高?？?，王璐,4，李小剛，寧慧峰，韓其晟，劉浩*，馮泉清

不同灌溉制度對南疆棉田水鹽分布及作物生長的影響

高?？?,2，王璐1,4，李小剛3，寧慧峰1，韓其晟1，劉浩1*，馮泉清1,2

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 農(nóng)田灌溉研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部作物需水與調(diào)控重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，河南 新鄉(xiāng) 453002；2.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院 研究生院，北京 100081；3.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師水文水資源管理中心，新疆 阿拉爾 843300；4.塔里木大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

【目的】探究不同春灌策略下膜下滴灌棉田生育期適宜灌溉定額?！痉椒ā客ㄟ^大田小區(qū)試驗(yàn)，設(shè)計(jì)播前滴水春灌（春灌量90 mm）和常規(guī)春灌（春灌量180 mm）2種春灌模式，每種模式下在棉花生育期設(shè)計(jì)3種灌水定額（W1: 30 mm、W2: 37.5 mm、W3: 45 mm）處理，研究春灌模式與灌水定額對膜下滴灌棉田土壤水鹽動(dòng)態(tài)變化、棉花生長、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和水分利用效率的影響?！窘Y(jié)果】與常規(guī)春灌相比，滴水春灌能夠保證棉花苗期出苗所需的土壤水分，且能顯著提高生育期0～80 cm土層的土壤含水率；與苗期相比，滴水春灌棉花生育期0～40 cm土層出現(xiàn)積鹽區(qū)，蕾期和花鈴期0～40 cm土層電導(dǎo)率分別增加了7.84%和8.75%，滴水春灌生育期末0～100 cm土層土壤電導(dǎo)率較常規(guī)春灌增加8.37%；不同灌水定額下0～100 cm土層土壤電導(dǎo)率均呈增加趨勢，但隨著灌水定額的增加土壤剖面電導(dǎo)率顯著降低，W1、W2、W3處理積鹽率分別為30.11%、12.12%和11.11%；隨著灌水定額的增加，株高和莖粗顯著提升，干物質(zhì)積累量明顯增加，產(chǎn)量增加，而灌溉水利用效率（I）減小，水分利用效率（ET）增大；在W1、W3灌水定額下，不同春灌模式間產(chǎn)量和水分利用效率無顯著差異，但在W2灌水定額下，不同春灌模式間產(chǎn)量和水分利用效率差異顯著。【結(jié)論】從棉花產(chǎn)量和水分利用效率方面綜合考慮，滴水春灌模式下，灌水定額推薦為45 mm（W3）；常規(guī)春灌模式下，灌水定額為37.5 mm（W2），全生育期灌水10次，可以獲得合理的鹽分分布與脫鹽效果，籽棉產(chǎn)量為7 207.81 kg/hm2，是實(shí)現(xiàn)抑鹽、控水、高產(chǎn)的適宜棉花灌溉制度。

滴水春灌；覆膜棉田；水鹽分布；產(chǎn)量；水分利用效率

0 引言

【研究意義】新疆是我國重要的棉花生產(chǎn)基地，南疆棉花種植面積達(dá)到新疆種植總面積的67%以上[1]，棉花是南疆主要的耗水作物之一[2]。由于獨(dú)特的地理氣候條件造成當(dāng)?shù)厮Y源短缺[3-4]，水資源匱乏和土壤鹽漬化是限制棉花產(chǎn)能提升的2大重要資源環(huán)境問題[5-9]。為了實(shí)現(xiàn)抑鹽增產(chǎn)，需在非生育期進(jìn)行冬春灌以達(dá)到淋洗鹽分的目的[10]。傳統(tǒng)地面灌方式的冬春灌雖然對淋洗和控鹽具有積極作用，但灌溉效率低下，耗水量較大，棉田全年耗水量沒有實(shí)質(zhì)性下降，節(jié)水效果并不顯著。在南疆農(nóng)業(yè)用水量配比減少的趨勢下和棉花生育期節(jié)水潛力難以發(fā)掘的情況下，探索免冬灌、滴水春灌和干播濕出等高效節(jié)水灌溉技術(shù)對南疆棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要生產(chǎn)實(shí)際意義。

