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灌溉方式对土壤水盐分布和棉花生长的影响
自20世纪80年代中期以来,由于绿洲灌溉农业的迅速发展导致大面积的土地次生盐渍化,水资源缺乏和土壤盐渍化己成为新疆灌溉农业可持续发展所面临的重要生态环境问题.对于大多数非盐生植物而言,土壤盐分是一个重要的生长限制因子.合理的水肥调控有助于缓解盐分对植物生长和产量的不利影响,但土壤盐渍化程度往往也会因灌溉、施肥等而加剧,尤其是在干旱地区.20世纪末,新疆在棉花生产中引进滴灌技术,逐渐取代了传统的浇灌.滴灌能使作物主根系区形成脱盐区,为作物生长创造一个良好的水盐环境,并为盐碱地区水土资源的开发利用提供了新的研究思路和方法酗.滴灌可以给作物生长提供适宜的水、汽、热环境,提高作物产量和品质：同时,采用滴灌防治土壤次生盐碱化的作用明显.现有大量研究对比了滴灌、喷灌和漫灌对土壤水盐运移及作物生长的影响,如李英等人对比分析了喷灌、滴灌和漫灌3种灌溉方式对玉米生长的影响,发现滴灌效果最优.晏清洪等人[8-9]以传统漫灌处理为对照,对比滴灌和漫灌对库尔勒香梨生长和耗水规律的影响,发现滴灌的节水效益明显高于漫灌,并提升了库尔勒香梨的果实品质.杜文勇等人对比了3种灌溉方式（滴灌、喷灌和漫灌）对冬小麦产量的影响,发现滴灌技术最有利于实现节水保墒和小麦增产.本文采用田间试验,初步对比研究了滴灌和浇灌条件下棉花生长和土壤水分、盐分分布规律及滴灌和浇灌2种灌溉方式对土壤水盐含量变化的影响,探明对棉花生长的效应,最终为滴灌条件下水、肥、盐的合理调控提供理论依据.1材料与方法1.1供试材料
供试土壤采自新疆石河子大学农学院试验站农田耕层土(0~ 20 cm),土壤质地为粘壤土（国际制）,砂粒含量为41.12%．粉粒为40.46%．粘粒为18.42%．土壤pH 7.54,有机质含量15.27 g/kg,全氮1.05 g/kg,碱解氮54.88 mg/kg,速效磷19.04 mg/kg,速效钾194 m g/kg.供试作物为棉花（新陆早64号）.1.2试验方案
试验于2016年6~9月在新疆石河子大学农学院试验站温室进行.试验使用大塑料桶（顶部直径48 cm,底部直径40 cm,高55 cm）,供试土壤在试验的前一年用C aCl和NaCl混合（重量比1:1）预先进行盐化处理,自然晾干,混匀后过2mm筛,按容重1.2 g/cm3分层装土45 cm.土壤初始电导率（土水比1:5土壤水提液的电导率）为1.15 m S/cm．田间持水量为27.0%.试验中滴灌系统（新疆天业节水灌溉股份有限公司生产）的滴头流量1.1 L/h．滴头间距40 cm.滴灌管平铺在桶上,每个桶由1个滴头供水,滴头固定在桶顶中心位置.磷、钾肥在装土时一次性施入作基肥,氮肥全部作追肥,在试验期间随水滴施.以浇灌方式为对照(CK),滴灌处理(DR)和浇灌处理的灌水量均一致.每个处理重复6次,共12个桶.
