陈绍民

(新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)



不同灌溉方式对土壤水分、棉花生长性状及产量的影响

陈绍民

(新疆水利水电科学研究院，新疆 乌鲁木齐 830049)

为了探讨不同灌水方式对土壤水分、棉花生长性状及产量的影响，通过测坑试验，设定膜下滴灌、地下滴灌、微润灌3种灌溉方式，利用PR2测定土壤水分状况，并对棉花生长性状进行连续监测。结果表明，土壤湿润体大小关系为：膜下滴灌>地下滴灌>微润灌，其中微润灌较地下滴灌土壤湿润体水分分布更均匀；微润灌所形成的土壤湿润体对棉花株高、茎粗、叶面积指数的生长促进作用弱于膜下滴灌和地下滴灌；微润灌条件下棉花水分利用效率最高，其灌溉定额大幅减小的情况下，其产量仅降低了15.7%～17.7%，该灌溉方式有较大的节水潜力。

棉花；土壤湿润区；灌溉方式；微润灌；产量

灌溉方式的不同将会形成不同的土壤湿润体，进而对棉花的生长性状和产量产生影响，植物所需养分绝大部分都来源于对土壤水分的吸收过程，土壤水分环境的变化对棉花的生长发育和产量形成有很大的影响[1]。为此，采用棉花测坑试验，通过设定传统节水灌溉方式(膜下滴灌、地下滴灌)和新型微流量连续灌溉技术(微润灌)共3种灌溉方式，以期探讨不同灌溉方式条件下土壤水分环境对棉花生长性状和产量的影响，从而对棉花节水灌溉技术发展提供理论支持。

1　材料与方法

1.1试验地概况

试验于2015年4—9月在新疆维吾尔自治区塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所(灌溉试验站)进行(86°09′E，41°35′N，海拔895～903 m)。试验区位于库尔勒市西尼尔镇境内，处于天山南麓塔里木盆地边缘孔雀河冲积平原带，属于暖温带大陆性荒漠气候，干旱少雨且蒸发强烈。多年平均降雨量58.6 mm，主要集中在6—8月，多以阵雨形式出现，多年平均蒸发量2788.2 mm，蒸降比达47.58；年平均日照时数3036.2 h；年平均风速2.4 m/s,最大风速22 m/s;年平均气温11.5 ℃，最低气温-30.9 ℃，最高气温42.2 ℃，年平均≥10 ℃积温4121.2 ℃；年平均无霜期191 d；试验年地下水水位7.5 m±0.5 m。

1.2试验设计

供试棉花品种“新陆中55号”，采用测坑试验(2 m×3.3 m，未衬底)，试验前测坑0～45 cm土壤过筛去除残留地膜和杂草根系等杂质。供试土壤为砂壤土，土壤体积质量1.45 g/cm3，田间持水率(体积含水率)26.98%，孔隙度41.66%，20～30 cm土层施入有机肥60 000 kg/hm2，有机肥为羊粪。其他管理与大田相同。种植模式均为一膜双管，覆膜宽度1.2 m，滴灌带(或微润带)铺设于窄行间，行距设置：20 cm+45 cm+20 cm，如图1所示；膜间距40 cm，株距10 cm。

采用膜下滴灌、地下滴灌、微润灌3种灌溉方式。膜下滴灌采用迷宫式滴灌带，设计滴头流量1.8 L/h，滴头间距30 cm，全生育期灌水10次，灌水周期7～10 d，全生育期总灌水量465 mm；监测期灌水周期10 d，灌水定额45 mm，监测期日平均灌水量4.5 mm。地下滴灌采用内镶式滴灌带，设计滴头流量1.8 L/h，滴头间距30 cm，埋深20 cm，每日灌水，灌水定额根据生育阶段的不同设定；全生育期总灌水量465 mm，监测期平均日灌水量4.5 mm。微润灌采用深圳某公司生产的微润带(直径20 mm)，埋深20 cm，采用微型水泵加压(3 m水头)，定水头持续供水，全生育期灌溉定额约220 mm(生育期内灌溉用水量为膜下滴灌和地下滴灌的47.3%)，监测期平均日灌水量2.1 mm。灌溉用水为孔雀河来水，平均矿化度为1.0～1.1 g/L。其他管理与大田相同。

