姬清元，張富倉(cāng)，肖 超，劉小強(qiáng)，孫 鑫，楊 玲

(西北農(nóng)林科技大學(xué) 旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院，陜西 楊凌712100)

土壤鹽堿化和水資源短缺是制約干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要瓶頸[1-2]，特別是位于歐亞大陸腹地的新疆地區(qū)，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，水資源短缺，不合理灌排引起的農(nóng)田土壤次生鹽漬化嚴(yán)重制約著該地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和可持續(xù)發(fā)展[3-5]。同時(shí)，新疆是我國(guó)最重要的棉花生產(chǎn)基地，2019年新疆棉花種植面積25 405 km2，棉花產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的80%，棉花收入占農(nóng)民收入的30%以上[6]。近年來(lái)，廣泛實(shí)施膜下滴灌技術(shù),對(duì)促進(jìn)該地區(qū)的農(nóng)業(yè)節(jié)水和作物高效生產(chǎn)具有很大作用。但對(duì)于鹽堿化農(nóng)田，長(zhǎng)期大規(guī)模的膜下滴灌達(dá)不到排鹽、洗鹽效果，耕層區(qū)土壤年均積鹽量達(dá)到0.36 g/kg[7-8]，加之灌溉制度不盡合理，地下水位上升、土壤次生鹽漬化嚴(yán)重，產(chǎn)生了新的水鹽平衡問(wèn)題。作為重要的后備土地資源，其改造治理及合理開(kāi)發(fā)利用顯得尤為必要[9]。因此，研究適合于該地區(qū)的農(nóng)田節(jié)水控鹽高效灌溉技術(shù)，對(duì)于有限水資源條件下作物高效生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的理論與實(shí)際意義。

20世紀(jì)90年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外諸多學(xué)者針對(duì)干旱區(qū)土壤水分調(diào)控灌溉對(duì)土壤水分有效性以及棉花生長(zhǎng)的影響進(jìn)行了大量的研究，提出了基于棉田土壤水分下限調(diào)控的測(cè)墑灌溉制度[9-10]、基于生育期農(nóng)田蒸散量的灌溉制度[11-12]，更多學(xué)者研究調(diào)虧灌溉條件下棉田的節(jié)水灌溉制度[13-14]。這些灌溉調(diào)控方法能有效地調(diào)控棉田土壤水分狀況，達(dá)到節(jié)水高效生產(chǎn)的目的。但對(duì)于鹽堿化農(nóng)田，僅從土壤水分含量調(diào)控來(lái)制定灌溉制度還不能完全反映根區(qū)土壤水分的有效性，用土壤水勢(shì)能更好地反映土壤中可供植物吸收的有效水分[12]。研究發(fā)現(xiàn)，在滴灌條件下，棉田控制滴頭正下方20 cm深度處的土壤基質(zhì)勢(shì)，可反映作物根系分布范圍內(nèi)的土壤水分狀況；在鹽堿土壤改良中，采用土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控灌溉能顯著影響水鹽分布，根區(qū)土壤含水量隨著基質(zhì)勢(shì)的增加而增大，且脫鹽效果較好，當(dāng)?shù)晤^下基質(zhì)勢(shì)為-5 kPa時(shí)土壤全剖面中脫鹽率為64.4%，對(duì)土壤結(jié)構(gòu)改良效果較好，棉花產(chǎn)量可達(dá)到研究區(qū)非鹽漬土平均水平的84%[15-16]。

