤濕潤(rùn)體水分分布更均勻;微潤(rùn)灌所形成的土壤濕潤(rùn)體對(duì)棉花株高、莖粗、葉面積指數(shù)的生長(zhǎng)促進(jìn)作用弱于膜下滴灌和地下滴灌;微潤(rùn)灌條件下棉花水分利用效率最高,其灌溉定額大幅減小的情況下,其產(chǎn)量?jī)H降低了15.7%~17.7%,該灌溉方式有較大的節(jié)水潛力。
棉花;土壤濕潤(rùn)區(qū);灌溉方式;微潤(rùn)灌;產(chǎn)量
灌溉方式的不同將會(huì)形成不同的土壤濕潤(rùn)體,進(jìn)而對(duì)棉花的生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)量產(chǎn)生影響,植物所需養(yǎng)分絕大部分都來(lái)源于對(duì)土壤水分的吸收過(guò)程,土壤水分環(huán)境的變化對(duì)棉花的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量形成有很大的影響[1]。為此,采用棉花測(cè)坑試驗(yàn),通過(guò)設(shè)定傳統(tǒng)節(jié)水灌溉方式(膜下滴灌、地下滴灌)和新型微流量連續(xù)灌溉技術(shù)(微潤(rùn)灌)共3種灌溉方式,以期探討不同灌溉方式條件下土壤水分環(huán)境對(duì)棉花生長(zhǎng)性狀和產(chǎn)量的影響,從而對(duì)棉花節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展提供理論支持。
1.1試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)于2015年4—9月在新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所(灌溉試驗(yàn)站)進(jìn)行(86°09′E,41°35′N,海拔895~903 m)。試驗(yàn)區(qū)位于庫(kù)爾勒市西尼爾鎮(zhèn)境內(nèi),處于天山南麓塔里木盆地邊緣孔雀河沖積平原帶,屬于暖溫帶大陸性荒漠氣候,干旱少雨且蒸發(fā)強(qiáng)烈。多年平均降雨量58.6 mm,主要集中在6—8月,多以陣雨形式出現(xiàn),多年平均蒸發(fā)量2788.2 mm,蒸降比達(dá)47.58;年平均日照時(shí)數(shù)3036.2 h;年平均風(fēng)速2.4 m/s,最大風(fēng)速22 m/s;年平均氣溫11.5 ℃,最低氣溫-30.9 ℃,最高氣溫42.2 ℃,年平均≥10 ℃積溫4121.2 ℃;年平均無(wú)霜期191 d;試驗(yàn)?zāi)甑叵滤?.5 m±0.5 m。
1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)
供試棉花品種“新陸中55號(hào)”,采用測(cè)坑試驗(yàn)(2 m×3.3 m,未襯底),試驗(yàn)前測(cè)坑0~45 cm土壤過(guò)篩去除殘留地膜和雜草根系等雜質(zhì)。供試土壤為砂壤土,土壤體積質(zhì)量1.45 g/cm3,田間持水率(體積含水率)26.98%,孔隙度41.66%,20~30 cm土層施入有機(jī)肥60 000 kg/hm2,有機(jī)肥為羊糞。其他管理與大田相同。種植模式均為一膜雙管,覆膜寬度1.2 m,滴灌帶(或微潤(rùn)帶)鋪設(shè)于窄行間,行距設(shè)置:20 cm+45 cm+20 cm,如圖1所示;膜間距40 cm,株距10 cm。
