不同滴灌方式對(duì)土壤水鹽分布和棉花生長的影響

不同滴灌方式對(duì)土壤水鹽分布和棉花生長的影響

新疆地區(qū)的土壤和地下水含鹽量普遍較高。其中南疆地下水礦化度大多在5~10g/L,土壤含鹽量達(dá)0.2%~1.0%,北疆地區(qū)土壤含鹽量也達(dá)到0.2%~0.8%。所以,水資源缺乏和土壤鹽漬化已成為新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境改善的主要障礙因子。有研究表明,利用咸水灌溉的關(guān)鍵是選擇恰當(dāng)?shù)墓喔确绞健?yīng)用咸水進(jìn)行灌溉時(shí),滴灌是較好的灌溉方式,可降低鹽分對(duì)作物生長的影響。但傳統(tǒng)地表滴灌條件下,咸水灌溉會(huì)導(dǎo)致鹽分在土壤表層積累。當(dāng)灌溉或降雨時(shí),土壤表聚的鹽分會(huì)被淋洗至根區(qū)而抑制植物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收,導(dǎo)致產(chǎn)量降低。Oron等的研究結(jié)果表明,地下滴灌由于滴管埋在地下,可將鹽分淋洗到根區(qū)外圍,減輕鹽分對(duì)作物的傷害。從咸水資源灌溉利用現(xiàn)狀來看,膜下滴灌為干旱半干旱地區(qū)有效的利用咸水和微咸水資源以及鹽堿地的開發(fā)利用提供了有效的手段。覆膜后,由于邊界條件改變,土壤蒸發(fā)率減少,鹽分上行受到抑制,從而切斷了其次生鹽堿化的來源,土壤返鹽率隨之降低,是一種很有發(fā)展?jié)摿Φ南趟⑾趟眉夹g(shù)?！熬盼濉逼陂g,膜下滴灌技術(shù)在新疆棉花生產(chǎn)中的推廣應(yīng)用,棉花的種植面積迅速擴(kuò)大。棉花已成為該地區(qū)最重要的經(jīng)濟(jì)作物。截至2004年底,新疆的滴灌面積已達(dá)30萬hm2。目前,新疆棉花普遍推廣膜下滴灌,部分地區(qū)開始嘗試地下滴灌,將滴灌管埋設(shè)在地下20~35cm,節(jié)水效果更好。棉花(GossypiumhirsutumL.)屬于耐鹽能力較強(qiáng)的一類作物。目前,關(guān)于利用咸水灌溉對(duì)棉花生長、產(chǎn)量影響的研究還很少。本研究的主要目的是探討在二種膜下滴灌方式下利用不同礦化度咸水對(duì)棉花根層水鹽分布的影響,以及由此造成的對(duì)棉花生長與產(chǎn)量的影響。從而對(duì)二種膜下滴灌方式下的咸水灌溉所產(chǎn)生的效果進(jìn)行評(píng)價(jià),為咸水資源的合理利用提供理論依據(jù)。1材料和方法1.1基礎(chǔ)養(yǎng)分狀況試驗(yàn)在石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行,試驗(yàn)地土壤質(zhì)地為壤土?；A(chǔ)養(yǎng)分狀況為堿解氮50.76mg/kg,有效磷22.90mg/kg,有效鉀170mg/kg,土壤5∶1水土比電導(dǎo)率(EC1∶5)為0.15dS/m。1.2方法1.2.1灌排、覆膜分離、種植試驗(yàn)方法及種植條件試驗(yàn)設(shè)置2種灌溉方式,分別為地表滴灌和地下滴灌,地下滴灌埋深為35cm;分別以不同礦化度咸水灌溉,灌溉水礦化度設(shè)置3個(gè)水平,分別為淡水(不加鹽)、加鹽2.5g/L和5g/L,電導(dǎo)率分別為0.33dS/m、3.62dS/m和6.71dS/m。試驗(yàn)小區(qū)隨機(jī)排列,重復(fù)3次,各處理間用塑料膜隔開。咸水灌溉試驗(yàn)中灌溉水的鹽化處理采用向水流中注入NaCl和CaCl2(1∶1重量比)混合溶液,以模擬含Cl-、Na+和Ca2+為主的礦化水。滴灌系統(tǒng)設(shè)置為滴頭流量2L/h,滴頭間距40cm,滴灌帶間距90cm,地下滴灌除埋深為35cm外,其余與地表滴灌相同。