不同灌水技術(shù)對(duì)棉田土壤水分分布特征的影響

趙璐璐

摘要 ? ?為了探究膜下滴灌、地下滴灌及痕量灌不同灌水方式下對(duì)土壤水分變化特征的影響，進(jìn)行了不同灌水技術(shù)對(duì)棉田土壤水分分布特征的影響試驗(yàn)。結(jié)果表明，膜下滴灌水分入滲深度率高于地下滴灌和痕量灌，灌水周期內(nèi)灌水前期膜下滴灌大于地下滴灌和痕量灌、后期低于二者，土壤溫度變化以膜下滴灌處理變幅最大、地下滴灌灌水周期內(nèi)變幅最小。

關(guān)鍵詞 ? ?棉田;膜下滴灌;地下滴灌;痕量灌;土壤水分;土壤溫度

中圖分類號(hào) ? ?S562 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 ? ?A

文章編號(hào) ? 1007-5739（2019）13-0009-03 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）

目前，南疆是新疆棉花優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)區(qū)，對(duì)于南疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。對(duì)于地處暖溫帶大陸性荒漠氣候的巴州地區(qū)，干旱缺水是影響棉花產(chǎn)量和水分利用效率的主要因素。國(guó)內(nèi)許多學(xué)者利用田間試驗(yàn)對(duì)巴州棉花不同灌溉技術(shù)進(jìn)行了研究。李東偉等[1]研究膜下土壤濕潤(rùn)帶均勻性在膜下滴灌技術(shù)中運(yùn)用的重要性，結(jié)果表明，寬淺式土壤濕潤(rùn)區(qū)能在水分利用效率不降低的前提下顯著提高棉花產(chǎn)量。秦璐[2]研究不同灌水方式棉花生理生態(tài)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益，結(jié)果表明，隨著灌水深度的增加，土壤含水率隨著土層深度的增加變化幅度逐漸減小。孔繁明[3]研究地下滴灌在棉花中的應(yīng)用，結(jié)果表明，30～40 cm土層土壤含水率高于表層20 cm以內(nèi)，可有效降低土壤蒸發(fā)，增強(qiáng)棉花根系對(duì)水分的吸收，提高水分利用效率。申孝軍等[4]研究不同灌水方式下灌水下限對(duì)棉花產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，相同水分處理地下滴灌與膜下滴灌相比棉花產(chǎn)量及水分利用效率均有提高。本文通過(guò)大田試驗(yàn)，研究不同灌水方式下棉田土壤水分分布特征，以期為新疆棉花高效節(jié)水技術(shù)理論研究提供參考。

1 ? ?材料與方法

1.1 ? ?試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于新疆巴州庫(kù)爾勒農(nóng)二師31團(tuán)，位于東經(jīng)85°09′、北緯41°35′，海拔高度為892～900 m，試驗(yàn)所在地屬于暖溫帶大陸性荒漠氣候。該地區(qū)干旱少雨，夏季高溫天氣較多，蒸發(fā)強(qiáng)烈，晝夜溫差較大，多年平均氣溫為11.22 ℃，多年平均蒸發(fā)量2 273～2 788 mm（E601蒸發(fā)皿），多年平均日照時(shí)數(shù)2 998.2 h，多年平均降雨量為50.2 mm，無(wú)霜期201 d，土壤條件為砂壤土，干體積質(zhì)量1.57 g/cm3，田間持水量（體積）為26.9%。

1.2 ? ?試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)共設(shè)3個(gè)處理，各處理設(shè)置見表1。全生育期灌水總量均為465 mm，所有處理均為3次重復(fù)，灌溉定額生育期分配計(jì)劃如表2及表3所示。灌溉水均為河水，平均礦化度為2.3 g/L。

1.3 ? ?試驗(yàn)實(shí)施

棉花種子采用當(dāng)?shù)厥褂幂^為普遍的新陸中55號(hào)，采用大田試驗(yàn)，播種前施二銨750 kg/hm2、復(fù)合肥600 kg/hm2、硫酸鉀75 kg/hm2、尿素75 kg/hm2作底肥，生育期內(nèi)追肥量為尿素675 kg/hm2、磷酸二氫鉀150 kg/hm2，并灌春水（按用水量1 500 m3/hm2灌溉）。棉花播種日期定于4月20日，所有處理棉花播種模式采用1膜2管4行，覆膜寬度1.2 m，行距為20 cm+45 cm+20 cm;膜間距60 cm，株距10 cm（圖1）。覆膜前進(jìn)行滴灌帶鋪設(shè)，地下滴灌與痕量灌埋設(shè)深度為距地面向下25 cm。膜下滴灌及地下滴灌滴灌帶均采用泓科滴灌廠生產(chǎn)的薄壁內(nèi)鑲貼片式滴灌帶，參數(shù)為滴頭流量2.2 L/h、滴頭間距30 cm;痕量灌滴灌帶參數(shù)為滴頭流量0.6 L/h，滴頭間距10 cm。

