多次微量滴水控盐增温成苗新技术在南疆盐碱地棉田的应用效果

吉光鹏 陈兵 常学艳 张栋海 孔献辉 董合忠 代建龙 傅积海 曹琦明 牛蛉磊

吉光鹏，陈 兵，常学艳 ，等. 多次微量滴水控盐增温成苗新技术在南疆盐碱地棉田的应用效果［J］. 江苏农业科学，2024，52（7）：79-86.

doi：10.15889/j.issn.1002-1302.2024.07.011

（1.新疆生产建设兵团第三师农业科学研究所，新疆图木舒克 843900； 2.新疆农垦科学院棉花研究所，新疆石河子 832000； 3.山东省农业科学院经济作物研究所，山东济南 250100）

摘要：为重点解决南疆盐碱地植棉出苗保苗难、灌水量大和产量低的问题，在盐碱性沙壤土条件下，以新陆中87号为研究对象，设置播种至苗期9个多次微量滴水控盐增温的不同灌溉次数（1～3次）和灌水量（每次150、300、450 m3/hm2）处理（1-10、1-20、1-30、2-10、2-20、2-30、3-10、3-20、3-30），以常规春季大水灌溉压盐为对照（CK），分析不同处理对棉花出苗率、根系指标、棉花农艺性状、叶面积指数、干物质量及产量的影响，筛选出最优多次微量滴水处理。结果表明，与CK相比，播种至苗期2次滴水效果最好，其中2-10处理保苗率可达80.3%，籽棉产量和皮棉产量分别达6 119.81、2 766.57 kg/hm2，灌溉水生产效率达1.07 kg/m3，其他各项生长指标综合表现最好，2-30 处理次之，2-20处理再次；1次滴水效果其次，其中1-30处理在3个滴水量处理中生长指标综合表现最好，籽棉产量在所有处理中最高，达6 169.20 kg/hm2，1-20处理次之，1-10处理再次；3次滴水效果最差，3-10、3-20、3-30 处理的出苗率、保苗率、生长指标及产量均较CK差，其中3-10、3-20处理灌溉水生产效率略高于CK。在盐碱性沙壤土条件下，棉花多次微量滴水1～2次，滴水量300～900 m3/hm2，综合效果均较好。其中，滴水2次时，每次灌水量150 m3/hm2最好，每次滴水300、450 m3/hm2次之；滴水1次时，滴水量450 m3/hm2最好，可根据水情选择适合的灌水方式进行大面积推广。