棉花種植采用覆膜栽培,一膜四行,行距配置為30cm+60cm+30cm+60cm,株距10cm,滴灌毛管鋪設(shè)在二行作物中間,種植密度22.2×104株/hm2。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),6個(gè)處理,每處理重復(fù)3次,共18個(gè)試驗(yàn)小區(qū),試驗(yàn)小區(qū)面積為45m2。每個(gè)試驗(yàn)小區(qū)間用黑色聚氯乙烯塑料膜隔離,隔離深度100cm。棉花種植品種為新疆北部主栽培品種新陸13號(hào),于2006年4月21日播種。棉花出苗采用干播濕出的方法。為保證出苗,淋洗土壤表層鹽分,播種后灌溉水為淡水,棉花生育期灌水、施肥措施參照當(dāng)?shù)卮筇?氮肥以尿素施入,純氮225kg/hm2,20%做基肥,其余氮肥分次隨水滴施;磷肥用量為P2O5105kg/hm2,全部做基肥,在播種時(shí)與氮肥一次性施入。1.2.2取樣深度和土水比、土比對(duì)電導(dǎo)率的影響土壤樣品在棉花生育期分別在灌水前、后用土鉆分別在距滴灌帶15cm(株間)和30cm(膜間)處取樣,取樣深度為0~20cm、20~40cm、40~60cm、60~80cm、80~100cm,水分采用烘干法測(cè)定,鹽分采用風(fēng)干土的5∶1水土比(EC1∶5)測(cè)電導(dǎo)率;干物質(zhì)積累量從蕾期開始,每次灌水前分別采集3株代表植株,分根、莖、葉、蕾鈴分別烘干,稱重;在吐絮期通過按小區(qū)測(cè)產(chǎn)和實(shí)收測(cè)定棉花產(chǎn)量。2結(jié)果與分析2.1棉田土壤鹽的分布特征2.1.1地下灌溉對(duì)土壤含水量的影響棉田土壤根層土壤水分分布情況見圖1。由圖1可以看出,通過方差分析表明,不同的滴灌方式和灌溉水礦化度對(duì)棉田的土壤水分分布都有一定影響。隨著咸水濃度的增加,土壤含水量升高。在土壤表層0~20cm深度,灌溉方式顯著影響了土壤含水量,由于地下滴灌埋深為35cm,因此,地下滴灌的土壤表層土壤含水量顯著低于地表滴灌,并且咸水濃度對(duì)地下滴灌0~20cm深度土壤中的含水量影響不顯著。20~40cm與40~60cm深度土壤中的含水量則主要是受到咸水濃度的影響,地下滴灌6.71dS/m處理的土壤含水量顯著地高于0.33dS/m和3.62dS/m處理;地表滴灌6.71dS/m和3.62dS/m處理的土壤含水量顯著地高于0.33dS/m咸水灌溉處理。這主要是由于隨著灌溉水礦化度的增加,隨灌溉水帶入作物根區(qū)的鹽分增加。當(dāng)根區(qū)土壤鹽分積累到一定程度,就會(huì)影響作物根系對(duì)水分的吸收,甚至影響作物的正常生長,造成作物蒸騰減少,從而降低了土壤水分的損失,提高了土壤水分含量。2.1.2地下灌注方式和灌排方式對(duì)棉田土壤鹽分表聚的影響棉田土壤根層土壤鹽分分布情況見圖2。由圖2可知,在二種灌溉方式下,隨著灌溉水礦化度的增加,隨灌溉水帶入土壤的鹽分顯著增加。地下滴灌處理0~20cm和40~60cm土壤的鹽度EC1∶5較低,20~40cm有一定土壤鹽分積累,土壤鹽度EC1∶5較0~20cm、40~60cm分別高出17.9%和9.2%;地表滴灌處理表層0~20cm出現(xiàn)了明顯的表聚現(xiàn)象,土壤鹽度EC1∶5的較20~40cm和40~60cm分別高15.9%和6.3%。結(jié)果表明,滴灌方式和灌溉水礦化度同樣影響到棉田的土壤鹽分分布,地下滴灌處理土壤表層鹽度EC1∶5顯著低于地表滴灌處理,表明地下滴灌方式下土壤鹽分表聚程度較地表滴灌方式要輕;但地下滴灌處理在20~40cm出現(xiàn)了鹽分積累現(xiàn)象。可以看出,利用咸水灌溉,滴灌方式對(duì)土壤鹽分分布產(chǎn)生影響,但主要因素還是灌溉水的礦化度。2.2不顯著差異顯著性棉花的干物質(zhì)是產(chǎn)量形成的基礎(chǔ),利用咸水灌溉,在棉花生育期內(nèi)顯著的影響了棉花的干物質(zhì)積累量,隨著灌溉水礦化度的升高,棉花干物質(zhì)積累量隨之降低。