1.4 ? ?測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 ? ?PR2土壤水分測(cè)定。采用PR2測(cè)定土壤水分，測(cè)定前對(duì)PR2進(jìn)行標(biāo)定。所有處理均布置5根水分測(cè)定管，以滴灌帶為起點(diǎn)按20 cm間距向兩邊布置，如圖2所示。

按照試驗(yàn)方案灌水，以膜下滴灌灌水時(shí)間節(jié)點(diǎn)于灌水前測(cè)定土壤水分，不論試驗(yàn)處理是否灌水，各試驗(yàn)處理均需同時(shí)測(cè)定，測(cè)量深度為10、20、30、40、60、100 cm。

1.4.2 ? ?土壤水分實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)（SM300）。播種時(shí)安裝土壤水分實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)SM300，采用SM300土壤水分、溫度傳感器結(jié)合試驗(yàn)站數(shù)據(jù)信息集成系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)[5-6]。每處理5個(gè)測(cè)點(diǎn)，從6月16日（第1次水前1 d）開始對(duì)土壤水分和溫度變化進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。探頭埋設(shè)前進(jìn)行率定（圖3）。

2 ? ?結(jié)果與分析

2.1 ? ?不同灌水方式下土壤濕潤(rùn)區(qū)形式

以田間持水率（體積含水率θf(wàn)=27%）的60%為灌水下限，即土壤體積含水率>16%的范圍為對(duì)作物有效利用的濕潤(rùn)區(qū)。由圖4可以看出，不同灌溉方式形成的土壤濕潤(rùn)區(qū)域不同。膜下滴灌形成的濕潤(rùn)區(qū)范圍最大，垂直方向達(dá)到78 cm，橫向濕潤(rùn)范圍廣，但垂直滴管帶方向濕潤(rùn)深度差異大，膜邊濕潤(rùn)深度為40 cm，濕潤(rùn)區(qū)形狀似漏斗，如圖4（a）所示，因?yàn)槟は碌喂喙嗳氲乃址植贾饕苤亓?shì)作用影響;地下滴灌垂直方向濕潤(rùn)范圍在15 cm以下，濕潤(rùn)深度介于60～80 cm之間，垂直滴灌帶方向濕潤(rùn)深度差異性較膜下滴灌小，濕潤(rùn)區(qū)范圍總體是圍繞滴管帶擴(kuò)展，水分向下擴(kuò)展范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水分向上擴(kuò)展范圍，如圖4（b）所示，因?yàn)榈叵碌喂喙嗳氲乃窒蛳聺駶?rùn)主要受重力勢(shì)作用，向上濕潤(rùn)受重力勢(shì)和基質(zhì)勢(shì)的作用，總的來(lái)說(shuō)受重力勢(shì)作用更加明顯;痕量灌濕潤(rùn)范圍能夠很明顯地看出是圍繞痕灌帶在發(fā)展，垂直方向濕潤(rùn)范圍在10～60 cm，土壤體積含水率等值線趨向于同心圓發(fā)展，如圖4（c）所示，因?yàn)楹哿抗嗫厮^出水流量較小，土壤水分的分布同時(shí)受重力勢(shì)和基質(zhì)勢(shì)的影響，與地下滴灌同是地下灌溉的形式，但水分向上分布的過(guò)程中受基質(zhì)勢(shì)的影響較地下滴灌更明顯（向上濕潤(rùn)范圍大于地下滴灌），水分向下濕潤(rùn)范圍受重力勢(shì)作用較地下滴灌小，最大濕潤(rùn)深度（60 cm）小于地下滴灌（80 cm）。

2.2 ? ?灌水周期內(nèi)土壤水分變化規(guī)律

根據(jù)每個(gè)處理埋設(shè)的5根PR2管所測(cè)定土壤體積含水率，計(jì)算0～30 cm和0～60 cm土層內(nèi)平均含水率在一個(gè)灌水周期（以膜下滴灌灌水周期為準(zhǔn)）內(nèi)的變化規(guī)律。