关键词：棉花；多次微量滴水；生长发育；盐碱地；产量

中图分类号：S562.04；S562.07  文献标志码：A  文章编号：1002-1302（2024）07-0079-07

棉花耐盐碱性很强，因此，盐碱地种植棉花是开发和利用盐碱地的重要途径之一［1-3］。由于南疆属于温带极干旱地区的特殊地理位置和气候条件，导致该地区常年出现季节性干旱缺水和普遍性的土地重度盐碱化。为了能在重度盐碱地种植棉花，尤其是保证播种后较好的出苗，并最终获得较高的产量，南疆盐碱地植棉一直沿用冬春季节大水漫灌压碱排盐适墒播种的种植技术，虽然基本能够达到预期目的，但该项技术的运用消耗了大量农业用水，造成棉花生长期用水紧张，还使得春季地温回升慢，延迟播期，同时打梗子、破梗子增加了机力和成本，播种后土壤易返盐，影响保苗壮苗［4］。为了更好地解决这些问题，达到压碱排盐、节水提苗和节本增效的目的，本研究开展了南疆盐碱地棉田微量多次滴水控盐增温成苗增产新技术的灌水次数和灌水量探索和应用效果研究，以期提供南疆盐碱地植棉出苗好、保苗率高的新方法，并对解决现有技术耗水量大、生产成本高、出苗保苗率低的现状具有重要意义。国内外学者对盐碱地植棉在洗盐、压碱、促根、增产增效等方面做了大量研究。王成等对南疆阿拉尔市一年免冬春灌棉田的研究表明，灌水定额在369 mm以上可达到节水控盐的目的，保证棉花获得较高产量［5］。王久生等对南疆阿拉尔市棉花干播湿出研究发现，通过合理控制和管理，该技术在盐碱地上可达到节水增效的目的，但未提出具体灌水参数［6］。危常州等对北疆棉花膜下滴灌根系发育规律的研究发现，干播湿出棉花根量较少但须根量较大，根系入土浅，生长发育提前，花铃期铃质量、根系载铃量显著高于常规灌溉和冬灌+滴灌处理，表现出较大的增产优势［7］。李丽在南疆综合考虑棉花出苗率、劳动强度、经济效益和环境效益后，开展了南疆的干播湿出播种方式研究，认为轻度盐渍化区采用干播湿出的出苗水 450 m3/hm2 最好［8］。姚宝林对南疆免冬春灌滴水出苗棉花灌溉制度进行研究发现，增加灌水定额和减少灌溉次数或减少灌溉定额和增加灌水次数均可促进窄行与宽行棉花根系的生长，促进棉花的营养生长，提高蕾期和花铃期叶面积指数［9］。Cabangon等在我国南方利用2种灌溉方式对水稻不同氮肥管理进行研究发现，干湿交替轮灌技术比传统的灌溉技术在产量基本不变的情况下，水生产力提高了5%～35%［10］。Mantell等在以色列内盖夫地区研究棉田滴入不同来源的盐碱水并添加盐碱改良剂发现，盐碱改良剂能降低盐碱水对产量的影响，当地井水（电导率EC=3.2 dS/m）处理的籽棉产量最高（6.4 t/hm2）［11］。上述研究在国内外不同试验区对盐碱地植棉分别使用了一年免冬春灌限量灌溉、干播湿出、膜下滴灌、干湿交替輪灌、滴入不同来源的盐碱水并添加盐碱改良剂等技术，基本上解决了各自特定试验区盐碱地植棉耗水量大、生产成本高、出苗保苗率低等问题。近年来，南疆地区也生搬硬套尝试性地引进了北疆的干播湿出技术（在北疆为应对干旱缺水的实际情况，已经推广该技术近20年，取得了巨大成功）。但由于地区差异，南疆棉田盐碱程度普遍高于北疆，北疆的干播湿出技术 在南疆没有因地制宜的创新，导致试验示范效果较差，一直未能在新疆南疆盐碱地推广开来。南疆特定条件下，哪种技术能够长期解决盐碱地棉花种植耗水量大、生产成本高、出苗保苗率低等问题一直未见有系统报道。本研究创造性地将在新疆北疆普遍应用的棉花干播湿出技术进行了改进，特别是将1次大量滴水出苗改进为多次微量滴水出苗，使膜下土壤墒情达到棉花种子出苗的要求，控盐增温提高了出苗率［12］；种植行距配置由66 cm+10 cm调整为63 cm+13 cm，小行间布管，优化了株行距和毛管布置方式，提高了水肥利用率；每次灌水时带有特定的盐碱改良剂，提高了棉苗耐盐性，各项技术的综合应用形成了南疆盐碱地棉田微量多次滴水控盐增温成苗增产新技术。在该项技术支持下，重点通过对播种至苗期灌水参数控制，从棉花出苗、根系发育、干物质积累、棉花农艺性状及产量等方面进行分析，最终筛选出免冬春灌棉田播种至苗期最优灌水定额和灌水频次，准确掌握不同灌水参数对棉花生长发育的影响，达到节水、保苗的目的，能够有效缓解南疆水资源紧缺、作物需水特性之间的矛盾和提高产量。

1 材料及方法

1.1 试验地概况

试验于2021年在新疆生产建设兵团第三师四十四团14连东荒地（79°08′E，39°83′N）进行，该地区海拔高度为 1 047.1 m，年日照时数2 449.6 h，年降水量63.2 mm，年均蒸发量2 127.2 mm，属典型的极端干旱气候区，气候干燥，降水稀少，蒸发强烈。土壤为中度盐碱性沙壤土，pH值7.95，全盐含量0.23%，有机质含量9.5 g/kg，碱解氮、有效磷、速效钾含量分别为52.2、16.1、95.2 mg/kg。

