滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响

赵 波，王振华，李文昊

（1.石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832000；2.现代节水灌溉兵团重点实验室，石河子 832000）

滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响

赵 波，王振华※，李文昊

（1.石河子大学水利建筑工程学院，石河子 832000；2.现代节水灌溉兵团重点实验室，石河子 832000）

为探寻解决干旱区棉田冬季灌水问题，明晰北疆棉田不同冬灌方式及灌水定额对土壤水分、盐分分布以及翌年棉花生长及产量的影响，采用大田试验方法，以未冬灌大田作为对照（CK），设置滴灌和漫灌2种灌水方式下4个梯度的灌水定额（1 800、2 400、3 000、3 600、3600 m3/hm2）共9个处理进行冬灌试验，分析了冬灌灌水后到播种前0～300 cm土层的水分、盐分的动态变化以及翌年各处理棉花的出苗率、群体生理指标（群体光合势、群体净同化率、叶面积指数）和产量数据。结果表明，冬灌对次年播前土壤水盐分布及含量的大小均具有一定的影响，无论漫灌还是滴灌方式进行冬灌，随灌水定额增加土壤水分和盐分的影响深度也随之加深，灌水定额达到3 000和3 600 m3/hm2时，冬灌对土壤水盐影响深度可达300 cm。冬灌可显著改变次年播前土壤盐分的自然分布状态，有效淋洗并降低上层土壤盐分含量；相对漫灌方式而言，滴灌冬灌方式土壤水分入渗更加均匀且规律明显。冬灌对次年滴灌棉花的生长发育及产量均具有重要影响，冬灌后次年棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加愈加显著，灌水定额3 000 m3/hm2滴灌冬灌处理的次年棉花群体光合势与叶面积指数较未冬灌处理分别提升34.30%和42.60%；冬灌有利于次年棉花产量的提高，滴灌冬灌灌水定额3000、3600m3/hm2处理时的棉花产量相对未冬灌处理分别增产10.66%和12.36%。综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响，研究认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜，既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处，亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。

土壤；灌溉；水；冬灌；滴灌；漫灌；棉花；水盐分布

赵 波，王振华，李文昊.滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响[J].农业工程学报，2016，32（6）：139-148.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.019 http://www.tcsae.org

Zhao Bo,Wang Zhenhua,Li Wenhao.Effects of winter drip irrigation mode and quota on water and salt distribution in cotton field soil and cotton growth next year in northern Xinjiang[J].Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering(Transactions of the CSAE）,2016,32(6):139-148.(in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.019 http:// www.tcsae.org

0 引言

新疆地处西北干旱区[1]，干旱少雨，降雨季节性分布不均，全年降雨量的60%～80%集中在7月至9月[2]，而农业用水需求量大，占新疆用水总量的90%以上[3]。农业节水灌溉技术在新疆发展迅速[4]，自1996年新疆生产建设兵团(以下简称兵团)实施棉田膜下滴灌技术以来，目前膜下滴灌总面积已突破266×104hm2，成为全国大田作物应用滴灌技术规模最大的片区[5]。由于新疆特殊的气候与水土资源特点，冬季漫长而寒冷，大部分土壤盐碱含量较高，盐碱危害严重制约了新疆经济的可持续发展[3]，当前北疆部分灌区膜下滴灌棉花运行的灌溉制度能够显著影响土壤盐分分布，有效降低生育期内的土壤盐分危害[6]。冬灌作为新疆灌区应对土壤次生盐碱化所采用的一种有效改良措施，具有洗盐压碱、蓄墒、改土、灭虫、增产等优点[7-8]。有关学者对冬灌的应用及其水盐变化亦开展了相应研究，已有研究表明，冬灌水量只有很小一部分消耗于土壤蒸发，而大部分则贮存于土壤之中，增加了土壤墒情[9]，南疆漫灌冬灌定额以3 500 m3/hm2比较合理[10]。

近年来由于滴灌技术在新疆大面积推广应用，很多灌区废弃了末级渠系，利用漫灌进行冬灌变得相对困难，加之部分灌区过分相信作物生育期内滴灌技术的驱盐作用，便取消了原有的冬灌。由于新疆盐碱的特殊性，仅靠生育期内滴灌作物灌溉定额理论上很难将盐分迁移到很深的地方，盐分累积问题越来越引起大家的关注，而冬灌刚好可以起到这方面的作用，但大面积滴灌后，末级灌水渠系遭到破坏，如继续沿用传统的漫灌，又存在许多问题，灌水定额较大，水资源利用效率较低，因此部分灌区逐渐推行滴灌技术应用于冬灌。研究表明，冬灌滴灌时水分入渗均匀，保水效果优于漫灌方式[7]，但滴灌冬灌后对于翌年棉花生理特性及产量影响的研究相对较少，因此本文通过研究北疆棉田不同冬灌方式与不同灌水定额对土壤水盐含量及来年棉花群体生理指标和产量的影响，进一步探索滴灌冬灌的效果，以期为北疆棉花滴灌冬灌技术的推广应用提供理论依据。