【研究進(jìn)展】土壤鹽漬化問題長期以來是制約著農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素[11]，國內(nèi)外學(xué)者對于土壤鹽漬化的發(fā)生與發(fā)展規(guī)律做了大量的研究。非生育期灌溉淋洗能有效減少生育期主根區(qū)土壤含鹽量[12]。然而，不合理的冬春灌淋洗方式使0～80 cm土層內(nèi)積鹽脫鹽交替過于頻繁，會(huì)造成不必要的水資源浪費(fèi)[13-14]。為了解決大定額的冬春灌溉引起的地下水位上升和土壤持續(xù)退化等問題，免春灌、免冬灌等非生育期棉田節(jié)水技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生[14]。適時(shí)適量春灌是改良利用鹽堿地的有效措施[15]，春灌使土壤保持一定的濕度，起到固土保墑的作用，為作物播種創(chuàng)造有利條件[16]，促使種子發(fā)芽等方面效果顯著[17]，有效提高棉花產(chǎn)量[18]。王興鵬[14]研究發(fā)現(xiàn)，在不同冬春灌模式中，當(dāng)淋洗定額相同時(shí)，春灌處理棉花出苗率和產(chǎn)量明顯高于冬春全灌和冬灌處理。免冬春灌后的干播濕出技術(shù)節(jié)省冬春灌洗鹽壓堿水5 400～5 850 m3/hm2，棉花增產(chǎn)6%～34.95%[16]。同樣，北疆免冬春灌的干播濕出技術(shù)除了能夠顯著降低棉田灌溉用水，同時(shí)還具有提高地溫和促進(jìn)棉種萌發(fā)等優(yōu)勢[19-20]。但有研究[21]表明干播濕出技術(shù)在南疆高蒸散區(qū)的鹽堿棉田會(huì)出現(xiàn)鹽分表聚、土壤板結(jié)等問題，嚴(yán)重影響棉田的出苗，造成棉花產(chǎn)量的顯著降低。因此，適當(dāng)?shù)拇汗嘣谀辖匀惠^為重要?！厩腥朦c(diǎn)】南疆一師水利局推出的免冬灌“滴水春灌”模式正在進(jìn)行試點(diǎn)研究，并計(jì)劃逐步推廣，但是關(guān)于膜下滴灌棉花的研究成果大多針對有冬春灌情況，而采用免冬春灌后的土壤水鹽環(huán)境不同于常規(guī)的冬春灌，對于該模式下各生育階段土壤水鹽時(shí)空變化規(guī)律及積脫鹽規(guī)律研究較少[22]，尤其缺乏將淋洗定額-水鹽動(dòng)態(tài)-棉花生長作為整體考慮的研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】為此，以南疆棉田為研究對象，采用滴水春灌模式，研究棉田土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律及棉花生長、干物質(zhì)積累、產(chǎn)量和水分利用效率，探究滴水春灌模式能否在保證棉花產(chǎn)量的前提下持續(xù)實(shí)施。研究成果旨在為促進(jìn)南疆地區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)、棉田灌溉水高效利用和土壤鹽漬化防治提供理論基礎(chǔ)和技術(shù)支持。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)于2021年4—10月在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)一師水利局十團(tuán)的灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行（81°17′56.52′′E，40°32′36.90′′N，海拔1 014 m）。該站位于塔里木河流域附近的平原荒漠綠洲區(qū)內(nèi)，試驗(yàn)區(qū)屬暖溫帶極端大陸性干旱荒漠氣候，春季常伴有大風(fēng)浮塵，夏季天氣酷熱，干旱少雨，光照充足，蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差較大。多年平均氣溫在11.3 ℃，積溫3 450～4 432 ℃，試驗(yàn)地為砂質(zhì)壤土，土壤透氣性良好，地下水埋深大于3 m，該區(qū)光熱資源豐富，農(nóng)業(yè)為純灌溉農(nóng)業(yè)，試驗(yàn)地土壤基本物理參數(shù)見表1，土壤粒徑采用國際制土壤質(zhì)地分級標(biāo)準(zhǔn)。

表1 土壤基本物理參數(shù)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置非生育期常規(guī)春灌（C）和滴水春灌（D）2種免冬灌春灌模式，其中C模式于播種前1周春灌結(jié)束，灌溉定額為180 mm；D模式為播種前預(yù)先鋪設(shè)滴灌帶并覆膜，然后通過滴灌方式進(jìn)行播前造墑驅(qū)鹽灌溉，灌溉定額為C處理的50%（90 mm），于播種前3 d灌水結(jié)束。每種春灌模式生育期內(nèi)分別設(shè)置3個(gè)灌水水平，灌水定額分別為30 mm（W1）、37.5 mm（W2）、45 mm（W3），共設(shè)置6個(gè)處理，采用等量灌溉，第1次灌溉日期為6月13日，蕾期（6月4—31日）和花鈴期（7月1日—8月19日）灌水周期分別為10 d和7 d，生育期共灌水10次，最后1次灌溉日期為8月19日。每個(gè)處理設(shè)置3個(gè)重復(fù)，共18個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為70 m2，相鄰小區(qū)間設(shè)置隔離帶，避免水分相互滲透影響試驗(yàn)結(jié)果。按照裂區(qū)設(shè)計(jì)進(jìn)行田間布置（表2）。