注：地下滴灌和微润灌埋设深度为20 cm。图1　棉花种植模式及PR2管布置示意图

膜下滴灌和地下滴灌分别设3个重复，微润灌设2个重复，共8个测坑。

1.3测试项目与方法

采用PR2土壤剖面水分速测仪(Delta-T，英国)测定10、20、30、40、60、100 cm土层体积含水率，水分测定管分别埋设在窄行中间、宽行中间和膜间，如图1所示。土壤水分的测定时间以膜下滴灌为准，灌水日期前后测定所有处理，光合数据测定当天加测。

棉花植株性状测定时每个处理连续选6株(内外行各3株)有代表性的棉株挂牌进行监测。测定项目包括株高、茎粗、叶面积指数。株高、茎粗分别于蕾期(开始进行水分处理)、花铃前期、花铃中期、花铃后期进行监测；叶面积指数采用LAI-2200(LI-COR，美国)于花铃中期和吐絮期监测。株高用钢卷尺测定，从地表到主茎生长点的高度，以cm表示；茎粗用游标卡尺测量子叶节位置的直径，以mm表示；叶面积指数8月13日、9月3日采用LAI-2200冠层分析仪测定。

产量测定方法采用选取试验处理测坑内所有棉株统计株数、铃数，并采摘60朵棉花(分别来自棉株上、中、下部各20朵)，供室内考种，最终求得理论产量。

土壤横剖面水分分布状况采用surfer8.0进行绘制，其他数据采用Microsoft excel2007进行统计作图。

2　结果与分析

2.1不同灌溉方式的土壤水分状况

不同灌溉方式条件下形成有差别的土壤湿润区域，如图2所示。膜下滴灌土壤湿润区主要为浅层土壤，且呈现出宽浅型湿润区的特征。地下滴灌和微润灌的土壤湿润区均呈现出以滴灌带(微润带)为中心的同心圆分布形式。由于微润灌采用的是微流量持续供水方式，受土壤毛细力作用，所以湿润体范围内土壤水分较均匀，且土壤水分水平扩散明显；地下滴灌为每日短时供水，且灌水量较微润灌大，形成的湿润体则趋向垂直方向发展。

根据PR2所监测土壤剖面，采用多点采样求平均值的方法计算土壤平均含水率[2]，膜下滴灌、地下滴灌、微润灌方式下60 cm土层土壤平均体积含水率分别为19.32%、15.93%、14.57%，相对于田间持水率的相对含水率分别为72%、59%、54%。以60%θf(16.2%)为灌水下限，根据图2计算体积含水率大于16.2%的湿润体剖面面积与计划湿润层(60 cm)剖面面积之比，计算结果分别为膜下滴灌86.25%、地下滴灌66.67%、微润灌55.56%。各灌溉方式计算结果大小关系与60 cm土层内土壤平均含水率计算结果一致。

试验中膜下滴灌、地下滴灌和微润灌属于3种不同灌水周期的灌溉方式，其中膜下滴灌7～10 d/次，地下滴灌1 d/次，微润灌持续供水。3种灌溉方式中膜下滴灌是地表灌溉方式且灌水频次最小，灌水定额最大，属于一种储水灌溉的方式。因此在该监测时点，60 cm土层内土壤平均含水率最大，同时大于60%θf的土壤湿润区域也最大；地下滴灌和微润灌均属于地埋灌溉方式，但二者的灌水频次不同，地下滴灌为超短周期高频灌溉，而微润灌不间断供水持续灌溉，且地下滴灌每日灌水量较微润灌大、灌水时间短，进入土壤的水分受重力作用明显，所以形成的大于60%θf的土壤湿润区较微润灌大，略呈向下的椭球体形状；而微润灌主要以土壤水分的毛细运动为主，湿润体呈较规整的球状体，其土壤湿润体更均匀，但总体含水量和湿润体较小，主要是受灌水量较小的影响。

(a) 膜下滴灌 　　　　　　　　　　　　　　　(b)地下滴灌 　　　　　　　　　　　　　　(c)微润灌　　注：为滴灌带(微润带)所在位置。图2　不同灌水方式对应土壤水分状况

