膜下滴灌棉花采用“三水灌溉”法确保高产稳产

李永江，蒲佰龙，蒋桂英，崔　静，樊　华，马富裕，3*（.兵团第六师一零五团，新疆　五家渠　83300；.石河子大学/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室；3.新疆石达赛特科技有限公司）



膜下滴灌棉花采用“三水灌溉”法确保高产稳产

李永江1，蒲佰龙1，蒋桂英2，崔静2，樊华2，马富裕2，3*
（1.兵团第六师一零五团，新疆五家渠831300；2.石河子大学/新疆兵团绿洲生态农业重点实验室；3.新疆石达赛特科技有限公司）

摘要：根据棉花各生长阶段水分供应充足与否对生长中心影响十分明显的特点，可将“干播湿出”膜下滴灌棉田灌水的主导作用划分为 3个功能，即“长根水（苗蕾期）、健根水（始花期）和养根水（产量贡献水，花铃期）”。在苗期与蕾期，棉花的生长中心为根系，此期的水分供应充足与否直接影响到棉花群体的根系质量。因此，该阶段水分作用主要贡献于根系生长，可称之为“长根水”；始花前后水分供应的主要作用在于解除由于自出苗以来土壤水分持续下降对棉花生长造成的水分胁迫，促进高产棉田应有的棉花根型结构与质量及地上部分应有营养体的建成，此期的水分供应称之为“健根水”；自盛花以后到吐絮期，棉花生长重心为棉铃形成与产量密切相关的群体生殖生长，此期的水分供应目标在于保持根系较好的活力，为地上部分提供足够的水分与养分，故称之为“养根水”。在灌溉量的确定上，“长根水”即播后即灌的出苗水（450～600m3/hm2）和“健根水”即始花前后棉花生长发育期的第1次灌溉（500～700m3/hm2），以不造成深层渗漏为原则使根层（0～100cm）尽可能多地持有水分。自生长阶段的第2次灌溉起即进入“养根水”管理阶段，应采取“轻勤浅”（灌水量300～400m3/hm2，灌溉周期7～8d，湿润锋深度60cm左右）的灌溉方法，每次灌溉前的滴灌带下方0～60cm土壤含水量约75%的田间持水量，使膜下滴灌棉花的产量潜力得到最大可能的挖掘。在棉花3个明显不同的生长发育阶段，水分对棉花生长发育的生理生态意义不相同，在水分管理上应有明显的区别性。

关键词：膜下滴灌棉花；“三水灌溉法”；长根水；健根

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以棉花为代表的大田作物的膜下滴灌技术自1996年在新疆兵团成功应用以来，迄今新疆仅在棉花上的应用推广面积已近150万hm2[1]，使当前在中国以滴灌为主的新型节水灌溉技术正在以前所未有的规模推广应用，为到2020年全国实现新增节水灌溉面积2000万hm2提供了强有力的技术支撑[2]。据估算，截止2015年，滴灌技术在中国的应用面积已经超过了300万hm2。这对扩大干旱区、半干旱区作物的种植规模、提高产量水平和解决全球粮食安全问题等提供了新思路，具有划时代意义。

在北疆地区，由于灌溉系统的改变，秋耕之后几乎绝大多数滴灌棉田不能进行冬前灌溉贮备底墒水以供来年使用，棉花几乎都是在春季土壤墒情不好甚至没有墒情的条件下播种之后滴水补墒出苗，灌量不足对棉花根系的形成不利，进而有可能影响棉花产量的形成[3]，良好的土壤深层储水配合生长阶段合理的灌溉能提高棉花产量及水分利用效率[4]。

作物产量的提高是建立在具有足够大的根系结构基础上的，这样能充分利用土壤肥水等生态因子以获得较高的生物产量及经济产量。花铃期是棉花产量形成的关键时期，此期水分的供应质量决定着棉花群体在有限的生长发育阶段内对当地光、温生态潜力的挖掘程度并影响棉花的产量与水分利用效率。研究表明，“浅灌、勤灌”有利于保证膜下滴灌棉花高产与高水分利用效率，花铃期轻度的水分胁迫对棉花光合生理及干物质生产无明显影响[5]。

如何合理地灌溉，最大限度地挖掘滴灌技术的增产潜力，这可能是当前膜下滴灌棉花产量波动较大的原因之一。因此，有必要总结多年来膜下滴灌棉花理论研究与实践应用成果，探讨膜下滴灌棉花关键生长阶段水分管理的成功经验，为大面积膜下滴灌棉花高产优质的田间水分管理提供依据。基于以上认识，本文在分析多年高产棉田的水分管理资料的基础上，特提出膜下滴灌棉花的“三水灌溉法”，即对“干播湿出”的膜下滴灌棉田在保证不造成水分深层渗漏形成浪费的情况下，在出苗期和始花期分别以较大的水量进行灌溉使整个根层有充足的水分含量，以达到苗、蕾期根系建立和花铃期根系功能恢复健康生长的目的；在花铃期，利用小灌量高频率的方法进行灌溉确保群体的高生产能力；在吐絮期进行一定程度的灌溉确保棉花生长后期有适量的水分供应，以达到养根促铃重增产的目的。以上3个关键时期的水分供应可对应地称之为“长根水、健根水和养根水”，合称为“三水灌溉”法。