目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)膜下滴灌土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控灌溉研究及棉田的節(jié)水灌溉制度取得了較多成果，但對(duì)于鹽堿化棉田，如何利用土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控灌溉對(duì)棉花生長(zhǎng)、干物質(zhì)累積、產(chǎn)量以及土壤水鹽運(yùn)移的影響還鮮有報(bào)道，特別是土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控水平對(duì)不同生育期棉田水鹽分布及棉花生長(zhǎng)的影響機(jī)制還不明確。為此，本研究通過(guò)大田棉花膜下滴灌試驗(yàn)，研究不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控水平對(duì)棉花生長(zhǎng)指標(biāo)、產(chǎn)量構(gòu)成和土壤水鹽分布的影響，利用TOPSIS法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，明晰適宜棉花生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控下限，為北疆棉田制定節(jié)水控鹽高效灌溉制度提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于2020年4月中旬至9月下旬在石河子市146團(tuán)新疆天業(yè)節(jié)水有限公司試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)田位于東經(jīng)85°56′58″，北緯44°33′03″，海拔為150 m左右，屬于溫帶大陸性干旱氣候，無(wú)霜期約170 d，多年平均日照時(shí)數(shù)2 840 h，棉花生長(zhǎng)季(4-9月)多年平均降水量207 mm，平均蒸發(fā)量1 660 mm，地下水位埋深在3 m以下，無(wú)地下水補(bǔ)給，土壤pH為8.2。棉花播種前土壤基本理化性質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 棉花播種前土壤的基本性質(zhì)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，設(shè)土壤基質(zhì)勢(shì)水平和不同生育期灌溉2個(gè)因素，以生育期調(diào)控為主區(qū)，土壤基質(zhì)勢(shì)水平為副區(qū)，在未冬灌的棉田設(shè)置-10 kPa(W1)、-20 kPa(W2)和-30 kPa(W3)3個(gè)土壤基質(zhì)勢(shì)水平，分別在棉花的苗期(A)、苗期+蕾期(B)和苗期+蕾期+花鈴期(C)進(jìn)行W1、W2、W3基質(zhì)勢(shì)水平的調(diào)控灌溉，各處理在非調(diào)控的生育期內(nèi)以-40 kPa基質(zhì)勢(shì)水平灌溉，并在未冬灌棉田生育期設(shè)置-40 kPa土壤基質(zhì)勢(shì)水平(CK)，共計(jì)10個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)30個(gè)小區(qū)，試驗(yàn)方案如表2所示。

表2 棉花生育期土壤基質(zhì)勢(shì)灌溉調(diào)控方案

供試棉花品種為“新陸早42號(hào)”，其生育期121 d左右。2020年4月20日播種，9月15日收獲，采用“干播濕出”技術(shù)，采用當(dāng)?shù)貍鹘y(tǒng)的1膜3管6行種植模式，其中寬行、窄行和膜間裸地間距分別為44，10和56 cm(圖1)，小區(qū)面積為7.02 m×10 m，各小區(qū)之間設(shè)置1 m的保護(hù)行防止側(cè)滲。將張力計(jì)埋設(shè)于滴灌帶下20 cm監(jiān)測(cè)土壤基質(zhì)勢(shì)進(jìn)行實(shí)時(shí)灌溉，每天08:00和20:00進(jìn)行讀數(shù)，到達(dá)所設(shè)定的土壤基質(zhì)勢(shì)水平就進(jìn)行灌溉，參考當(dāng)?shù)厮嬲舭l(fā)量設(shè)置灌水量為15 mm，記錄總灌水量(表3)。在棉花的蕾期、花鈴期進(jìn)行施肥，總計(jì)施肥10次，每次的施肥量相同。棉花生育期平均總施肥量為：純N 250 kg/hm2，P2O5100 kg/hm2，K2O 50 kg/hm2，灌溉方式采用當(dāng)?shù)亟y(tǒng)一的膜下滴灌方式。其他農(nóng)藝管理措施如打頂、打藥、中耕等均與當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)棉田保持一致。

圖1 棉花田間種植模式

表3 不同處理棉田的灌水方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 株高、莖粗、干物質(zhì)量和葉面積指數(shù) 棉花吐絮期(9月3日)，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取6株棉花植株，用米尺(精度1 mm)測(cè)定株高和莖粗。分別于苗期(5月23日)、蕾期(6月25日)、花鈴期(7月22日)、吐絮期(9月3日)在每個(gè)小區(qū)選取6株長(zhǎng)勢(shì)一致的植株，將地上部分各器官(棉葉、株莖、棉鈴、棉鈴殼和籽棉)于105 ℃殺青30 min，然后在75 ℃下烘干至質(zhì)量恒定，用電子天平測(cè)定其干物質(zhì)量。

