李永江，蒲佰龍，蔣桂英，崔　靜，樊　華，馬富裕，3*（.兵團(tuán)第六師一零五團(tuán)，新疆　五家渠　83300；.石河子大學(xué)/新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.新疆石達(dá)賽特科技有限公司）

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膜下滴灌棉花采用“三水灌溉”法確保高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)

李永江1，蒲佰龍1，蔣桂英2，崔靜2，樊華2，馬富裕2，3*
（1.兵團(tuán)第六師一零五團(tuán)，新疆五家渠831300；2.石河子大學(xué)/新疆兵團(tuán)綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室；3.新疆石達(dá)賽特科技有限公司）

摘要：根據(jù)棉花各生長(zhǎng)階段水分供應(yīng)充足與否對(duì)生長(zhǎng)中心影響十分明顯的特點(diǎn)，可將“干播濕出”膜下滴灌棉田灌水的主導(dǎo)作用劃分為 3個(gè)功能，即“長(zhǎng)根水（苗蕾期）、健根水（始花期）和養(yǎng)根水（產(chǎn)量貢獻(xiàn)水，花鈴期）”。在苗期與蕾期，棉花的生長(zhǎng)中心為根系，此期的水分供應(yīng)充足與否直接影響到棉花群體的根系質(zhì)量。因此，該階段水分作用主要貢獻(xiàn)于根系生長(zhǎng)，可稱之為“長(zhǎng)根水”；始花前后水分供應(yīng)的主要作用在于解除由于自出苗以來(lái)土壤水分持續(xù)下降對(duì)棉花生長(zhǎng)造成的水分脅迫，促進(jìn)高產(chǎn)棉田應(yīng)有的棉花根型結(jié)構(gòu)與質(zhì)量及地上部分應(yīng)有營(yíng)養(yǎng)體的建成，此期的水分供應(yīng)稱之為“健根水”；自盛花以后到吐絮期，棉花生長(zhǎng)重心為棉鈴形成與產(chǎn)量密切相關(guān)的群體生殖生長(zhǎng)，此期的水分供應(yīng)目標(biāo)在于保持根系較好的活力，為地上部分提供足夠的水分與養(yǎng)分，故稱之為“養(yǎng)根水”。在灌溉量的確定上，“長(zhǎng)根水”即播后即灌的出苗水（450～600m3/hm2）和“健根水”即始花前后棉花生長(zhǎng)發(fā)育期的第1次灌溉（500～700m3/hm2），以不造成深層滲漏為原則使根層（0～100cm）盡可能多地持有水分。自生長(zhǎng)階段的第2次灌溉起即進(jìn)入“養(yǎng)根水”管理階段，應(yīng)采取“輕勤淺”（灌水量300～400m3/hm2，灌溉周期7～8d，濕潤(rùn)鋒深度60cm左右）的灌溉方法，每次灌溉前的滴灌帶下方0～60cm土壤含水量約75%的田間持水量，使膜下滴灌棉花的產(chǎn)量潛力得到最大可能的挖掘。在棉花3個(gè)明顯不同的生長(zhǎng)發(fā)育階段，水分對(duì)棉花生長(zhǎng)發(fā)育的生理生態(tài)意義不相同，在水分管理上應(yīng)有明顯的區(qū)別性。

關(guān)鍵詞：膜下滴灌棉花；“三水灌溉法”；長(zhǎng)根水；健根

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以棉花為代表的大田作物的膜下滴灌技術(shù)自1996年在新疆兵團(tuán)成功應(yīng)用以來(lái)，迄今新疆僅在棉花上的應(yīng)用推廣面積已近150萬(wàn)hm2[1]，使當(dāng)前在中國(guó)以滴灌為主的新型節(jié)水灌溉技術(shù)正在以前所未有的規(guī)模推廣應(yīng)用，為到2020年全國(guó)實(shí)現(xiàn)新增節(jié)水灌溉面積2000萬(wàn)hm2提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐[2]。據(jù)估算，截止2015年，滴灌技術(shù)在中國(guó)的應(yīng)用面積已經(jīng)超過(guò)了300萬(wàn)hm2。這對(duì)擴(kuò)大干旱區(qū)、半干旱區(qū)作物的種植規(guī)模、提高產(chǎn)量水平和解決全球糧食安全問(wèn)題等提供了新思路，具有劃時(shí)代意義。

