膜下滴灌系统不同应用年限棉田根区盐分变化及适耕性

盐碱地长期膜下滴灌作物根区土壤盐分是否累积及适宜耕作问题引起很多学者关注和思考,并成为制约干旱区农业生产、影响绿洲生态稳定和膜下滴灌可持续应用的重要因素。该文通过对新疆典型灌区5块不同膜下滴灌应用年限农田进行连续4a的定点监测,尝试揭示长期膜下滴灌农田根区土壤盐分演变趋势。结果表明,在现行灌溉制度条件下,新疆干旱区绿洲膜下滴灌棉田0～60 cm膜内根区盐分随滴灌年限呈降低趋势,在滴灌1～4年根区总盐变化幅度及降低幅度均较大,滴灌5～7a盐分继续小幅降低,根区平均含盐量均低于5 g/kg,棉花根系生境合适,基本满足耕种条件,棉苗存活率在60%以上,产量在5 250 kg/hm2以上;滴灌8～15 a盐分趋于稳定,根区平均含盐量均低于3 g/kg,且Cl-含量低于0.12 g/kg时,棉花成活率及产量较高且稳定,棉苗存活率在90%以上,产量在6000 kg/hm2以上,根区土壤盐分中Na+与Cl-随滴灌年限降低趋势明显。当地的灌溉制度是造成根区盐分降低的主要原因,坚持现行的灌水制度有利于膜下滴灌长期可持续应用,但应适当减少花铃后期及吐絮期的灌水定额以节约水资源。     

分根交替膜下滴灌条件下南疆棉花耗水特性与生长特征

该文以棉花为供试材料,研究了2种不同膜下滴灌（分根交替膜下滴灌和全根区均匀膜下滴灌）在3种不同灌水量（3750、4500、5250 m3/hm2）条件下南疆膜下滴灌棉花的耗水特性、生长状况（株高、根长等）以及水分利用效率。结果表明,分根交替膜下滴灌在中等灌水量（4500 m3/hm2）下干旱区棉田土壤水分的垂向最大湿润深度达50 cm多,土壤水分水平最大湿润半径为40 cm左右,其中覆膜中间点土壤含水率最大,其次是覆膜边缘,而在棵间裸地中间点土壤含水率最小。土壤平均含水率在棉花全生育期内有着上升的趋势,在2种滴灌模式下,棉花株高和根长随灌水量的增加而增高。当灌水量一定时,不同灌水模式对株高和根长的影响不明显,棉花株高和根长在分根交替膜下滴灌模式下其生长量受灌水量的影响要大于全根均匀膜下滴灌模式。相比全根均匀膜下滴灌,分根交替膜下滴灌抑制了棉花蒸腾速率,即分根交替膜下滴灌通过减少棵间蒸发和作物蒸腾耗水来提高了棉花的水分利用效率,这对实现干旱区滴灌棉田节水高产高效具有重要意义。     

滴灌定额对西瓜/棉花间作产量及水分生产效率的影响

该文将膜下滴灌灌水技术集成到西瓜/棉花间作系统中,探讨滴灌灌水定额15、22.5、37.5及30 mm处理（对照）对瓜棉间作作物生长、产量、水分生产效率及经济效益的影响。结果表明：灌水定额37.5 mm西瓜生育前期主蔓最长,棉花全生育期株高最高,灌水定额22.5 mm西瓜生育中后期主蔓长逐渐变大,灌水定额15 mm全生育期西瓜主蔓长和棉花株高值均最小;间作群体叶面积指数呈双峰曲线变化,共生期内灌水量越大,LAI均值越大,非共生期各水分处理LAI均值无显著差异;灌水定额22.5 mm棉花成铃数最多、最终脱落率最小（59.6%）,灌水定额37.5 mm最终脱落率最高（62.3%）;灌水定额22.5 mm显著提高了瓜棉间作产量、水分生产效率、经济效益,西瓜产量为59697.0 kg/hm2,棉花产量为4851.2 kg/hm2,水分生产率为28.20元/m3,总产出值高达163054.8元/hm2。综上可见,该地区瓜棉间作适宜的灌水定额为22.5 mm,全生育期共灌水7次,可实现瓜棉间作高产和水分高效利用的统一,能为该地区瓜棉间作系统科学使用滴灌灌水技术提供参考。     

