(新疆維吾爾自治區(qū)水資源中心， 新疆 烏魯木齊 830000)

干旱區(qū)不同灌溉方式下棉花生長與水分利用研究

曹偉

(新疆維吾爾自治區(qū)水資源中心， 新疆 烏魯木齊 830000)

通過田間試驗，研究不同灌水方式(膜下滴灌、地下滴灌與微潤灌溉)和水分處理對棉花生長與水分利用的影響，結(jié)果表明：在單株葉面積方面，膜下滴灌﹥地下滴灌﹥微潤灌溉，分別為0.79m2，0.7m2與0.57m2；地上部干物質(zhì)積累量以膜下滴灌最大(55.3g)，地下滴灌次之(38.16g)，微潤灌最小(18.3g)；棉花根冠比，微潤灌(0.6)>地下滴灌(0.52)>膜下滴灌(0.28)；作物產(chǎn)量以膜下滴灌最大(3810kg/hm2)，微潤灌最小(3135kg/hm2)，地下滴灌介于二者之間(為3720kg/hm2)；從水分生產(chǎn)效率來看，微潤灌高達1.43kg/m3，膜下滴灌和地下滴灌分別為0.82kg/m3和0.8kg/m3。研究結(jié)果對于指導(dǎo)當(dāng)?shù)孛藁óa(chǎn)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展具有重要參考價值。

灌溉方式；棉花；微潤灌溉；生長特性；水分利用；孔雀河流域

新疆地處西北內(nèi)陸干旱區(qū)，水資源匱乏。在水資源開發(fā)利用過程中，生產(chǎn)、生活和生態(tài)“三生”爭水的矛盾日益突出[1-2]。加強農(nóng)業(yè)高效節(jié)水灌溉技術(shù)研究，對于提高農(nóng)業(yè)水資源利用率，提升用水安全，推進干旱區(qū)水資源可持續(xù)利用，具有重要現(xiàn)實意義[3-6]。

棉花是新疆南疆地區(qū)普遍種植的一種重要經(jīng)濟作物，目前關(guān)于南疆地區(qū)不同灌溉方式對棉花生長和產(chǎn)量影響的研究還鮮見報道。鑒于此，本研究針對新疆孔雀河流域棉花作物，開展不同灌溉方式對其生長、產(chǎn)量及水分利用影響的研究，旨在篩選出適合本地區(qū)的最有效的節(jié)水灌溉方式。

1 研究區(qū)概況

試驗在新疆庫爾勒市西尼爾鎮(zhèn)巴音郭楞管理局水利科研所(41°36′N，86°12′E)進行。試驗區(qū)地處天山南麓塔里木盆地北緣、孔雀河沖積平原帶，為暖溫帶大陸性荒漠氣候。多年平均降雨量53.3～62.7mm，多年平均蒸發(fā)量2273～2788mm，日照時數(shù)3036.2h，年均氣溫11.5℃，不小于10℃積溫4121.2℃，無霜期191d。試驗區(qū)土壤類型主要為粉砂壤土，地下水埋深1.8～2.2m。

2 試驗設(shè)計與數(shù)據(jù)處理

2.1 試驗設(shè)計

棉花品種為“新陸中55號”，灌溉用水為孔雀河來水，礦化度為0.7～1.1g/L。采用3種灌溉方式：膜下滴灌，地下滴灌，微潤灌。膜下滴灌采用迷宮式滴灌帶，直徑16mm，滴頭間距30cm，滴頭流量1.8L/h，全生育期灌水10次；地下滴灌采用地下滴灌帶，直徑16mm，滴頭間距30cm，滴頭流量1.1L/h，滴灌帶埋深20cm，每日灌水根據(jù)生育階段不同，灌水定額不同；微潤灌采用微潤管，直徑20mm，埋深20cm，采用微型水泵加壓(3m水頭)，持續(xù)供水。

膜下滴灌和地下滴灌全生育期灌水量約465mm，微潤灌全生育期灌水量約220mm，均不含出苗水。各處理均設(shè)3個重復(fù)。

2.2 測定項目與方法

2.2.1 土壤水分測定

采用PR2土壤剖面水分傳感器水分儀(Delta-T，英國)測定。對不同灌溉方式，分別埋設(shè)在窄行中間、寬行中間和膜間，測定土層深度為10cm、20cm、30cm、40cm、60cm、100cm(見圖1)。