分別于棉花播后30，60，90，105及120 d，在每個(gè)小區(qū)隨機(jī)選取6株棉花植株，利用打孔法[17]測(cè)定植株的葉面積。根據(jù)葉面積計(jì)算葉面積指數(shù)(leaf area index,LAI)，葉面積指數(shù)為單位土地面積上棉花葉片總面積與土地面積的比值。

1.3.2 土壤含水率和農(nóng)田耗水量 在棉花播種后各個(gè)生育時(shí)期內(nèi)(5月17日、6月6日、7月9日、7月20日、8月8日、8月27日、9月8日)，分別于棉花寬行中間、滴灌帶正下方、窄行中間和膜間裸地4個(gè)位置，用土鉆采集0～100 cm土層土樣(20 cm為1層，共5層)，用烘干稱重法來(lái)測(cè)定其含水率。利用水量平衡法計(jì)算棉田生育期耗水量[18]：

ET=ΔW+I+P+K-R-D。

(1)

式中：ET為棉田生育期耗水量(mm)；ΔW為播前與收獲期土壤儲(chǔ)水量的差值(mm，計(jì)算時(shí)取0～100 cm土層)；I為灌水量(mm)；P為生育期有效降雨量(mm)，如果降雨量小于當(dāng)日參考蒸發(fā)蒸散量的20%，可以視為無(wú)效降雨[19]；K為地下水補(bǔ)給量(mm)；R為地表徑流量(mm)；D為深層滲漏量(mm)。在膜下滴灌條件下，當(dāng)?shù)叵滤裆畲笥? m時(shí)，可忽略地下水補(bǔ)給量，基本不產(chǎn)生地表徑流和深層滲漏[20]，因此本研究中K、R、D取值0。

1.3.3 產(chǎn)量和水分利用效率 于棉花收獲期(9月15日)，在每小區(qū)內(nèi)隨機(jī)選取3個(gè)1 m×1 m樣方，測(cè)定其中棉花的有效鈴數(shù)、烘干后單鈴質(zhì)量、籽棉產(chǎn)量，最后換算為每公頃產(chǎn)量。水分利用效率(WUE)的計(jì)算公式為[21]：

WUE=Y/(10ET)。

(2)

式中:WUE為水分利用效率(kg/m3)，Y為籽棉產(chǎn)量(kg/hm2)，ET為棉花全生育期累積耗水量(mm)。

1.3.4 土壤鹽分 在棉花播種前及收獲之前(9月8日)，分別于寬行中間、滴灌帶正下方、窄行中間及膜間裸地中間4個(gè)位置，用土鉆采集0～100 cm土層土樣，將取回的土樣經(jīng)自然風(fēng)干后碾壓過(guò)孔徑2 mm標(biāo)準(zhǔn)篩，取10 g土樣與去離子水按1∶5質(zhì)量體積比攪拌混合，靜置澄清后，用上海雷磁DDS-11A電導(dǎo)儀測(cè)定上清液電導(dǎo)率，根據(jù)電導(dǎo)率和土壤含鹽量的擬合關(guān)系式，計(jì)算土壤含鹽量：

SC=0.005 9EC。

(3)

式中:SC為土壤含鹽量(g/kg)，EC為電導(dǎo)率(μS/cm)。

脫鹽率及相對(duì)脫鹽率的計(jì)算公式[20]為：

D=(T-E)/T×100%，

(4)

Rr=(DCK-Dx)/DCK×100%。

(5)

式中:D為脫鹽率，T為土壤初始含鹽量；E為生育期末(9月8日)土壤含鹽量；Rr為相對(duì)脫鹽率，當(dāng)Rr>0時(shí)為相對(duì)脫鹽，Rr<0時(shí)為相對(duì)積鹽，Rr越大，表明脫鹽效果越好；Dx為處理組的脫鹽率，DCK為對(duì)照組的脫鹽率。