1 材料和方法

1．1 试验区概况

2013年10月-2014年10月在石河子大学节水灌溉试验站暨现代节水灌溉兵团重点实验室试验基地开展试验，该试验基地位于新疆石河子市郊区，东经86°03′27″，北纬44°18′25″，属于温带大陆性干旱气候，海拔451m，平均地面坡度6‰，年均日照时间达2 865 h，其中大于10℃积温为3463.5℃，大15℃积温为2960.0℃，年均蒸发量1660mm，无霜期170d，多年平均降雨量210mm。试验地冬季地下水埋深大于5.2m，土壤为中壤土，0～300cm土壤平均干容重1.54 g/cm3，田间持水率为31.64%（质量含水率，下同），冬灌前耕作层平均含盐量0.261%，表层含盐量0.315%，平均含水率16.2%，最大含水率位于300cm处，含水率19.2%。

1．2 试验设计与方法

按照冬灌灌水方式和灌水量设计8个处理，每个处理设2个重复，以未冬灌作为对照，共9个小区，小区面积100 m2。小区之间设置过渡带，防止水分渗透影响处理效果。试验小区由西向东，按滴灌与漫灌分成2排，依次对应：滴灌，灌水定额1 800 m3/hm2，DI-1800；滴灌，灌水定额3 000 m3/hm2，DI-3000；滴灌，灌水定额2 400 m3/hm2，DI-2400；滴灌，灌水定额3 600 m3/hm2，DI-3600；漫灌，灌水定额1 800 m3/hm2，FI-1800；漫灌，灌水定额3 000 m3/hm2，FI-3000；漫灌，灌水定额2 400 m3/hm2，FI-2400；漫灌，灌水定额3 600 m3/hm2，FI-3600；与未冬灌对照组CK。

冬灌小区翌年继续种植棉花，各小区施肥均按照磷酸钾铵和尿素质量比为1∶2的比例通过小型施肥罐进行滴灌随水施肥，施肥量均为832 kg/hm2，所有处理的灌水、化控等措施与普通棉田一致，共灌水13次，其中苗期灌水2次，灌水定额225 m3/hm2，花铃期灌水9次，灌水定额为450 m3/hm2，盛铃期后，灌水2次，灌水定额300 m3/hm2，全生育期灌溉定额5 100 m3/hm2。利用试验站的自动气象站观测降雨、风向、风速、气温及太阳辐射等气象资料。土壤水盐及作物有关指标测算方法如下。

1.2.1 土壤含水量

采用土钻取土烘干法测土壤含水量。取样点位于小区中间位置，滴灌处理取样点选在滴头正下方，取样深度0、30、50、100、150、200、300 cm；2013年冬灌灌水前后及2014年棉花出苗后每隔7 d测定一次。

1.2.2 土壤含盐量

将风干土样过1 mm筛，称取20 g放于三角瓶中，加入蒸馏水100 mL，使用振荡机振荡三角瓶10 min，静置15 min后过滤，得到水土质量比为5∶1的澄清液。用DDS11-A数显电导率仪测定其电导率值。用干燥残渣法确定土壤含盐量与电导率之间的标定关系式，即

式中S为土壤含盐量，%；EC为电导率值，μs/cm。

1.2.3 群体生理指标

通过观察记载各处理棉花各生育阶段生长发育状况，在各小区分别连续取10株棉花进行群体生理指标测定。各处理群体指标分别包括群体光合势（laf area duration，LAD）、群体净同化率（net assimilation rate，NAR）、叶面积指数（leaf area index，LAI）[11]，其计算方法如下：

1）群体光合势=[（L2+L1）/2]÷（T2－T1）

2）群体净同化率=（M2－M1）/（T2－T1）×（lnL2－lnL1）÷（L2－L1）

3）叶面积指数=单株叶面积×单位土地面积株数/单位土地面积

式中L1和L2分别为T1、T2时间的叶面积，m2/hm2；M1、M2分别为T1、T2的干物质积累量，g/m2。

1.2.4 农田土壤水分平衡分析

根据农田土壤水分平衡方程，农田蒸散量可由下式计算：

式中EI为农田蒸散量，mm；I为灌水量，mm；P为降水量，mm；ΔW为土体贮水量的变化量，mm；R为径流量，mm；S为土体下边界净通量（向下为正，向上为负），mm。式（2）中，一般情况下，径流量R在平原地区可以忽略不计；本次冬灌试验灌水后7 d，无降水，故P=0，灌溉量I由水表控制，当下边界远大于计划灌水层时，下边界净通量S可假设为零。