采用膜下滴灌、地下滴灌、微潤(rùn)灌3種灌溉方式。膜下滴灌采用迷宮式滴灌帶,設(shè)計(jì)滴頭流量1.8 L/h,滴頭間距30 cm,全生育期灌水10次,灌水周期7~10 d,全生育期總灌水量465 mm;監(jiān)測(cè)期灌水周期10 d,灌水定額45 mm,監(jiān)測(cè)期日平均灌水量4.5 mm。地下滴灌采用內(nèi)鑲式滴灌帶,設(shè)計(jì)滴頭流量1.8 L/h,滴頭間距30 cm,埋深20 cm,每日灌水,灌水定額根據(jù)生育階段的不同設(shè)定;全生育期總灌水量465 mm,監(jiān)測(cè)期平均日灌水量4.5 mm。微潤(rùn)灌采用深圳某公司生產(chǎn)的微潤(rùn)帶(直徑20 mm),埋深20 cm,采用微型水泵加壓(3 m水頭),定水頭持續(xù)供水,全生育期灌溉定額約220 mm(生育期內(nèi)灌溉用水量為膜下滴灌和地下滴灌的47.3%),監(jiān)測(cè)期平均日灌水量2.1 mm。灌溉用水為孔雀河來(lái)水,平均礦化度為1.0~1.1 g/L。其他管理與大田相同。
注:地下滴灌和微潤(rùn)灌埋設(shè)深度為20 cm。圖1 棉花種植模式及PR2管布置示意圖
膜下滴灌和地下滴灌分別設(shè)3個(gè)重復(fù),微潤(rùn)灌設(shè)2個(gè)重復(fù),共8個(gè)測(cè)坑。
1.3測(cè)試項(xiàng)目與方法
采用PR2土壤剖面水分速測(cè)儀(Delta-T,英國(guó))測(cè)定10、20、30、40、60、100 cm土層體積含水率,水分測(cè)定管分別埋設(shè)在窄行中間、寬行中間和膜間,如圖1所示。土壤水分的測(cè)定時(shí)間以膜下滴灌為準(zhǔn),灌水日期前后測(cè)定所有處理,光合數(shù)據(jù)測(cè)定當(dāng)天加測(cè)。
棉花植株性狀測(cè)定時(shí)每個(gè)處理連續(xù)選6株(內(nèi)外行各3株)有代表性的棉株掛牌進(jìn)行監(jiān)測(cè)。測(cè)定項(xiàng)目包括株高、莖粗、葉面積指數(shù)。株高、莖粗分別于蕾期(開始進(jìn)行水分處理)、花鈴前期、花鈴中期、花鈴后期進(jìn)行監(jiān)測(cè);葉面積指數(shù)采用LAI-2200(LI-COR,美國(guó))于花鈴中期和吐絮期監(jiān)測(cè)。株高用鋼卷尺測(cè)定,從地表到主莖生長(zhǎng)點(diǎn)的高度,以cm表示;莖粗用游標(biāo)卡尺測(cè)量子葉節(jié)位置的直徑,以mm表示;葉面積指數(shù)8月13日、9月3日采用LAI-2200冠層分析儀測(cè)定。
產(chǎn)量測(cè)定方法采用選取試驗(yàn)處理測(cè)坑內(nèi)所有棉株統(tǒng)計(jì)株數(shù)、鈴數(shù),并采摘60朵棉花(分別來(lái)自棉株上、中、下部各20朵),供室內(nèi)考種,最終求得理論產(chǎn)量。
土壤橫剖面水分分布狀況采用surfer8.0進(jìn)行繪制,其他數(shù)據(jù)采用Microsoft excel2007進(jìn)行統(tǒng)計(jì)作圖。
2.1不同灌溉方式的土壤水分狀況
不同灌溉方式條件下形成有差別的土壤濕潤(rùn)區(qū)域,如圖2所示。膜下滴灌土壤濕潤(rùn)區(qū)主要為淺層土壤,且呈現(xiàn)出寬淺型濕潤(rùn)區(qū)的特征。地下滴灌和微潤(rùn)灌的土壤濕潤(rùn)區(qū)均呈現(xiàn)出以滴灌帶(微潤(rùn)帶)為中心的同心圓分布形式。由于微潤(rùn)灌采用的是微流量持續(xù)供水方式,受土壤毛細(xì)力作用,所以濕潤(rùn)體范圍內(nèi)土壤水分較均勻,且土壤水分水平擴(kuò)散明顯;地下滴灌為每日短時(shí)供水,且灌水量較微潤(rùn)灌大,形成的濕潤(rùn)體則趨向垂直方向發(fā)展。
根據(jù)PR2所監(jiān)測(cè)土壤剖面,采用多點(diǎn)采樣求平均值的方法計(jì)算土壤平均含水率[2],膜下滴灌、地下滴灌、微潤(rùn)灌方式下60 cm土層土壤平均體積含水率分別為19.32%、15.93%、14.57%,相對(duì)于田間持水率的相對(duì)含水率分別為72%、59%、54%。以60%θf(wàn)(16.2%)為灌水下限,根據(jù)圖2計(jì)算體積含水率大于16.2%的濕潤(rùn)體剖面面積與計(jì)劃濕潤(rùn)層(60 cm)剖面面積之比,計(jì)算結(jié)果分別為膜下滴灌86.25%、地下滴灌66.67%、微潤(rùn)灌55.56%。各灌溉方式計(jì)算結(jié)果大小關(guān)系與60 cm土層內(nèi)土壤平均含水率計(jì)算結(jié)果一致。