1.3.5 TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法 采用TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法對(duì)10個(gè)處理進(jìn)行評(píng)價(jià)，以確定當(dāng)?shù)匚戳芟疵尢锕嗨畷r(shí)期最合適的基質(zhì)勢(shì)控制方案。考慮棉花的高效生產(chǎn)以及節(jié)水控鹽效果，將株高(X1)、莖粗(X2)、葉面積指數(shù)(播后105 d，X3)、吐絮期干物質(zhì)累積量(X4)、有效鈴數(shù)(X5)、單鈴質(zhì)量(X6)、產(chǎn)量(X7)、耗水量(X8)、水分利用效率(X9)和相對(duì)脫鹽率(X10)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。本試驗(yàn)中TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法參照Wang等[22]的方法進(jìn)行構(gòu)建與計(jì)算,具體步驟包括：

(1)計(jì)算各指標(biāo)的最大值和最小值，分別組成最優(yōu)解向量和最劣解向量；

(2)分別計(jì)算各處理到最優(yōu)解的距離Si*和到最劣解的距離Si-；

(3)計(jì)算各處理對(duì)理想解的相對(duì)接近度Ci*，Ci*=Si-/(Si*+Si-)，Ci*∈[0，1]，Ci*越接近于1，評(píng)價(jià)水平越高，反之，則評(píng)價(jià)水平越低。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用Excel 2010整理；使用SPSS 20.0 軟件對(duì)不同處理間各指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析和多重比較(Duncan法，α=0.05)，數(shù)據(jù)均用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤差”表示。用Origin 9.0軟件繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花株高和莖粗的影響

由圖2可以看出，棉花吐絮期株高和莖粗變化規(guī)律基本一致。不同土壤基質(zhì)勢(shì)水平調(diào)控下，棉花的株高和莖粗存在差異。在同一生育期，土壤的基質(zhì)勢(shì)越高，株高和莖粗越大，其中W1C處理株高最高，為60.4 cm，相較于W2、W3、CK處理，W1處理的平均株高分別增加了8.0%，18.2%，32.3%，W1C處理莖粗最大，為9.5 mm。在同一土壤基質(zhì)勢(shì)水平下，株高和莖粗由大到小表現(xiàn)為WC>WB>WA>CK，相較于WB、WA、CK處理，WC的平均株高和莖粗分別增加了9.6%，20.2%，33.7%和26.2%，30.1%，40.2%?？芍S著基質(zhì)勢(shì)水平的提高及生育期調(diào)控的延長(zhǎng)，棉花的株高增加明顯，莖粗也有一定程度的增加。

圖2 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)吐絮期棉花株高和莖粗的影響

2.2 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花葉面積指數(shù)的影響

由圖3可以看出，在3個(gè)生育期進(jìn)行調(diào)控時(shí)，苗期-花鈴期(播種后30～105 d)內(nèi)，W1、W2和W3處理葉面積指數(shù)不斷增加并于播種后105 d達(dá)到峰值，其中在苗期-蕾期階段(30～60 d)葉面積指數(shù)增速較大，且各處理增速基本相同；蕾期-花鈴期(60～90 d)葉面積指數(shù)持續(xù)增加；花鈴期后(播種后105～120 d)，棉花停止灌水，并開(kāi)始吐絮，棉葉逐漸脫落，各處理葉面積指數(shù)均有不同程度的下降；在苗期-花鈴期(播種后30～90 d)，CK的葉面積指數(shù)呈增大趨勢(shì)，并于播種后90 d達(dá)到峰值，之后隨著生育期的延長(zhǎng)，葉面積指數(shù)呈下降趨勢(shì)。在同一生育階段利用不同土壤基質(zhì)勢(shì)控制灌溉時(shí)，各處理葉面積指數(shù)基本呈現(xiàn)W1>W2>W3>CK，可知土壤基質(zhì)勢(shì)越高，葉面積指數(shù)越大。在同一土壤基質(zhì)勢(shì)水平控制灌溉下，葉面積指數(shù)表現(xiàn)為WC>WB>WA，相較于WB、WA處理，WC處理的平均葉面積指數(shù)分別增加了10.9%，41.5%?？芍寥阑|(zhì)勢(shì)越高，調(diào)控時(shí)期越長(zhǎng)，葉面積指數(shù)越大。