由于是冬灌试验，没有作物蒸腾，土体贮水量变化量（ΔW）主要受灌水量（I）和农田蒸散量EI影响，可将式（2）简化为：

小区灌溉采用滴灌与漫灌2种方式，只要测得灌水前后各土层的土壤含水量，即可计算计划灌水层的土体贮水量，从而可判断土壤水分是否在适宜范围内。

2 结果与分析

2.1 滴灌冬灌对棉田土壤水分的影响

2.1.1 不同冬灌处理对灌后7 d土壤水分的影响

各处理冬灌前及冬灌后7 d的土壤水分含量见图1。图1表明，各处理冬灌后土壤水分含量均有不同程度的变化，不同土层水分含量变化与冬灌处理关系密切，随处理不同而呈现各自不同的变化特点。

整体上可以看出，冬灌方式（滴灌和漫灌）对灌后7 d土壤水分含量的大小具有一定影响，主要表现在，相同灌水定额处理下滴灌后的上层土壤水分含量低于漫灌处理，并随灌水定额的升高，上层土壤范围不断变大，即受灌水影响的深度更大。灌水定额1 800 m3/hm2处理（图1a）时，漫灌方式仅在表层含水量明显高于滴灌，随灌水量的增加（图1c、1d），漫灌方式的影响深度越来越大，且均高于滴灌，尤其在0～100 cm土层出现了大量水分聚集现象，说明，滴灌水流入渗缓慢且时间较长，水分入渗更加均匀，剖面土壤水分变化相对平缓；而漫灌后属于整体入渗，由于在重力作用下，上层土壤孔隙很快达到饱和状态，易扰动细小土壤颗粒并对下层土壤孔隙产生拥堵，使得上层形成高含水层，或局部出现大孔隙优先流，水分分布均匀度相对较差。

图1 不同冬灌方式和灌水定额对灌溉后7 d土壤含水量的影响Fig.1 Soil moisture distribution curve of 7 days after irrigation under influence of different irrigation methods and quota

灌水定额对灌后7 d土壤水分含量的大小影响更为显著，2种方式冬灌后土壤含水率整体上均随灌水定额增大而升高，灌水定额1 800 m3/hm2处理（图1a）冬灌7 d后0～100 cm土层明显高于未冬灌处理；当灌水定额增大到2 400 m3/hm2时（图1b），土壤含水率升高的影响深度可达200 cm；随灌水定额继续变大3 000、3 600 m3/hm2（图1c、1d），土壤水分在垂直方向上受其影响更为明显，水分均运移至300 cm以下，即使在田间蒸发和土壤入渗的作用下仍在土壤中储存相当多的水量，由此可见冬灌灌水定额大小可显著影响剖面土壤水分分布及含量大小，但过大的冬灌定额（如超过3000 m3/hm2）水分深层渗漏严重。

2.1.2 不同冬灌处理对次年播前土壤水分的影响

由于冬灌后，经过整个冬季的水分运动、冻结与开春后的融化运移，至播种前，冬灌对土壤水分的影响还剩多少，此时播前土壤水分对棉花苗期生长亦至关重要，直接关系到冬灌对次年棉花生产的影响，因此分析冬灌对播种前的土壤水分含量的影响具有重要意义。各处理冬灌后第二年播种前的土壤水分含量见图2。

图2 不同冬灌方式和灌溉定额对次年播种前土壤含水量的影响Fig.2 Soil moisture distribution curve before seeding under influence of different irrigation methods and quota

图2显示，各冬灌处理播前剖面土壤水分含量均高于未冬灌处理。在相同灌水定额下，滴灌和漫灌处理剖面土壤水分差异并不显著，相同深度土壤含水率漫灌处理略高于滴灌处理。灌水定额显著影响了播前土壤水分含量的大小，灌水定额越大的冬灌处理，剖面土壤水分含量尤其是50 cm以下土层的含水率显著高于未冬灌处理。但冬灌灌水定额过大（如超过3 000 m3/hm2），经过越冬期后，在春季气温回升吸收一部分冰雪消融后的水分，以及蒸发散失一部分水分后，表层以下土壤水分含量仍达到了田持的65%以上（图2c），甚至在田持的80%以上（图2d），而棉花苗期根系活动范围一般为0～20 cm土层，新疆的膜下滴灌棉花一般采用干播湿出方式（即播种后立即开始一定定额的滴灌灌水，以确保出苗需水），而冬灌产生的大量的深层土壤水分很难被苗期棉花根系吸收利用，因此冬灌灌水定额过大，即造成深层渗漏，又降低了水分利用效率，从而导致水资源的浪费。

