灌水模式对滴灌棉花产量的影响范文

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《排灌机械工程学报》2014年第五期

1观测项目与方法

1.1土壤含水率在棉花生育期内每隔3～7d用CPN－503中子土壤水分仪（美国）结合烘干法观测土壤含水率变化，灌水和降雨前后加测．根据新疆滴灌棉花栽培模式以及滴灌带铺设位置，每个处理选膜下宽行中央、膜下窄行中央（即滴灌带正下方）以及膜外裸地（距滴灌带垂直距离为40cm）3个取样点，由于滴灌棉田土壤水分并非一维分布，利用文献［8］的方法计算观测点处平均土壤含水率．

1.2棉花株高从棉花4叶期开始每隔7～10d用精度1mm的直尺定点观测棉花的株高（每处理连续选10株具有代表性的植株挂牌，内外行各5株），并记录生育阶段历时．

1.3田间测产与耗水量计算根据棉花吐絮程度，于9月19日、9月29日和10月17日对各小区进行分批采摘，晾干后用精度1g的电子天平称重，籽棉产量以实收产量测算，折合为每公顷产量．根据水量平衡方程，各处理耗水量式中：ET为棉花耗水量，mm；P0为有效降水量，mm；K为地下水补给量，mm；M为灌水量，mm；D为深层渗漏量，mm；Wt和W0分别为时段末和时段初的土壤储水量，mm．由于试验区地下水埋深大于10m，取K＝0，文献［4］发现，当灌水定额小于45mm时不会出现深层渗漏现象，取D＝0．式（1）可以简化为

1.4棉纤维品质收获后各处理分批选样，送农业部棉花品质监督检验测试中心采取HVICC（highvolumeinstrumentcalibrationcotton）标准测定棉纤维长度、整齐度指数、马克隆值、伸长率、断裂比强度等品质指标．

2结果与分析

2.1不同处理对棉花株高的影响大田试验结果如图2所示，图中h为株高，t为播后天数．由图2可知，相同滴灌模式下，蕾期（播种后第49－68d）水分胁迫花铃期（播种后第69－119d）恢复供水处理（SDI－1，SDI－2，SDI－3和SSDI－1，SSDI－2，SSDI－3），棉花株高随着棉田灌水控制下限的降低而降低，花铃期正常供水后，各处理株高生长表现出不同程度的亏水补偿效应；花铃期水分胁迫处理（SDI－5，SDI－6和SSDI－5，SSDI－6）的棉花株高均小于对照处理（SDI－8和SSDI－8）．相同水分处理，蕾期调查（播种后第52，62d）结果表明，膜下滴灌棉花株高普遍高于地下滴灌，但蕾期最后一次（播种后第68d）和花铃期2次（播种后第75，82d）调查结果均表明，地下滴灌棉花株高已接近或略高于膜下滴灌处理．说明地下滴灌在棉花苗期和蕾期可抑制棉花株高生长，有利于蹲苗．

2.2不同处理对棉花耗水量的影响从表2可以看到，相同滴灌模式下，棉花生育期内的耗水强度WCI均呈由小到大再变小的趋势，花铃期是棉花耗水高峰期，耗水量占到全生育期耗水量的50％左右；相同滴灌模式下，蕾期棉花耗水量随灌水控制下限的降低而降低，花铃期水分胁迫处理棉花耗水量普遍低于对照处理，处理SDI－2和SSDI－2花铃期耗水量与对照处理相当；与对照处理（SDI－8和SSDI－8）相比，蕾期水分胁迫处理（SDI－1，SDI－2，SDI－3，SDI－7和SSDI－1，SSDI－2，SSDI－3，SSDI－7）全生育期耗水量降低较小，甚至略高于对照处理，而花铃期水分胁迫处理（SDI－5，SDI－6和SSDI－5，SSDI－6）全生育期耗水量比对照处理小很多，处理SDI－2和SSDI－2全生育期耗水略高于对照处理．相同灌水处理，膜下滴灌棉花苗期、花铃期、吐絮期以及全生育期的耗水量均低于地下滴灌棉花；除SDI－1和SDI－5处理外，膜下滴灌棉花蕾期耗水量也均低于地下滴灌棉花．

2.3不同处理对产量和WUE的影响

2.3.1不同处理对棉花产量的影响图3的试验结果表明，膜下滴灌棉花从开始吐絮（9月4日进入吐絮期）到第1次采摘（9月19日）期间，棉铃的日平均吐絮速率为12299～20856kg／（hm2•d）；第1次采摘到第2次采摘（9月29日）期间棉铃的日平均吐絮速率为6330～18635kg／（hm2•d）；第2次采摘到最后1次采摘（10月17日）期间棉铃的日平均吐絮速率为1160～3957kg／（hm2•d）；地下滴灌棉花吐絮过程与膜下滴灌棉花相同均呈现由快到慢的过程，霜前花的产量远高于霜后花的产量．同一滴灌模式下，与对照处理相比，蕾期水分胁迫会不同程度提高霜前花产量，当灌水下限下降到50％FC时，籽棉总产量降低了10％左右；花铃期重度水分胁迫均会大幅降低霜前花产量和籽棉总产量，但适度水分胁迫处理（灌水控制下限为70％FC）可以提高霜前花产量和籽棉总产量．说明蕾期适度的水分胁迫（灌水控制下限为60％FC和70％FC）不但有利于霜前花产量的提高，而且有利于总产量的提高，但重度水分胁迫（灌水控制下限为50％FC）会导致籽棉总产量降低，不利于高产的获得；花铃期水分胁迫会导致棉花籽棉产量降低，籽棉产量随亏水程度的加剧而降低．相同水分处理条件下，除蕾期重度水分胁迫处理（SSDI－1）外，地下滴灌棉花籽棉总产量均高于膜下滴灌棉花．