1.3 種植方式與農(nóng)藝措施

試驗(yàn)供試棉花品種為“中棉113”，棉花于4月9日播種，7月27日打頂，10月13日收獲，生育期累積降水量為75.8 mm。試驗(yàn)采用機(jī)采棉種植模式，1膜3帶6行滴灌帶鋪設(shè)方式（圖1），行距（66+10）cm，播種密度為24萬株/hm2。試驗(yàn)用水為井水（礦化度為2.18 g/L），水表量測灌水量，所用的滴灌設(shè)備配有自動(dòng)調(diào)壓泵、施肥罐等設(shè)備，滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，規(guī)格為16，滴頭流量為2.2 L/h，滴頭間距 30 cm。播種前施用復(fù)合肥（（N）∶（P2O5）∶（K2O）為18∶16∶15）1 200 kg/hm2，生育期共隨水滴施棉花專用肥（（N）∶（P2O5）∶（K2O）為18∶12∶13）1 200 kg/hm2，噴施農(nóng)藥等均按當(dāng)?shù)剞r(nóng)藝措施進(jìn)行。

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

圖1 棉田布置方式和土壤取樣點(diǎn)示意圖

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 土壤含水率

土壤含水率采用取土烘干法測定。于每次灌水前及各生育階段始末取土，取土位置為膜間中央、邊行滴灌帶下、膜中心、中間行滴灌帶下4處（圖1），取樣深度分別為0～10、10～20、20～30、30～40、40～60、60～80、80～100 cm，分別代表10、20、30、40、60、80、100 cm處的試驗(yàn)結(jié)果。

棉花耗水量（a，mm）采用水量平衡公式進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算式為：

a=++-f-+(0-t)， （1）

式中：為灌水量（mm）；為降雨量（mm）；為地下水補(bǔ)給量（mm），該試驗(yàn)區(qū)地下水埋藏較深，可忽略不計(jì)；f為地表徑流量（mm），試驗(yàn)區(qū)地勢平坦，土質(zhì)為沙壤土，且年均降雨量小，故f近似為0；為深層滲漏量（mm），計(jì)算方法為灌水或降水前80 cm土層內(nèi)土壤有效含水量（mm）+灌水量或降水量（mm）-田間持水量（mm）[22]；0、t分別為該時(shí)段初期和時(shí)段末期的土壤儲(chǔ)水量（mm）。

1.4.2 土壤含鹽量

土壤含鹽量采用電導(dǎo)率值表征，取樣方式同土壤含水率。將土樣烘干碾碎，稱取過1 mm篩的土樣20 g于三角瓶中，加入100 mL蒸餾水，振蕩10 min，靜置15 min后用濾紙過濾，制成土水質(zhì)量比為1∶5的土壤水浸提液。用DDSJ-308A型（上海儀電）便攜式電導(dǎo)率儀測定浸提液電導(dǎo)率1:5。脫鹽率計(jì)算式為：

=（0-1）/0×100%， （2）

式中：為脫鹽率（%）；0為土壤初始電導(dǎo)率（mS/cm）；1為試驗(yàn)中所取土樣電導(dǎo)率（mS/cm）。

當(dāng)>0時(shí)，表示土壤脫鹽；當(dāng)<0時(shí)，表示土壤積鹽；當(dāng)=0時(shí)，土壤積鹽量與脫鹽量相等，表示鹽分平衡。

1.4.3 生長發(fā)育指標(biāo)

從棉花進(jìn)入蕾期開始，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)邊行和中間行各標(biāo)記3株棉花，每10天測量1次株高和莖粗。其中株高采用直尺測量，莖粗采用“十字”交叉法，在地上2 cm處用游標(biāo)卡尺測量。干物質(zhì)量采用破壞性取樣，每個(gè)處理隨機(jī)選擇6株有代表性的植株，按莖、葉和生殖器官分離后分別測量其鮮質(zhì)量，之后放入105 ℃的烘箱殺青30 min，然后在75 ℃條件下烘干至恒質(zhì)量后分別測其干物質(zhì)量。

1.4.4 產(chǎn)量和水分利用效率

停止灌水后，在棉花吐絮量超過80%時(shí)進(jìn)行測產(chǎn)，在各小區(qū)隨機(jī)挑選2.28×2.93 m大小的樣方，稱量吐絮籽棉產(chǎn)量，并記錄株數(shù)、鈴數(shù)、余桃、百鈴質(zhì)量等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)，余桃按照0.75倍的單鈴質(zhì)量計(jì)算理論產(chǎn)量[23]。ET（kg/m3）和I（kg/m3）計(jì)算式為：

ET=0.1/a，（3）

I=0.1/， （4）

式中：為籽棉產(chǎn)量（kg/hm2）；a為棉田在生育期內(nèi)的耗水量（mm）；為生育期內(nèi)對棉田的灌溉水補(bǔ)給量（mm）；0.1為單位換算系數(shù)。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 17.0進(jìn)行試驗(yàn)數(shù)據(jù)雙因素方差分析，并運(yùn)用LSD法對各試驗(yàn)處理間差異進(jìn)行多重比較（<0.05），采用Excel 2010、AutoCAD 2014等軟件進(jìn)行分析作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 生育期土壤含水率變化特征