從圖3可以看出,在2種滴灌方式下雖然3.62dS/m處理降低了棉花干物質(zhì)積累量,但差異不顯著;而6.71dS/m處理則顯著的降低了棉花干物質(zhì)積累量。表明棉花作為耐鹽作物,利用3.62dS/m的微咸水進(jìn)行灌溉,對(duì)棉花干物質(zhì)積累量影響不大。本研究表明灌溉方式對(duì)棉花干物質(zhì)積累量產(chǎn)生了影響。從蕾期到花鈴期(播種后66~86d),棉花的干物質(zhì)積累量在地下滴灌和地表滴灌方式分別占生育期總積累量的40.28%和55.98%;在棉花結(jié)鈴期到吐絮初期(播種后97~113d),棉花的干物質(zhì)積累量在地下滴灌和地表滴灌方式分別占生育期總積累量的26.17%和13.39%。通過方差分析表明,在這2個(gè)時(shí)期,灌溉方式顯著影響了棉花干物質(zhì)積累量,可以看出,地下滴灌方式下,棉花干物質(zhì)積累量在蕾期到花鈴期較地表滴灌方式增長慢,但在結(jié)鈴期到吐絮初期則維持了較快的生長速度。2.3不同促花處理對(duì)花材中冷鈴數(shù)和種子產(chǎn)量的影響從表1可以看出,滴灌方對(duì)有效鈴數(shù)、蕾數(shù)、單鈴重和蕾鈴脫落率都沒有影響。隨著灌溉水礦化度的升高,對(duì)單鈴重沒有影響,有效鈴數(shù)和現(xiàn)蕾數(shù)在減少,蕾鈴脫落率則呈升高的趨勢(shì)。通過方差分析表明,6.71dS/m處理的有效鈴數(shù)顯著低于0.33dS/m處理。地下滴灌和地表滴灌2對(duì)棉花產(chǎn)量產(chǎn)生影響,但可以看出,隨著咸水濃度增加,棉花籽棉產(chǎn)量隨之下降。尤其是6.71dS/m處理的籽棉產(chǎn)量顯著地低于0.33dS/m,而3.62dS/m咸水灌溉處理則對(duì)棉花產(chǎn)量影響并不顯著,表明利用較低濃度的咸水對(duì)棉花進(jìn)行灌溉,對(duì)棉花產(chǎn)量影響不大。3灌溉對(duì)棉花干物質(zhì)積累的影響咸水灌溉帶入土壤中的鹽分與土壤本身化學(xué)元素和土壤顆粒發(fā)生相互作用,改變土壤物理和化學(xué)特征,導(dǎo)致土壤水分和鹽分運(yùn)移特征的變化,影響土壤水分有效性和作物生長。隨著咸水濃度的增加,土壤含水量和土壤鹽度升高。馬東豪等研究認(rèn)為土壤表層含鹽量隨灌水礦化度的升高顯著增加;在微咸水灌溉條件下,灌水帶來的鹽分將成為表土鹽分累積的一個(gè)重要因素。土壤表層0~20cm深度,由于地下滴灌埋深為35cm,因此,地下滴灌的土壤表層土壤含水量顯著低于地表滴灌。受到土壤水分分布和運(yùn)移的影響,地下滴灌處理土壤表層鹽度EC1∶5顯著低于地表滴灌處理,即地下滴灌方式下土壤鹽分表聚程度較地表滴灌方式要輕;但在20~40cm出現(xiàn)了鹽分累積現(xiàn)象,表明土壤鹽分的運(yùn)移和分布與滴灌的埋深密切相關(guān)。隨著灌溉水礦化度的升高,棉花干物質(zhì)積累量隨之降低。鹽脅迫下,棉花生長勢(shì)下降,出葉進(jìn)程減慢,果枝數(shù)目減少,棉鈴失水吐絮快,花鈴期縮短,現(xiàn)蕾、開花、結(jié)鈴數(shù)目減少。雖然3.62dS/m處理降低了棉花干物質(zhì)積累量,但差異不顯著;而6.71dS/m處理則顯著的降低了棉花干物質(zhì)積累量。表明棉花作為耐鹽作物,利用3.62dS/m的微咸水進(jìn)行灌溉,對(duì)棉花干物質(zhì)積累量影響不大。隨著灌溉水礦化度的升高,對(duì)單鈴重沒有影響,有效鈴數(shù)和現(xiàn)蕾數(shù)在減少,蕾鈴脫落率則呈升高的趨勢(shì)。通過方差分析表明,表明6.71dS/m處理的有效鈴數(shù)顯著的低于0.33dS/m處理。滴灌方式基本對(duì)棉花產(chǎn)量沒有產(chǎn)生影響,隨著咸水濃度增加,棉花籽棉產(chǎn)量隨之下降。尤其是6.71dS/m咸水灌溉處理的籽棉產(chǎn)量顯著地低于對(duì)照,而3