不同灌溉制度对南疆棉田水盐分布及作物生长的影响_高福奎.pdf

2023 年 1 月 灌溉排水学报 第 42 卷 第 1 期 Jan.2023 Journal of Irrigation and Drainage No.1 Vol.42 54 文章编号：1672-3317（2023）01-0054-10 不同灌溉制度对南疆棉田水盐分布及作物生长的影响 高福奎1,2，王 璐1,4，李小刚3，宁慧峰1，韩其晟1，刘 浩1*，冯泉清1,2（1.中国农业科学院 农田灌溉研究所/农业农村部作物需水与调控重点开放实验室，河南 新乡 453002；2.中国农业科学院 研究生院，北京 100081；3.新疆生产建设兵团第一师水文水资源管理中心，新疆 阿拉尔 843300；4.塔里木大学 水利与建筑工程学院，新疆 阿拉尔 843300）摘 要：【目的】探究不同春灌策略下膜下滴灌棉田生育期适宜灌溉定额。【方法】通过大田小区试验，设计播前滴水春灌（春灌量 90 mm）和常规春灌（春灌量 180 mm）2 种春灌模式，每种模式下在棉花生育期设计 3 种灌水定额（W1:30 mm、W2:37.5 mm、W3:45 mm）处理，研究春灌模式与灌水定额对膜下滴灌棉田土壤水盐动态变化、棉花生长、干物质积累、产量和水分利用效率的影响。【结果】与常规春灌相比，滴水春灌能够保证棉花苗期出苗所需的土壤水分，且能显著提高生育期 080 cm 土层的土壤含水率；与苗期相比，滴水春灌棉花生育期 040 cm 土层出现积盐区，蕾期和花铃期 040 cm 土层电导率分别增加了 7.84%和 8.75%，滴水春灌生育期末 0100 cm 土层土壤电导率较常规春灌增加 8.37%；不同灌水定额下 0100 cm 土层土壤电导率均呈增加趋势，但随着灌水定额的增加土壤剖面电导率显著降低，W1、W2、W3 处理积盐率分别为 30.11%、12.12%和 11.11%；随着灌水定额的增加，株高和茎粗显著提升，干物质积累量明显增加，产量增加，而灌溉水利用效率（WUEI）减小，水分利用效率（WUEET）增大；在 W1、W3 灌水定额下，不同春灌模式间产量和水分利用效率无显著差异，但在 W2 灌水定额下，不同春灌模式间产量和水分利用效率差异显著。【结论】从棉花产量和水分利用效率方面综合考虑，滴水春灌模式下，灌水定额推荐为 45 mm（W3）；常规春灌模式下，灌水定额为 37.5 mm（W2），全生育期灌水 10 次，可以获得合理的盐分分布与脱盐效果，籽棉产量为 7 207.81 kg/hm2，是实现抑盐、控水、高产的适宜棉花灌溉制度。关 键 词：滴水春灌；覆膜棉田；水盐分布；产量；水分利用效率 中图分类号：S274.1 文献标志码：A doi：10.13522/ki.ggps.2022404 OSID：高福奎,王璐,李小刚,等.不同灌溉制度对南疆棉田水盐分布及作物生长的影响J.灌溉排水学报,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 XinjiangJ.Journal of Irrigation and Drainage,2023,42(1):54-63.0 引 言 【研究意义】新疆是我国重要的棉花生产基地，南疆棉花种植面积达到新疆种植总面积的 67%以上1，棉花是南疆主要的耗水作物之一2。由于独特的地理气候条件造成当地水资源短缺3-4，水资源匮乏和土壤盐渍化是限制棉花产能提升的 2 大重要资源环境问题5-9。为了实现抑盐增产，需在非生育期进行冬春灌以达到淋洗盐分的目的10。传统地面灌方式的冬春灌虽然对淋洗和控盐具有积极作用，但灌溉效率低下，耗水量较大，棉田全年耗水量没有实质性下降，节水效果并不显著。在南疆农业用水量配比减少的趋势下和棉花生育期节水潜力难以发掘的情况下，探索免冬灌、滴水春灌和干播湿出等高效节水灌溉技术对南疆棉花产业的可持续发展具有重要生产实际意义。