2.1.1 不同春灌模式對棉田土壤含水率的影響

不同春灌模式下棉花生育期內(nèi)0～100 cm土壤水分動(dòng)態(tài)變化如圖2所示。隨土層深度增加，C處理土壤含水率呈逐漸增加趨勢，而D處理呈先增加后減小的趨勢。全生育期0～80 cm土層深度D處理土壤含水率顯著高于C處理，且40～60 cm處差異最大，而80～100 cm土層土壤含水率則表現(xiàn)為C處理>D處理。2種春灌模式生育期0～100 cm土層平均含水率整體呈蕾期減小，花鈴期逐漸增大，吐絮期又逐漸減小的趨勢。D處理40～60 cm土層平均土壤含水率苗期達(dá)到最大，為14.92%，而后在生育期呈先減小再增大，在吐絮期又減小的變化規(guī)律，C處理40～80 cm土層平均土壤含水率從苗期開始逐漸減小，至吐絮期達(dá)到最小，減少了1.81%。

圖2 不同春灌模式下的土壤含水率變化特征

2.1.2 不同灌水定額對棉田土壤含水率的影響

圖3為各灌水處理在不同生育期土壤含水率剖面分布圖。從圖3可以看出，0～100 cm土層平均土壤含水率整體變化趨勢為隨灌水定額的增加而增加，隨土層深度的增加呈先增加后減少的趨勢。各生育階段0～60 cm土層土壤含水率均表現(xiàn)為隨灌水定額的增大而增大，說明上層土壤含水率主要受灌水定額的影響；80～100 cm土層土壤含水率呈現(xiàn)出與0～60 cm土層相反的規(guī)律，且土壤含水率從苗期到花鈴期變化幅度較小，說明灌溉對其深層土壤含水率影響較小，根系吸水主要集中在60 cm土層以上。

圖3 不同灌水定額下土壤含水率變化特征

2.2 生育期土壤鹽分變化特征

2.2.1 不同春灌模式對土壤鹽分的淋洗效果

表3為不同春灌模式0～100 cm土層土壤電導(dǎo)率。由表3可知，苗期D處理0～60 cm各土層土壤電導(dǎo)率明顯大于C處理，0～100 cm土層平均土壤電導(dǎo)率相差21.97%。蕾期和花鈴期D處理0～100 cm各土層土壤脫鹽率呈先增加后減小趨勢，鹽分積累發(fā)生在40 cm土層以上，且20～40 cm土層積鹽程度大于0～20 cm土層，40 cm以下土層則表現(xiàn)為脫鹽；0～100 cm土層土壤整體呈積鹽狀態(tài)，蕾期和花鈴期0～100 cm積鹽率分別為2.09%和2.70%。C處理0～100 cm各土層均表現(xiàn)為脫鹽，蕾期和花鈴期0～100 cm土層平均脫鹽率分別為14.29%和7.86%，花鈴期較蕾期相比脫鹽率降低了6.43%。進(jìn)入吐絮期后，C處理表層0～20 cm土層仍表現(xiàn)為脫鹽效果，20 cm以下土層則呈明顯積鹽狀態(tài)，但積鹽程度整體低于D處理，說明C處理對棉田土壤鹽分的淋洗效果優(yōu)于D處理。

表3 不同春灌模式土壤脫鹽率

2.2.2 不同灌水定額對土壤鹽分分布的影響

由表4可知，苗期W1處理0～20 cm和0～100 cm土層平均土壤電導(dǎo)率均小于W2、W3處理，但W2、W3處理0～100 cm土層平均土壤電導(dǎo)率差異很小。隨著生育期的推進(jìn)，W1灌水處理0～100 cm土層電導(dǎo)率持續(xù)增加，而W2、W3處理0～100 cm土層土壤脫鹽率整體表現(xiàn)為先減小后增加的趨勢。蕾期W1處理0～60 cm各土層均表現(xiàn)為積鹽；W2、W3處理0～20、20～40 cm土層均表現(xiàn)為脫鹽。進(jìn)入花鈴期，各灌水處理0～100 cm土層電導(dǎo)率較蕾期均增加，但隨著灌水定額的增加，增幅減小。吐絮期后各灌水處理鹽分累積主要發(fā)生在0～40 cm土層，W1、W2、W3處理棉田0～100 cm土層電導(dǎo)率分別增加30.11%、12.12%和11.11%。說明在本試驗(yàn)條件下，無論采用何種春灌模式和灌水定額處理，膜下滴灌種植1個(gè)季節(jié)后0～100 cm土層土壤發(fā)生積鹽，隨著灌水定額的增加，積鹽程度降低。