圖3 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花葉面積指數(shù)的影響

2.3 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花地上干物質(zhì)量的影響

表4顯示，不同處理棉花的地上部干物質(zhì)量隨著生育期的推進(jìn)不斷累積，在吐絮期達(dá)到峰值。在苗期，各處理地上部干物質(zhì)量較小，處理之間差異不大。在蕾期，W1處理的地上干物質(zhì)量顯著高于W2、W3處理，表現(xiàn)為W1>W2>W3>CK。在花鈴期，棉花生殖生長(zhǎng)發(fā)育迅速，地上部干物質(zhì)累積加快，同一基質(zhì)勢(shì)水平下，不同生育期調(diào)控時(shí)地上部干物質(zhì)量總體表現(xiàn)為WC>WB>WA>CK，其中WC處理的平均干物質(zhì)量較WB、WA和CK分別增加了5.8%，24.8%和51.8%；在同一生育期調(diào)控時(shí)，地上部干物質(zhì)量表現(xiàn)為W1>W2>W3。在吐絮期，棉花地上部干物質(zhì)量較花鈴期有一定增加，各處理之間規(guī)律與花鈴期大致相同?？芍S著土壤基質(zhì)勢(shì)的提高，棉花干物質(zhì)累積量增加。

表4 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花地上干物質(zhì)量的影響

2.4 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量和水分利用效率的影響

由表5可見(jiàn)，不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控灌溉對(duì)棉花的產(chǎn)量和水分利用效率有明顯影響。在B和C處理下，棉花產(chǎn)量隨基質(zhì)勢(shì)的提高而增加，較CK有大幅度的提升，表現(xiàn)為W1B>W2B>W3B>CK，W1C>W2C>W3C>CK，其中W1C處理產(chǎn)量最高，較W2C、W1B處理分別提高了5.6%，11.3%。同一基質(zhì)勢(shì)水平調(diào)控灌溉下，耗水量表現(xiàn)為C>B>A>CK；在同一生育期，不同土壤基質(zhì)勢(shì)處理的耗水量表現(xiàn)為W1>W2>W3>CK。不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控時(shí)，W3B、W2C、W3C的水分利用效率均較高，而W1A、W1B、W1C的水分利用效率均較低，說(shuō)明全生育期內(nèi)將土壤基質(zhì)勢(shì)控制在合適范圍內(nèi)，可以在提高產(chǎn)量的同時(shí)保證一定的水分利用效率，避免水資源的浪費(fèi)。

由表5還可知，從產(chǎn)量的構(gòu)成要素來(lái)看，同一土壤基質(zhì)勢(shì)水平下有效鈴數(shù)表現(xiàn)為C>B>A>CK，其中W1C處理顯著高于其他處理；在B和C處理下，不同土壤基質(zhì)勢(shì)處理的有效鈴數(shù)表現(xiàn)為W1>W2>W3，可知土壤基質(zhì)勢(shì)越高，有效鈴數(shù)越多。單鈴質(zhì)量的變化規(guī)律與有效鈴數(shù)類似，其中W1C、W2C處理的單鈴質(zhì)量均較高，CK最低；WC平均單鈴質(zhì)量較WA、WB、CK處理分別增加9.5%，7.9%，14.8%。

表5 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉花產(chǎn)量和水分利用效率的影響

2.5 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控下棉田0～40 cm土層土壤水分的變化

圖4主要反映不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控下0～40 cm土層的水分變化情況。由圖4可知，在同一生育期，各處理土壤含水率總體呈先上升后下降趨勢(shì)。在同一基質(zhì)勢(shì)調(diào)控水平下，不同生育期的平均土壤含水率基本表現(xiàn)為C>B>A；在同一生育期，基本呈現(xiàn)W1>W2>W3。收獲期之前(09-08)，與WA、WB相比，WC處理土壤含水率分別增加26.5%，24.6%。其中W1C、W2C和W3C處理土壤含水率均較高，明顯高于CK處理，說(shuō)明隨著調(diào)控生育期的延長(zhǎng)，灌水能滿足棉花生長(zhǎng)所需水分。