1.2 试验设计

试验采用完全随机区组设计，3个滴水量分别为每次150、300、450 m3/hm2，3个滴水次数分别为1、2、3次，共9个组合处理，分别用1-10、1-20、1-30、2-10、2-20、2-30、3-10、3-20、3-30表示，并以常規春季大水灌溉压盐（春季3月15日灌水2 250 m3/hm2，播种至苗期不滴水不施肥）为对照（CK）。每个处理重复3次。每个试验小区长 10 m，宽4.5 m（2膜），小区面积45 m2，全试验净面积1 350 m2。4月16日播种，每次滴水时施入盐碱改良剂（碱滴丰等）30～75 kg/hm2，试验各处理滴水施肥情况见表1。供试棉花品种为新陆中87，采用1膜3管6行种植方式，行距配置为63 cm+13 cm，株距9.8 cm，滴灌管布置在2个小行之间，滴管流量为2.8 L/h，滴水间隔7 d，正封土。

1.3 取样和测定方法

1.3.1 苗情调查 分别于4月30日、5月10日调查棉花出苗率和保苗率。

1.3.2 农艺性状调查 分别于6月15日、7月12日、8月15日和9月17日进行农艺性状调查，包括果枝始节、果枝台数、株高、蕾、花、铃等。

1.3.3 根系参数、干物质量和叶面积指数测定 分别于5月17日、6月15日、7月12日和9月17日对每个小区棉花采集样本3株，调查根系体积（量筒法）、主根上中下直径（游标卡尺法）、主根长、须根数量和须根长（用卷尺直接测定）、叶面积指数（打孔法）［13］、干物质量（烘干法）［14］。

1.3.4 产量测定 收获前每小区选择6.67 m2样区，测定样区内株数、铃数，并采集中部果枝正常吐絮且完整的棉花30朵带回实验室测定单铃重、衣分，计算产量、灌溉水分生产效率。

灌溉水生产效率计算公式：WUEI=Y/I。

式中：WUEI为灌溉水生产效率，kg/m3；Y为棉花籽棉产量，kg/hm2；I 为灌水量，m3/hm2。

1.4 数据分析

所有数据采用WPS Office进行处理、计算和作图；用IBM SPSS Statistics 23统计分析，软件采用LSD法进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同滴水处理对棉花出苗影响

图1为播种后14 d棉花出苗和播后24 d棉花保苗情况。播种后14 d，灌水频次为2次的处理 2-10棉花出苗率最高（68%），1-20、2-30处理次之，2-20、1-30、1-10处理再次，均高于CK。播种后24 d，2-10处理的棉花保苗率最高（803%），2-20、2-30处理次之，均高于CK，1-20、1-30、3-10、3-20处理略低于CK。因此，各处理间相比，2-10处理的棉花出苗、保苗效果最好，其次是 2-20、2-30处理，再次是1-20处理、1-30 处理、CK，其他处理则表现较差。

2.2 不同滴水处理对棉花各生长阶段根系形态指标影响

表2为不同生长时期内不同处理棉花的单株根体积、主根长、须根形态的变化情况。可以看出，5月17日只有根系体积3-30处理比CK小 0.01 cm3，其他处理均大于CK，其中2-10处理显著高于CK（P<0.05），其次为3-20、1-20、1-30、2-30处理；2-10处理主根长度比CK高2.82 cm，差异达显著水平，1-10处理次之，1-20、1-30、2-20、2-30、3-10处理再次，且均大于CK，3-20处理略小于CK。6月15日2-10处理根体积高出CK 125 cm3，1-20、1-30处理次之且略低于CK；3-10处理主根长度最长，为21.51 cm，1-30、2-10、3-20处理次之，1-10、2-20、3-30处理分别比CK低1.45、0.30、0.55 cm，各处理间差异均不显著。7月12日1-30、2-10、2-20处理的根体积分别比CK高3.75、5.00、2.25 cm3，3-20、3-30处理比CK小1.25、3.25 cm3，其他处理与对照相同；主根长除3-30处理比CK 低0.78 cm，其他处理均大于CK，且2-10、1-30处理与CK差异显著。表明随着时间的推移，多次微量滴水处理[JP]（3-30处理除外）与CK相比均促进了根长生长，有利于根系的下扎，能够有效提升棉花苗期根系生长发育，其中 2-10处理促进效果最好，根体积、主根长多数高于其他处理，根体积最高可达17.50 cm3，主根长度最长可达26.23 cm，1-30处理根体积及主根长度表现次之，促进效果较好。但过多的滴水次数和滴水量（3-30）处理反而抑制了根系生长。