由圖5可以看出，不同灌水方式條件下0～30 cm和0～60 cm土層深度內(nèi)的平均含水率大小關(guān)系并不固定。如圖5（a）所示，0～30 cm土層在灌水前（7月13日）土壤含水率差別不大，7月14日灌水后膜下滴灌和地下滴灌0～30 cm土層土壤平均含水率幾乎相等，且較痕量灌大很多;隨著時(shí)間的推移，膜下滴灌0～30 cm土層土壤含水率迅速降低，最后在3種灌溉方式中為最小（試驗(yàn)計(jì)劃膜下滴灌灌水日期為7月12日，由于7月9日降雨達(dá)32 mm，所有處理均停止灌水至7月14日恢復(fù)灌水處理）。如圖5（b）所示，0～60 cm土層土壤平均含水率從灌水前至下次灌水前（灌水日期7月19日）始終表現(xiàn)為膜下滴灌>地下滴灌>痕量灌。

以上不同土層深度內(nèi)土壤平均含水率大小關(guān)系與灌水方式、土壤水分分布形式、灌水持續(xù)時(shí)間相關(guān)。

2.3 ? ?灌水周期內(nèi)土壤溫度變化規(guī)律

由圖6可以看出，不同灌溉方式處理下40 cm土層土壤溫度變化情況，前期7月14日12：00至7月15日12：00，膜下滴灌土壤溫度在3種灌溉方式中處于一個(gè)較高的水平，此時(shí)土壤溫度變化幅度較小;隨著時(shí)間的推移和土壤水分的消耗，土壤溫度的變化幅度越來(lái)越大，直至后期土壤水分較小時(shí)期（7月18日），此時(shí)膜下滴灌土壤溫度變化幅度最大、地下滴灌處理土壤溫度變化幅度最小、痕量灌處理土壤溫度變化幅度介于膜下滴灌與地下滴灌之間。這種土壤溫度的變化情況與土壤水分含量相一致。

3 ? ?結(jié)論與討論

試驗(yàn)結(jié)果表明，相同灌溉定額處理下，土壤濕潤(rùn)深度大小關(guān)系為膜下滴灌>地下滴灌>痕量灌。痕量灌土壤水分分布受土壤基質(zhì)的影響更大。在膜下滴灌灌水周期內(nèi)，0～30 cm土層內(nèi)地下滴灌含水率始終大于痕量灌，膜下滴灌土壤水分前期高于地下滴灌與痕量灌、后期低于二者;0～60 cm土層含水率大小關(guān)系一直表現(xiàn)為膜下滴灌>地下滴灌>痕量灌。

3種灌水方式下灌水周期內(nèi)土壤溫度變化不同，膜下滴灌處理土壤溫度在灌水周期內(nèi)處于較高水平，隨著水分的消耗土壤溫度變化幅度也相對(duì)變大[7]。由此說(shuō)明，土壤溫度的變化與土壤水分變化相一致。

4 ? ?參考文獻(xiàn)

[1] 李東偉，李明思，周新國(guó)，等.土壤帶狀濕潤(rùn)均勻性對(duì)膜下滴灌棉花生長(zhǎng)及水分利用效率的影響[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34（9）：130-137.

[2] 秦璐.不同灌溉方式棉花生理生態(tài)指標(biāo)及經(jīng)濟(jì)效益研究[D].烏魯木齊：新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)，2016.

[3] 孔繁明.地下滴灌在棉花上的應(yīng)用效果研究[D].石河子：石河子大學(xué)，2013.

[4] 申孝軍，張寄陽(yáng)，孫景生.灌水模式及下限對(duì)滴灌棉花產(chǎn)量和品質(zhì)的影響[J].排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，32（8）：711-718.

[5] 韓萬(wàn)海，王增麗.不同灌溉模式對(duì)土壤水鹽分布及棉花產(chǎn)量的影響[J].中國(guó)農(nóng)村水利水電，2018（11）：26-29.

[6] 易小龍，李國(guó)，李文雯，等.不同滴灌灌水處理對(duì)棉花花鈴期光合特性及產(chǎn)量構(gòu)成的影響[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2018，46（17）：73-78.

[7] 王軍，李久生，關(guān)紅杰.北疆膜下滴灌棉花產(chǎn)量及水分生產(chǎn)率對(duì)灌水量響應(yīng)的模擬[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2016，32（3）：62-68.