2.2 滴灌冬灌对棉田土壤盐分的影响

2.2.1 不同冬灌处理对灌后7 d土壤盐分的影响

各处理冬灌前及冬灌后7 d的土壤盐分含量见图3。图3表明，各处理冬灌后7 d土壤盐分含量均有不同程度的降低，尤其是上部土壤剖面，各土层盐分含量变化与冬灌处理关系密切，且土壤剖面盐分变化与水分变化关联性较强。

图3可以看出，未冬灌处理时，剖面土壤盐分呈现显著的上高下低的蒸发影响型盐分分布特征，而冬灌后，剖面土壤盐分发生显著变化，灌水定额显著改变了土壤盐分的蒸发型分布特征，灌水定额较小时（图3a），上层盐分含量减少，深层盐分含量受灌水影响较小，与未冬灌处理差别不大，形成了上下层土壤盐分含量总体上相差不大的盐分改良型分布特征；而灌水定额较大时（图3b、图3c、图3d），土壤剖面受灌水影响深度越来越大，0～200 cm深度范围的土壤盐分含量均显著低于未冬灌处理，200 cm以下土壤盐分含量较高，甚至高于未冬灌处理，形成典型的剖面土壤盐分上低下高的入渗改良型盐分分布特征。

而冬灌灌水方式的不同，对土壤盐分的分布及大小也产生一定的影响，灌水定额超过1 800 m3/hm2时，在0～200 cm，总体上表现出漫灌处理的盐分含量高于相同深度的滴灌土壤盐分含量，在200 cm以下土层，则是滴灌处理的盐分含量高于漫灌处理。灌水定额在3 000 m3/hm2时，土层垂直方向上盐分在滴灌、漫灌条件下差异明显，滴灌条件下灌水后的盐分在0～200 cm土层远小于未冬灌土壤盐分，而在200 cm以下的土层盐分高于未冬灌土壤盐分，当灌溉定额增加到3 600 m3/hm2时，水分影响越深，盐分淋洗效果越好，盐分随水分运移至土壤更深层，说明盐分在较大灌水定额条件下运移至土层深处，并在深层形成积盐，相对漫灌而言，滴灌处理表层盐分较低，而更深层土壤盐分含量较高；这是因为滴灌条件下，灌水入渗更加均匀，土壤盐分在水分运动下不断向深层迁移，并且灌水定额越大，向深层迁移的盐分越多，上层盐分含量越低，深层盐分累积的越多，而漫灌处理，由于水分入渗不均匀导致了盐分随之迁移的不均匀。

图3 不同冬灌方式和灌溉定额对灌溉后7 d土壤盐分含量的影响Fig.3 Soil salt distribution curve of 7 days after irrigation under influence of different irrigation methods and quota

2.2.2 不同冬灌处理对次年播前土壤盐分的影响

各处理冬灌后次年播种前的土壤盐分含量见图4。图4显示，经过一个越冬期，在开春后融雪入渗及蒸发的影响下，播前未冬灌处理的剖面土壤盐分仍呈现典型的上高下低的蒸发型分布特征（受融雪入渗影响表层略低），而各冬灌处理对播前土壤剖面盐分含量仍具有显著影响。

图4 不同冬灌方式和灌溉定额对次年播种前土壤盐分含量的影响Fig.4 Soil salt distribution curve before seeding under influence of different irrigation methods and quota

灌水定额1 800 m3/hm2（图4a）时，无论是滴灌还是漫灌处理，剖面土壤盐分仍呈现和冬灌后7 d类似的上下均一改良型盐分分布特征，而灌水定额较大时（图4b、4c、4d），土壤剖面盐分亦呈现与冬灌后7 d类似的上低下高入渗改良型盐分分布特征。说明，播前时，冬灌处理对剖面土壤盐分的影响受越冬期的冻融入渗、蒸发等外在影响有限，土壤剖面盐分的分布（尤其在0～150 cm土层）仍受冬灌处理影响显著。