圖1 種植模式及PR2管布置示意

2.2.2 植株生長測定

每個處理選6株棉花進行定株觀測，內(nèi)外行各3株，測定莖粗、株高、節(jié)高、果枝臺數(shù)等[7-8]。測定時間與次數(shù)：蕾期1次，花鈴期2次，吐絮期1次。

2.2.3 莖流速率測定

棉花莖流速率利用能量平衡原理，應(yīng)用Dynagage能量平衡傳感器，通過測量水分運輸時產(chǎn)生的熱量變化，確定植物莖流水分消耗。

2.2.4 光合測定

采用CIRAS-3便攜式光合測量系統(tǒng)(PP System，美國)，以膜下滴灌灌水時間為參照，在棉花盛鈴期灌水3天后，選擇晴朗天氣進行測定。

2.2.5 產(chǎn)量測定

產(chǎn)量測定分為定株測定和試驗區(qū)的測定，各試驗處理及重復(fù)均單獨測定。測定方法：記錄其株數(shù)、鈴數(shù)及有效鈴數(shù)(直徑2cm以上)；在每個處理均勻摘取100朵，曬干，稱其重量后，取其平均數(shù)，得出單鈴重。

3 結(jié)果與分析

3.1 土壤水分分析

不同灌溉方式的土壤濕潤區(qū)域不同(見圖2)，其中膜下滴灌土壤濕潤區(qū)主要為淺層土壤，且呈現(xiàn)出寬淺型濕潤區(qū)的特征；地下滴灌和微潤灌的土壤濕潤區(qū)均呈現(xiàn)出以滴灌帶(微潤帶)為中心的同心圓分布形式。由于微潤灌采用的是持續(xù)供水方式，所以濕潤體范圍土壤水分較均勻，且土壤水分主要為水平擴散；地下滴灌為每日供水，且灌水量較微潤灌大，形成的濕潤體則偏向于向垂直方向發(fā)展。

圖2 不同灌溉方式土壤水分分布特征

3.2 作物生長與生理特性分析

3.2.1 作物生長特性分析

在不同灌溉方式下測定棉花株高、莖粗、單株葉面積等生長指標(biāo)，直至生育期結(jié)束(見圖3)。

圖3 不同灌溉方式棉花生長指標(biāo)對比

其中棉花株高表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌溉，株高分別為70cm，63cm與51cm，說明灌水量多有利于棉花株高的增長。

莖粗表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌溉，莖粗分別為10.28mm，9.36mm與8.35mm，說明灌水量多有利于棉花莖粗的增長。

葉面積表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌溉，單株葉面積最大分別為0.79m2，0.7m2與0.57m2，說明在控制好株高的條件下，灌水量多有利于棉花葉面積的增加。

3.2.2 莖流變化

對不同灌溉方式采用包裹莖流傳感器測定7月30日、7月31日與8月1日莖流日變化過程(見圖4)。

圖4 不同灌溉方式棉花莖流日變化過程對比

由圖4可以看出，微潤灌溉、地下滴灌與膜下滴灌棉株的莖流日變化過程趨勢是相同的，即呈單峰形變化，夜間波動平緩，白天流速大于夜里。隨著時間的延續(xù)，莖流流速先增大，后減小。0:00—08:00莖流速率較低，08:00—09:00莖流速率開始增大，13:00—16:00莖流速率達到峰值，19:00—20:00莖流速率開始大幅下降，20：00—22:00莖流速率降低到較低狀態(tài)。從莖流速率開始增加至大幅下降，白天棉花莖流速率活動時間長達13h。

夜晚棉花的莖流速率：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌溉，但地下滴灌與微潤灌溉的莖流速率差別不大；白天莖流速率的峰值為：微潤灌溉>地下滴灌>膜下滴灌，但地下滴灌與膜下滴灌的莖流速率峰值差別不大。

由圖5可以看出，棉花莖流日累積量：地下滴灌>微潤灌>膜下滴灌，全天累計莖流量分別為214.83g/d，199.1g/d，167.7g/d。這主要是由于地下滴灌與微潤灌每天都在灌水，并且地下滴灌的日灌水量大于微潤灌的日灌水量，而膜下滴灌7天才灌一次水，此次測定時間為灌后4天，所以膜下滴灌棉花累計莖流量最小。