收稿日期：2022-07-20 基金项目：国家棉花产业技术体系建设专项资金项目（CARS-15-13）作者简介：高福奎（1997-），男。硕士研究生，主要从事作物高效用水理论与技术研究。E-mail: 通信作者：刘浩（1977-），男。研究员，主要从事作物高效用水理论与技术研究。E-mail:liuhao-【研究进展】土壤盐渍化问题长期以来是制约着农业发展的重要因素11，国内外学者对于土壤盐渍化的发生与发展规律做了大量的研究。非生育期灌溉淋洗能有效减少生育期主根区土壤含盐量12。然而，不合理的冬春灌淋洗方式使 080 cm 土层内积盐脱盐交替过于频繁，会造成不必要的水资源浪费13-14。为了解决大定额的冬春灌溉引起的地下水位上升和土壤持续退化等问题，免春灌、免冬灌等非生育期棉田节水技术应运而生14。适时适量春灌是改良利用盐碱地的有效措施15，春灌使土壤保持一定的湿度，起到固土保墒的作用，为作物播种创造有利条件16，促使种子发芽等方面效果显著17，有效提高棉花产量18。王兴鹏14研究发现，在不同冬春灌模式中，当淋洗定额相同时，春灌处理棉花出苗率和产量明显高于冬春全灌和冬灌处理。免冬春灌后的干播湿出技术节省冬春灌洗盐压碱水 5 4005 850 m3/hm2，棉花增产6%34.95%16。同样，北疆免冬春灌的干播湿出技术除了能够显著降低棉田灌溉用水，同时还具有提高地温和促进棉种萌发等优势19-20。但有研究21表明干播高福奎 等：不同灌溉制度对南疆棉田水盐分布及作物生长的影响 55 湿出技术在南疆高蒸散区的盐碱棉田会出现盐分表聚、土壤板结等问题，严重影响棉田的出苗，造成棉花产量的显著降低。因此，适当的春灌在南疆仍然较为重要。【切入点】南疆一师水利局推出的免冬灌“滴水春灌”模式正在进行试点研究，并计划逐步推广，但是关于膜下滴灌棉花的研究成果大多针对有冬春灌情况，而采用免冬春灌后的土壤水盐环境不同于常规的冬春灌，对于该模式下各生育阶段土壤水盐时空变化规律及积脱盐规律研究较少22，尤其缺乏将淋洗定额-水盐动态-棉花生长作为整体考虑的研究。【拟解决的关键问题】为此，以南疆棉田为研究对象，采用滴水春灌模式，研究棉田土壤水盐运移规律及棉花生长、干物质积累、产量和水分利用效率，探究滴水春灌模式能否在保证棉花产量的前提下持续实施。研究成果旨在为促进南疆地区农业生态环境良性循环、棉田灌溉水高效利用和土壤盐渍化防治提供理论基础和技术支持。1 材料与方法 1.1 研究区概况 试验于 2021 年 410 月在新疆生产建设兵团一师水利局十团的灌溉试验站进行（811756.52E，403236.90N，海拔 1 014 m）。该站位于塔里木河流域附近的平原荒漠绿洲区内，试验区属暖温带极端大陆性干旱荒漠气候，春季常伴有大风浮尘，夏季天气酷热，干旱少雨，光照充足，蒸发强烈，昼夜温差较大。多年平均气温在 11.3，积温 3 4504 432，试验地为砂质壤土，土壤透气性良好，地下水埋深大于 3 m，该区光热资源丰富，农业为纯灌溉农业，试验地土壤基本物理参数见表 1，土壤粒径采用国际制土壤质地分级标准。表 1 土壤基本物理参数 Table 1 Basic physical parameters of soil 土层/cm 黏粒/%粉粒/%砂粒/%土壤质地 EC/(mS cm-1)饱和含水率/(cm3 cm-3)田间持水率/(cm3 cm-3)干体积密度/(g cm-3)020 0.37 17.05 82.58 砂质壤土 3.33 0.24 0.17 1.63 2040 0.2 12.95 86.85 砂质壤土 3.77 0.26 0.17 1.60 4060 0 5.06 94.94 砂质壤土 3.46 0.27 0.18 1.58 6080 0.24 19.17 80.59 砂质壤土 3.38 0.28 0.21 1.57 80100 0.26 20.63 79.11 砂质壤土 2.9 0.29 0.19 1.54 1.2 试验设计 试验设置非生育期常规春灌（C）和滴水春灌（D）2 种免冬灌春灌模式，其中 C 模式于播种前 1 周春灌结束，灌溉定额为 180 mm；D 模式为播种前预先铺设滴灌带并覆膜，然后通过滴灌方式进行播前造墒驱盐灌溉，灌溉定额为 C 处理的 50%（90 mm），于播种前 3 d 灌水结束。