膜下滴灌棉花對(duì)棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響

0膜下灌草護(hù)坡技術(shù)的推廣[研究意義]新疆是中國(guó)最大的優(yōu)質(zhì)棉基地。獨(dú)特的氣候和充足的熱量資源為棉花的種植創(chuàng)造了獨(dú)特的條件。在水資源供需矛盾日益尖銳的情況下,如何優(yōu)化灌溉,提高水分利用效率,實(shí)現(xiàn)棉花生產(chǎn)既節(jié)水又優(yōu)質(zhì)高產(chǎn),對(duì)維持新疆農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。膜下滴灌是典型的非充分灌溉技術(shù),是先進(jìn)灌水技術(shù)與種植模式的集成,是一種最節(jié)水的灌溉技術(shù),尤其是近幾年來(lái),隨著地膜及滴灌帶成本的降低,膜下滴灌棉花的種植在新疆大面積推廣,取得了良好的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益和生態(tài)效益,已成為全國(guó)大田作物應(yīng)用膜下滴灌技術(shù)規(guī)模最大的地區(qū)。【前人研究進(jìn)展】與常規(guī)溝灌相比,膜下滴灌節(jié)水可達(dá)50%以上,對(duì)中低產(chǎn)田,可增產(chǎn)20%。膜下滴灌灌溉制度的建立是根據(jù)棉花的耗水情況而確定的。馬富裕等研究建議,在棉花苗期、蕾期和花鈴期的灌水周期分別為15、10和7d是比較適宜該地區(qū)的棉花生長(zhǎng)。【本研究切入點(diǎn)】膜下滴灌棉花產(chǎn)量受多種因素的影響,需有針對(duì)性的補(bǔ)充水分及養(yǎng)分,促使棉田水分及養(yǎng)分均勻合理,達(dá)到動(dòng)態(tài)平衡。然而,水資源的短缺使越來(lái)越多的研究集中在水分與產(chǎn)量的關(guān)系上,水分是影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的因素之一,最終體現(xiàn)在作物各部分的生物量累積及產(chǎn)量上。而膜下滴灌條件下,灌溉定額及灌水周期對(duì)棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響研究較少。【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】通過(guò)膜下滴灌田間小區(qū)試驗(yàn),研究膜下滴灌在不同的灌溉定額及灌水周期對(duì)棉花生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響,以探討滴灌條件下適宜的棉花灌溉定額和灌水周期,對(duì)發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)及為當(dāng)?shù)亟⒈容^合理的灌溉制度具有科學(xué)的指導(dǎo)意義,為實(shí)現(xiàn)新疆綠洲農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供幫助。1材料和方法1.1準(zhǔn)噶爾盆地西南緣土壤條件試驗(yàn)地設(shè)在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)農(nóng)八師石河子市郊區(qū)的石河子大學(xué)現(xiàn)代節(jié)水灌溉試驗(yàn)站,石河子地處天山北麓中段,準(zhǔn)噶爾盆地西南緣,屬中溫帶大陸性干旱氣候,多年平均降雨量207mm,平均蒸發(fā)量1660mm,地理位置E85°59′47″,N44°19′28″,海拔327m,南高北低,土壤質(zhì)地為中壤土,土壤田間持水量22.90%(重量百分比),土壤容重1.49g/cm3。1.2灌溉帶設(shè)計(jì)供試棉花品種為新陸早710,采用寬窄行一膜兩管種植的模式,灌溉水源為井水,井水含鹽量1.08g/L,經(jīng)過(guò)濾器過(guò)濾后灌溉,采用新疆天業(yè)公司生產(chǎn)的單翼迷宮式滴灌帶,滴頭間距30cm,設(shè)計(jì)流量為2.6L/h。1.3/hm2水灌草護(hù)坡試驗(yàn)試驗(yàn)地面積0.043hm2(長(zhǎng)45m,寬9.5m),分為12個(gè)小區(qū),3組重復(fù),設(shè)計(jì)灌溉定額為3300、3900、4500及5100m3/hm2,灌水次數(shù)為16、13和10次,其灌水周期為6、8及10d,共12個(gè)水平試驗(yàn)。