各处理在桶中心部位播5粒棉种（6月20日）,然后每桶灌溉4L水.待棉苗长到2片真叶时定苗（7月6日）为每桶1株.为保证水分供应,各处理任选1个重复每天称量桶重,保持土壤水分在田间持水量的50%~80%.灌溉量通过用量器收集每个桶相邻滴头的出流量来监测,棉花生育期间共灌水9次（8月3日开始,9月28日结束）,每次灌溉量为每桶6L,总灌水量为每桶54 L.浇灌处理的灌溉时间和次数与滴灌处理一致,每次灌水时量取相应水量直接浇在土壤表面.施氮量为每桶6.44 g,分别在棉花蕾期（8月10日）、初花期（8月23日）和花铃期（9月8日）分3次等量追施.浇灌处理施肥时将肥料直接均匀撒在土表,然后向土表缓慢灌水以防止土表肥料分布不均.棉花吐絮期（10月3日）结束试验.1.3样品采集与测定
试验结束后以滴头（桶中心）为圆心,每5 cm分层采集土壤样品,测定土壤水分含量,每10 cm分层测定土壤盐分含量.每间隔4d使用直尺和游标卡尺测定棉花株高和茎粗.土壤水分采用烘干法测定,土壤盐分使用DDS 308A型电导率仪(士水比1：5)测定.1.4数据处理方法
数据变异性和方差分析使用SPSS 19.0程序进行分析,土壤水分、盐分的分布图及棉花株高、茎粗折线图由0 rjgin 9.0程序进行绘制.2结果与分析2.1土壤水分、盐分分布2 .1.1土壤水分分布
试验结束后测定不同部位的土壤质量含水率,土壤平均含水率分布情况见图1.由图1可知,土壤质量含水率随土层深度增加而递增,而浇灌处理(CK)低于滴灌处理(DR).滴灌处理的土壤质量含水率在0~ 20 cm土层增长迅速,质量含水率在8.5%~25.9%之间变化．> 20~50 cm土层的质量含水率增长缓慢.0~5 cm、5~10 cm、10~15 cm、15~20 cm、20~25 cm、25~ 30 cm、30~ 35 cm、35~ 40 cm和40~ 45 cm土层,滴灌处理较浇灌处理分别增加了55.45%、35.04%、18.53%、11.00%、8.25%、4.29%、6.79%、4.91%和3.33%,滴灌处理和浇灌处理土壤含水率之间的差距逐渐缩小.在0´ 25 cm土层,滴灌处理的土壤含水率显著高于浇灌处理(P<0.05),而25´45 cm土层,浇灌处理和滴灌处理的差异不显著(P>0.05),土壤盐分含量均高于深层,土壤盐分最高值出现在0～10 cm土层处,滴灌处理0´50 cm土层内土壤盐分含量变化不显著(P>0.05),而浇灌处理在0´ 30 cm土层内土壤盐分含量显著降低(F - 6.80,P<0.05),而30 cm以下土层降低趋势减缓.在滴灌处理中,10´20 cm、20´ 30 cm、30´ 40 cm和40´ 50 cm土层土壤盐分含量较0´ 10 cm土层分别降低1.14%、4.52%、12.99%和16.07%．降低趋势不显著(F- 1.55．P>0.05).在浇灌处理中．10.20 cm、20´30 cm、30´40 cm和40´50 cm土层土壤盐分含量较0～10 cm土层分别降低32.69%、55.28%、65.31%和71.37%,0´ 30 cm土层土壤盐分含量显著降低(F- 6.80,P<0.05),30´50 cm土层土壤盐分含量降低趋势不显著(P>0.05).对比每10 cm土层的土壤盐分含量,滴灌处理较浇灌处理分别降低80.19%、70.91%、57.71%、50.32%和41.92%.浇灌处理,土壤盐分含量Sc与土层深度D呈显著线性关系(P- 0.012< 0.05),表达式为：Sc - 58.486 15.779 D(R2 - 0.907)；滴灌处理组,土壤盐分含量Sd与土层深度D呈显著一元三次方程(P - 0.039< 0.05),表达式为：S-1 652 D2_ 2144.485 D - 510.079(R 2 - 0.951).2.2棉花生长2.2.1株高
株高是反映棉花地上部生长的主要形态指标之一,棉花茎部是传输水分和养分的主要载体,具有贮藏营养物质和支撑叶片、花和果实的作用[11.12,滴灌处理和浇灌处理对棉花株高H和茎粗sd的影响如图3所示.