1　膜下滴灌棉花水分管理现状

1.1冬前灌溉与否南北疆不同

来年种植膜下滴灌棉花的农田，冬前灌溉与否南北疆差异较大。在南疆，由于对盐碱淋洗的需要，冬前或春季播种前都要对农田进行贮备性灌溉，既能起到压碱洗盐的作用，又能对苗、蕾期棉花生长发育给予充分的水分供应[6-8]；而北疆地区因为冬前或春季没有足够的灌溉时间或者灌溉系统不完备等原因，几乎不能进行贮备性灌溉，所以，采取播后立刻滴水的方式补墒出苗，俗称“干播湿出”。

1.2出苗水灌溉量差异较大

在“干播湿出”条件下，播后灌溉出苗水用量差异较大。由于地区或同一地区不同田块间，因土质、气候、播期差异等原因，出苗水的灌溉量一般在150～ 600m3/hm2之间，极值差异较大，达到450m3/hm2。在滴灌带与播种行距离较近模式下（如30cm+60cm宽窄行模式，每2行棉花配置1条滴灌带，滴灌带距播种行15cm，俗称“常规模式”），出苗水只需要150 m3/hm2左右即可保证棉花种子充分吸水达到足墒出苗的目的；在滴灌带与播种行距离较远模式下 （如10cm+66cm+10cm+66cm+10cm+66cm宽窄行模式，每6行棉花配置2条滴灌带，滴灌带距播种行最远距离为43cm，俗称“机械采收模式”），在粘性强的土壤条件下，出苗水通常需要500～600m3/hm2，甚至更高，种子才能充分吸水以保证出苗。

1.3生长阶段灌溉方法不同

膜下滴灌棉花灌溉方法的生产实践与理论研究结果有很大的差异。若以籽棉产量7500kg/hm2以上为高产标准，在调查中发现，全生育期实行小灌量高频率（300～450m3/hm2，5～7d灌溉周期）灌溉法的棉田不易获得高产，反而是实行大灌量长周期（500～750m3/hm2，10～15d灌溉周期）的机制田容易获得高产[9，10]。但在生产实践中，由于操作上的困难，难以做到高频率灌溉，一般基本都选择了大灌量长周期的灌溉方法。单次灌水量450～600m3/hm2，灌溉周期为8～15d。

1.4棉花生长差异及其产量构成

在生产上调查发现，在其他管理条件相似或相同的情况下，同样的总灌水量但单次灌量或灌溉频率不同的情况下，膜下滴灌棉花产量波动性较大。表现在棉花单株生长量不足、单株结铃数减少、铃重下降等，最终导致产量下降。

2　“三水灌溉法”原理及其依据

2.1长根水

苗期是作物生长根系的主要时期，较高的地温与适宜的土壤含水量有利于强大根系的形成。土壤含水量较高、地温较低不利于棉花生长发育，容易导致烂种、烂芽、烂根等病害现象的发生；土壤水分过少，有可能在棉花以长根为中心的苗期或蕾期，耕层土壤含水量降低到不足以供应棉花正常生长对水分的需求，使棉花过早地进入水分胁迫阶段。在苗期或蕾期灌溉容易导致棉花地上部分生长加快，造成营养生长过度使棉花花蕾脱落加剧。因此，在干播湿出条件下，在保水性能较好的土壤上灌溉出苗水时，一次性较大的灌量，使较深的耕层都得到充分的水分供应，将水分保存在根层中以备整个苗期蕾期棉花根系生长利用，可能是一个很好的选择。更重要的意义在于，较深层次的水分贮存，有利于根系纵向深度的生长[11]，有利于形成较强大的根系，增强棉花的抗逆抗倒伏能力，确保棉花的高产与稳产。

基于上述原理，在干播湿出棉田，播种后以较大的水量（450～600m3/hm2）灌溉出苗水。目的在于棉花出苗后50～60d内（几乎经历棉花苗期、蕾期2个生长阶段），适宜于根系统生长的土壤湿度随生育进程渐次下移，最深处可达到100cm以下。到开花前，土壤含水量可能降低到相对田间持水量的65%左右再开始灌溉棉花生长发育期间的第1水，此时，棉花应有的圆锥形根体已经基本建成，同时，棉花已经受到一定程度的水分胁迫。