用烘干法和中子儀測(cè)土壤水分,利用美國(guó)CPN公司生產(chǎn)的DR503.9型中子儀監(jiān)測(cè)土壤水分變化,灌水前、后測(cè)土壤水分,遇降雨加測(cè)一次,每次隨水施肥,每次施肥量為尿素30kg/hm2,磷酸二氫鉀15kg/hm2,在每小區(qū)選4株棉花,每間隔7d測(cè)定株高、蕾數(shù)及花鈴數(shù)等生理指標(biāo),棉花打頂去尖后不再測(cè)株高,每一指標(biāo)取其平均值進(jìn)行分析,收獲期測(cè)每個(gè)小區(qū)的產(chǎn)量。表12結(jié)果與分析2.1生理指標(biāo)分析2.1.1提前現(xiàn)冷,控制共建幼蕾的出現(xiàn)標(biāo)志著棉花逐漸由營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)向生殖生長(zhǎng)過(guò)渡,較多的花蕾是棉花豐產(chǎn)的前提。7月18日棉花進(jìn)入盛蕾期,灌溉定額為5100m3/hm2時(shí),灌水周期為10d的棉花生長(zhǎng)旺盛現(xiàn)蕾最早,提前使棉花進(jìn)入蕾期,而且蕾數(shù)較多,高灌溉定額及灌水周期可縮短棉花苗期生長(zhǎng),促使棉花提前現(xiàn)蕾,7月18日以后,蕾數(shù)逐漸減小;灌溉定額為4500m3/hm2時(shí),可以看出灌水周期為8d的花數(shù)較多,進(jìn)入盛花期比6及10d的較早,而且波動(dòng)幅度較小,這與土壤水分狀況有密切的關(guān)系,灌水定額及灌水周期為棉花生長(zhǎng)提供良好的水分環(huán)境和供給,利于棉花盡早開(kāi)花,開(kāi)花的多少是結(jié)鈴多少的先決條件,并不是所有的花朵都能結(jié)鈴,其中會(huì)有部分幼齡在花后或在生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中脫落。圖12.1.2灌溉周期影響棉花生長(zhǎng)和產(chǎn)量的環(huán)結(jié)鈴的多少是構(gòu)成籽棉產(chǎn)量的最直接的因素。在灌溉定額為3300m3/hm2時(shí),花鈴前期10d的灌水周期棉花結(jié)鈴較多,而隨棉花的生長(zhǎng),其棉花結(jié)鈴數(shù)偏少,灌水周期為8d的棉花結(jié)鈴數(shù)增大,但最終灌水周期為8d的結(jié)鈴數(shù)大于10d,6d的結(jié)鈴數(shù)居中。灌水周期也不能偏小,頻繁的灌水影響棉花根際環(huán)境,造成土壤透氣性較差,影響根系的生長(zhǎng)及對(duì)水分的吸收。鈴期是棉花對(duì)水分的敏感期,10d的灌水周期,3300m3/hm2的灌溉定額顯然不能提供充足的水分,造成棉花脫鈴,進(jìn)而影響棉花產(chǎn)量,因此灌水周期不宜太長(zhǎng),灌水周期為6d的脫鈴較少,能夠及時(shí)補(bǔ)充棉花的水分需求,成鈴率較高,株高是棉花生長(zhǎng)發(fā)育狀況的首要指標(biāo)和衡量群體株型狀況合理與否的重要敏感指標(biāo),直接影響種植密度配置和光能利用率,最終影響棉花產(chǎn)量。在棉花打頂后的株高,在相同灌水周期下,隨著灌溉定額的增大,株高也在相應(yīng)增大,灌水量增大能有效的促進(jìn)棉花植株生長(zhǎng),灌水量越大,株高越大;而灌水周期對(duì)棉花株高也有顯著影響。在灌溉定額為3300m3/hm2時(shí),對(duì)棉花的株高影響不明顯,但在灌溉定額為3900、4500及5100m3/hm2時(shí),株高對(duì)灌水周期非常敏感,相同灌溉定額,隨灌水周期增大,株高減小,5100m3/hm2時(shí)的株高最大,灌溉定額太高,導(dǎo)致棉花瘋長(zhǎng),營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)大于生殖生長(zhǎng),其造成生態(tài)學(xué)產(chǎn)量增大而經(jīng)濟(jì)學(xué)產(chǎn)量降低,導(dǎo)致水分利用率降低,且達(dá)不到節(jié)水目的,必將失去滴灌的意義。圖22.2灌溉定額對(duì)土壤含水率的影響作物需水量受土壤水分、作物品種、氣象因素和農(nóng)業(yè)措施的影響,且隨作物發(fā)育狀況的不同而有很大的變化。