每种春灌模式生育期内分别设置3 个灌水水平，灌水定额分别为 30 mm（W1）、37.5 mm（W2）、45 mm（W3），共设置 6 个处理，采用等量灌溉，第 1 次灌溉日期为 6 月 13 日，蕾期（6月 431 日）和花铃期（7 月 1 日8 月 19 日）灌水周期分别为 10 d 和 7 d，生育期共灌水 10 次，最后 1 次灌溉日期为 8 月 19 日。每个处理设置 3 个重复，共 18 个小区，小区面积为 70 m2，相邻小区间设置隔离带，避免水分相互渗透影响试验结果。按照裂区设计进行田间布置（表 2）。1.3 种植方式与农艺措施 试验供试棉花品种为“中棉 113”，棉花于 4 月9 日播种，7 月 27 日打顶，10 月 13 日收获，生育期累积降水量为 75.8 mm。试验采用机采棉种植模式，1 膜 3 带 6 行滴灌带铺设方式（图 1），行距（66+10）cm，播种密度为 24 万株/hm2。试验用水为井水（矿化度为 2.18 g/L），水表量测灌水量，所用的滴灌设备配有自动调压泵、施肥罐等设备，滴灌带为内镶贴片式滴灌带，规格为 16，滴头流量为 2.2 L/h，滴头间距 30 cm。播种前施用复合肥（N）（P2O5）（K2O）为 181615）1 200 kg/hm2，生育期共随水滴施棉花专用肥（N）（P2O5）（K2O）为 181213）1 200 kg/hm2，喷施农药等均按当地农艺措施进行。表 2 试验设计 Table 2 Experimental design 春灌处理 灌水水平 春灌定额/mm 灌水定额/mm 滴水春灌（D）W1 90 30 W2 90 37.5 W3 90 45 常规春灌（C）W1 180 30 W2 180 37.5 W3 180 45 图 1 棉田布置方式和土壤取样点示意图 Fig.1 Cotton planting pattern and soil sampling sites 滴灌带 地膜 取样点 10 10 10 66 66 228 33 33 单位：cm 灌溉排水学报 http:/ 56 1.4 测定项目与方法 1.4.1 土壤含水率 土壤含水率采用取土烘干法测定。于每次灌水前及各生育阶段始末取土，取土位置为膜间中央、边行滴灌带下、膜中心、中间行滴灌带下 4 处（图 1），取样深度分别为 010、1020、2030、3040、4060、6080、80100 cm，分别代表 10、20、30、40、60、80、100 cm 处的试验结果。棉花耗水量（ETa，mm）采用水量平衡公式进行计算，计算式为：ETa=I+P+U-Rf-H+(W0-Wt)，（1）式中：I 为灌水量（mm）；P 为降雨量（mm）；U为地下水补给量（mm），该试验区地下水埋藏较深，可忽略不计；Rf为地表径流量（mm），试验区地势平坦，土质为沙壤土，且年均降雨量小，故 Rf近似为 0；H 为深层渗漏量（mm），计算方法为灌水或降水前 80 cm 土层内土壤有效含水量（mm）+灌水量或降水量（mm）-田间持水量（mm）22；W0、Wt分别为该时段初期和时段末期的土壤储水量（mm）。1.4.2 土壤含盐量 土壤含盐量采用电导率值表征，取样方式同土壤含水率。将土样烘干碾碎，称取过 1 mm 筛的土样 20 g于三角瓶中，加入 100 mL 蒸馏水，振荡 10 min，静置 15 min 后用滤纸过滤，制成土水质量比为 15 的土壤水浸提