表4 不同灌水定額土壤脫鹽率

2.3 棉花生理生態(tài)指標(biāo)變化

2.3.1 棉花株高與莖粗變化

不同春灌模式及灌水定額條件下棉花株高和莖粗在全生育期的變化過程如圖4所示。株高和莖粗決定了株型，是反映作物群體長勢的重要指標(biāo)，也是生物量形成的重要參數(shù)。由于不同春灌模式及播種覆土等影響，棉花苗期生長指標(biāo)存在差異，整體表現(xiàn)為D處理的平均株高和莖粗均大于C處理，蕾期棉花開始進(jìn)入快速營養(yǎng)生長期，株高和莖粗增加較快，二者生長速率最大達(dá)到了1.59 cm/d和0.27 mm/d。株高和莖粗日增長速率隨灌水量的增加而增大，其中W3處理的株高和莖粗較W1處理分別增加了26.52%和17.92%。花鈴期棉花營養(yǎng)生長和生殖生長同時(shí)進(jìn)行，初花期以營養(yǎng)生長為主，盛花期以后營養(yǎng)生長減弱，生殖生長逐漸占優(yōu)勢，株高和莖粗生長速率減弱為0.13～0.70 cm/d和0.03～0.07 mm/d，株高至打頂前基本穩(wěn)定，此時(shí)株高主要是節(jié)間長度的增加。

圖4 不同處理下的棉花株高與莖粗

2.3.2 棉花生物量變化

不同春灌模式及灌水定額條件下棉花不同生育階段單株干物質(zhì)積累量與莖、葉、生殖器官占比如圖5所示。各處理棉花單株干物質(zhì)總量隨生育期推進(jìn)呈逐漸增加的趨勢，蕾期W1、W3處理干物質(zhì)累積量顯著差異（<0.05），花鈴期和吐絮期均表現(xiàn)為隨灌水定額的增加干物質(zhì)積累增加，吐絮期DW3處理單株干物質(zhì)量達(dá)到了最大，為127.59 g，較CW3、DW1處理分別增加了10.27%和61.31%。棉花不同生育階段各部分干物質(zhì)量占比差異明顯，隨著棉花生育期的推進(jìn)，各處理地上部生物量中葉片和莖稈的分配比例逐漸減小，而生殖器官花、鈴所占比例逐漸增大。蕾期各處理生殖器官占比不到10%；花鈴期，棉花各器官干物質(zhì)量變化明顯，棉葉生長放緩，生殖器官占比開始逐漸增加，占到總物質(zhì)量的59.81%～64.71%；進(jìn)入吐絮期后，受無灌溉水補(bǔ)給和植株衰老的影響，葉片和莖稈生長減緩趨勢較大，生殖器官占比增加成為主要趨勢，最終占到總干物質(zhì)量的63.57%～69.72%。

圖5 不同處理棉花單株干物質(zhì)量與各器官占比

2.4 棉花產(chǎn)量與水分利用效率

不同處理的產(chǎn)量與水分利用效率如表5所示。由表5可知，同一春灌處理下，不同灌水定額處理間耗水量有顯著差異，耗水量隨著灌水定額的增加而增加；在同一灌水定額處理下，不同春灌處理間耗水量無顯著性差異。春灌模式（<0.01）和灌水定額（<0.01）對單株鈴數(shù)有顯著影響，春灌模式與灌水定額的交互作用極顯著（<0.01）影響了單株鈴數(shù)。在滴水春灌（D處理）方式下，單株鈴數(shù)隨灌水定額的增加而增加，且差異達(dá)顯著水平，但處理間單鈴質(zhì)量均無顯著差異。在常規(guī)春灌（C處理）模式下，單株鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量均隨灌水定額的增加而增加，W2、W3處理間單株鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量無顯著差異，但W3處理單株鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量顯著高于W1處理。春灌模式（<0.01）和灌水定額（<0.01）對籽棉產(chǎn)量有顯著影響，春灌模式與灌水定額的交互作用極顯著（<0.01）影響了單株鈴數(shù)。籽棉產(chǎn)量隨灌水定額的增加而增加，說明適量提高灌水定額有利于提高籽棉產(chǎn)量，DW1處理棉花產(chǎn)量最低，為5 137.44 kg/hm2，與DW1處理相比，DW3處理與CW1處理的產(chǎn)量分別提高了31.13%和14.19%。在同一灌水定額下，籽棉產(chǎn)量表現(xiàn)為C處理>D處理。春灌模式（<0.01）對I有顯著影響。由于灌水增加對棉花的增產(chǎn)效應(yīng)有限，I隨灌水定額的增加而減小，C處理的I明顯高于D處理。春灌模式（<0.01）和灌水定額（<0.05）均對ET有顯著影響。ET隨灌水定額的增加而增加，相同灌水定額下，C處理的ET大于D處理，說明春灌模式與灌水定額的不同，對ET的影響較大。