由表2可知，5月17日，CK的须根数量高于所有多次微量滴水处理，且显著高于除2-10、2-20外的其他处理，但须根总长度与其他处理无显著差异；3-30处理须根数量在所有处理中最少且显著低于2-10和2-20处理，但其须根长度最大。随着棉花生育进程的推进，6月15日，各多次微量滴水处理须根生长优势有所显现，有4个处理须根数量大于CK，有6个处理须根长度大于CK，尤其 2-10 处理须根数量达到28.50条，1-30处理次之，且均明显高于CK。到7月12日，须根差异缩小的优势更加明显，仅有单次滴水量最大的2-30、3-30 处理的须根数量略小于CK，其他处理均大于CK，其中1-30须根数量最高，为28.25条，1-10、2-10处理次之，单次滴水量较大的2-20、3-20处理的须根长略小于CK，其他处理均大于CK，其中1-20处理须根最长，达14.25 cm，1-10处理次之，2-10、1-30、3-10处理再次。因此，2-10、1-30 处理在棉花生育中后期能够促进主根生长的同时促进须根量和须根长度的生长。综上可知，随着时间的推移，多次微量滴水处理的须根生长量较CK小，但随着时间的推移与CK的差异逐渐减小。

2.3 不同滴水处理对棉花农艺性状的影响

由表3可知，在棉花各生长期，多次微量灌水频次为1次、2次的1-10、1-30、2-10、2-30处理棉花株高较CK有增加的趋势，1-20、2-20较CK有减小的趋势。灌水频次为3次的3-10、3-20、3-30处理株高均较CK有所降低。整个生育期，2-10、2-30处理株高均明显高于CK，多数差异达显著水平，盛蕾期（6月15日）分别达到43.20、44.23 cm，打顶（7月12日）后2-10、2-30处理株高比CK分别高8.47、15.07 cm，其次为1-30、1-10 处理。6月15日，2-10处理的棉花蕾数、果枝台数、果枝始节显著高于CK，分别比CK高2.4个、1.46台、1.13节，其次为1-20、1-30处理。在7月12日和8月15日，滴水频次为1次、2次的6个处理棉花蕾数、果枝台数、果枝始节与CK差异不显著（7月12日2-10处理的蕾数除外）。至9月17日，2-10处理棉花蕾数最高，为5.57个，1-30处理次之，1-20、2-20、2-30、1-10处理再次，且均高于CK；2-10处理果枝台数最高，达12.20台，2-20处理次之且高于CK，其他处理均低于CK。其中，2-10处理的棉花蕾数、果枝台数、果枝始节、株高均高于CK，最大值分别为5.57个、12.20台、7.60节、91.87 cm。可以看出，2-10、2-30处理对棉花株高促进作用最强，1-30处理次之；2-10处理的棉花蕾数、果枝台数、果枝始节各生育时期综合表现最好，其次是1-30、1-20、2-20处理，其他处理表现一般。综上可知，多次微量灌水次数和灌水量不同对棉花地上器官的生长影响不同，适量次数和水量有利于棉花地上器官的生长，过多次数和水量反而会抑制棉花地上器官生长。

2.4 不同滴水处理对棉花各时期叶面积指数（LAI）及干物质量的影响

图2-a为棉花不同生育期多次微量滴水处理叶面积指数的变化情况。可以看出，多次微量滴水处理叶面积指数与CK一样，随时间推移呈先增后降的趋势，7月棉花叶面积指数最高。比较2-10、2-20、2-30、3-10、3-20、3-30处理的LAI发现，随着滴水量增加LAI反而降低；7月12日，2-10、2-20处理比CK 高，但差异不显著，其他处理均低于CK，其中2-30、3-30处理与CK差异显著。2-10处理在不同调查时期内，叶面积指数均大于其他处理，7月叶面积指数最高，为5.34，其次为2-20处理，均与2-30、3-30处理差异显著。