試驗(yàn)中膜下滴灌、地下滴灌和微潤(rùn)灌屬于3種不同灌水周期的灌溉方式,其中膜下滴灌7~10 d/次,地下滴灌1 d/次,微潤(rùn)灌持續(xù)供水。3種灌溉方式中膜下滴灌是地表灌溉方式且灌水頻次最小,灌水定額最大,屬于一種儲(chǔ)水灌溉的方式。因此在該監(jiān)測(cè)時(shí)點(diǎn),60 cm土層內(nèi)土壤平均含水率最大,同時(shí)大于60%θf(wàn)的土壤濕潤(rùn)區(qū)域也最大;地下滴灌和微潤(rùn)灌均屬于地埋灌溉方式,但二者的灌水頻次不同,地下滴灌為超短周期高頻灌溉,而微潤(rùn)灌不間斷供水持續(xù)灌溉,且地下滴灌每日灌水量較微潤(rùn)灌大、灌水時(shí)間短,進(jìn)入土壤的水分受重力作用明顯,所以形成的大于60%θf(wàn)的土壤濕潤(rùn)區(qū)較微潤(rùn)灌大,略呈向下的橢球體形狀;而微潤(rùn)灌主要以土壤水分的毛細(xì)運(yùn)動(dòng)為主,濕潤(rùn)體呈較規(guī)整的球狀體,其土壤濕潤(rùn)體更均勻,但總體含水量和濕潤(rùn)體較小,主要是受灌水量較小的影響。
(a) 膜下滴灌 (b)地下滴灌 (c)微潤(rùn)灌 注:為滴灌帶(微潤(rùn)帶)所在位置。圖2 不同灌水方式對(duì)應(yīng)土壤水分狀況
2.2不同灌溉方式處理棉花生長(zhǎng)性狀
圖3表明不同處理下棉花株高、莖粗的生長(zhǎng)趨勢(shì)基本相同,但不同灌水方式對(duì)棉花株高、莖粗有一定的影響。在膜下滴灌和地下滴灌相同灌溉定額情況下,棉花株高隨著土壤濕潤(rùn)比的增加而增高。一般情況下,基肥施入淺層土壤中,大的土壤濕潤(rùn)區(qū)域使棉花根系分布范圍更廣,所以具有更大的提供水分和養(yǎng)分的土壤環(huán)境,促進(jìn)了棉株的生長(zhǎng)和發(fā)育。每一時(shí)段棉花莖粗最大值均出現(xiàn)在膜下滴灌處理,而地下滴灌后期莖粗變化緩慢,微潤(rùn)灌處理則介于二者之間。
圖3 不同灌水方式下棉花株高、莖粗的生長(zhǎng)過(guò)程
葉面積指數(shù)于8月13日花鈴中期葉面積最大時(shí)期第一次測(cè)定,于9月3日吐絮期葉片逐漸衰老脫落時(shí)測(cè)定。圖4可以看出,花鈴中期和吐絮期葉面積指數(shù)大小關(guān)系均為:地下滴灌>膜下滴灌>微潤(rùn)灌。但是其葉片衰老速度則相反,即微潤(rùn)灌最大,膜下滴灌次之,地下滴灌最小。這與土壤水分環(huán)境相關(guān),微潤(rùn)灌由于全生育期灌溉定額較小,土壤濕潤(rùn)范圍長(zhǎng)期較小,造成棉花葉片早衰。
圖4 不同灌水方式下棉花葉面積指數(shù)變化過(guò)程
2.3不同灌溉處理棉花產(chǎn)量
不同灌溉方式對(duì)棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水分利用效率的影響見表1。可以看出相同灌溉定額情況下,膜下滴灌較地下滴灌產(chǎn)量高,水分利用效率略高。微潤(rùn)灌溉方式條件下棉花單株鈴數(shù)最大、單鈴重最小、產(chǎn)量也最小,但是其水分利用效率最高。表明不同灌溉方式處理通過(guò)形成不同土壤濕潤(rùn)區(qū),然后不斷對(duì)棉花生長(zhǎng)產(chǎn)生影響,最終影響到棉花的水分利用效率和產(chǎn)量。微潤(rùn)灌灌溉定額降低了52.7%,產(chǎn)量?jī)H降低了15.7%~17.7%。
(1)不同灌溉方式處理所產(chǎn)生的土壤濕潤(rùn)區(qū)域不同,膜下滴灌土壤濕潤(rùn)體最大,地下滴灌次之,微潤(rùn)灌最?。晃?rùn)灌較地下滴灌所形成土壤濕潤(rùn)體水分分布更均勻。