表5 不同處理下的棉花產(chǎn)量和水分利用效率

注 同列不同字母表示處理間差異顯著（<0.05）。*在<0.05水平下差異顯著；**在<0.01水平下差異顯著；ns表示差異不顯著。

3 討論

2種春灌模式，均能在土壤中儲(chǔ)存較高的水分，能夠滿足棉花出苗時(shí)期的土壤墑情，保證棉花出苗期間的土壤水分。但是，不同春灌模式下土壤水分的運(yùn)移規(guī)律并不相同，以地面灌方式進(jìn)行春灌，水分滲漏損失大，播后淺層含水率較低，而以滴水春灌模式進(jìn)行驅(qū)鹽造墑灌溉，即使灌水量較少，但滴灌方式使水分入滲均勻且覆膜能減少土壤蒸發(fā)水分損失，土壤表層始終處于濕潤狀態(tài)[24-25]，淺層土壤含水率較高，有利于棉花植株苗期的生長發(fā)育[26]，這與本文研究結(jié)論基本一致。本研究表明，生育期內(nèi)滴水春灌0～80 cm土層土壤含水率高于常規(guī)春灌，而80 cm以下土層則相反，主要是由于常規(guī)春灌產(chǎn)生了大量的滲漏損失，春季隨著氣溫升高，土壤蒸發(fā)增強(qiáng)，土壤含水率減??；滴水春灌由于覆膜減少了土壤蒸發(fā)，因而上層的土壤含水率較大，隨著土層深度的增加，較小的滴灌量對深層土壤含水率的影響并不明顯[10]。棉花生育期2種春灌模式的灌水定額和周期均相同，已有研究[27]發(fā)現(xiàn)，當(dāng)灌水周期相同時(shí)，主根區(qū)的土壤含水率與灌水定額正相關(guān)，即灌水定額越大，灌溉期平均含水率就越大，這與本研究結(jié)論一致，但同時(shí)有研究[22]表明，生育期0～30 cm土壤平均含水率為蕾期>花鈴期>苗期>吐絮期，而40～100 cm土壤平均含水率表現(xiàn)為花鈴期>蕾期>吐絮期>苗期。這與本研究結(jié)論不太一致，試驗(yàn)研究得出，生育期0～30 cm土壤平均含水率為花鈴期>苗期>蕾期>吐絮期，而40～100 cm土壤平均含水率表現(xiàn)為苗期>花鈴期>蕾期>吐絮期。主要是由于其試驗(yàn)在棉花4個(gè)生育期均進(jìn)行了灌水，且灌溉定額比本試驗(yàn)大，灌水周期較短，全生育期灌水次數(shù)增加，因此導(dǎo)致各生育階段土壤含水率有較大差異。

不同春灌模式下的土壤鹽分運(yùn)移不同。土壤水分是控制鹽分運(yùn)移的主要因素，灌水定額的大小直接影響土壤中的鹽分分布[28]，與常規(guī)地面灌溉方式相比，滴灌更能有效保持水分，均勻驅(qū)離鹽分[19]。由于冬季土壤凍融使鹽分出現(xiàn)表聚，滴水春灌模式播前滴水對土壤淺層鹽分進(jìn)行了淋洗，但由于灌水定額小難以將土壤表層聚集的鹽分向深層土壤淋洗[29-30]，苗期在蒸發(fā)作用下深層的鹽分向上遷移，導(dǎo)致苗期盡管土壤含水率較高，但大量的鹽分以溶解態(tài)形式存在于土壤水分中，致使滴水春灌苗期的土壤鹽分高于常規(guī)春灌。蕾期和花鈴期是棉花進(jìn)入營養(yǎng)生長和生殖生長互為消長的階段，棉花耗水量增多，由于土壤蒸發(fā)、植株蒸騰和滴灌施肥共同引起淺層土壤鹽分變幅增大[31-32]，至吐絮期各土層均出現(xiàn)了鹽分積累，總體上滴水春灌鹽分積累程度大于常規(guī)春灌。在生育期灌水量方面，姚寶林[22]研究發(fā)現(xiàn)，無論采用何種灌水定額，棉花各生育階段均表現(xiàn)為表層0～30 cm土層的鹽分變化幅度高于40～100 cm土層，較小的灌水定額對鹽分的淋洗效果有限，土壤表層返鹽嚴(yán)重，生育期發(fā)生了積鹽，而增加灌水定額有利于降低土壤含鹽量，這與本研究結(jié)論基本一致。但鄭耀凱等[33]和王峰等[34]研究認(rèn)為，增加灌水定額雖然可以增加鹽分的淋洗量，但同時(shí)也會(huì)帶來較強(qiáng)的農(nóng)田蒸散發(fā)，帶動(dòng)下層鹽分向上遷移，使作物根系活動(dòng)層出現(xiàn)積鹽。這與本研究結(jié)果不一致，主要原因是本試驗(yàn)的滴灌帶布設(shè)方式與其不同，且灌水定額較大，均勻的將鹽分淋洗至深層，因此生育期灌水期間棉花根系層積鹽較少。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，蕾期和花鈴期W2、W3灌水定額下0～20、20～40 cm土層土壤電導(dǎo)率明顯降低，且隨著灌水定額的增加0～100 cm土層脫鹽率提高，這主要和土壤質(zhì)地與所選取的灌水定額等有關(guān)。經(jīng)過1個(gè)生長季種植，無論采用何種灌水定額，鹽分均在棉田發(fā)生累積，但隨著灌水定額的增加，鹽分積累程度在降低，這與牟洪臣等[35]研究結(jié)果一致。