膜下滴灌油葵土壤水热高效利用及高产效应

油葵作为高产优质油料作物,在民勤绿洲种植面积较大,但随着水资源的日益短缺,常规种植油葵已不能满足节水高效的要求。为了研究油葵膜下滴灌条件下的水热效应及适宜灌溉制度,于2012年4月-2013年9月连续2 a在甘肃省水利科学研究院民勤灌溉试验基地进行试验。设定4个不同滴灌灌溉定额与常规覆膜畦灌对照处理,测定膜下滴灌油葵不同滴灌处理下土壤水热动态、产量效应、水分利用效率、耗水规律及经济效益,并结合气象数据比较不同滴灌处理的优越性,分析不同灌水处理对水热变化、产量、灌溉水利用、耗水特性及效益的影响。结果表明,膜下滴灌保墒效果较好,土壤水分、地温变化平稳,有利于油葵生长;适宜的灌溉定额条件下(灌溉定额288 mm、灌溉8次),油葵单盘籽粒质量、百粒质量均较高,产量较对照平均增加6.03%,节水32.7%,灌溉定额降低162 mm,生育期耗水降低158.9 mm,水分利用效率提高56.8%,水分生产力达8.0元/m3,净收入增加8.9%。与传统覆膜畦灌相比,膜下滴灌处理整个生育期耗水强度较对照均降低1.0 mm/d以上,能有效降低棵间无效蒸发,减少生育期耗水,改善土壤水热状况,提高作物产量、水分利用效率和经济效益,是一种经济可行、易于推广的节水方法。     

膜下滴灌对风沙土盐分变化和棉花产量的影响

通过大田试验研究了北疆地区膜下滴灌对风沙土盐分变化和棉花产量的影响.结果表明:棉花全生育期膜下滴灌处理0-100 cm土层平均含盐量以滴头处最低.棉花窄行间次之,膜间最高.随着滴灌定额的增加,0-100 cm土层土壤盐分含量下降,且各部位土壤含盐量差异变小.滴灌量2 850 m3/hm2的处理膜内滴头处土壤脱盐明显,但棉花窄行间、膜间明显聚盐,平均积盐率12.90%;滴灌量3 900 m3/hm2的处理膜内滴头下、棉花窄行间脱盐效果好于膜间,平均脱盐率11.88%;滴灌量4 950 m3/hm2的处理不同部位土壤盐分淋洗效果均较好,平均脱盐率34.03%;灌水量4 950 m3/hm2的沟灌处理棉花行间的土壤盐分含量高于沟底,平均积盐率为25.68%.膜下滴灌各处理棉花产量比沟灌分别增加13.63%,37.65%和22.66%,水分利用效率分别增加89.18%,71.63%和23.05%.     

不同残膜量和灌溉定额对棉花养分和水分利用的影响

【目的】 水资源短缺背景下,残膜污染制约棉花生长和水肥利用问题日益突出,探究不同残膜量及灌溉定额对棉花养分及水分利用的影响,可为残膜污染风险阈值评价及棉田可持续发展提供理论支撑。 【方法】 本研究以新疆典型覆膜滴灌棉田种植体系为研究对象,设置残膜量和灌溉定额2个调节因子,3个残膜量梯度为0、225和450 kg/hm2,分别用T1、T2和T3表示;3个灌溉定额为3450 m3/hm2、4650 m3/hm2和5850 m3/hm2,分别用W1、W2和W3表示。分析了不同残膜量和灌溉定额对棉花生物量、养分吸收利用及水分利用效率的影响。 【结果】 1) 棉田蒸散量受残膜量、灌溉定额及二者交互作用的影响显著,而生物量、水分利用效率和养分吸收量仅受残膜和灌溉定额单因子的影响显著。2) 增加残膜量降低了籽棉产量和水分利用效率,不利于生物量及养分吸收量的提高,器官及单株养分吸收量明显减少,氮、磷利用效率均呈逐渐增大趋势。3) W1～W2范围内,随着灌溉定额的增加,棉田蒸散量显著增加,生物量、籽棉产量、养分吸收量呈增加趋势,当灌溉定额增至W3时,上述指标又逐渐降低。4) 不同灌溉定额下,残膜量在0～450 kg/hm2范围内,减产9.6%～13.1%,增加灌溉定额产量增加10.1%～13.4%,但耗水量增幅却高达6.8%～29.2%。表明残膜污染情况下,在一定范围内增加灌溉定额,可以减轻残膜对棉花生物量、产量及水肥利用效率的降幅,但显著增大了棉田耗水量。 【结论】 适当增加灌溉定额会减轻残膜带来的负面效应,但灌水对残膜的响应是建立在增加棉田耗水量的基础上。因此,残膜量增加会增大棉田耗水量,采取措施减轻地膜残留量,有助于促进棉花产量的提高和水肥的高效利用。      