图4还显示，各冬灌处理中0～60 cm土壤含盐量均较低，由于滴灌、漫灌、未冬灌方式各不相同，各冬灌处理，在0～150 cm土层的含盐量大小基本表现为滴灌＜漫灌＜未冬灌，而在150～300 cm土层含盐量受灌水定额大小具有不同程度的变化。当灌水定额超过2 400 m3/hm2时，随着土壤中含水量的增加，明显看出滴灌、漫灌处理下土层中0～150 cm处含盐量均小于更深处土层，并且在0～50 cm处土层盐分含量远远小于未冬灌土层含盐量，这与冬灌后7 d土壤盐分分布特征相似，充分说明冬灌水分对土壤盐分的淋洗作用显著。

图4说明，灌水量越大，上层土壤被带走的盐分也越多，但滴灌方式下灌水定额3 600 m3/hm2（图4d）与3 000 m3/hm2的剖面盐分分布规律相似，而漫灌方式下，尽管灌水定额3 600与3 000 m3/hm2的灌水处理土层中盐分分布特点亦整体相似，但由于漫灌水分入渗分布不均，盐分分布空间变异较大，相对滴灌处理而言规律性不是很明显。而滴灌方式冬灌水分和盐分的运移规律性较强，上层剖面盐分更易被淋洗至深层，更易在上层土壤给作物出苗营造一个良好的水盐生境，因此，从这个角度上来说滴灌方式的冬灌处理相对漫灌更为适宜。综合盐分淋洗效果和水资源利用效率而言，冬灌灌水定额不宜过大，综合图2和图4播前水盐含量大小及分布特点而言，灌水定额在2 400与3 000 m3/hm2的处理均比较合适，但是冬灌不仅仅影响作物播前土壤的水盐含量，由于冬灌水量在剖面土层中的冻融变化，对土壤微生物及病虫害亦会产生相应的影响，这些影响将会在后续的作物生长发育中逐渐体现出来，因此，还需综合分析不同冬灌灌水定额对后期作物（以新疆典型作物棉花为例）生长及产量的影响。

2.3 滴灌冬灌对次年棉花生长的影响

2.3.1 不同冬灌处理对次年滴灌棉花出苗率的影响

冬灌后各处理次年滴灌棉花播种后15 d时的出苗率数据见表1。由表1可以看出，冬灌棉花处理的出苗率均高于未冬灌对照组并与未冬灌对照组（CK）均差异显著（P＜0.05）（除DI-1800处理）；冬灌滴灌方式下灌水定额3 000 m3/hm2的处理播种后15 d出苗率最高，达到94.3%，即便是灌水定额仅为1 800 m3/hm2的滴灌处理出苗率也为78.4%，均大于未冬灌处理的出苗率60.7%；滴灌方式冬灌灌水定额在2 400 m3/hm2以上的3个处理，棉花出苗率均超过90%，而漫灌方式的仅3 000和3 600 m3/hm22个处理出苗率超过90%，除灌水定额1 800 m3/hm2处理以外，相同灌水定额下滴灌处理的出苗率均略高于漫灌处理。表1数据表明，就棉花出苗而言，冬灌尤其是滴灌方式下较大定额的灌水处理有利于保持土壤墒情，提高出苗率。

2.3.2 不同冬灌处理对次年滴灌棉花群体指标的影响

对冬灌处理后次年滴灌棉花全生育期的群体指标，包括群体群体光合势（LAD）、群体净同化率（NAR）、叶面积指数（LAI）进行了观测计算，结果见图5。

从图5中各处理群体光合势数据（图5a、5b、5c、5d）可以看出，棉花生育期内各冬灌处理后的群体光合势均高于

未冬灌处理，并随冬灌灌水定额的增加而上升；与未冬灌处理相比，群体光合势在灌水定额2 400、3 000、3 600 m3/hm2处理下增长尤其显著，在相同灌水定额下，滴灌和漫灌2种灌水方式处理之间的群体光合势差异并不显著，仅在灌水定额3 000 m3/hm2处理在播种后60～120 d之间滴灌处理的群体光合势高于漫灌处理；灌水定额3 000 m3/ hm2时群体光合势峰值相对其他处理提前了10 d左右，且滴灌比漫灌方式光合势峰值提升了16.09%，而灌水定额3 600 m3/hm2时，滴灌与漫灌的光合势无明显差异；说明滴灌方式3 000 m3/hm2冬灌处理能显著提高棉花叶片光和同化能力，而3 600 m3/hm2时处理过高的水分储量反而对其具有一定的抑制作用。

