大田棉花膜下滴灌毛管布置形式试验分析

胡 蕾

（新疆温宿县库木艾日克托什干河水管总站，新疆 温宿 843100）

0 引言

温宿县库托河灌区位于新疆维吾尔自治区南部温宿县境内，库托河流域上游河段。灌区距离阿克苏市320 km。灌区内土质优良，植被单一，拥有较为丰富的光热资源，降水稀少，但由于库托河流域水量充足，所以灌区水资源较为丰富，但利用效率不高。20 世纪后期，灌区不断出现气候冷干向暖湿转变的信号，多年内年平均气温波动多达1.0℃，灌区农业气候资源的量值和分配受到严重改变，土地沙化加剧，生态平衡遭到破坏，耕地沙漠化，土地贫瘠，自然肥力下降。本文主要以库托河灌区为试验区域，进行气候资源的动态变化对大田棉花膜下滴灌种植参数影响的研究。

1 试验材料与方法

采用直径104 mm 干管和直径65 mm 支管，直径15 mm 迷宫式滴灌带毛管，滴头间距35 cm，机井潜水电泵选用250QJ60-80 型，同时配备离心网组合式过滤器及施肥罐。棉花选用8557 品种，干播湿出的播种模式[1]，4 月20 日播种，每666.7 m2播种6 kg 种量，尿素和高效肥施用量分别为每666.7 m230 kg 和10 kg。

方案一为通用的毛管布设方式下单条毛管同时灌溉两行宽窄行种植的棉花，进行对比处理，宽行间距60 cm，窄行间距30 cm；

方案二为单条毛管灌溉同时灌溉四行宽窄行种植的棉花，毛管间距150 cm；

方案三灌溉模式同方案二，棉花种植宽行间距50 cm，窄行间距25 cm，毛管间距120 cm。每个方案都包含四行作物，且构成独立的灌水单位，通过3/4 球阀控制灌溉水量。作物灌溉前后0～75 cm 土层含水率主要采用取土烘干法进行分层测定，作物生长状况每隔10 d 定点观察，最终进行作物产量和品质的测定。

2 试验结果分析

2.1 土壤湿润体形态

膜下滴灌毛管布置间距的确定主要依据滴头水分入渗后润湿体体积、水分横向扩散速率和垂直入渗深度。灌溉初期供水强度往往大于土壤入渗能力，滴头附近形成地表积水区域速率很快，导致水平润湿距离快速超过垂直入渗距离。根据4 月20 日所进行的三种试验方案下滴头灌水24 h 后剖面测定结果（表1）可知，相同土壤条件下，土壤表面积水面积随灌水滴头流量的增加而增加，润湿体水平半径比垂直半径略大。假定灌水时间不变，随灌水滴头水量的增大，润湿体水平半径和垂直半径之比逐渐减小，说明随着地表积水的增多，润湿体垂直扩散速度比水平扩散速度快[2]。

表1 滴头灌水24 h 后入渗润湿体剖面测定结果

依据剖面测定结果，针对温宿县库托河灌区沙壤土的情况，方案三采用120 cm 的毛管间距布设方式完全能满足外行棉花所需的水分要求，而方案二设置毛管间距为150 cm，垂直方向润湿距离符合灌溉要求，但水平方向润湿距离无法满足外行作物所需水分要求。

2.2 毛管布置对作物生长的影响

膜下滴灌作物需水量直接灌入作物根区后，在重力和毛管力共同影响下水分在土壤中迅速扩散，与毛管距离不同的土壤具有不同含水率，对棉花生长发育影响不同。毛管不同的布置形式对棉花株高的不同影响及对应关系见图1，含水量不同，则植株株高、生长速度、蕾铃数量、发育程度、叶片大小、叶面积等均呈现不同程度的变化。根据植株株高可知，毛管间距150 cm 外行植株由于土壤水量缺失已经受到严重影响。

图1 毛管布置的不同方式与棉花株高的对应关系

作物植株的地上部分和地下部分此消彼长，通过分析毛管布置方式与棉花植株根长的对比关系（图2）可以看出，毛管间距150 cm 外行的根长最长，这是作物为适应干旱环境的自然反映。滴灌是一种局部性灌溉方式，外行比内行所处的水分环境更优，而外行外侧则大多干燥，通气性良好，根系普遍较深，须根系甚至伸长至毛管尖端。根据对植株的测量可知，外行内侧须根更长更健壮，干物质量也比外侧大（表2）。