圖4 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控下棉田0～40 cm土層土壤含水率的變化

2.6 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控對(duì)棉田土壤脫鹽的影響

由圖5和表6可知，無(wú)論是在地膜內(nèi)還是地膜外，WA、W3B、W3C、CK處理的土壤鹽分呈累積狀態(tài)，其中CK和W1A處理鹽分累積最嚴(yán)重，其地膜內(nèi)和地膜外的鹽分變化量分別為2.00，1.92 g/kg和2.46，2.51 g/kg；W1B、W2B、W1C、W2C處理土壤鹽分呈降低狀態(tài)，其中地膜內(nèi)W1C、W1B處理的脫鹽效果較好，分別為2.30，1.50 g/kg，脫鹽率分別為22.07%，16.38%，地膜外W1C和W2C的脫鹽效果較好，鹽分變化量分別為1.76，1.17 g/kg，脫鹽率分別為17.35%，11.75%;各處理土壤鹽分變化量及脫鹽率平均值的表現(xiàn)趨勢(shì)與地膜外一致。可知土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控生育期越長(zhǎng)，脫鹽量越大，基質(zhì)勢(shì)越高，脫鹽效果越好，地膜內(nèi)的脫鹽效果優(yōu)于地膜外，這是由于地膜內(nèi)均有灌水淋洗作用，且離滴灌帶更近，故淋洗效果更為顯著。從相對(duì)脫鹽率平均值來(lái)看，脫鹽效果表現(xiàn)為W1C>W1B>W2C>W2B>W3B>W3C>W3A>W2A>W1A，其中W1C的脫鹽效果最好，相對(duì)脫鹽率為175.16%。因此，將土壤基質(zhì)勢(shì)控制在-20～-10 kPa時(shí)，能夠較好地控制土壤鹽分積累，為作物生長(zhǎng)發(fā)育提供適宜的土壤鹽分環(huán)境。

圖5 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控處理下棉花收獲期土壤脫鹽量

表6 不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控處理下棉田0～100 cm土層的土壤脫鹽效果

2.7 基于TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法的棉田土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控方案

表7顯示，各處理的總體評(píng)價(jià)由高到低依次為W2C>W1B>W2B>W1C>W3B>CK>W2A>W3C>W3A>W1A，其中W2C為最優(yōu)處理。盡管高灌水量對(duì)作物的生長(zhǎng)、干物質(zhì)累積以及產(chǎn)量有一定促進(jìn)，但由于耗水量過(guò)高導(dǎo)致水分利用效率較低，且其對(duì)生長(zhǎng)、產(chǎn)量的促進(jìn)效果有限，因而W2C處理更有利于促進(jìn)多目標(biāo)評(píng)價(jià)下棉花的生長(zhǎng)發(fā)育。

表7 基于TOPSIS綜合評(píng)價(jià)法的不同生育期棉田土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控方案評(píng)價(jià)