在棉花干物質(zhì)積累、產(chǎn)量及水分利用效率等方面，春灌模式及生育期灌水定額對棉花的生長有較大的影響，增加灌水定額有利于棉花的生長，促進(jìn)干物質(zhì)積累，提高產(chǎn)量，這是因?yàn)殡S著灌水定額的增加棉花主根區(qū)的土壤含水率增加，鹽分含量降低。隨著灌水定額的增加，水分利用效率反而降低，這與王風(fēng)姣等[36]和Yang等[37]研究結(jié)果一致。而高龍等[38]、董楠等[39]和王峰等[40]研究發(fā)現(xiàn)，相同灌水次數(shù)下，灌溉定額過高和過低均不利于棉花產(chǎn)量的提高，這與本研究結(jié)論不一致。主要是隨著灌溉定額的增加，棉花各農(nóng)藝性狀生長較快，容易引起棉花瘋長，在花鈴后期不能正常坐果，導(dǎo)致產(chǎn)量降低，而本試驗(yàn)所選取的W3灌水定額與其中等灌水定額相近，因而灌水量適中，化控及時(shí)，未引起棉花過度生長，因此并未導(dǎo)致減產(chǎn)。劉翔等[41]和Watt等[42]研究發(fā)現(xiàn)，蕾期過度的水分虧缺造成幼蕾脫落，生殖生長減弱，花鈴期造成蕾鈴大量脫落，導(dǎo)致減產(chǎn)，而申孝軍等[43]和張迎春等[44]研究表明，適時(shí)適量水分虧缺有利于提高水分利用效率，這與本研究結(jié)果一致，隨著灌水定額的降低，棉花生長受到了限制，從而導(dǎo)致蕾鈴脫落，棉花早熟等引起產(chǎn)量降低。棉花收獲后至棉田春灌前的時(shí)期，由于沒有進(jìn)行灌溉淋洗，且隨著地溫的升高，土壤返鹽明顯，棉田土壤鹽分較棉花收獲后的土壤鹽分值有所提高，并在春灌前保持較高值變化，春灌定額越大對土壤鹽分的淋洗效果越好[13]，這與本研究結(jié)果一致。由于春灌前土壤基礎(chǔ)鹽分較高，滴水春灌較小的春灌定額對鹽分淋洗不充分，生育期棉花主根區(qū)鹽分積累嚴(yán)重，棉花生育期受到的鹽分脅迫影響作物對水肥的吸收，降低了單株鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量，引起減產(chǎn)，這與Li等[45]研究結(jié)果一致。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)0～100 cm土層土壤基礎(chǔ)電導(dǎo)率大于3.37 mS/cm時(shí)，滴水春灌模式造成土壤鹽漬化加劇，因此從脫鹽效果和節(jié)水增產(chǎn)等方面綜合考慮，在此土壤含鹽量下南疆地區(qū)生育期常規(guī)灌溉制度可能并不完全適用于滴水春灌模式，對滴水春灌的生育期灌溉策略需進(jìn)一步研究。為此，從土壤水鹽分布、生育期灌水定額等角度分析，結(jié)合棉花的生長和產(chǎn)量，以及灌區(qū)節(jié)水需求，滴水春灌模式應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注蕾期和花鈴期棉花主根系層土壤鹽分的積累，需進(jìn)一步探討保證全年總灌水量不變的情況下，將滴水春灌模式部分春灌水量調(diào)整至生育期，是否既可提高地溫、改善棉種周圍的土壤水鹽狀況，保障出苗，又可以減輕棉花生育期根區(qū)受到的水鹽脅迫，進(jìn)而保證棉花正常生長，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)增效，為南疆滴水春灌膜下滴灌技術(shù)的應(yīng)用推廣提供理論依據(jù)與技術(shù)支撐。