2.3.2不同处理对水分利用率的影响可利用式（3），（4）计算滴灌条件下不同水分处理的水分利用率（wateruseefficiency）和灌溉水利用率（irrigationwateruseefficiency）［9］，式中：WUE和IWUE分别表示水分利用率和灌溉水利用率，kg／m3；Y为棉花的籽棉产量，kg／hm2；ETa为棉花全生育期的实际耗水量，m3／hm2；I为滴灌棉花全生育期灌水量，即灌溉定额，m3／hm2．不同处理对水分利用率的影响如图4所示．图中结果表明，相同滴灌模式下，蕾期适度水分胁迫均能提高WUE和IWUE，花铃期水分胁迫会不同程度的降低WUE和IWUE；与全生育期充分供水处理相比，蕾期适度水分胁迫花铃期正常供水处理在获得较高产量的同时，提高了WUE和IWUE，蕾期正常供水花铃期重度水分胁迫处理以牺牲经济产量为代价，虽然也得到了较高的WUE和IWUE，但棉花籽棉产量降低了8％～20％．相同水分处理条件下，除蕾期重度水分胁迫处理，地下滴灌棉花的籽棉产量和IWUE均略高于膜下滴灌棉花，而WUE基本相当．

2.4不同处理对棉花纤维品质的影响从表3可以看到，相同滴灌模式下水分处理对棉花衣分lp的影响不明显，对照处理（SDI－8和SSDI－8）的衣分值最小，处理SDI－1和SSDI－1的衣分值最大．与处理SDI－4相比，花铃期正常供水蕾期水分胁迫处理（SDI－1，SDI－2，SDI－3）的棉花衣分值均有不同程度提高，但提高幅度十分有限；花铃期水分胁迫也有相类似的结果．与处理SDI－4相比，处理SDI－1和SDI－3的棉纤维上半部平均长度lf分别减小了065，019mm，SDI－2增加了022mm；与处理SDI－7相比，处理SDI－5，SDI－6和SDI－2的棉纤维上半部平均长度分别减小了254，151，004mm；与处理SDI－8相比，处理SDI－4和SDI－7的棉纤维上半部平均长度基本相当，但SDI－4＜SDI－8＜SDI－7．说明，同一阶段水分胁迫对棉纤维上半部平均长度的影响随水分胁迫程度的加重而加剧．地下滴灌条件下水分处理对棉花纤维长度的影响与膜下滴灌相似．滴灌条件下水分处理对棉纤维整齐度和伸长率e的影响甚微．相同水分处理条件下，地下滴灌棉花棉纤维整齐度指数ui普遍略高于膜下滴灌棉花．棉纤维伸长率在不同滴灌模式和不同灌水处理之间的差异不大．各处理的棉纤维马克隆值mv均为386～456，其中膜下滴灌试验为386～453，地下滴灌试验为391～456．与处理SDI－4相比，处理SDI－1的棉纤维马克隆值降低了326％，处理SDI－2和SDI－3的棉纤维马克隆值分别提高了548％和233％；与处理SDI－7相比，处理SDI－5和SDI－6的棉纤维马克隆值分别降低了1394％和635％，处理SDI－2的棉纤维马克隆值提高了089％．试验结果表明蕾期中轻度水分胁迫以及花铃期轻度胁迫均不会导致棉纤维马克隆值的大幅度降低．与处理SSDI－4相比，处理SSDI－1，SSDI－2，SSDI－3的棉纤维断裂比强度σ分别提高了055％，657％，255％；与处理SSDI－7相比，SSDI－5和SSDI－6的棉纤维断裂比强度分别降低了872％，587％，处理SSDI－2的棉纤维断裂比强度提高了391％；与SSDI－8相比，SSDI－4和SSDI－7的棉纤维断裂比强度分别提高了092％，350％．说明蕾期水分胁迫有利于棉纤维断裂比强度的提高，但提高幅度与水分胁迫程度并非线性相关，花铃期适度水分胁迫有利于断裂比强度的提高；蕾期适度水分胁迫、花铃期充分供水有利于棉纤维断裂比强度的提高．