图2 毛管布置方式与棉花植株根长的对比关系

表2 9 月10 日棉花植株生长情况统计

枝叶是作物主要的光合作用器官，枝叶大小直接关系到作物光合产物的累积量，棉花植株生长过程中受水分供应是否充足影响叶面积的大小[3]。水分供应越充分，叶片生长越快速，叶面积越大，相反，则叶片生长缓慢，叶面积相对较小。8 月10 日的观测结果显示，棉花单个植株叶面积对照处理是3716.6 cm2，毛管间距120 cm 内外行分别为3778.36 cm2和3411.5 cm2；毛管间距150 cm 内外行分别为2361.8 cm2和1897.3 cm2，不难发现，毛管间距120 cm 内行叶面积几乎为150cm 外行叶面积的两倍之多，可见，毛管间距150 cm 外行由于水分供应跟不上所以影响到作物正常生长。

2.3 毛管布置对作物产量和品质的影响

棉花最终产量主要根据铃数多少来衡量，土壤水分供给适度则所形成的铃数较多，如果水分供给过度，则植株提前封行，降低通风透气条件，加重落蕾落铃，最终铃数和产量均受到影响[4]。相反，若水分供给不足，植株将出现早衰，同样发生落蕾落铃，影响铃数。根据试验，棉花植株盛蕾期单株花蕾数平均为7个，毛管间距120 cm 内外行分别有9.2 个、10.4 个，毛管间距150 cm 内外行分别为7.3 个、4.5 个。可见，水分供应充足的毛管间距150 cm 花蕾数和终铃数都少于毛管间距120 cm。

根据对棉花产量和品质的检测发现，毛管间距120 cm 的方案三外行和内行产量和其他品质方面都明显较高，其产量比对照增加了65%，外行比内行增加了3.85%。毛管间距150 cm外行产量仅为对照的47.6%。对照处理中的棉花植株长期生长于高水分土壤环境，植株封行较早，花蕾严重脱落，产量并不是最高的。毛管间距150 cm 的外行植株长期水分不足，也存在严重的落蕾落铃，但是其绒长和衣分却比对照分别高出11.8%和7.9%。表明，与水分过度供给相比，水分的适量控制反而有助于提高产量，改善品质。

表3 毛管间距对棉花产量和品质影响的统计

3 结论

1）膜下单管滴灌制度的制定应首先考虑润湿体半径，在温宿县库托河灌区沙壤土灌水量为35 mm，滴头流量为2 L/h 的条件下，灌水持续时间2 d 便可使滴头润湿半径达40 cm，毛管间距120 cm 就能基本满足外行棉花植株生长所需的水分。

2）综合考虑棉花植株的株高、叶面积、绒长、根长、单位植株干物质量等指标，毛管间距120 cm 外行的水分等生长条件最为适宜，而毛管间距150 cm 外行距离毛管水源远，土壤水分状况较差，所以棉花植株生长发育情况均不理想。此外，棉花作物植株与毛管间距的距离还影响其产量和品质，距离毛管水源最近的毛管间距120 cm 内行产量最高，品质最优，离毛管最远的间距150 cm 外行产量最低。

3）综合考虑各方面情况可以发现，间距120 cm 的毛管布置方式由于扩大了传统布置方式下的毛管间距，大大节省了毛管用量，降低了膜下滴灌系统的成本，同时，大田棉花产量和品质有效提升。为了将传统毛管布置方式改为间距120 cm 的布置方式，还必须进行作物种植和覆膜机等的调整。

4）在传统漫灌模式下，棉花产量水平不高，水资源存在极大浪费，膜下滴灌技术的推广应用增产潜力巨大，基于可持续发展的角度，深入研究膜下滴灌技术所具有的生态环境效益和土壤盐分的发展规律，进行膜下滴灌各项技术评价指标的适用性探讨，并创建干旱区节水生态农业发展的评估机制，对于新疆以及西北干旱区域农业的持续发展意义重大。