不同机采棉种植模式和种植密度对棉田土壤水热效应及产量的影响

新疆机采棉生产中农机农艺的不融合是导致棉花纤维品质下降和采净率低的主要原因，优化机采棉株行距配置是实现农机农艺融合的重要途径。该研究于2018－2019年进行了"矮密早"（1膜6行，66+10 cm宽窄行）、"宽早优"（1膜3行，76 cm等行距）2种种植模式和13.5、18.0和22.5万株/hm2三个种植密度的定位试验，监测棉花全生育期的土壤温度和土壤水分动态变化，结合棉花产量分析农田水分利用效率，综合评价不同机采棉种植模式的生产适应性。结果表明，不同种植模式和密度影响土壤温度，但不存在互作效应。不同处理下耕层土壤温度变化规律一致，随着气温升高土壤温度逐渐增加，棉花封垄郁闭后，土壤温度迅速下降并波动。在生育前期（5月－6月），不同种植模式和密度下耕层土壤温度无显著性差异，而"宽早优"模式提高了花期和铃期的土壤温度，比"矮密早"模式平均高1.7 ℃。"宽早优"模式的全生育期耕层土壤积温较"矮密早"模式显著提高8.3%～9.9%（P<0.05），主要提升了花铃期的土壤积温（35.1～88.8 ℃）；从全生育期耗水量来看，"宽早优"模式的耗水量低于"矮密早"模式，降低0.8～6.7mm；提高种植密度会降低耕层土壤积温，增加棉田耗水量。"宽早优"模式提高了棉花籽棉产量和水分利用效率，其中2019年较"矮密早"模式分别显著提高17.5%和18.8%（P<0.05）。"宽早优"模式可以改善棉花生长的土壤水热条件，实现产量和水分利用效率的大幅提高，是更为优化的机采棉种植模式，适合大面积推广。     

塔克拉玛干沙漠南缘不同植被区土壤水分状况研究

在新疆干旱气候条件下,2009年通过对棉花膜下滴灌进行试验研究,分析了不同灌溉定额和灌水周期对土壤水盐分布及棉花生长的影响。结果表明,灌水周期5d的处理能够达到棉花最适宜的土壤水分范围。在相同的灌水周期下,土壤剖面平均含水量随着灌溉定额的增加而增大。较高灌水频率对根区土壤盐分具有较好的淋洗作用,灌水周期10d的处理,土壤盐分波动变化较大,在生育期内土壤盐分出现累积现象。从节水增产和抑盐方面考虑,灌溉定额3 900m3/hm2,灌水周期为5～7d的灌溉制度适合北疆农业生产。     

北疆膜下滴灌机采棉氮肥效应研究

机采棉种植已成为新疆棉花的主要栽培模式,由于种植密度与滴灌制度的改变,急需对氮素的效应进行研究,以期科学合理指导机采棉的氮肥施用。采用大田试验,在养分投入比例(N∶P2O5∶K2O=1∶0.38∶0.3)一致的条件下,设置不同氮肥用量(0、180、220、270、315 kg/hm²),研究氮素对北疆膜下滴灌机采棉植株养分吸收利用、肥料利用率、棉田土壤养分变化和产量等的影响。结果表明:机采模式下,棉花的单株结铃数和籽棉产量随施氮量的增加而提高,氮肥显著提高单株铃数继而提升籽棉的产量,但施氮对棉花衣分无显著影响;地上部干物质量、植株养分吸收量与施氮量呈正比;百公斤籽棉需氮5.10 kg,磷1.37 kg,钾4.90 kg;籽棉氮、磷素积累量高于秸秆,钾素则表现为相反。机采棉滴施氮肥对表层(0~20 cm)土壤的养分含量影响最大。施氮270 kg/hm²时棉花的收获指数、肥料利用率最优,且养分能达到收支平衡。综合考虑产量、肥料利用率和棉田养分收支平衡等指标,建议北疆膜下滴灌机采棉优化氮肥用量为270 kg/hm²。     