表1 棉花產(chǎn)量及其構(gòu)成因素、水分利用效率
(2)微潤(rùn)灌所形成的土壤濕潤(rùn)體對(duì)棉花株高、莖粗、葉面積指數(shù)的生長(zhǎng)的促進(jìn)作用弱于膜下滴灌和地下滴灌。
(3)不同灌溉方式對(duì)土壤水分環(huán)境產(chǎn)生的影響不同,進(jìn)而影響棉花水分利用效率和產(chǎn)量的形成。其灌溉定額減小幅度超過(guò)50%,但產(chǎn)量?jī)H降低了15.7%~17.7%,該灌溉方式有較大的節(jié)水潛力,在棉花節(jié)水、增效的應(yīng)用還須要進(jìn)一步研究。
[1]丁浩,李明思,孫浩.滴灌土壤濕潤(rùn)區(qū)對(duì)棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響研究[J].灌溉排水學(xué)報(bào),2009,28(3):42-45.
[2]申孝軍,孫景生,張寄陽(yáng),等.滴灌條件下土壤平均含水率計(jì)算方法研究[J].水土保持學(xué)報(bào),2011,25(3):241-244,253.
Effects of soil moisture, cotton growth and yield under different irrigation methods
CHEN Shaomin
(Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower, Urumqi 830049, China)
In order to investigate the effect of different irrigation methods on the soil moisture, cotton growth and yield. In this paper, through test-pit experiments set three irrigation methods, the soil moisture measured by PR2, continuous monitoring the cotton growth. The results showed that, the maximum wetted soil volume from the mulched drip irrigation, the wetted soil volume from moistube irrigation which has a more uniform distribution of soil moisture than underground drip irrigation; the soil wetting pattern by moistube-irrigation promotion effect on plant height, stem diameter and leaf area index is weaker than other irrigation methods; the highest water use efficiency of cotton was under the moistube-irrigation, and the yield is reduced by only 15.7%~17.7%, when the consumption of irrigation water greatly reduced, so it’s water saving potential.
cotton; irrigation method; moistube-irrigation; soil wetting pattern; yield
陳紹民(1989-),男,工程師,主要從事灌溉原理與技術(shù)應(yīng)用方面的研究。
S275;S562
A
2096-0506(2016)08-0014-04