所有多次微量滴水处理的棉株营养器官干物质积累趋势与CK一致，均呈先增后降的趋势，棉株生殖器官干物质积累呈递增趋势（图2-b）。7月营养器官干物质积累量最高，达到90.71～140.32 g/株， 其中1-30、2-10、3-10处理分别比CK高6.07、10.36、8.97 g/株，其他處理低于CK；1-10、1-20、1-30、2-10处理生殖器官干物质量均高于CK，其他处理低于CK 。9月17日，1-30、2-10、1-20处理营养器官干物质量分别比CK高2.47、1.72、0.61 g/株，其他处理均低于CK，生殖器官干物质积累量高于其他3个月，达到69.45～98.82 g/株，其中仅2-10处理比CK高4.13 g/株，其他处理均低于CK。滴水频率1次的3个处理棉花干物质量随着滴水量增大而增加；滴水频率为2、3次处理的棉花干物质量随滴水量增加多数呈减少趋势，其中2-10处理棉花干物质量最高，营养及生殖器官干物质量最高，为140.32、98.82 g。可以看出，适量的滴水量有益于棉花干物质积累，滴水量过大反而不利于棉花干物质积累。

2.5 不同滴水处理对棉花产量及水分利用率的影响

由表4可知，播种至苗期，同一灌水频率，灌水量差异对单株成龄数、单铃重、衣分的影响较大。滴水1次，滴水量不同处理（1-10、1-20、1-30）的单株成铃数较CK分别增加0.10、0.19、0.30个，而单铃重较CK减少0.27、0.41、0.24 g，1-20、1-30 处理的衣分较CK分别增加0.40、0.48百分点，1-10处理衣分较CK减少0.73百分点，其中1-30处理的单株成铃数、单铃重、衣分均最高，但与1-10、1-20处理差异不显著。滴水2次（2-10、2-20、2-30）处理单株成铃数分别较CK增加0.51、0.19、0.18个，衣分较CK增加1.35、0.91、0.56百分点，但差异不显著。滴水3次，与CK相比，随灌水量的增加，3-10、3-20、3-30处理的单株成铃数、单铃重、衣分均比CK小0.46～0.81个、0.41～0.57 g、0.29～0.95百分点。说明过多的滴水次数和过多的水量均不利于产量构成因子的增加。

滴水1、2次棉花籽棉产量、皮棉产量（1-10处理除外）均显著高于CK，其中1-30、2-10处理增产最多，籽棉产量较CK增产29.85%、28.81%，皮棉产量增幅达31.14%、32.84%，1-20、2-30、2-20 处理的产量次之。滴水3次的3-10、3-20、3-30处理籽棉产量、皮棉产量分别较CK减少614.39～1 602.47、280.34～733.24 kg/hm2。滴水1、2次处理的灌溉水生产效率均显著高于CK，其中2-10处理最高，达1.07 kg/m3，1-30处理次之，1-20、1-10、2-20、2-30处理再次。因此，与CK相比，播种至苗期滴水1次均能增加灌溉水分生产效率，但仅每次滴水量达300或450 m3/hm2能显著促进棉花的产量增加；滴水2次，每次滴水量达150、300、450 m3/hm2均能显著增加灌溉水分生产率和产量；滴水3次，每次滴水量450 m3/hm2反而降低了灌溉水分生产效率和产量。综合考虑播种至苗期1、2次滴水，单次滴水量150、300、450 m3/hm2 均有利于棉花节本增效。

3 讨论

本研究表明，播种后14 d调查的1次和2次灌水的6个多次微量滴水处理的出苗率均好于CK，但24 d后调查保苗率明显较CK有下降趋势，3次灌水的3个多次微量滴水处理的出苗率和保苗率均较CK低，说明多次微量滴水技术能够加快棉种的萌发和棉苗的出土，但水量过大、次数过多均不利于棉苗的出土。其中，2-10（2次灌溉，每次150 m3/hm2）处理出苗率、保苗率均高于CK，这与张永玲等的研究结论（1次灌溉干播湿出灌溉定额600 m3/hm2可为棉花种子发育创造良好的湿热环境，利于棉花出苗）［15］在灌溉次数上有所不同。本研究表明，1次微量灌水虽然较CK减少了大量灌水，但并没有减弱主根的生长，同比灌水量（450 m3/hm2）过大反而减慢了苗期根系生长，可能是由于1次过多的灌水量减轻了根系下扎和生长的动力，加之根系的向水性导致根系浮于水层，继而造成主根系发育缓慢。须根生长则表现为多次微量滴水处理前期生长慢，后期生长逐渐赶上CK，笔者认为是前期春灌造墒有利于诱导须根萌发，但主根较弱，导致其后劲不足，而多次微量滴水处理主根发达，须根萌发点充分。