滴灌方式及定额对北疆冬灌棉田土壤水盐分布及次年棉花生长的影响

为探寻解决干旱区棉田冬季灌水问题,明晰北疆棉田不同冬灌方式及灌水定额对土壤水分、盐分分布以及翌年棉花生长及产量的影响,采用大田试验方法,以未冬灌大田作为对照(CK),设置滴灌和漫灌2种灌水方式下4个梯度的灌水定额(1 800、2 400、3 000、3 600、3600 m3/hm2)共9个处理进行冬灌试验,分析了冬灌灌水后到播种前0~300 cm土层的水分、盐分的动态变化以及翌年各处理棉花的出苗率、群体生理指标(群体光合势、群体净同化率、叶面积指数)和产量数据。结果表明,冬灌对次年播前土壤水盐分布及含量的大小均具有一定的影响,无论漫灌还是滴灌方式进行冬灌,随灌水定额增加土壤水分和盐分的影响深度也随之加深,灌水定额达到3 000和3 600 m3/hm2时,冬灌对土壤水盐影响深度可达300 cm。冬灌可显著改变次年播前土壤盐分的自然分布状态,有效淋洗并降低上层土壤盐分含量;相对漫灌方式而言,滴灌冬灌方式土壤水分入渗更加均匀且规律明显。冬灌对次年滴灌棉花的生长发育及产量均具有重要影响,冬灌后次年棉花群体指标与未冬灌处理的差异随冬灌灌水定额的增加愈加显著,灌水定额3 000 m3/hm2滴灌冬灌处理的次年棉花群体光合势与叶面积指数较未冬灌处理分别提升34.30%和42.60%;冬灌有利于次年棉花产量的提高,滴灌冬灌灌水定额3 000、3 600 m3/hm2处理时的棉花产量相对未冬灌处理分别增产10.66%和12.36%。综合考虑冬灌方式及灌水定额对次年土壤水盐分布及棉花生长和产量的影响,研究认为滴灌条件下灌水定额3 000 m3/hm2的冬灌在试验条件下比较适宜,既可淋洗盐分至耕层以下300 cm处,亦可获得6 107.75 kg/hm2的较高产量。     

新疆典型绿洲棉秆还田对覆膜滴灌棉田残膜分布的影响

为探寻长期膜下滴灌棉田在采取棉秆还田后残膜的分布状况,于2016年棉花采摘后在应用膜下滴灌开始年份分别为2006年、2002年和1998年的3块棉田中采集土壤样品,然后进行棉秆粉碎还田,2017年对3块试验棉田再次进行取样,分析秸秆还田前后0～40 cm土层中残膜面积、质量及棉杆残留量。结果表明：1）秸秆还田前,3块试验田的地膜残留密度随覆膜年限增加逐年增加,棉田土壤处于严重污染状态;2）采取棉秆粉碎还田后,3个取样地块0～40 cm土壤中棉秆分布总体上呈现由上至下先增加后减少并在15～25 cm深度土壤中聚集分布的特点;3）秸秆还田后,3块取样棉田0～15 cm耕作层土壤中残膜面积占比58%以上、残膜质量占比60%以上,该层中面积>5～30 cm2和质量>50～100 mg残膜均增加显著,相对秸秆还田前的土壤残膜分别平均增加20%和10%左右。     

滴灌棉田氮肥用量对土壤无机氮的动态影响

通过南疆滴灌条件下N肥田间试验,研究了施用N肥对棉花生育期土壤无机N累积及收获后土壤NO3--N残留的影响.棉花生育期土壤无机N的累积规律是:花期以后,施肥量较高(N 225～337.5 kg/hm2)时,土壤无机N以NO3--N为主要形式累积于表层0～40 cm土壤中.棉花生育期施肥量影响收获后耕层土壤残留NO3--N.根据各施肥处理土壤NO3--N残留状况及产量,确定N 180～225 kg/hm2为南疆滴灌棉田土壤NO3--N发生少量累积同时获得高产的适宜施肥量范围.     