由图3(a)可知,浇灌处理,在棉花花蕾期、初花期和花铃期株高的平均值分别为16.34 cm、36.08 cm和58.92 cm：滴灌处理在棉花花蕾期、初花期和花铃期株高平均值分别为17.00 cm、41.28 cm和78.02 cm.滴灌处理棉花株高在花蕾期、初花期和花铃期较浇灌处理分别增加了4.04%、14.41%和27.33%.棉花花蕾期至初花期,滴灌处理和浇灌处理棉花株高的增长率分别为142.86%和120.81%．滴灌处理增长率高于浇灌处理：棉花初花期至花铃期,滴灌处理和浇灌处理褊花株高的增长率分别为81.74%和63.30%．滴灌处理增长率高于浇灌处理.滴灌处理棉花株高日与生长时间r之间呈对数函数关系,即日- 28.976 k(r) 74.606 (R2_ 0.982).浇灌处理棉花株高日与生长时间r之间呈显著线性关系(P< 0.001),表达式为：H - 1.029 T- 8.138(R2 - 0.991).2.2.2茎粗
由图3(b)可知,浇灌处理在棉花花蕾期、初花期和花铃期茎粗的平均值分别为3.95 m、5.06 mm和6.89 mm：滴灌处理在棉花花蕾期、初花期和花铃期茎粗平均值分别为4.02 mm、5.92 mm和8.08 mm.滴灌处理棉花茎粗在花蕾期、初花期和花铃期较浇灌处理分别增加了1.82%、16.94%和17.17%.棉花花蕾期至初花期,滴灌处理和浇灌处理棉花茎粗的增长率分别为47.26%和28.10%．滴灌处理增长率高于浇灌处理：棉花初花期至花铃期,滴灌处理和浇灌处理棉花茎粗的增长率分别为36.49%和36.17%．滴灌处理增长率高于浇灌处理.滴灌处理棉花茎粗Sd与生长时间T之间呈显著线性关系(P< 0.001),即Sd -10.761 T- 34.564(R2 - 0.993)；浇灌赴理棉花茎粗Sd与生长时间r之间呈逆函数关系,表达式为：Sd -110.202 - 401.266/T(R 2 - 0.994).2.2.3产量
通过棉花果枝数、节数、花铃数等指标间接分析棉花产量,如图4所示.由图4可知,对于棉花果枝数,滴灌处理显著高于浇灌处理(F - 1.23,P<0.05),滴灌处理较浇灌处理增加了42.86%；棉花枝节数的变化趋势与棉花果枝数一致,浇灌处理与滴灌处理差异显著(F - 2.23,P<0.05),滴灌处理的棉花枝节数较浇灌增加了17.14%：滴灌处理的花铃数与浇灌处理之间差异显著(F - 1.50,P<0.05),浇灌处理棉花铃数比滴灌处理低33.64%.综上可知,描述棉花产量的3个指标均呈现：滴灌处理显著高于浇灌处理,因此,可间接推知滴灌处理棉花产量高于浇灌处理.3讨论与结论
影响水分从土壤经作物到大气这一流动过程的因素可以分为三类：土壤因素、植物因素和气候因素.土壤水分的减少引起土壤水分张力增大和非饱和渗透系数减小,为保证作物根系能以稳定的速度从周围的土壤孔隙中吸收水分,作物根系内的张力应高于土壤水分张力以补偿毛细管导水率的下降,这样能使水稳定地流向根部.正确的灌溉方式有利于根系发育健康,为作物提供所需的水分,从而达到不仅节水而且可以将暂时枯萎减少至最少甚至防止其发生.为确定不同作物对土壤的水分利用情况,前人在此方面进行了大量研究.美国专家V ehlm eyer和H endnkcson通过试验认为作物能够利用全部的土壤有效含水量.许多土壤和植物专家不同意这种意见,他们认为土壤水分降至田间持水量时,土壤水分张力增大,增加了作物吸收水分的困难,甚至会导致减产盯.以色列农业研究中心进行了许多灌溉试验,试验结果表明,每种不同作物存在不同的土壤水分临界值,当土壤水分含量在临界含水量以上时,对作物产量不会有大的影响,从而为定量滴灌确定了可靠依据.
本试验研究结果表明,棉花的生长状况与灌水方式关系密切.对于轻度盐化土壤,滴灌处理棉花生长状况比浇灌处理要好,且节水效益更高：滴灌处理的棉花植株更为粗壮.土壤水分条件表明：滴灌处理土壤含水率大于直接浇灌,可能是因为直接浇灌地表蒸发较大导致土壤水分下降较快,而滴灌处理土壤水分长期保持较稳定的状态,作物主根系层内含水率一直较高,对作物生长较为有利：与浇灌相比滴灌更节水,棉花产量也更高.土壤水分和盐分分布明显影响棉花养分吸收,本试验为温室试验,建议今后加强大田试验研究.
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