在北疆地區(qū)，由于灌溉系統(tǒng)的改變，秋耕之后幾乎絕大多數(shù)滴灌棉田不能進(jìn)行冬前灌溉貯備底墑水以供來(lái)年使用，棉花幾乎都是在春季土壤墑情不好甚至沒(méi)有墑情的條件下播種之后滴水補(bǔ)墑出苗，灌量不足對(duì)棉花根系的形成不利，進(jìn)而有可能影響棉花產(chǎn)量的形成[3]，良好的土壤深層儲(chǔ)水配合生長(zhǎng)階段合理的灌溉能提高棉花產(chǎn)量及水分利用效率[4]。

作物產(chǎn)量的提高是建立在具有足夠大的根系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上的，這樣能充分利用土壤肥水等生態(tài)因子以獲得較高的生物產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量?；ㄢ徠谑敲藁óa(chǎn)量形成的關(guān)鍵時(shí)期，此期水分的供應(yīng)質(zhì)量決定著棉花群體在有限的生長(zhǎng)發(fā)育階段內(nèi)對(duì)當(dāng)?shù)毓?、溫生態(tài)潛力的挖掘程度并影響棉花的產(chǎn)量與水分利用效率。研究表明，“淺灌、勤灌”有利于保證膜下滴灌棉花高產(chǎn)與高水分利用效率，花鈴期輕度的水分脅迫對(duì)棉花光合生理及干物質(zhì)生產(chǎn)無(wú)明顯影響[5]。

如何合理地灌溉，最大限度地挖掘滴灌技術(shù)的增產(chǎn)潛力，這可能是當(dāng)前膜下滴灌棉花產(chǎn)量波動(dòng)較大的原因之一。因此，有必要總結(jié)多年來(lái)膜下滴灌棉花理論研究與實(shí)踐應(yīng)用成果，探討膜下滴灌棉花關(guān)鍵生長(zhǎng)階段水分管理的成功經(jīng)驗(yàn)，為大面積膜下滴灌棉花高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的田間水分管理提供依據(jù)?；谝陨险J(rèn)識(shí)，本文在分析多年高產(chǎn)棉田的水分管理資料的基礎(chǔ)上，特提出膜下滴灌棉花的“三水灌溉法”，即對(duì)“干播濕出”的膜下滴灌棉田在保證不造成水分深層滲漏形成浪費(fèi)的情況下，在出苗期和始花期分別以較大的水量進(jìn)行灌溉使整個(gè)根層有充足的水分含量，以達(dá)到苗、蕾期根系建立和花鈴期根系功能恢復(fù)健康生長(zhǎng)的目的；在花鈴期，利用小灌量高頻率的方法進(jìn)行灌溉確保群體的高生產(chǎn)能力；在吐絮期進(jìn)行一定程度的灌溉確保棉花生長(zhǎng)后期有適量的水分供應(yīng)，以達(dá)到養(yǎng)根促鈴重增產(chǎn)的目的。以上3個(gè)關(guān)鍵時(shí)期的水分供應(yīng)可對(duì)應(yīng)地稱之為“長(zhǎng)根水、健根水和養(yǎng)根水”，合稱為“三水灌溉”法。

1　膜下滴灌棉花水分管理現(xiàn)狀

1.1冬前灌溉與否南北疆不同

來(lái)年種植膜下滴灌棉花的農(nóng)田，冬前灌溉與否南北疆差異較大。在南疆，由于對(duì)鹽堿淋洗的需要，冬前或春季播種前都要對(duì)農(nóng)田進(jìn)行貯備性灌溉，既能起到壓堿洗鹽的作用，又能對(duì)苗、蕾期棉花生長(zhǎng)發(fā)育給予充分的水分供應(yīng)[6-8]；而北疆地區(qū)因?yàn)槎盎虼杭緵](méi)有足夠的灌溉時(shí)間或者灌溉系統(tǒng)不完備等原因，幾乎不能進(jìn)行貯備性灌溉，所以，采取播后立刻滴水的方式補(bǔ)墑出苗，俗稱“干播濕出”。