表1 不同冬灌方式和灌溉定额影响下次年棉花播种后15 d出苗率Table 1 Seedling rate after 15 days after cotton sowing in next year under influence of different winter irrigation methods and irrigation quota

图5 不同冬灌方式和灌溉定额影响下次年棉花群体指标变化趋势Fig.5 Cotton population index under influence of different irrigation methods and quota processing

对比各处理，在全生育期，滴灌方式下灌水定额2 400、3 000、3 600 m3/hm2等3个处理的群体光合势峰值相对未冬灌处理的群体光合势峰值分别提高29.76%、34.36%、37.21%；而漫灌方式这3个灌水定额处理则分别提高20.64%、32.17%、26.35%。说明，冬灌处理尤其是较大灌水定额（3 000 m3/hm2）的滴灌冬灌处理后次年棉花中后期群体光合势较高，叶片光合能力较强，更利于后期干物质的积累和产量的提高。

从图5中各处理群体净同化率数据（图5e、5f、5g、5h）可以看出，冬灌处理的棉花群体净同化率相对未冬灌处理发生了显著变化，主要表现在冬灌较大灌水定额处理后（超过2 400 m3/hm2）棉花群体净同化率出现的峰值相对未冬灌处理均有所提前，说明较大定额的冬灌处理有利于次年棉花生育前期光合能力和净同化率的提升，从而有利于棉花生育前期的生长发育，加快前期棉花同化物和干物质的积累，为最终产量的提高奠定基础。

叶面积指数（LAI）通常被用作评价作物冠层结构合理性及营养生长与生殖生长协调性的一个比较重要的指标[12]。从图5中各处理叶面积指数（图5i、5j、5k、5l）可以看出，冬灌处理对次年棉花生育期内的叶面积指数具有重要影响，尤其是在棉花生长的前期，各冬灌处理叶面积指数均高于未冬灌处理，尤其是灌水定额超过1 800 m3/hm2的3个处理，且相同时期的叶面积指数随冬灌灌水定额的增加而上升。在灌水定额1 800和2 400 m3/hm2时2种冬灌方式的叶面积指数之间差异不显著，在灌水定额3 000 m3/hm2时，滴灌条件下棉花生育前期的叶面积指数均高于漫灌处理，且峰值提前10 d，说明灌水定额3 000 m3/hm2滴灌对棉花前期生长具有促进作用；当灌水定额在3 600 m3/hm2时，其叶面积指数显著高于未冬灌处理及其他几个冬灌灌水定额处理，且叶面积指数的峰值相对其他几个处理推后出现，说明，该处理棉花生育期内枝繁叶茂，营养生长旺盛。经过计算，滴灌和漫灌2种冬灌方式下灌水定额3 000和3 600 m3/hm22个处理的叶面积指数峰值相对未冬灌处理分别提升了30.31%、42.62%和32.32%、39.32%，说明冬灌对棉花生长特别是前期生长具有显著的促进作用，这对于后期棉花产量的提高亦奠定了重要基础。

通过对比滴灌、漫灌与未冬灌各处理间群体光合势、群体净同化率和叶面积指数几个群体指标，表明，冬灌对次年滴灌棉花的生长发育具有重要影响，各冬灌处理棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加而愈加显著，适宜的冬灌灌水定额可促进次年棉花的生长发育，尤其可显著促进前期棉花群体生长指标的提升，并有利于后期产量的提高。

2.3.3 不同冬灌处理对次年滴灌棉花产量的影响

对于作物来说，产量指标是衡量一种灌水方式、灌水模式是否有效的最终指标，无论土壤水分含量、盐分变化以及其他因素均直接或间接的影响着作物的最终产量。对冬灌处理后次年滴灌棉花各处理的产量进行了测算，结果见表2。

表2 不同冬灌方式和灌溉定额影响下次年棉花产量Table 2 Yield of cotton under under influence of different winter irrigation methods and irrigation quota

表2数据显示，冬灌棉花处理的产量均高于未冬灌对照组（5 519.13 kg/hm2）且与未冬灌对照组（CK）均差异显著（P＜0.05），并冬灌处理棉花产量随着冬灌灌水定额的增加而增加，在相同灌水定额下，滴灌冬灌处理的棉花产量均略高于漫灌处理，但与漫灌处理均无显著差异，在所有处理中，滴灌冬灌灌水定额3 600 kg/hm2处理时的棉花产量最大，相对未冬灌处理增产12.36%，滴灌冬灌灌水定额3 000 kg/hm2处理时的棉花产量相对未冬灌处理增产10.66%，即使冬灌灌水定额最少的处理，相对未冬灌处理亦增产2.78%，说明，冬灌对次年棉花产量具有促进作用，尤其是随着冬灌灌水定额的增加能够提高次年棉花的产量。