圖5 不同灌溉方式棉花莖流日累計變化

3.2.3 光合速率分析

3種灌水方式條件下，光合速率表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌(見表1)；光飽和點表現(xiàn)為：膜下滴灌>微潤灌>地下滴灌。微潤灌條件下最大凈光合速率為膜下滴灌處理的69.6%，地下滴灌處理的88.1%。擬合結(jié)果表明：微潤灌處理的光補償點最小，為78.52μmol/(m2·s)；同時暗呼吸速率介于膜下滴灌和地下滴灌，為3.028μmol/(m2·s)。

表1 不同灌溉方式下作物光合作用光響應(yīng)曲線的模型擬合結(jié)果與實測值

3.2.4 棉花干物質(zhì)積累分析

采用雙向切片法采樣獲得根系分布參數(shù)，取樣時以棉株為中心，按10cm×10cm×10cm的樣方在水平和深度方向取樣，從寬行中間直至膜外裸地中間，將取出根樣過篩沖洗后撿出根系，并在80℃條件下烘干至恒重。最后繪制不同灌溉方式下棉花根重密度分布等值線圖，如圖6所示。

圖6 不同灌溉方式棉花根重密度分布

由于不同灌溉方式形成的土壤濕潤區(qū)域不同，且根系生長具有向水性和向肥性，所以根重密度的分布與土壤濕潤形式基本一致。

膜下滴灌根重密度較大區(qū)域(0.6kg/m3)分布主要在25cm以上土層，且膜下滴灌土壤濕潤體保留了棉花根系直根系特征，根重密度等值線均以棉株為中心；地下滴灌條件下根重密度較大區(qū)域(0.6kg/m3)分布主要在30cm以上土層，本試驗地下滴灌為每日灌溉，且灌溉定額與膜下滴灌相同，形成的土壤濕潤區(qū)未完全到達膜外裸地，土壤濕潤區(qū)范圍較膜下滴灌小，其中20cm及以上以棉株為中心，20～30cm則趨向于以滴灌帶為中心(取根時發(fā)現(xiàn)，滴灌帶周邊土壤中聚集了很多根毛)；微潤灌條件下根重密度較大區(qū)域(0.6kg/m3)分布主要在24cm以上土層，試驗中微潤灌為全生育期持續(xù)灌溉，灌溉定額約為另外兩種的47.2%，形成土壤濕潤區(qū)更小，根系的向水性體現(xiàn)得更加明顯，大于0.6 kg/m3的根重密度區(qū)域更小，且以微潤帶為中心。從等值線圖觀察3種灌溉方式，以膜下滴灌棉花根重密度分布較均勻，微潤灌根重密度分布最密集，地下滴灌介于二者之間。

棉花地上部的生長包含了棉花營養(yǎng)生長器官和生殖生長器官，棉花生育后期地上部干物質(zhì)主要由莖稈和棉桃構(gòu)成，葉片占比很小。對比3種灌溉方式，地上部干物質(zhì)積累量以膜下滴灌最大(55.3g)，地下滴灌次之(38.16g)，微潤灌最小(18.3g)，可見灌溉定額和灌溉方式對地上部生物量積累影響很大。

對于地上部分與地下部分的相關(guān)性常用根冠比來衡量。因為植物地下部分與地上部分干重或鮮重的比值，它能反映植物的生長狀況以及環(huán)境條件對地上部與地下部生長的不同影響。受不同灌溉方式形成土壤濕潤體的影響，3種灌溉方式下根冠比大小關(guān)系為：微潤灌(0.6)>地下滴灌(0.52)>膜下滴灌(0.28)。

3.3 產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率分析

3種灌溉方式的作物產(chǎn)量以膜下滴灌最大(3810kg/hm2)，微潤灌最小(3135kg/hm2)，地下滴灌介于二者之間(3720kg/hm2)。其中膜下滴灌較地下滴灌產(chǎn)量高90kg/hm2，差別不大；較微潤灌產(chǎn)量高675kg/hm2，差別較為明顯。

水分生產(chǎn)率反映了水量的投入產(chǎn)出效率，是衡量節(jié)水灌溉與高效農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要指標(biāo)之一。從水分生產(chǎn)效率來看，微潤灌高達1.43kg/m3，膜下滴灌和地下滴灌分別為0.82kg/m3和0.8kg/m3，表明微潤灌具備較大的節(jié)水潛力。