1.2出苗水灌溉量差異較大

在“干播濕出”條件下，播后灌溉出苗水用量差異較大。由于地區(qū)或同一地區(qū)不同田塊間，因土質(zhì)、氣候、播期差異等原因，出苗水的灌溉量一般在150～ 600m3/hm2之間，極值差異較大，達(dá)到450m3/hm2。在滴灌帶與播種行距離較近模式下（如30cm+60cm寬窄行模式，每2行棉花配置1條滴灌帶，滴灌帶距播種行15cm，俗稱“常規(guī)模式”），出苗水只需要150 m3/hm2左右即可保證棉花種子充分吸水達(dá)到足墑出苗的目的；在滴灌帶與播種行距離較遠(yuǎn)模式下 （如10cm+66cm+10cm+66cm+10cm+66cm寬窄行模式，每6行棉花配置2條滴灌帶，滴灌帶距播種行最遠(yuǎn)距離為43cm，俗稱“機(jī)械采收模式”），在粘性強(qiáng)的土壤條件下，出苗水通常需要500～600m3/hm2，甚至更高，種子才能充分吸水以保證出苗。

1.3生長(zhǎng)階段灌溉方法不同

膜下滴灌棉花灌溉方法的生產(chǎn)實(shí)踐與理論研究結(jié)果有很大的差異。若以籽棉產(chǎn)量7500kg/hm2以上為高產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，全生育期實(shí)行小灌量高頻率（300～450m3/hm2，5～7d灌溉周期）灌溉法的棉田不易獲得高產(chǎn)，反而是實(shí)行大灌量長(zhǎng)周期（500～750m3/hm2，10～15d灌溉周期）的機(jī)制田容易獲得高產(chǎn)[9，10]。但在生產(chǎn)實(shí)踐中，由于操作上的困難，難以做到高頻率灌溉，一般基本都選擇了大灌量長(zhǎng)周期的灌溉方法。單次灌水量450～600m3/hm2，灌溉周期為8～15d。

1.4棉花生長(zhǎng)差異及其產(chǎn)量構(gòu)成

在生產(chǎn)上調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在其他管理?xiàng)l件相似或相同的情況下，同樣的總灌水量但單次灌量或灌溉頻率不同的情況下，膜下滴灌棉花產(chǎn)量波動(dòng)性較大。表現(xiàn)在棉花單株生長(zhǎng)量不足、單株結(jié)鈴數(shù)減少、鈴重下降等，最終導(dǎo)致產(chǎn)量下降。

2　“三水灌溉法”原理及其依據(jù)

2.1長(zhǎng)根水

苗期是作物生長(zhǎng)根系的主要時(shí)期，較高的地溫與適宜的土壤含水量有利于強(qiáng)大根系的形成。土壤含水量較高、地溫較低不利于棉花生長(zhǎng)發(fā)育，容易導(dǎo)致?tīng)€種、爛芽、爛根等病害現(xiàn)象的發(fā)生；土壤水分過(guò)少，有可能在棉花以長(zhǎng)根為中心的苗期或蕾期，耕層土壤含水量降低到不足以供應(yīng)棉花正常生長(zhǎng)對(duì)水分的需求，使棉花過(guò)早地進(jìn)入水分脅迫階段。在苗期或蕾期灌溉容易導(dǎo)致棉花地上部分生長(zhǎng)加快，造成營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)度使棉花花蕾脫落加劇。因此，在干播濕出條件下，在保水性能較好的土壤上灌溉出苗水時(shí)，一次性較大的灌量，使較深的耕層都得到充分的水分供應(yīng)，將水分保存在根層中以備整個(gè)苗期蕾期棉花根系生長(zhǎng)利用，可能是一個(gè)很好的選擇。更重要的意義在于，較深層次的水分貯存，有利于根系縱向深度的生長(zhǎng)[11]，有利于形成較強(qiáng)大的根系，增強(qiáng)棉花的抗逆抗倒伏能力，確保棉花的高產(chǎn)與穩(wěn)產(chǎn)。