3 討 論

研究表明，提高土壤基質(zhì)勢(shì)下限可以顯著增加棉花株高、葉面積指數(shù)、地上干物質(zhì)量和產(chǎn)量[23]，Wang等[24]研究表明，當(dāng)馬鈴薯土壤基質(zhì)勢(shì)控制在-25 kPa時(shí)各生長(zhǎng)指標(biāo)表現(xiàn)較好，而當(dāng)土壤基質(zhì)勢(shì)大于-15 kPa或者小于-45 kPa時(shí)不利于馬鈴薯的生長(zhǎng)。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤基質(zhì)勢(shì)越高且調(diào)控生育期越長(zhǎng)，棉花株高和莖粗越大，其中W1C處理的株高和莖粗優(yōu)勢(shì)明顯，說(shuō)明較高的基質(zhì)勢(shì)和較長(zhǎng)的調(diào)控期有利于棉花的生長(zhǎng)。同時(shí)，結(jié)合其葉面積指數(shù)及地上部干物質(zhì)量可以看出，隨著土壤基質(zhì)勢(shì)的增加，苗期各處理的葉面積指數(shù)及地上干物質(zhì)量的差異并不明顯，表明土壤基質(zhì)勢(shì)水平較低時(shí)對(duì)苗期棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)沒(méi)有較大影響，這與劉素華等[25]的研究結(jié)果相符。蕾期，W1處理干物質(zhì)量顯著高于W2、W3處理，而W2與W3處理間棉花地上干物質(zhì)量差異不顯著，可知在蕾期基質(zhì)勢(shì)的差異已經(jīng)開(kāi)始對(duì)棉花的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)產(chǎn)生影響。在花鈴期，各處理間葉面積指數(shù)和干物質(zhì)量的差異明顯增大，隨著土壤基質(zhì)勢(shì)的提高以及調(diào)控期的延長(zhǎng)，葉面積指數(shù)和地上干物質(zhì)量也出現(xiàn)了不同程度的增加，其中W1C處理優(yōu)勢(shì)明顯，這是由于從花鈴期開(kāi)始棉花株高增加，葉片生長(zhǎng)較快，從營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)轉(zhuǎn)向生殖生長(zhǎng)，干物質(zhì)量迅速增加，需水較多，不同土壤基質(zhì)勢(shì)水平的差異開(kāi)始顯現(xiàn)，W1、W2處理更有利于棉花生長(zhǎng)。此外，10個(gè)處理中，W1C、W2C、W1B處理的籽棉產(chǎn)量均較高；W1C處理的有效鈴數(shù)最多，顯著高于其他處理；W1C和W2C處理的單鈴質(zhì)量均較高，但二者之間差異不顯著，可能是由于較高的基質(zhì)勢(shì)水平下進(jìn)行灌溉，棉花側(cè)重于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)不大，這與何平如等[26]的研究結(jié)果相似；從水分利用效率上看，W3C和W2C處理顯著高于W1C及W1B處理，說(shuō)明土壤基質(zhì)勢(shì)水平較高時(shí)對(duì)棉花生長(zhǎng)有利，對(duì)增產(chǎn)有一定的促進(jìn)作用，但同時(shí)過(guò)高的土壤基質(zhì)勢(shì)水平使水分利用效率降低，造成了水資源的浪費(fèi)。上述分析表明，在不同生育期將土壤基質(zhì)勢(shì)水平控制在-20 kPa時(shí)，可促進(jìn)棉花生長(zhǎng)，為植株提供較為適宜的土壤水分環(huán)境，還可在保證產(chǎn)量的同時(shí)獲得較高的水分利用效率。

不同土壤基質(zhì)勢(shì)下進(jìn)行灌溉時(shí)，隨著灌溉水入滲，膜下滴灌的濕潤(rùn)體形狀在垂直于滴灌帶的滴頭所在豎直剖面上近似為半橢圓形，張力計(jì)控制的灌水下限越高，灌水越頻繁，濕潤(rùn)層的含水率越大[27]。本研究表明，從苗期開(kāi)始土壤基質(zhì)勢(shì)的調(diào)控，各處理土壤含水率均呈先增大后減小趨勢(shì)，且各處理之間差異不大，這與白蒙等[28]的研究結(jié)果類似。棉花植株從蕾期進(jìn)入花鈴期后，隨著生育期調(diào)控的延長(zhǎng)，基質(zhì)勢(shì)水平的提高，0～40 cm土層的含水率增大，這與何平如等[29]的研究結(jié)果類似，可能是由于這一時(shí)期棉花生長(zhǎng)較快，對(duì)土壤中的水分利用大于生育前期。研究表明，通常將棉花花鈴期田間持水率控制在60%～80%時(shí)可滿足其生長(zhǎng)要求，石河子地區(qū)棉花種植推薦的花鈴期高效節(jié)水灌溉控制下限為75%左右[30-31]，本試驗(yàn)W1C、W2C處理花鈴期平均土壤含水率對(duì)應(yīng)的田間持水率為77.3%和68.1%，故將土壤基質(zhì)勢(shì)控制在-20～-10 kPa可保證在滿足棉花生長(zhǎng)需求下提供較為適宜的土壤水分環(huán)境，促進(jìn)棉花高效生長(zhǎng)發(fā)育。

