蔣富昌， 王洪博,2，曹 輝,2，楊瑩攀,2，王興鵬,2

(1.塔里木大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.塔里木大學(xué) 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300)

0 引 言

新疆由于其得天獨(dú)厚的氣候條件，已逐漸發(fā)展成為我國最大的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)[1]，膜下滴灌技術(shù)栽培模式的推廣更是極大地推動(dòng)了新疆棉花產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[2]。膜下滴灌技術(shù)在提高作物經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)還會(huì)給農(nóng)業(yè)種植環(huán)境帶來負(fù)面影響, 會(huì)造成土壤污染以及棉花減產(chǎn)等生態(tài)環(huán)境問題和經(jīng)濟(jì)問題[3,4]。研究表明，新疆地區(qū)棉花種植方式已全部采用覆膜種植[5]。如果按現(xiàn)有的地膜殘留趨勢(shì),繼續(xù)覆膜約31年后, 殘膜密度會(huì)達(dá)到1 000 kg/hm2,將嚴(yán)重影響棉花出苗率和產(chǎn)量[6]，有效遏制地膜殘留污染已經(jīng)成為新疆地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展亟待解決的問題[7]。隨著無膜棉花在南疆各綜合試驗(yàn)站進(jìn)行大面積的生產(chǎn)試驗(yàn)并取得良好成效，為解決南疆地區(qū)地膜殘留問題提供了一個(gè)實(shí)際可行的方案[8]。但覆膜棉花的栽培方法和田間管理措施能否適用于無膜棉花還需要進(jìn)一步的研究[9]。

目前，新疆的膜下滴灌棉花通常采用一膜多行的寬窄行種植模式(66 cm+10 cm+66 cm)，滴灌帶在田間的布置方式也會(huì)因區(qū)域差異存在不同。而滴灌帶的布置方式對(duì)土壤水鹽、棉花根系生長發(fā)育及其在土壤中的空間分布影響較大[10]。在北疆地區(qū)，膜下毛管布設(shè)成1膜1管4行方式較1膜2管4行降低作物根系部位土壤含鹽量的效果更加明顯[11]。但有研究表明在南疆地區(qū)，滴灌帶布置方式為1膜2管4行時(shí)較1膜1管4行對(duì)土壤中鹽分的運(yùn)移進(jìn)而形成適宜棉花的脫鹽區(qū)效果更加明顯[12]。趙曉雁等[13]研究表明，滴灌帶布置方式為3帶6行時(shí)棉花出苗率顯著優(yōu)于滴灌帶為2帶6行。同時(shí)更小的滴灌帶布置間距能有效解決棉花長勢(shì)不均、根系發(fā)育不良的問題[14]。針對(duì)不同的土壤類型，劉建國等[15]提出砂性土和黏土分別適宜的膜下滴管配置模式為1膜1管2行和1膜1管4行。當(dāng)土壤為沙質(zhì)土?xí)r，改變滴灌帶的布置間距時(shí)對(duì)水分運(yùn)移規(guī)律影響不大，且棉花產(chǎn)量及田間灌溉水利用效率無顯著性差異[16]。

關(guān)于覆膜種植棉田的滴灌帶布置方式對(duì)棉花的影響已經(jīng)有了較為完善的研究。但無膜種植模式下，針對(duì)南疆地區(qū)高溫干旱環(huán)境，如何布置滴灌帶能在保證節(jié)約水資源的情況下最大程度的提高棉花產(chǎn)量尚無準(zhǔn)確的結(jié)論。因此，本研究開展不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花生長及產(chǎn)量品質(zhì)影響等方面的研究，為南疆地區(qū)無膜棉花種植的滴灌帶布置方式及灌水量提供參考，為無膜棉花的推廣和棉花產(chǎn)量品質(zhì)的穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師水利局十團(tuán)灌溉試驗(yàn)站(81°2′E，40°6′N，海拔1 014 m)進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)屬于典型的內(nèi)陸極端干旱氣候，多年間平均降雨約為46 mm，地表蒸發(fā)卻達(dá)2 000 mm以上，全年≥10 ℃的有效積溫約4 000 ℃，全年無霜期約為220 d，地下水深度約為4 m。試驗(yàn)站土壤質(zhì)地以沙壤土為主，透氣性較好，土壤平均容重為1.58 g/cm3，且經(jīng)過測(cè)算0～80 cm深度的田間持水量為23.8%(重量含水率)，土壤電導(dǎo)率為1 953 μS/cm。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