基于上述原理，在干播濕出棉田，播種后以較大的水量（450～600m3/hm2）灌溉出苗水。目的在于棉花出苗后50～60d內(nèi)（幾乎經(jīng)歷棉花苗期、蕾期2個(gè)生長(zhǎng)階段），適宜于根系統(tǒng)生長(zhǎng)的土壤濕度隨生育進(jìn)程漸次下移，最深處可達(dá)到100cm以下。到開(kāi)花前，土壤含水量可能降低到相對(duì)田間持水量的65%左右再開(kāi)始灌溉棉花生長(zhǎng)發(fā)育期間的第1水，此時(shí)，棉花應(yīng)有的圓錐形根體已經(jīng)基本建成，同時(shí)，棉花已經(jīng)受到一定程度的水分脅迫。

2.2健根水

健根水是指在棉花開(kāi)花前或始花期，也就是棉花在生長(zhǎng)發(fā)育期第1次灌溉時(shí)，用較大的水量（500～700m3/hm2）灌溉有利于棉花根系持續(xù)健康發(fā)育的水分供應(yīng)方式。本次灌溉的目的是讓棉花根系分布層的土壤含水量都恢復(fù)到75%相對(duì)田間持水量以上，以解除根系感受到水分脅迫信號(hào)的可能性，使整個(gè)根系的生長(zhǎng)從灌溉前有可能處于水分脅迫的狀態(tài)下恢復(fù)到適水健康狀態(tài)。北疆棉區(qū)6月中下旬、南疆棉區(qū)6月下旬、7月上旬，棉花正處于營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)和生殖生長(zhǎng)兩旺階段，地下根系結(jié)構(gòu)還未達(dá)到最大分布，地上冠層也還沒(méi)有達(dá)到高產(chǎn)要求的最大覆蓋程度。本次大灌量的水分供應(yīng)目的在于解除棉花根源傳遞水分脅迫信號(hào)的可能性，“鼓勵(lì)”棉花根系繼續(xù)生長(zhǎng)及地上部分的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)的優(yōu)勢(shì)性，不要過(guò)早地過(guò)渡到以生殖生長(zhǎng)為主上來(lái)。

2.3養(yǎng)根水

養(yǎng)根水是指棉花進(jìn)入盛花期以后應(yīng)采用小灌量短周期的灌溉方法，灌溉的濕潤(rùn)層深度穩(wěn)定在60cm左右，使棉花主體根系在得到持續(xù)的水分供應(yīng)同時(shí)，有部分根系分布于濕潤(rùn)鋒之外，形成類似于根系分區(qū)灌溉的水分供應(yīng)的時(shí)空分布特征[12]。該方法有刺激根區(qū)土壤水分有效性、根系吸收功能及其補(bǔ)償效應(yīng)、根源信號(hào)傳遞與氣孔最優(yōu)調(diào)節(jié)、改進(jìn)作物水分利用效率，具有較大的功能和可能性[13]。在大量的高產(chǎn)田調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，這階段的灌溉的共同特征是灌溉頻率高但灌溉量較小。因此，建議在生產(chǎn)中，從生長(zhǎng)發(fā)育階段的第2次灌溉起，灌量為每次300～ 400m3/hm2，灌溉周期7～10d。進(jìn)入到9月份以后，還應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)墓喔?，確保棉花根系有較好的活力以吸收適當(dāng)?shù)乃趾宛B(yǎng)分，對(duì)冠層上部鈴重增加、纖維品質(zhì)提高有積極作用。