4 結(jié) 論

a. 膜下滴灌土壤濕潤區(qū)主要為淺層土壤，且呈現(xiàn)出寬淺型濕潤區(qū)的特征；地下滴灌和微潤灌的土壤濕潤區(qū)均呈現(xiàn)出以滴灌帶(微潤帶)為中心的同心圓分布形式。微潤灌濕潤體范圍土壤水分較均勻，且土壤水分主要為水平擴散，地下滴灌形成的濕潤體則偏向于垂直方向。

b. 不同灌水技術(shù)對棉花的株高、莖粗與單株葉面積呈現(xiàn)出的規(guī)律是一致的，表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌。

c. 棉花莖流速率表現(xiàn)為：夜晚，膜下滴灌﹥地下滴灌﹥微潤灌溉，但地下滴灌與微潤灌溉差別不大；白天，微潤灌溉﹥地下滴灌﹥膜下滴灌，但地下滴灌與膜下滴灌值差別不大。

d. 弱光區(qū)域界定結(jié)果表明：棉花對弱光的利用能力較強。最大光合速率表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌。光飽和點表現(xiàn)為：膜下滴灌>微潤灌>地下滴灌。微潤灌處理的光補償點最小，為78.52μmol/(m2·s)；同時暗呼吸速率介于膜下滴灌和地下滴灌，為3.028μmol/(m2·s)。

e. 不同灌溉技術(shù)產(chǎn)量表現(xiàn)為：膜下滴灌>地下滴灌>微潤灌，膜下滴灌與地下滴灌產(chǎn)量差別不大；水分生產(chǎn)效率表現(xiàn)為：微潤灌>膜下滴灌>地下滴灌，膜下滴灌與地下滴灌差別不大。

[1] 李燕山, 白建明, 許世坤. 不同灌水量對膜下滴灌冬馬鈴薯生長及水分利用效率的影響[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2015, 33(6): 8-13.

[2] 馮惠玲. 調(diào)虧灌溉對玉米生長發(fā)育特性及水分利用效率的影響[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2016(3): 10-13.

[3] 張會梅, 田軍倉. 不同灌水方式對油葵生長及水分利用效率的影響[J]. 節(jié)水灌溉, 2016(4): 15-17,23.

[4] 夏桂敏, 褚鳳英. 交替灌溉下不同水氮模式對大豆生長及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2015, 34(2): 49-52.

[5] 李熙婷, 田德龍. 河套灌區(qū)地埋滴灌對向日葵生長指標(biāo)和水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2015, 34(7): 50-53.

[6] 張俊鵬, 劉祖貴, 孫景生. 不同水分和覆蓋處理對冬小麥生長及水分利用的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報,2015, 34(8): 7-11.

[7] 汪順生, 孟鵬濤. 不同灌溉方式冬小麥生長發(fā)育及水分利用效率的試驗研究[J]. 中國農(nóng)村水利水電, 2015(9): 115-118.

[8] 陶雪, 蘇德榮, 寇丹. 石羊河流域噴灌不同灌水量對苜蓿生長、產(chǎn)量及水分利用效率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2015, 34(10): 77-80.

Researchoncottongrowthandwaterutilizationunderdifferentirrigationmodesindroughtareas

CAO Wei

(XinjiangUygurAutonomousRegionWaterResourcesCenter,Urumqi830000,China)

The influence of different water irrigation modes (drip irrigation under plastic film, underground drip irrigation and micro-irrigation irrigation) and water treatment on the growth and water use of cotton are studied through field experiment. The results show that the drip irrigation under plastic film>underground drip irrigation> micro-irrigation in the aspect of single leaf area, respectively 0.79m2, 0.7m2and 0.57m2. Drip irrigation under plastic film has the maximum dry matter accumulation above the ground (55.3g), which is followed by underground drip irrigation (38.16g) and micro-irrigation(18.3g). The micro-irrigation(0.6) > underground drip irrigation (0.52)> drip irrigation under plastic film in the aspect of cotton root shoot ratio. Drip irrigation under plastic film has the maximum crop yield (3810kg/hm2), micro-irrigation irrigation has the minimum crop yield (3135kg/hm2), and underground drip irrigation is between the maximum value and the minimum value (3720kg/hm2). Micro-irrigation has the maximum water production efficiency 1.43kg/m3, and the value is respectively 0.82kg/m3and 0.8kg/m3for drip irrigation under plastic film and underground drip irrigation. The research results have important reference value for guiding water-saving irrigation technology development of local cotton industry.

irrigation method; cotton; micro-irrigation; growth characteristics; water application; Kongque River Basin

TV93

：A

：2096-0131(2017)09-0043-06

10.16616/j.cnki.10-1326/TV.2017.09.011