供試棉花品種為特早熟新品種“中棉619”，于2018年4月25日播種，2018年10月25日收獲。本試驗(yàn)采用滴灌帶布置方式和灌水定額兩因素隨機(jī)組合設(shè)計(jì)，共設(shè)置6個(gè)試驗(yàn)處理，每個(gè)處理設(shè)置3次重復(fù)，共計(jì)6×3=18個(gè)試驗(yàn)小區(qū)，試驗(yàn)在測(cè)坑中進(jìn)行，每個(gè)測(cè)坑為一個(gè)小區(qū)，規(guī)格為3.3 m×2 m×3 m(深)。棉花播種方式采用寬窄行模式(66 cm+10 cm)，每株間距為10 cm，播種方式為人工穴播。小區(qū)內(nèi)滴灌帶鋪設(shè)為2帶6行和3帶6行，實(shí)驗(yàn)布置見圖1。

圖1 棉花種植方式及滴灌帶布置示意圖(單位：cm)Fig.1 Schematic diagram of cotton planting method and drip irrigation belt layout

試驗(yàn)區(qū)內(nèi)棉花灌水定額采用ET0-P(降雨量)累積值進(jìn)行確定。當(dāng)前南疆地區(qū)覆膜種植棉花灌水定額約為30 mm，本試驗(yàn)綜合考慮覆膜種植棉花的灌水定額和無膜種植棉花的蒸發(fā)特性，設(shè)定基準(zhǔn)灌水定額為45 mm。試驗(yàn)從棉花苗期開始，采用FAO-56推薦的Penman-Monteith公式計(jì)算ET0，通過逐日氣象資料計(jì)算ET0-P(降雨量)值，當(dāng)累積值達(dá)到45 mm時(shí)進(jìn)行灌溉。根據(jù)試驗(yàn)站多年降水量觀測(cè)值表明，每次降水量較小，對(duì)灌溉的影響較小。因此，ET0-P=45 mm，可進(jìn)一步簡化為ET0=45 mm，作為田間滴灌灌水定額對(duì)照值(45 mm)。在田間小區(qū)試驗(yàn)中，每種滴灌帶布置方式分別設(shè)置0.8ET0=36 mm[360 m3/(hm2·次)]、ET0=45 mm[450 m3/(hm2·次)]和1.2ET0=54 mm[540 m3/(hm2·次)]3個(gè)灌水定額。試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)滴灌帶選用單翼迷宮式，最大承壓0.3 MPa,滴灌帶各滴頭間距離為30 cm，滴頭最大流量8.3×10-7m3/s。施肥按照1 200 kg/hm2施用滴灌專用肥，農(nóng)藥噴施及管理措施均與當(dāng)?shù)卮筇镆恢隆?/p>

1.3 測(cè)定指標(biāo)

(1)棉花生長指標(biāo)測(cè)定。在棉花苗期開始，每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)內(nèi)選擇長勢(shì)均勻的棉花隨機(jī)標(biāo)記3株，用精度為1 mm的直尺測(cè)量棉花株高，用精度為0.01 mm的游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗，時(shí)間間隔為10 d。

(2)產(chǎn)量測(cè)定。在棉花吐絮期末，根據(jù)棉鈴?fù)滦跚闆r進(jìn)行多次采摘，隨機(jī)摘取100朵棉花記錄其百鈴重，同時(shí)稱取每次實(shí)際采摘產(chǎn)量，棉花總產(chǎn)量計(jì)算式為[17]：

Y=0.01npwρ

(1)

式中：Y為棉花總產(chǎn)量，t/hm2；np為單株棉鈴數(shù)，個(gè)/株；w為單鈴質(zhì)量，g；ρ為種植密度，株/m2。

(3)纖維品質(zhì)測(cè)定。將試驗(yàn)樣品郵寄給棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心對(duì)棉花的纖維品質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，包括上半部平均長度、整齊度指數(shù)、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值和伸長率[18]。

(4)灌溉水利用效率。

WUEI=y/I

(2)

式中：y為脫籽后皮棉的產(chǎn)量，kg/hm2；I為生育期內(nèi)對(duì)棉田的灌溉水補(bǔ)給量，m3/hm2。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2019對(duì)文中數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，同時(shí)采用DPS對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并選用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行方差分析(α=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花莖粗的影響