2.2不同灌溉方式处理棉花生长性状

图3表明不同处理下棉花株高、茎粗的生长趋势基本相同，但不同灌水方式对棉花株高、茎粗有一定的影响。在膜下滴灌和地下滴灌相同灌溉定额情况下，棉花株高随着土壤湿润比的增加而增高。一般情况下，基肥施入浅层土壤中，大的土壤湿润区域使棉花根系分布范围更广，所以具有更大的提供水分和养分的土壤环境，促进了棉株的生长和发育。每一时段棉花茎粗最大值均出现在膜下滴灌处理，而地下滴灌后期茎粗变化缓慢，微润灌处理则介于二者之间。

图3　不同灌水方式下棉花株高、茎粗的生长过程

叶面积指数于8月13日花铃中期叶面积最大时期第一次测定，于9月3日吐絮期叶片逐渐衰老脱落时测定。图4可以看出，花铃中期和吐絮期叶面积指数大小关系均为：地下滴灌>膜下滴灌>微润灌。但是其叶片衰老速度则相反，即微润灌最大，膜下滴灌次之，地下滴灌最小。这与土壤水分环境相关，微润灌由于全生育期灌溉定额较小，土壤湿润范围长期较小，造成棉花叶片早衰。

图4　不同灌水方式下棉花叶面积指数变化过程

2.3不同灌溉处理棉花产量

不同灌溉方式对棉花产量及其构成因素、水分利用效率的影响见表1。可以看出相同灌溉定额情况下，膜下滴灌较地下滴灌产量高，水分利用效率略高。微润灌溉方式条件下棉花单株铃数最大、单铃重最小、产量也最小，但是其水分利用效率最高。表明不同灌溉方式处理通过形成不同土壤湿润区，然后不断对棉花生长产生影响，最终影响到棉花的水分利用效率和产量。微润灌灌溉定额降低了52.7%，产量仅降低了15.7%～17.7%。

3　结　论

(1)不同灌溉方式处理所产生的土壤湿润区域不同，膜下滴灌土壤湿润体最大，地下滴灌次之，微润灌最小；微润灌较地下滴灌所形成土壤湿润体水分分布更均匀。

表1　棉花产量及其构成因素、水分利用效率

(2)微润灌所形成的土壤湿润体对棉花株高、茎粗、叶面积指数的生长的促进作用弱于膜下滴灌和地下滴灌。

(3)不同灌溉方式对土壤水分环境产生的影响不同，进而影响棉花水分利用效率和产量的形成。其灌溉定额减小幅度超过50%，但产量仅降低了15.7%～17.7%，该灌溉方式有较大的节水潜力，在棉花节水、增效的应用还须要进一步研究。

[1]丁浩，李明思，孙浩.滴灌土壤湿润区对棉花生长及产量的影响研究[J].灌溉排水学报，2009，28(3)：42-45.

[2]申孝军，孙景生，张寄阳，等.滴灌条件下土壤平均含水率计算方法研究[J].水土保持学报，2011，25(3)：241-244,253.

Effects of soil moisture, cotton growth and yield under different irrigation methods

CHEN Shaomin

(Xinjiang Research Institute of Water Resources and Hydropower, Urumqi 830049, China)

In order to investigate the effect of different irrigation methods on the soil moisture, cotton growth and yield. In this paper, through test-pit experiments set three irrigation methods, the soil moisture measured by PR2, continuous monitoring the cotton growth. The results showed that, the maximum wetted soil volume from the mulched drip irrigation, the wetted soil volume from moistube irrigation which has a more uniform distribution of soil moisture than underground drip irrigation; the soil wetting pattern by moistube-irrigation promotion effect on plant height, stem diameter and leaf area index is weaker than other irrigation methods; the highest water use efficiency of cotton was under the moistube-irrigation, and the yield is reduced by only 15.7%～17.7%, when the consumption of irrigation water greatly reduced, so it’s water saving potential.

cotton; irrigation method; moistube-irrigation; soil wetting pattern; yield

陈绍民(1989-)，男，工程师，主要从事灌溉原理与技术应用方面的研究。

S275;S562

A

2096-0506(2016)08-0014-04