3讨论

近年来有关水分亏缺对新疆滴灌棉花生长和耗水量的影响已有不少报道［10－11］，但大多局限于固定灌水周期不同灌水定额，或全生育期同一灌水下限，而且仅限于同一灌水模式．文中分析结果表明，与对照处理相比，蕾期适度水分胁迫花铃期恢复供水处理，在节约灌水资源的同时，由于作物的亏水补偿效应，棉花株高不但没有大幅降低反而有小幅增高，有利于棉花丰产架子的形成．文中分析了灌水模式和灌水控制下限对新疆滴灌棉花耗水量的影响，结果表明，滴灌棉田生育期耗水过程呈现出前期小、中期大、后期小；棉花全生育期耗水量在430～540mm，与王允喜等［4］和刘净贤等［11］在石河子垦区的研究结果相类似．文中发现，相同水分处理条件下，地下滴灌棉花苗期、花铃期、吐絮期和全生育期的耗水量分别比膜下滴灌棉花高8～10，11～20，7～9和22～41mm，这是因为地下滴灌条件下，灌溉水主要分布于毛管附近，地表0～10cm一直处于较低含水率，有利于棉花根系下扎［12］，充分利用了深层土壤水分．不同的灌水模式和水分处理会导致作物生长、光合同化产物积累和再分配的不同，进而影响到作物的产量和水分利用率．文中研究表明，与对照处理相比，蕾期适度水分胁迫花铃期充分供水处理的籽棉产量不但没有降低反而有所增加，同时提高了水分利用率特别是灌溉水利用率，与已有研究结果相类似．地下滴灌棉花（除灌水处理SSDI－1外）各处理的籽棉产量均高于膜下滴灌棉花，各处理的增产幅度为96～404kg／hm2；灌溉水利用率提高了08％～95％；而且地下滴灌在花铃期的抗旱能力远高于膜下滴灌．文中通过根钻法调查不同滴灌模式下棉花根系生长发育过程发现，与膜下滴灌相比地下滴灌改变了灌溉水在棉花根区的分布，可以诱导棉花根系下扎，从而可以充分利用深层土壤水分，与已有研究成果相类似．

文中试验研究发现，水分胁迫有利于棉花衣分的提高．这是因为，干旱可使不孕籽数增加、种子的数量和单粒质量下降，从而相对提高棉花衣分值．棉纤维品质是棉花生产管理中的重要目标性状，评价棉纤维品质的主要指标包括纤维长度、整齐度、细度、成熟度、比强度等，其中纤维长度、比强度、马克隆值等指标最为关键［13］．棉纤维的品质与马克隆值的关系并非单调线性关系，普遍认为马克隆值在37～42比较好．文中试验研究发现，相同滴灌模式下，不同水分处理对棉纤维整齐度和伸长率均有不同程度的影响，但处理间差异较小；蕾期适度水分胁迫花铃期恢复供水处理会不同程度提高棉纤维上半部平均长度；蕾期中轻度水分胁迫花铃期正常供水以及蕾期正常供水花铃期轻度胁迫处理均不会导致棉纤维马克隆值的大幅度降低；蕾期适度水分胁迫、花铃期充分供水有利于棉纤维断裂比强度的提高．同时还发现，地下滴灌棉花的衣分值和纤维品质普遍优于膜下滴灌棉花，说明地下滴灌有利于棉花的优质生产．

4结论

1）膜下滴灌棉花和地下滴灌棉花的耗水规律相一致，全生育耗水量分别为432～515mm（SDI）和471～540mm（SSDI），苗期、蕾期、花铃期、吐絮期的耗水量分别占全生育期耗水量的20％～25％，13％～20％，42％～53％，9％～16％（SDI）和21％～25％，12％～18％，43％～53％，10％～16％（SSDI）．相同滴灌模式下，蕾期棉花耗水量随灌水控制下限的提高而增加，花铃期水分胁迫处理棉花耗水量普遍低于对照处理．相同灌水控制下限处理，地下滴灌棉花阶段（除蕾期基本相当外）耗水量和全生育期耗水量均普遍高于膜下滴灌棉花．2）与对照处理相比，蕾期适度水分胁迫、花铃期正常供水处理（SDI－2和SSDI－2），霜前花籽棉产量分别提高了2352％（SDI－2）和2429％（SSDI－2），籽棉总产量提高了1310％（SDI－2）和1328％（SSDI－2）；花铃期水分胁迫，特别是重度水分胁迫（SDI－5和SSDI－5）对棉花产量造成不可弥补的负面影响．灌水下限相同处理地下滴灌棉花籽棉产量和灌溉水利用率均略高于膜下滴灌棉花，而水分利用率基本相当．3）灌水控制下限对棉花衣分、棉纤维整齐度的影响不明显；同一阶段水分胁迫对棉纤维上半部平均长度的影响随水分胁迫程度的加重而加剧；过高或过低的土壤水分均不利于棉纤维马克隆值的提高；蕾期水分胁迫有利于棉纤维断裂比强度的提高，花铃期水分胁迫不利于棉纤维断裂比强度的提高．4）石河子地区滴灌棉花优质、高效、节水灌水指标为出苗水45mm、苗期和吐絮期不灌水、蕾期和花铃期的滴灌棉花灌水控制下限分别为60％和75％田间持水率、灌水定额均为30mm．

作者：申孝军张寄阳孙景生李明思王景雷刘浩单位：中国农业科学院农田灌溉研究所农业部作物需水与调控重点实验室石河子大学水利建筑工程学院