灌溉定額及灌水周期對(duì)土壤含水率也有明顯的影響,7月18日灌水后,灌水周期為6及8d,在土壤表層20cm內(nèi)對(duì)土壤水分變化不明顯,沒(méi)有太大的差異。當(dāng)灌水周期為6d時(shí),在20cm以下,灌溉定額為3300m3/hm2土壤含水率最小且變化幅度較大,灌溉定額為4500及5100m3/hm2的土壤含水率較大,3900m3/hm2的次之;而灌水周期為8d時(shí),在土層20cm以下,灌溉定額為3300m3/hm2的含水率最大,這是由于滴灌帶破損,在中子管附近漏水,造成土壤含水率偏大。土壤含水率隨灌溉定額的增大而增大,在60cm以下,含水率有增大的趨勢(shì),這是因?yàn)槊藁ǜ抵饕性?～60cm的土層內(nèi),在60cm以下水分的變化較小,地下水位較深,灌溉水與地下水缺少有機(jī)的聯(lián)系,成為土壤水分的儲(chǔ)備,但膜下滴灌減少了土壤水分蒸發(fā)和在此范圍內(nèi)水分上升的力水勢(shì)梯度,影響了0～60cm土層內(nèi)水分的補(bǔ)充,因此灌溉定額不宜太多也不可太少,適宜的水分虧缺會(huì)增加莖粗發(fā)育、利于增產(chǎn),過(guò)量的水分虧缺會(huì)導(dǎo)致作物減產(chǎn),土壤水分可確保棉花正常生長(zhǎng)為宜。圖32.3灌溉定額對(duì)產(chǎn)量的影響在3300m3/hm2灌溉定額時(shí),灌水周期為6d可明顯提高棉花的產(chǎn)量。6d的灌水周期對(duì)產(chǎn)量的影響最敏感,低灌溉定額應(yīng)縮短灌水周期,高頻灌溉可達(dá)到節(jié)水目的,當(dāng)灌水周期6d時(shí),灌溉定額為3900m3/hm2的產(chǎn)量最高;灌水周期為8d時(shí),4500m3/hm2的產(chǎn)量最高,可達(dá)6908kg/hm2;在10d的灌水周期,灌溉定額為3900m3/hm2的產(chǎn)量最大,在相同灌溉定額下,隨著灌水周期增大,產(chǎn)量降低;灌溉定額為5100m3/hm2時(shí)產(chǎn)量比3900和4500m3/hm2的低,灌水周期對(duì)產(chǎn)量影響不明顯,沒(méi)有顯著差異,3300m3/hm2灌溉定額的產(chǎn)量變化明顯,對(duì)產(chǎn)量影響較大,由于2009年降雨比往年多,故3300m3/hm2產(chǎn)量偏高。結(jié)果表明,在灌溉定額為4500m3/hm2,灌水周期為8d產(chǎn)量較優(yōu),水分生產(chǎn)率可達(dá)1.53kg/m3,產(chǎn)量和灌溉定額符合二次拋物線關(guān)系,從擬合式得出最優(yōu)灌溉定額為4688m3/hm2。產(chǎn)量的高低將是判斷灌溉定額及灌水周期合理與否最直接也是最充分的條件。圖43灌溉定額對(duì)產(chǎn)量的影響膜下滴灌棉花種植在新疆得到大面積推廣應(yīng)用,已產(chǎn)生了顯著的經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會(huì)效益,目前膜下滴灌棉花灌溉制度的研究取得了些成果,但由于地區(qū)及年際氣候差異較大,在實(shí)際應(yīng)用中受到限制,但其與常規(guī)的棉田灌溉定額相比,可節(jié)水44%～54%。在考慮節(jié)水、運(yùn)行及管理等成本,試驗(yàn)確定灌溉定額為4688m3/hm2左右,灌水周期為8d時(shí),產(chǎn)量最高,綜合效益最高,這與文獻(xiàn)所提出的灌溉制度一致。灌溉定額太大,會(huì)使棉株生長(zhǎng)旺盛,使得棉株過(guò)早封行,田間透光透氣性變差,落鈴現(xiàn)象比較嚴(yán)重,造成產(chǎn)量降低。由文獻(xiàn)可知,在南疆蕾期灌水周期為5d,花鈴期為7d,盛鈴期后灌水定額與蕾期相同,相比灌水周期偏小,灌水定額偏大,這是由于南疆潛在蒸發(fā)量大于北疆造成的。研究只對(duì)石河子灌區(qū)膜下滴灌棉花的灌溉制度對(duì)棉花的生理指標(biāo)、土壤水分及產(chǎn)量進(jìn)行了探討,考慮到當(dāng)?shù)孛磕甑慕涤炅考八档纫蛩?需根據(jù)當(dāng)年的氣候條件,制定比較適合當(dāng)年氣候的灌溉制度,是保證棉花高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的重要前提。4灌溉定額及灌溉周期對(duì)棉花生長(zhǎng)的影響在灌溉定額為3300m3/hm2時(shí)灌水周期對(duì)棉花株高影響不明