大田棉花膜下滴灌毛管布置形式試驗分析

胡 蕾

（新疆溫宿縣庫木艾日克托什干河水管總站，新疆 溫宿 843100）

0 引言

溫宿縣庫托河灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)南部溫宿縣境內(nèi)，庫托河流域上游河段。灌區(qū)距離阿克蘇市320 km。灌區(qū)內(nèi)土質(zhì)優(yōu)良，植被單一，擁有較為豐富的光熱資源，降水稀少，但由于庫托河流域水量充足，所以灌區(qū)水資源較為豐富，但利用效率不高。20 世紀(jì)后期，灌區(qū)不斷出現(xiàn)氣候冷干向暖濕轉(zhuǎn)變的信號，多年內(nèi)年平均氣溫波動多達(dá)1.0℃，灌區(qū)農(nóng)業(yè)氣候資源的量值和分配受到嚴(yán)重改變，土地沙化加劇，生態(tài)平衡遭到破壞，耕地沙漠化，土地貧瘠，自然肥力下降。本文主要以庫托河灌區(qū)為試驗區(qū)域，進(jìn)行氣候資源的動態(tài)變化對大田棉花膜下滴灌種植參數(shù)影響的研究。

1 試驗材料與方法

采用直徑104 mm 干管和直徑65 mm 支管，直徑15 mm 迷宮式滴灌帶毛管，滴頭間距35 cm，機(jī)井潛水電泵選用250QJ60-80 型，同時配備離心網(wǎng)組合式過濾器及施肥罐。棉花選用8557 品種，干播濕出的播種模式[1]，4 月20 日播種，每666.7 m2播種6 kg 種量，尿素和高效肥施用量分別為每666.7 m230 kg 和10 kg。

方案一為通用的毛管布設(shè)方式下單條毛管同時灌溉兩行寬窄行種植的棉花，進(jìn)行對比處理，寬行間距60 cm，窄行間距30 cm；

方案二為單條毛管灌溉同時灌溉四行寬窄行種植的棉花，毛管間距150 cm；

方案三灌溉模式同方案二，棉花種植寬行間距50 cm，窄行間距25 cm，毛管間距120 cm。每個方案都包含四行作物，且構(gòu)成獨(dú)立的灌水單位，通過3/4 球閥控制灌溉水量。作物灌溉前后0～75 cm 土層含水率主要采用取土烘干法進(jìn)行分層測定，作物生長狀況每隔10 d 定點觀察，最終進(jìn)行作物產(chǎn)量和品質(zhì)的測定。

2 試驗結(jié)果分析

2.1 土壤濕潤體形態(tài)

膜下滴灌毛管布置間距的確定主要依據(jù)滴頭水分入滲后潤濕體體積、水分橫向擴(kuò)散速率和垂直入滲深度。灌溉初期供水強(qiáng)度往往大于土壤入滲能力，滴頭附近形成地表積水區(qū)域速率很快，導(dǎo)致水平潤濕距離快速超過垂直入滲距離。根據(jù)4 月20 日所進(jìn)行的三種試驗方案下滴頭灌水24 h 后剖面測定結(jié)果（表1）可知，相同土壤條件下，土壤表面積水面積隨灌水滴頭流量的增加而增加，潤濕體水平半徑比垂直半徑略大。假定灌水時間不變，隨灌水滴頭水量的增大，潤濕體水平半徑和垂直半徑之比逐漸減小，說明隨著地表積水的增多，潤濕體垂直擴(kuò)散速度比水平擴(kuò)散速度快[2]。

表1 滴頭灌水24 h 后入滲潤濕體剖面測定結(jié)果

依據(jù)剖面測定結(jié)果，針對溫宿縣庫托河灌區(qū)沙壤土的情況，方案三采用120 cm 的毛管間距布設(shè)方式完全能滿足外行棉花所需的水分要求，而方案二設(shè)置毛管間距為150 cm，垂直方向潤濕距離符合灌溉要求，但水平方向潤濕距離無法滿足外行作物所需水分要求。

2.2 毛管布置對作物生長的影響

膜下滴灌作物需水量直接灌入作物根區(qū)后，在重力和毛管力共同影響下水分在土壤中迅速擴(kuò)散，與毛管距離不同的土壤具有不同含水率，對棉花生長發(fā)育影響不同。毛管不同的布置形式對棉花株高的不同影響及對應(yīng)關(guān)系見圖1，含水量不同，則植株株高、生長速度、蕾鈴數(shù)量、發(fā)育程度、葉片大小、葉面積等均呈現(xiàn)不同程度的變化。根據(jù)植株株高可知，毛管間距150 cm 外行植株由于土壤水量缺失已經(jīng)受到嚴(yán)重影響。

圖1 毛管布置的不同方式與棉花株高的對應(yīng)關(guān)系

作物植株的地上部分和地下部分此消彼長，通過分析毛管布置方式與棉花植株根長的對比關(guān)系（圖2）可以看出，毛管間距150 cm 外行的根長最長，這是作物為適應(yīng)干旱環(huán)境的自然反映。滴灌是一種局部性灌溉方式，外行比內(nèi)行所處的水分環(huán)境更優(yōu)，而外行外側(cè)則大多干燥，通氣性良好，根系普遍較深，須根系甚至伸長至毛管尖端。根據(jù)對植株的測量可知，外行內(nèi)側(cè)須根更長更健壯，干物質(zhì)量也比外側(cè)大（表2）。

