雷成霞 魏 闖 王振華
(1.山西水利職業(yè)技術學院 山西運城 044004;2.石河子大學水利建筑工程學院 新疆石河子 832000)
習近平總書記在保障水安全問題講話中,提煉出新時期治水方針:“節(jié)水優(yōu)先、空間均衡、系統(tǒng)治理、兩手發(fā)力”。對于“農(nóng)業(yè)節(jié)水優(yōu)先”如何實現(xiàn)?主要采取灌區(qū)節(jié)水改造,作物種植結構調(diào)整,田間高效節(jié)水等措施,進一步提高水分生產(chǎn)利用率。棉花移栽地下滴灌技術,就是將地下滴灌和無膜移栽棉花技術有機結合,不僅避免了因覆膜引起的環(huán)境污染,而且還能將兩者的集成效益充分發(fā)揮出來,使作物產(chǎn)量和水分利用效率達到最佳[1-3]。已有學者對地下滴灌無膜移栽技術進行了大量的研究,主要包括移栽時間,種植模式、灌水要素、需水量等對作物生理形狀和產(chǎn)量的影響[4-13],而對緩苗期灌水量研究較少,棉花能否成活以及后期產(chǎn)量的高低,與其有直接關系,這也是本文的研究意義所在。
分別于2009年3月至2009年10月,2010年4月至2010年10月,均在石河子大學節(jié)水灌溉兵團重點試驗站,進行了為期兩年的試驗。試驗站所處位置:石河子市西郊農(nóng)試場二連,海拔412 m。試驗土壤為中壤土,地下水埋深大于10 m。按照由淺到深測坑0~100 cm土層深度,每30 cm的土壤平均容重分別為1.489、1.637 和 1.490 g/cm3,田間持水率為 30.22%(體積百分比)。
文中用NFT-SDI表示地下滴灌無膜移栽棉花,測坑布置如圖1所示。試驗測坑共六個,大小均為:長2 m,寬2 m,深度2 m,并在試驗前對其底部和四周側壁,進行防滲處理。試驗所用滴灌帶澳大利亞TTape,屬于NFT-SDI專用滴灌帶,埋設于地表以下35 cm處。兩條滴灌帶之間的距離為90 cm,兩個滴頭之間的距離為30cm,單個滴頭的流量為0.97~1.16L/h。試驗種植棉花品種為惠遠710,行內(nèi)棉花之間的距離(株距)為10 cm,種植方式行距為30 cm×60 cm×30 cm。試驗中供水系統(tǒng)為水泵加壓,隨水施肥。
觀測記錄緩苗期不同灌水量對棉花各個生育階段的生理參數(shù)及產(chǎn)量的影響,并采用美國CPN公司生產(chǎn)的USA CPN503DR.127型中子儀和烘干法監(jiān)測土壤水分狀況。
率定中子計數(shù)與土壤體積含水率的對應關系:
式中:y——土壤體積含水率,%;
x——中子數(shù)。
圖1 地下滴灌示意圖
表1 各個測坑對應的灌水量
從表2可以看出,移栽后灌水量的多少與棉花的成活有直接關系??偟内厔荩嗨吭蕉嗟奶幚?,棉花的成活率越高。經(jīng)比較可得,灌水量最大為52 mm的處理3和處理4,棉花的成活率最高,比處理5和6分別增加19.4%和17.3%,比處理2增加16.3%,比處理1增加3.1%。灌水量為52 mm(處理3、4)和45 mm(處理1),棉花的成活率相差較小。
表2 各處理棉花成活率(按667 m2計)
緩苗期土壤水分的多少,直接關系棉花度過緩苗期時間長短及后期生長。由圖2可知,各處理土壤水分含水率整體變化趨勢基本一致,灌水前一天較小,灌水一天后土壤含水率有所增加,灌水三天后土壤水分又逐漸減小,基本與灌水前一天相接近。NFT-SDI緩苗期不同灌水處理的土壤含水率在剖面隨深度變化的幅度不同,以土壤含水率在距地表60 cm處(滴灌帶的下方25 cm附近)最高。灌水后一天,土壤水分隨深度的變化,處理4比處理1,2和6都明顯,且幅度較大,這與其灌水量最多有關。灌水后三天,各處理土壤含水率在40~80 cm下降的幅度較大,也是根系所在的主要位置。此外,灌水后一天處理2表層20 cm處的土壤含水率大于其他處理,這與灌水前土壤的水分有關。
圖2 不同處理土壤水分隨深度的變化
緩苗期(即移栽后)進行適量灌水,合理控制土壤含水量,以水調(diào)溫,使土壤含水率和地溫盡可能地達到最佳耦合,更利于棉苗盡早渡過緩苗期,快速生長。一般而言,土壤灌水時,地溫會明顯下降,含水量較多的土壤,其溫度變化越穩(wěn)定,不同土層深度的地溫變幅較小,不同深度土層間的溫差也較小。灌水量較小的土壤,本身土壤溫度較高,而在棉花未渡過緩苗期時,絕大部分水分用于土壤表層蒸發(fā),土壤蓄水量很小,不利于棉苗成活。從圖3可以看出,各處理地溫隨深度變化,均從日出之時逐漸升高,至下午16:00時左右達到最大,此后隨時間的推移逐漸降低。日變化表層最大,這與太陽直射以及地表先受熱有關,白天表層地溫高于底層的地溫,夜間地溫高于表層。此外,對于25 cm處各處理的地溫在22:00時,呈現(xiàn)穩(wěn)定或亦有上升的趨勢,各處理的地溫隨土層深度變化逐漸減少,在一定深度時趨于穩(wěn)定,這與氣溫和土壤水分有一定的關系。
圖3 不同處理地溫隨時間的變化
棉花全生育期總灌溉定額和灌水次數(shù)一致,而緩苗期灌水量不同,由圖4可得,棉花的籽棉和皮棉產(chǎn)量,處理1(灌水量為45 mm)最高,處理6(灌水量為28 mm)最低,處理1和處理4相差不大。以籽棉產(chǎn)量為例比較,處理 1 比處理 2,3,4,5,6 分別高 389、192、225、550、577 kg/hm2。同等條件下,比處理 2(灌水量為37 mm)增加6.3%,比處理3和4(灌水量為52 mm)分別增加3.1%和3.6%,比處理5和6(灌水量28 mm)分別增加8.9%和9.3%。對比緩苗期不同灌水量對棉花全生育進程生理形狀的影響,尤其是產(chǎn)量的比較,綜合考慮水分利用率的情況下,緩苗期灌水45 mm(處理1)更利于棉苗后期的生長發(fā)育。
圖4 不同處理棉花籽棉和皮棉產(chǎn)量
對于NFT-SDI而言,移栽后棉苗能否成活,直接關系到棉花后期的生長發(fā)育和產(chǎn)量的高低,而緩苗期灌水量的多少是關鍵因素。灌水量45 mm的處理,棉苗的成活率與灌水量52 mm的處理相差較小,為3.1%,土壤溫度變化相對穩(wěn)定,不同土層深度的地溫和溫差變幅比較穩(wěn)定。棉花全生育期灌溉定額為450 mm,灌水次數(shù)為16次,處理1最終籽棉和皮棉產(chǎn)量最高,綜合考慮水分利用率的情況下,灌水量為45 mm更利于棉苗盡早渡過緩苗期和高產(chǎn)量的獲得。為了進一步推廣應用NFT-SDI,后期還應廣泛進行大田試驗和模型數(shù)據(jù)驗證。