由圖2可知，不同滴灌帶布置方式及灌水定額的棉株莖粗變化趨勢(shì)基本相似，均呈現(xiàn)先增加并逐漸趨于穩(wěn)定，出苗至生長70 d前的棉株莖粗增長較快，莖粗日均增長量在0.11 mm/d左右，至90 d后進(jìn)入緩慢生長期，棉花莖粗變化相對(duì)穩(wěn)定，播后120 d灌水結(jié)束后，各處理的棉株莖粗基本保持不變。當(dāng)?shù)喂鄮Р贾梅绞綖?帶6行時(shí)，灌水定額為360 m3/(hm2·次)時(shí)的棉株莖粗最大，較灌水定額540 m3/(hm2·次)和450 m3/(hm2·次)時(shí)分別提高18.39%和10.57%。當(dāng)?shù)喂鄮Р贾梅绞綖?帶6行時(shí)，灌水定額為540 m3/(hm2·次)時(shí)莖粗最大，分別較灌水定額450 m3/(hm2·次)和360 m3/(hm2·次)時(shí)提高7.95%和28.49%。且當(dāng)灌水定額相同時(shí)，2帶6行的棉花莖粗增長量均高于3帶6行。

圖2 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花莖粗的影響Fig.2 The effect of different drip irrigation belt layout and irrigation quota on cotton stem thickness

2.2 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花株高的影響

由圖3可知，不同滴灌帶布置方式及灌水定額的棉花株高生長趨勢(shì)基本一致，呈現(xiàn)先增加后緩慢趨于穩(wěn)定。播后50 d左右進(jìn)入蕾期，當(dāng)灌水定額相同時(shí)，2帶6行布置方式的棉花株高增長率均顯著高于3帶6行(p<0.05)，灌水定額為360、450、540 m3/(hm2·次)的棉花日均增長量分別為0.71、0.61和0.65 cm/d，較3帶6行分別提高25.13%、50.07%和9.66%。滴灌帶布置方式為2帶6行時(shí)，灌水定額為360 m3/(hm2·次)的棉花株高最高，540 m3/(hm2·次)次之，450 m3/(hm2·次)最低，而3帶6行的棉花株高最大為540 m3/(hm2·次)，360 m3/(hm2·次)次之，450 m3/(hm2·次)最小。進(jìn)入花鈴前期后，當(dāng)灌水定額相同時(shí)，3帶6行布置的棉花株高日增長速率均高于2帶6行，灌水定額為360、450、540 m3/(hm2·次)的棉花日均增長量分別為0.77、0.72和0.93 cm/d，較2帶6行分別提高了77.33 %、17.85 %和69.74 %。滴灌帶布置方式為2帶6行時(shí)，灌水定額為540 m3/(hm2·次)的棉花株高最高，360 m3/(hm2·次)次之，450 m3/(hm2·次)最低，而3帶6行的棉花株高變化與蕾期株高變化趨勢(shì)相同。

圖3 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花株高的影響Fig.3 The effect of different drip irrigation belt layout and irrigation quota on cotton plant height

2.3 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子和灌溉水利用效率的影響

由表1可知，當(dāng)?shù)喂鄮Р贾梅绞较嗤瑫r(shí)，棉花單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量以及籽棉產(chǎn)量隨著灌水定額的增加而增加，且當(dāng)灌水定額為540 m3/(hm2·次)時(shí)單株鈴數(shù)及籽棉產(chǎn)量較灌水定額為360 m3/(hm2·次)時(shí)均顯著提高，單株鈴數(shù)及籽棉產(chǎn)量分別平均提高18.91 %和27.71 %，但灌溉水利用效率則隨著灌水定額的增加而呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)灌水定額相同時(shí)，滴灌帶布置方式為2帶6行的單株鈴數(shù)、單鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量及灌溉水利用效率均優(yōu)于滴灌帶布置方式為3帶6行，且當(dāng)灌水定額為450 m3/(hm2·次)時(shí)，單株鈴數(shù)、籽棉產(chǎn)量及灌溉水利用效率提高顯著，分別提高了22.17 %、25.96 %和11.66 %。

表1 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花產(chǎn)量構(gòu)成因子和灌溉水利用效率的影響Tabl.1 Effects of different drip irrigation belt layouts and irrigation quotas on cotton yield components and irrigation water use efficiency

2.4 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花品質(zhì)的影響

由表2可知，滴灌帶布置方式為2帶6行時(shí)，灌水定額360 m3/(hm2·次)的棉花品質(zhì)除了上半部平均長度外，其他指標(biāo)均高于灌水定額為450 m3/(hm2·次)和540 m3/(hm2·次)處理，且隨著灌水定額的增加，整齊度指數(shù)及馬克隆值均與灌水定額呈負(fù)相關(guān)趨勢(shì)，其中當(dāng)灌水定額為360 m3/(hm2·次)時(shí)，整齊度指數(shù)及馬克隆值顯著優(yōu)于灌水定額為540 m3/(hm2·次)，分別提高3.86%和11.11%。滴灌帶布置方式為3帶6行時(shí)，灌水定額為540 m3/(hm2·次)時(shí)，棉花品質(zhì)的上半部平均長度、整齊度指數(shù)及斷裂比強(qiáng)度均顯著優(yōu)于灌水定額為360 m3/(hm2·次)和450 m3/(hm2·次)，分別平均提高5.53%、1.84%和3.88%。上半部平均長度、整齊度指數(shù)及斷裂比強(qiáng)度隨灌水定額的增加呈現(xiàn)增加趨勢(shì)，馬克隆值則隨灌水定額的增加呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。當(dāng)灌水定額相同，滴灌帶布置方式為2帶6行時(shí)棉花品質(zhì)的上半部平均長度和斷裂比強(qiáng)度均優(yōu)于3帶6行，且當(dāng)灌水定額為360 m3/(hm2·次)和450 m3/(hm2·次)時(shí)，滴灌帶布置方式為2帶6行棉花的上半部平均長度和整齊度指數(shù)顯著高于3帶6行。