圖2 毛管布置方式與棉花植株根長的對比關(guān)系

表2 9 月10 日棉花植株生長情況統(tǒng)計

枝葉是作物主要的光合作用器官，枝葉大小直接關(guān)系到作物光合產(chǎn)物的累積量，棉花植株生長過程中受水分供應(yīng)是否充足影響葉面積的大小[3]。水分供應(yīng)越充分，葉片生長越快速，葉面積越大，相反，則葉片生長緩慢，葉面積相對較小。8 月10 日的觀測結(jié)果顯示，棉花單個植株葉面積對照處理是3716.6 cm2，毛管間距120 cm 內(nèi)外行分別為3778.36 cm2和3411.5 cm2；毛管間距150 cm 內(nèi)外行分別為2361.8 cm2和1897.3 cm2，不難發(fā)現(xiàn)，毛管間距120 cm 內(nèi)行葉面積幾乎為150cm 外行葉面積的兩倍之多，可見，毛管間距150 cm 外行由于水分供應(yīng)跟不上所以影響到作物正常生長。

2.3 毛管布置對作物產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

棉花最終產(chǎn)量主要根據(jù)鈴數(shù)多少來衡量，土壤水分供給適度則所形成的鈴數(shù)較多，如果水分供給過度，則植株提前封行，降低通風(fēng)透氣條件，加重落蕾落鈴，最終鈴數(shù)和產(chǎn)量均受到影響[4]。相反，若水分供給不足，植株將出現(xiàn)早衰，同樣發(fā)生落蕾落鈴，影響鈴數(shù)。根據(jù)試驗，棉花植株盛蕾期單株花蕾數(shù)平均為7個，毛管間距120 cm 內(nèi)外行分別有9.2 個、10.4 個，毛管間距150 cm 內(nèi)外行分別為7.3 個、4.5 個。可見，水分供應(yīng)充足的毛管間距150 cm 花蕾數(shù)和終鈴數(shù)都少于毛管間距120 cm。

根據(jù)對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的檢測發(fā)現(xiàn)，毛管間距120 cm 的方案三外行和內(nèi)行產(chǎn)量和其他品質(zhì)方面都明顯較高，其產(chǎn)量比對照增加了65%，外行比內(nèi)行增加了3.85%。毛管間距150 cm外行產(chǎn)量僅為對照的47.6%。對照處理中的棉花植株長期生長于高水分土壤環(huán)境，植株封行較早，花蕾嚴(yán)重脫落，產(chǎn)量并不是最高的。毛管間距150 cm 的外行植株長期水分不足，也存在嚴(yán)重的落蕾落鈴，但是其絨長和衣分卻比對照分別高出11.8%和7.9%。表明，與水分過度供給相比，水分的適量控制反而有助于提高產(chǎn)量，改善品質(zhì)。

表3 毛管間距對棉花產(chǎn)量和品質(zhì)影響的統(tǒng)計

3 結(jié)論

1）膜下單管滴灌制度的制定應(yīng)首先考慮潤濕體半徑，在溫宿縣庫托河灌區(qū)沙壤土灌水量為35 mm，滴頭流量為2 L/h 的條件下，灌水持續(xù)時間2 d 便可使滴頭潤濕半徑達(dá)40 cm，毛管間距120 cm 就能基本滿足外行棉花植株生長所需的水分。

2）綜合考慮棉花植株的株高、葉面積、絨長、根長、單位植株干物質(zhì)量等指標(biāo)，毛管間距120 cm 外行的水分等生長條件最為適宜，而毛管間距150 cm 外行距離毛管水源遠(yuǎn)，土壤水分狀況較差，所以棉花植株生長發(fā)育情況均不理想。此外，棉花作物植株與毛管間距的距離還影響其產(chǎn)量和品質(zhì)，距離毛管水源最近的毛管間距120 cm 內(nèi)行產(chǎn)量最高，品質(zhì)最優(yōu)，離毛管最遠(yuǎn)的間距150 cm 外行產(chǎn)量最低。

3）綜合考慮各方面情況可以發(fā)現(xiàn)，間距120 cm 的毛管布置方式由于擴(kuò)大了傳統(tǒng)布置方式下的毛管間距，大大節(jié)省了毛管用量，降低了膜下滴灌系統(tǒng)的成本，同時，大田棉花產(chǎn)量和品質(zhì)有效提升。為了將傳統(tǒng)毛管布置方式改為間距120 cm 的布置方式，還必須進(jìn)行作物種植和覆膜機(jī)等的調(diào)整。

4）在傳統(tǒng)漫灌模式下，棉花產(chǎn)量水平不高，水資源存在極大浪費(fèi)，膜下滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用增產(chǎn)潛力巨大，基于可持續(xù)發(fā)展的角度，深入研究膜下滴灌技術(shù)所具有的生態(tài)環(huán)境效益和土壤鹽分的發(fā)展規(guī)律，進(jìn)行膜下滴灌各項技術(shù)評價指標(biāo)的適用性探討，并創(chuàng)建干旱區(qū)節(jié)水生態(tài)農(nóng)業(yè)發(fā)展的評估機(jī)制，對于新疆以及西北干旱區(qū)域農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展意義重大。