2.2健根水

健根水是指在棉花开花前或始花期，也就是棉花在生长发育期第1次灌溉时，用较大的水量（500～700m3/hm2）灌溉有利于棉花根系持续健康发育的水分供应方式。本次灌溉的目的是让棉花根系分布层的土壤含水量都恢复到75%相对田间持水量以上，以解除根系感受到水分胁迫信号的可能性，使整个根系的生长从灌溉前有可能处于水分胁迫的状态下恢复到适水健康状态。北疆棉区6月中下旬、南疆棉区6月下旬、7月上旬，棉花正处于营养生长和生殖生长两旺阶段，地下根系结构还未达到最大分布，地上冠层也还没有达到高产要求的最大覆盖程度。本次大灌量的水分供应目的在于解除棉花根源传递水分胁迫信号的可能性，“鼓励”棉花根系继续生长及地上部分的营养生长的优势性，不要过早地过渡到以生殖生长为主上来。

2.3养根水

养根水是指棉花进入盛花期以后应采用小灌量短周期的灌溉方法，灌溉的湿润层深度稳定在60cm左右，使棉花主体根系在得到持续的水分供应同时，有部分根系分布于湿润锋之外，形成类似于根系分区灌溉的水分供应的时空分布特征[12]。该方法有刺激根区土壤水分有效性、根系吸收功能及其补偿效应、根源信号传递与气孔最优调节、改进作物水分利用效率，具有较大的功能和可能性[13]。在大量的高产田调查中发现，这阶段的灌溉的共同特征是灌溉频率高但灌溉量较小。因此，建议在生产中，从生长发育阶段的第2次灌溉起，灌量为每次300～ 400m3/hm2，灌溉周期7～10d。进入到9月份以后，还应进行适当的灌溉，确保棉花根系有较好的活力以吸收适当的水分和养分，对冠层上部铃重增加、纤维品质提高有积极作用。

3　小结与讨论

（1）土壤深层供水对棉花产量具有重要作用。在小麦上研究发现，播种前通过水量较多的灌溉增加深层土壤水分，增加土壤中层根系生物量的分配比例，可诱发根系发育增多和功能增强对灌水量减少的补偿效应，能提高水分利用效率[11]。在棉花研究上发现，土壤深层水能增强棉花根系SOD活性和根系活力，可提高植株对土壤深层水的利用率，提高叶片水势、叶绿素含量、净光合速率和植株光合物质累积量，最终提高产量和水分利用效率[14]。（2）“轻、勤、浅”的高频率小灌量技术应从生长发育期间的第二次灌水开始执行效果较好。在玉米上，分根区控制性灌溉，根系吸水受到限制，使蒸腾效率提高，水分利用效率提高[15-16]。水分胁迫对作物的影响具有累积效应，致使棉花生长后期对土壤水分的响应更加敏感[17]。在“轻、勤、浅”灌溉模式下，适宜含水量的湿润锋以外的根系能感受一定程度的水分胁迫。在灌溉管理上，如果从6月中下旬就开始实施“轻、勤、浅”灌溉法（灌水量300～450m3/hm2，灌溉周期7～8d，湿润锋深度60cm左右），会过早地使棉花感觉到水分胁迫效应而使棉花生长受限，导致冠层结构不能达到最优模式，不能最大限度地挖掘当地光温资源（如叶面积指数达到不到4.0～5.0等）[18]。“轻、勤、浅”的灌溉模式如果从7月上、中旬开始执行，至少有两方面的益处。一方面，此期棉花已经建立起最大根系结构，也进入到了功能全盛期，不需要消耗过多的水分养分以建立根系结构；另一方面，稳定的深层水分配合以及浅层的高频率灌溉，使棉花整个根系结构渐次进入2种水分处理环境下：大部分根系一直处于适宜的水分环境，有利于水分、养分的吸收与利用；还有一小部分根系可能会处于一定程度的水分胁迫，这会导致地上冠层的气孔开度。因此，“轻勤浅”这种类似于分根区控制灌溉方法应该从棉花群体达到最大值开始。（3）干播湿出、小根量的棉花根系结构不利于棉花产量的提高。在早期研究中发现，干播湿出棉花最终形成的根系量较少且以须根量居多，根冠比较小，主根系分布在0～40cm的土层，在产量普遍比较低的情况下，干播湿出的水分管理模式具有产量较高、水分利用效率较高的特征[19-23]，但在近年对产量更高的大田调查研究和控制试验，却没有得到和前期研究相一致的结果。在生产中，最好能够执行冬前灌溉，既可为来年棉花生长发育提供充足的水分供应，又可充分利用冬前较为丰富的水资源，避免来年春天播后集中灌溉大量用水的矛盾。（4）“产量贡献水”执行“轻、勤、浅”的灌溉方法有助于产量及水分利用效率的提高。本文将棉花生长发育期间自第2次灌溉起到8月下旬历时45d左右的灌溉所起作用权且称之为“产量贡献水”。此期棉花已基本进入到盛花盛铃期。自第3水（7月上旬）起，棉花群体已接近最大程度，执行“轻、勤、浅”的灌溉方式有利于产量形成和提高水分利用效率[20-22]。前人虽有大量类似报道，但还没有完全按照“三水灌溉”法的模式进行过系统地研究，对其生理生态效应等还需要做深入的探讨。

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收稿日期：2016—05—20

*通讯作者：马富裕（1967-），男，教授，从事作物生理生态研究。