4 結(jié)論

1）滴水春灌模式生育期棉花主根系平均土壤含水率較常規(guī)春灌增加46.62%，平均土壤電導(dǎo)率增加16.47%，各灌水處理脫鹽區(qū)、積鹽區(qū)主要發(fā)生在0～40 cm土層，收獲前各處理0～100 cm土層鹽分均發(fā)生了不同程度的積累，隨著灌水定額的增加，鹽分積累程度降低。

2）在W1、W3灌水定額下，春灌模式對產(chǎn)量和水分利用效率沒有顯著影響，但在W2灌水定額下，滴水春灌模式產(chǎn)量和水分利用效率較常規(guī)春灌分別減少了19.67%和15.08%。

3）從棉花產(chǎn)量和水分利用效率方面綜合考慮，滴水春灌模式下，灌水定額推薦為45 mm（W3）；常規(guī)春灌模式下，灌水定額37.5 mm（W2），全生育期灌水10次，可以獲得合理的鹽分分布與脫鹽效果，籽棉產(chǎn)量為7 207.8 kg/hm2，是實(shí)現(xiàn)抑鹽、控水、高產(chǎn)的適宜棉花灌溉制度。

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Effects of Spring Irrigation on Water and Salt Distribution in Soil and Cotton Growth in Southern Xinjiang

GAO Fukui1,2, WANG Lu1,4, LI Xiaogang3, NING Huifeng1, HAN Qisheng1, LIU Hao1*, FENG Quanqing1,2

(1. Farmland Irrigation Research Institute, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Key Laboratory of Crop Water Use and Regulation, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Xinxiang 453002, China;2. Graduate School of Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081, China; 3.Hydrology and Water Resources Management Center of the First Division of Xinjiang Production and Construction Corps, Alaer 843300, China; 4. College of Water Conservancy and Architecture Engineering, Tarim University, Alaer 843300, China)

【Objective】Soil salinity is an abiotic factor facing agriculture production in Xinjiang, and a common remediation is to leach the salt out of the root zone before planting. Taking cotton as an example, this paper studied the efficacy of pre-planting drip irrigation in desalinizing the soil and sustaining cotton growth.【Method】The experiment was conducted in a cotton field. It consisted of two pre-treatments: drip-irrigating 90 mm of water before seed drilling, and conventional flooding irrigation using 180 mm of water before seed drilling. After that the crops were watered ten times using mulched drip irrigation, each irrigating 30 mm (W1), 37.5 mm (W2) or 45 mm (W3) of water. During the experiment, we measured the changes in soil water and salt contents, growth, dry matter accumulation, yield, and water use efficiency of the crop in each treatment. 【Result】 Compared with conventional flooding spring irrigation, spring drip irrigation kept soil moistened enough for seedling emergence; it also significantly increased water content in the 0～80 cm soil layer during the whole growing period. Salt accumulated in the 0～40 cm soil layer, with itsat bud and boll stages increasing by 7.84% and 8.75%, respectively, compared to that at seedling stage. Soilincreased as time elapsed in all treatments, but the increase decreased as the irrigation amount increased, within the 0～100 cm soil layer in W1, W2 and W3 increasing by 30.11%, 12.12% and 11.11%, respectively. Increasing irrigation amount also improved plant height, stem diameter, dry matter accumulation, yield and water use efficiency, but reduced irrigation water use efficiency. There was no significant difference in yield and water use efficiency between W1 and W3 regardless of the spring irrigations, but the yield and water use efficiency in W2 differed significantly between the two spring irrigations. 【Conclusion】Considering cotton yield and water use efficiency, the optimal irrigation quots for the whole growth period is 45 mm combined with a spring drip irrigation of 90 mm to leach the salt out of the root zone. For conventional spring irrigation to leach the salt, the irrigation quots of the 10 subsequent irrigations can be reduced to 37.5 mm in which the seeded cotton yield reached 7 207.81 kg/hm2.

drip seeding; cotton field under film drip irrigation; water and salt distribution; yield; water use efficiency

1672 - 3317（2023）01 - 0054 - 10

S274.1

A

10.13522/j.cnki.ggps.2022404

高?？? 王璐, 李小剛, 等.不同灌溉制度對南疆棉田水鹽分布及作物生長的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2023, 42(1): 54-63.

GAO Fukui, WANG Lu, LI Xiaogang, et al. Effects of Spring Irrigation on Water and Salt Distribution in Soil and Cotton Growth in Southern Xinjiang[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2023, 42(1): 54-63.

2022-07-20

國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（CARS-15-13）

高福奎（1997-），男。碩士研究生，主要從事作物高效用水理論與技術(shù)研究。E-mail: 1083825809@qq.com

劉浩（1977-），男。研究員，主要從事作物高效用水理論與技術(shù)研究。E-mail: liuhao-914@163.com

責(zé)任編輯：白芳芳