表2 不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花品質(zhì)的影響Tab.2 The effect of different drip irrigation belt layout and irrigation quota on cotton quality

3 討 論

不同棉花種植密度、滴灌帶數(shù)量及其布置方式會(huì)直接影響棉花的生長發(fā)育及土壤水鹽分布特征，并最終對(duì)棉花的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響[19]。本試驗(yàn)中，不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花生長及產(chǎn)量品質(zhì)指標(biāo)的影響較為明顯。滴灌帶布置方式為2帶6行的棉花莖粗和株高均顯著高于3帶6行，這與王萌萌[20]等的研究存在一定的差異，結(jié)合出苗情況，分析可能是由于較低的出苗率降低了密度，隨密度增加,棉花株高變矮、莖粗變細(xì),主莖葉片和營養(yǎng)枝的生長受到抑制[20,21]。李健偉[22]等研究表明，棉花莖粗的增加能夠提高棉株個(gè)體的結(jié)鈴數(shù)，進(jìn)而提升棉花產(chǎn)量，與本試驗(yàn)中兩種滴灌帶布置方式下，灌水定額為540 m3/(hm2·次)時(shí)單株鈴數(shù)和單鈴質(zhì)量均優(yōu)于灌水定額為450 m3/(hm2·次)和360 m3/(hm2·次)的結(jié)論較為一致。

灌水定額相同時(shí)，兩種滴灌帶布置方式棉花籽棉產(chǎn)量及灌溉水利用效率無顯著性差異，而當(dāng)?shù)喂鄮Р贾梅绞揭欢〞r(shí)，棉花籽棉產(chǎn)量會(huì)隨著灌水定額的增加而增加，而灌溉水利用效率相反，這與王軍[23]等的研究較為一致，這是由于較大的灌水定額比較小的灌水定額能更好地彌補(bǔ)蒸發(fā)損失，滿足棉花耗水。棉花纖維品質(zhì)是決定棉花經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要指標(biāo)，灌水定額相同時(shí)，2帶6行滴灌帶布置方式棉花的上半部平均長度整齊度指數(shù)及斷裂比強(qiáng)度略微優(yōu)于3帶6行，但是，馬克隆值這一綜合指標(biāo)無顯著性差異。綜合考慮籽棉產(chǎn)量和灌溉水利用效率，可不考慮滴灌帶布置方式對(duì)棉花品質(zhì)的影響。由于本試驗(yàn)是無膜滴灌棉花前期探索性試驗(yàn)，而棉花生長及產(chǎn)量品質(zhì)也會(huì)隨著不同氣候變化在年際間存在差異，還需開展進(jìn)一步的相關(guān)試驗(yàn)研究。

4 結(jié) 論

本試驗(yàn)開展了無膜覆蓋條件下，不同滴灌帶布置方式及灌水定額對(duì)棉花生長及產(chǎn)量品質(zhì)的影響研究，得出以下結(jié)論：

(1)當(dāng)灌水定額相同時(shí)，2帶6行布置的棉花莖粗增長量均高于3帶6行。2帶6行布置的棉花苗期株高日增長量均大于3帶6行，而當(dāng)棉花進(jìn)入蕾期后，3帶6行布置的棉花株高日增長量卻大于2帶6行。

(2)當(dāng)灌水定額相同時(shí)，滴灌帶布置方式對(duì)棉花籽棉產(chǎn)量及灌溉水利用效率無顯著性差異。在3帶6行滴灌帶布置條件下，灌水定額為540 m3/(hm2·次)時(shí)，棉花收獲較高產(chǎn)量。

(3)從棉花產(chǎn)量及灌溉水利用效率綜合分析，初步得出在南疆地區(qū)無膜滴灌棉花適宜采用3帶6行的滴灌帶布置方式，適宜的灌水定額為540 m3/(hm2·次)。