3 讨论

在己有研究工作基础上，本文探讨了北疆石河子垦区冬灌对次年土壤水盐分布及棉花群体指标和产量的影响，初步了解了冬灌灌水定额和冬灌方式对次年土壤水盐分布及棉花产量的影响特征，根据本文试验结果，综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响，认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜，既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处，亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。本文研究提出的适宜冬灌灌水定额结果与李志刚等[13]在南疆研究冬春灌给出的总灌水定额应控制在3 750 m3/hm2以内的结果、以及胡宏昌等[14]认为南疆棉田非生育期应保持3 750 m3/hm2左右的淋洗量才可保障作物的生长需求，和陈艳梅等[15]在河套灌区研究得出的冬灌净灌溉定额2 700 m3/hm2等研究成果均比较接近，但已有文献研究的冬灌方式均为漫灌条件，而本文增加探讨了滴灌方式进行冬灌灌水，并取得了相对漫灌更好的试验结果，由于滴灌方式下的适宜冬灌灌水定额的确定还与土壤质地、土壤本底盐分含量等因素有关，因此，有关适宜冬灌灌水定额尤其是滴灌方式下的冬灌效果还应继续深入研究。

对于新疆棉花种植来说，大多采用干播湿出的灌水模式，出苗水定额有时很大，在一定程度上可替代冬灌储水的作用，如魏光辉等[16]提出灌水定额2 250 m3/hm2的春灌模式同样具有较好的降盐增墒效果，但对于冬灌储水在整个越冬期对土壤水盐运动的影响，由于冬季土壤冻融这一自然现象本身的复杂性，许多方面的问题还远未得到解决，尤其是对土壤微生物和病虫害的影响，春灌是很难替代冬灌的，有关这方面的作用尤其是对次年棉花生长的综合影响和潜在影响仍值得研究探索。

本文主要以冬灌棉田翌年土壤水盐与棉花生长指标观测为主，在试验过程中，由于时间、观测仪器等条件限制，冬灌过程中水分盐分的运移规律也较为复杂，难以准确全面的观测，只能以定点有限的数据趋势做出一定的理论推理；而有关盐分淋洗定额的确定更是一个难点，由于传统冬灌用水量大，农业用水成本相对较高，需根据已有研究，继续优化处理，既要促进次年作物生长和产量的提高，还要提高水资源利用效率，使得冬灌朝着利于农业的方向发展，从而寻求更为适宜的冬灌定额与灌溉模式。本文试验发现较大定额的冬灌对次年棉花的出苗及全生育期均具有重要影响，然而大定额的冬灌亦可产生土壤深层渗漏，渗漏的同时所携带的盐分和养分，对地下水的影响也不容忽视，因此水分对盐分淋洗后进入地下水中对周边土壤是否有影响也需进一步研究。

4 结论

1）冬灌对次年播前土壤剖面水盐分布及含量的大小均具有一定的影响，冬灌灌水定额对于剖面土壤垂直方向水分和盐分含量均具有显著影响，并且无论漫灌还是滴灌方式进行冬灌，随着灌水定额的增加，土壤水分和盐分的影响深度也随之加大。冬灌可显著改变次年播前土壤盐分的自然分布状态，有效淋洗并降低上层土壤盐分含量，播前土壤剖面盐分的分布（尤其在0～150 cm土层）受冬灌影响显著，冬灌水分对土壤盐分的淋洗作用较强，播前可为作物生长提供良好的水盐环境；相对漫灌方式而言，滴灌冬灌方式土壤水分入渗更加均匀且规律明显。

2）冬灌对次年滴灌棉花的生长发育及产量均具有重要影响，冬灌后次年棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加愈加显著，适宜的冬灌灌水定额可提高次年棉花出苗率，显著促进前期棉花群体指标的提升，并有利于后期产量的提高。滴灌冬灌灌水定额3 000、3 600 m3/hm2处理时的棉花产量较高，相对未冬灌处理分别增产10.66%和12.36%。

3）综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响，认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜，既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处，亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。

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Effects of winter drip irrigation mode and quota on water and salt distribution in cotton field soil and cotton growth next year in northern Xinjiang

Zhao Bo,Wang Zhenhua※,Li Wenhao
(1.College of Water Resources and Architectural Engineering,Shihezi University,Shihezi 832000,China；2.Key Laboratory of Modern Water-saving Irrigation Corp,Shihezi University,Shihezi 832000,China)