3　小結(jié)與討論

（1）土壤深層供水對(duì)棉花產(chǎn)量具有重要作用。在小麥上研究發(fā)現(xiàn)，播種前通過(guò)水量較多的灌溉增加深層土壤水分，增加土壤中層根系生物量的分配比例，可誘發(fā)根系發(fā)育增多和功能增強(qiáng)對(duì)灌水量減少的補(bǔ)償效應(yīng)，能提高水分利用效率[11]。在棉花研究上發(fā)現(xiàn)，土壤深層水能增強(qiáng)棉花根系SOD活性和根系活力，可提高植株對(duì)土壤深層水的利用率，提高葉片水勢(shì)、葉綠素含量、凈光合速率和植株光合物質(zhì)累積量，最終提高產(chǎn)量和水分利用效率[14]。（2）“輕、勤、淺”的高頻率小灌量技術(shù)應(yīng)從生長(zhǎng)發(fā)育期間的第二次灌水開(kāi)始執(zhí)行效果較好。在玉米上，分根區(qū)控制性灌溉，根系吸水受到限制，使蒸騰效率提高，水分利用效率提高[15-16]。水分脅迫對(duì)作物的影響具有累積效應(yīng)，致使棉花生長(zhǎng)后期對(duì)土壤水分的響應(yīng)更加敏感[17]。在“輕、勤、淺”灌溉模式下，適宜含水量的濕潤(rùn)鋒以外的根系能感受一定程度的水分脅迫。在灌溉管理上，如果從6月中下旬就開(kāi)始實(shí)施“輕、勤、淺”灌溉法（灌水量300～450m3/hm2，灌溉周期7～8d，濕潤(rùn)鋒深度60cm左右），會(huì)過(guò)早地使棉花感覺(jué)到水分脅迫效應(yīng)而使棉花生長(zhǎng)受限，導(dǎo)致冠層結(jié)構(gòu)不能達(dá)到最優(yōu)模式，不能最大限度地挖掘當(dāng)?shù)毓鉁刭Y源（如葉面積指數(shù)達(dá)到不到4.0～5.0等）[18]?！拜p、勤、淺”的灌溉模式如果從7月上、中旬開(kāi)始執(zhí)行，至少有兩方面的益處。一方面，此期棉花已經(jīng)建立起最大根系結(jié)構(gòu)，也進(jìn)入到了功能全盛期，不需要消耗過(guò)多的水分養(yǎng)分以建立根系結(jié)構(gòu)；另一方面，穩(wěn)定的深層水分配合以及淺層的高頻率灌溉，使棉花整個(gè)根系結(jié)構(gòu)漸次進(jìn)入2種水分處理環(huán)境下：大部分根系一直處于適宜的水分環(huán)境，有利于水分、養(yǎng)分的吸收與利用；還有一小部分根系可能會(huì)處于一定程度的水分脅迫，這會(huì)導(dǎo)致地上冠層的氣孔開(kāi)度。因此，“輕勤淺”這種類似于分根區(qū)控制灌溉方法應(yīng)該從棉花群體達(dá)到最大值開(kāi)始。（3）干播濕出、小根量的棉花根系結(jié)構(gòu)不利于棉花產(chǎn)量的提高。在早期研究中發(fā)現(xiàn)，干播濕出棉花最終形成的根系量較少且以須根量居多，根冠比較小，主根系分布在0～40cm的土層，在產(chǎn)量普遍比較低的情況下，干播濕出的水分管理模式具有產(chǎn)量較高、水分利用效率較高的特征[19-23]，但在近年對(duì)產(chǎn)量更高的大田調(diào)查研究和控制試驗(yàn)，卻沒(méi)有得到和前期研究相一致的結(jié)果。在生產(chǎn)中，最好能夠執(zhí)行冬前灌溉，既可為來(lái)年棉花生長(zhǎng)發(fā)育提供充足的水分供應(yīng)，又可充分利用冬前較為豐富的水資源，避免來(lái)年春天播后集中灌溉大量用水的矛盾。（4）“產(chǎn)量貢獻(xiàn)水”執(zhí)行“輕、勤、淺”的灌溉方法有助于產(chǎn)量及水分利用效率的提高。本文將棉花生長(zhǎng)發(fā)育期間自第2次灌溉起到8月下旬歷時(shí)45d左右的灌溉所起作用權(quán)且稱之為“產(chǎn)量貢獻(xiàn)水”。此期棉花已基本進(jìn)入到盛花盛鈴期。自第3水（7月上旬）起，棉花群體已接近最大程度，執(zhí)行“輕、勤、淺”的灌溉方式有利于產(chǎn)量形成和提高水分利用效率[20-22]。前人雖有大量類似報(bào)道，但還沒(méi)有完全按照“三水灌溉”法的模式進(jìn)行過(guò)系統(tǒng)地研究，對(duì)其生理生態(tài)效應(yīng)等還需要做深入的探討。

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收稿日期：2016—05—20

*通訊作者：馬富裕（1967-），男，教授，從事作物生理生態(tài)研究。