王韬等研究发现，温室沙培甜瓜灌溉总量相同的条件下，增加灌溉频率能促进甜瓜的生长发育［16］；邢小宁等对南疆绿洲区膜下滴灌棉花不同灌溉制度进行研究发现，增加灌水量和灌水次数可以促进棉花营养生长，提高棉花蕾期和花铃期叶面积指数［17］；江俊燕等对滴灌马铃薯不同灌水量与灌水周期的研究表明，灌水量越大，灌水周期越短，植株越高［18］。本研究结果与王韬等的研究结果［16］相似，与邢小宁等和江俊燕等的研究结果［17-18］不同。本研究表明，棉花播种至苗期灌水定额相同时，株高、叶面积指数和干物质量并非随着灌水频率的增加而增加，中频次（2次）低灌量（150 m3/hm2）反而更有利于促进株高、叶面积指数、干物质量的增加，而灌水频次和灌水定额过大，会减少叶面积指数和干物质积累。可能是因为本研究的试验地土壤类型、灌水次数、灌水量和灌水时间等不同所致。研究发现，灌水次数及灌水量过大并未促进棉花苗期根系生长，恰当的水量及次数能够有效促进棉花苗期根系生长发育。王伟等的研究表明，低频灌溉有利于棉花苗期深层根系干物质的积累［19］，本研究结果与之有所不同，可能是本研究灌溉次数过多，反而会抑制棉花苗期根系的生长，造成棉田土壤板结。国内外学者对滴灌条件下灌溉频率、灌溉定额对棉花产量的影响做了很多研究［20-23］，但是关于棉花多次微量滴水技术对产量的影响研究还鲜有报道。李宁等研究发现，相较于干播湿出，棉田春灌有利于促进棉花结铃，提高棉花产量［24］。但本研究发现，滴水1次灌水量越大，越有利于棉花单株成铃数、衣分增加，但增幅较小；滴水2次滴水量越大，单株成龄数、衣分、单铃重有小幅下降；滴水频次过大和滴水量过大都不利于棉花果株成铃数、单铃重、衣分的增加。播种至苗期滴水1次灌水量 450 m3/hm2和滴水2次灌水量150 m3/hm2均能獲得较高的籽棉、皮棉产量，说明滴水过多不利于根系下扎，有利于营养生长，生长过旺，导致生殖生长变慢，是产量较低的主要原因。

4 结论

本研究在盐碱性沙壤土上开展了播种至苗期多次微量滴水试验研究，得到如下结果：（1） 播种至苗期滴水量300～900 m3/hm2，滴水1次或2次能够促进棉花出苗、保苗和棉花的产量增加。（2） 滴水1次、滴水量450 m3/hm2或滴水2次、每次滴水150 m3/hm2能够促进棉花主根长度、根体积及中后期须根量、须根长度的生长。（3） 滴水量 300～600 m3/hm2，滴水1次或2次对棉花各生育期株高、果枝台数、蕾铃等农艺性状有较好的促进作用。（4） 滴水2次、每次滴水量150、300 m3/hm2可增加棉花叶面积指数；滴水1次、滴水量450 m3/hm2或滴水2次、每次滴水量150 m3/hm2能够提高棉花整个生育期营养器官、生殖器官干物质量。

综上所述，与春灌对照相比，播种至苗期滴水1次、滴水量450 m3/hm2或滴水2次、每次滴水量150 m3/hm2对棉花出苗保苗、根系生长发育、地上部器官生长、叶幕形成、生物量积累、产量及灌溉水分生产效率均有较好的促进作用。

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基金项目：国家重点研发计划（编号：2020YFD1001002）；新疆生产建设兵团英才项目。

作者简介：吉光鹏（1987—），男，甘肃天祝人，助理研究员，主要从事作物水肥技术研究与推广工作。E-mail：296373664@qq.com。

通信作者：陈 兵，博士，研究员，研究方向为作物栽培生理。E-mail：zyrcb@126.com。