A field experiment was carried out in order to explore the winter irrigation on cotton field in arid region. Influences of winter irrigation pattern and irrigating water quota for cotton field in northern Xinjiang on soil water and salt distribution as well as cotton growth and yield in the next year were discussed.From October in 2013 to October in 2014, Key Corps Laboratory for Modern Water-saving Irrigation of Shihezi University,carried out the field experiment.Field without winter irrigation was taken as the control group(CK).The winter irrigation experiment set a total of 9 test groups, including 2 irrigation patters(drip irrigation and flood irrigation)and 4 irrigation water quotas:DI-1800(drip irrigation, irrigation quota of 1 800 m3/hm2),DI-3000(drip irrigation,irrigation quota of 3 000 m3/hm2),DI-2400(drip irrigation, irrigation quota of 2 400 m3/hm2),DI-3600(drip irrigation,irrigation quota of 3 600 m3/hm2),FI-1800(flood irrigation, irrigation quota of 1 800 m3/hm2),FI-3000(flood irrigation,irrigation quota of 3 000 m3/hm2),FI-2400(flood irrigation,irrigation quota of 2 400 m3/hm2),and FI-3600(Flood irrigation,irrigation quota of 3 600 m3/hm2).We used soil drilling and drying method to measure soil moisture content,and electric conductivity method to measure soil salt content,and we observed and measured the cotton growth situation for each treatment and growth stage to determine population physiological index.Dynamic changes of water and salt in 0～300 cm soils before sowing,rate of emergence,population physiological indices(leaf area duration,net assimilation rate,and leaf area index)and cotton yields in the next year of all testing groups were monitored and compared.When comparing the effect of irrigation,we found water spread and infiltrated evenly under drip irrigation situation,the infiltration speed was slow,and the water retention effect was considerably good; under the circumstance of flood irrigation,the irrigation speed was fast,the infiltration was uneven and waterlogging occurred in the cultivation layer.Results showed that winter irrigation had certain impact on water and salt content and distribution in soil profile before sowing in the next year.For both flood irrigation and drip irrigation,the influence of irrigation on water and salt contents was intensified with the increase of irrigation water quota.Winter irrigation could leach and reduce salt contents in superficial soils.Salt distribution in soil profile(especially 0～150 cm soils)before sowing was greatly influenced by winter irrigation.Due to the strong leaching effect of winter irrigation on soil salt content,it could provide good water and salt environment for crop growth.Compared to flood irrigation,drip irrigation provided more uniform and regular water infiltration.Drip irrigation in winter had an important role on cotton growth and yield in the next year. Difference of population indices between testing groups and CK increased with the increase of irrigation water quota. Appropriate irrigation water quota could increase the rate of cotton emergence in the next year and improve the population indices in early period significantly.Under winter drip irrigation with the quota of 3 000 m3/hm2,the cotton canopy photosynthetic potential,group net assimilation rate and leaf area index improved respectively by 34.30%,19.23%and 42.60%compared with those without winter irrigation treatment,and the photosynthesis potential and leaf area index reached peak value 10 days in advance.The leaf area index peak under 3 000 m3/hm2drip irrigation was 10 d earlier than CK and higher than that under the flood irrigation.Winter irrigation also could increase cotton yield in the next year.The cotton yields under 3 000 and 3 600 m3/hm2drip irrigation were 10.66%and 12.36%higher than that under the CK.Based on the comprehensive considerations to the effect of winter irrigation pattern and irrigation water quota on soil water and salt distributions as well as cotton growth and yield in the next year,this paper concludes that 3 000 m3/hm2drip irrigation is the optimum one.It can not only leach soil salts as deep as 300 cm,but also contribute a high yield,reaching 6 107.75 kg/hm2.

soils;irrigation;water;winter irrigation;drip irrigation;flood irrigation;cotton;water and salt distribution

10.11975/j.issn.1002-6819.2016.06.019

S27

A

1002-6819（2016）-06-0139-10

2015-09-08

2016-01-22

国家自然科学基金项目（51369027）；国家科技支撑计划项目（2015BAD20B03）；石河子大学杰青计划（2013ZRKXJQ02）

赵 波（1991-），男，新疆博乐人，研究方向为节水灌溉理论与技术。石河子 石河子大学水利建筑工程学院，832000。

Email：574600672@qq.com

※通信作者：王振华（1979-），男，河南扶沟人，博士，教授，主要从事干旱区节水灌溉理论与技术研究。石河子 石河子大学水利建筑工程学院，832000。Email：wzh2002027@163.com。

中国农业工程学会高级会员（E041200608S）。