研究表明，隨著灌溉時(shí)間的延長(zhǎng)、棉花生育期的推進(jìn)，膜下滴灌土壤鹽分含量均有不同程度的增加，但鹽分在土壤剖面中的分布不均勻，在相鄰地膜之間的土壤中有很強(qiáng)的積累[32-33]。本研究中，不同土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控下灌水對(duì)土壤鹽分有明顯影響。Zhang等[34]研究認(rèn)為，膜下滴灌時(shí)，滴頭下方的區(qū)域獲得最低鹽度水平，在生長(zhǎng)期結(jié)束時(shí)鹽在膜間區(qū)域積聚，滴頭下方區(qū)域形成脫鹽區(qū)，鹽遷移到地膜間帶并顯著累積，本研究結(jié)果與之類似。地膜內(nèi)的脫鹽效果較好，是由于地膜內(nèi)采樣點(diǎn)距滴灌帶較近，故其鹽分的淋洗效果更為明顯。從相對(duì)脫鹽率平均值來(lái)看，土壤基質(zhì)勢(shì)越高，脫鹽效果越好，這是由于土壤鹽分運(yùn)移主要受灌溉水分走向的影響，較高的基質(zhì)勢(shì)灌溉水平增加了灌水頻率，高頻次的灌溉使土壤中水分帶動(dòng)鹽分產(chǎn)生運(yùn)移，壓鹽效果更加明顯，這與徐大為等[35]的研究一致。Liu等[36]研究認(rèn)為，在新疆目前廣泛應(yīng)用的灌溉制度下，滴灌不能有效地將根區(qū)的土壤鹽分濾出。因此，通過(guò)一定頻率的滴灌壓鹽防止土壤鹽分過(guò)度積累是必要且較有效的措施，本試驗(yàn)結(jié)果表明，在棉花生育期內(nèi)，土壤基質(zhì)勢(shì)控制在-20～-10 kPa時(shí)，對(duì)土壤的鹽分控制效果較好。

4 結(jié) 論

不同生育期土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控措施對(duì)棉花的生長(zhǎng)、水分利用效率和產(chǎn)量有明顯影響，較高的基質(zhì)勢(shì)水平有利于棉花的生長(zhǎng)發(fā)育，但同時(shí)會(huì)降低水分利用效率。隨著生育期調(diào)控的延長(zhǎng)，土壤基質(zhì)勢(shì)水平的提高，0～40 cm土層的土壤含水率有所增加，其中W1C和W2C處理土壤含水率高于其他處理。同一基質(zhì)勢(shì)灌溉水平下，不同生育期調(diào)控灌溉收獲期0～100 cm土層膜內(nèi)外鹽分變化呈現(xiàn)A>B>C；相同生育期調(diào)控下土壤基質(zhì)勢(shì)水平越高，土壤脫鹽效果越好，相對(duì)脫鹽率均值越大(A處理除外)，且膜內(nèi)脫鹽效果優(yōu)于膜外。將土壤基質(zhì)勢(shì)控制在-20～-10 kPa可保證在滿足棉花生長(zhǎng)需求下提供較為適宜的土壤水分環(huán)境，控制土壤鹽分。

TOPSIS綜合分析表明，10個(gè)處理中W2C處理更有利于棉花的生長(zhǎng)發(fā)育、產(chǎn)量形成和獲得較高的水分利用效率?？芍诒ＷC北疆棉田節(jié)水控鹽高效生產(chǎn)的情況下，在苗期、蕾期和花鈴期實(shí)施-20 kPa土壤基質(zhì)勢(shì)調(diào)控灌溉為最佳的灌溉模式。但本研究?jī)H考慮了1年生育期內(nèi)棉花的生長(zhǎng)及土壤水鹽情況，關(guān)于不同土層的水鹽分布及運(yùn)移規(guī)律有待進(jìn)一步研究。