河套灌区不同覆膜方式膜下滴灌土壤盐分运移研究

随着灌溉面积的增加和引黄水量的减少,河套灌区土壤盐渍化和水资源紧缺的问题日益突出,为保持农田水土环境的良性发展,以内蒙古河套灌区曙光试验站为研究对象,开展不同覆膜方式膜下滴灌土壤水盐运移规律研究。试验设置全膜覆盖(PQ)和半膜覆盖(PB)2个处理,采用5TE土壤水盐监测探头测定剖面土壤含水率和电导率。结果表明:膜下滴灌过程中剖面土壤盐分发生再分布,滴头下方30cm附近形成主要脱盐区,盐分逐渐向湿润区外缘积聚。半膜覆盖处理土壤盐分在膜间表层聚集,全膜覆盖处理保水抑蒸效果明显,起到了较好的压盐效果。表层土壤电导率值具有距滴头水平位移50cm20cm0cm的特点,膜间电导率值波动较大。不同水平位置处土壤电导率曲线变化规律相同,随土层深度增加振幅变小。全生育期内0—70cm深度土层不同覆盖方式均起到了一定的脱盐效果,半膜覆盖2个生长季内盐分变化(SA)分别为4.71mg/hm~2和9.24mg/hm~2,全膜覆盖处理SA分别为12.22mg/hm~2和21.55mg/hm~2。全膜覆盖处理可以有效抑制土壤水分蒸发,减弱盐分随水向上运动趋势,创造适宜作物生长的淡盐环境。可为河套灌区膜下滴灌种植模式下田间水盐管理提供理论依据。     

随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机设计与试验

针对新疆棉田秋后残膜捡拾率低、膜杂分离效果差等问题,设计了一种随动式秸秆还田与残膜回收联合作业机,整机主要由秸秆粉碎装置和残膜捡拾装置组成。根据新疆棉花种植模式与作业要求对整机的关键部件进行了设计,确定了粉碎刀轴、甩刀、链板总成和起膜齿等零部件的结构参数。选取甩刀转速、机器前进速度和起膜齿入土深度为影响因素,秸秆粉碎长度合格率、残膜捡拾率和膜杂分离率为响应指标,进行了三因素五水平正交旋转中心组合试验。通过Design-Expert V8.0.6.1软件进行方差分析,建立了影响因素与评价指标的数学回归模型,分析了显著因素对响应指标的影响,优化试验参数,确定最优参数组合为:甩刀转速1200 r/min,机器前进速度4.5 km/h,起膜齿入土深度100 mm。根据最优参数组合进行田间试验,结果表明:在优化参数组合下,秸秆粉碎长度合格率的均值为89.37%、残膜捡拾率和膜杂分离率的均值分别为90.31%和93.16%,表明该联合作业机满足秸秆粉碎还田与残膜回收的技术要求。该研究成果有利于提高残膜捡拾机作业效果,解决新疆棉田残膜污染问题。     

干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移与调控

膜下滴灌节水技术在新疆已推广应用了160多万hm2且面积仍在持续增加.为研究干旱区大田膜下滴灌土壤盐分运移特征,该文通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌试验,结果表明,在单次滴灌后,剖面土壤内的盐分产生了定向重分布,形成脱盐区、稳定区与积盐区,具有调控田间尺度土壤盐分的作用.脱盐区的面积要大于积盐区.在0～40 cm的深度内,双管对表层盐分重分布的作用大于单管;在0～80 cm深度,双管对剖面盐分重分布的作用弱于单管.在棉田的整个生育期内,剖面土壤的盐分则受灌水周期的影响,呈上下振荡、振幅缩小且总体脱盐的变化趋势,形成了一种对作物生长有利的局部环境.膜下滴灌不仅是一种滴灌和覆膜相结合的节水技术,而且通过对其控制性精准灌溉的灵活应用,可达到生育期控盐与非生育期排盐的结合,从而为在干旱区实现节水控盐的目标提供技术保障.     

滴灌条件下液体地膜覆盖土壤保温保湿效应及棉花生长响应

为解决干旱区棉田日益严重的"白色污染"问题,从根本上杜绝农田残膜增加,采用桶栽试验研究了5种处理方式:液体地膜1 900 kg/hm~2(LFD1),液体地膜2 200 kg/hm~2(LFD2),液体地膜2 500 kg/hm~2(LFD3),塑膜滴灌(PFD),裸地对照(NFD)对土壤的保温保湿效应及棉花生长响应,探讨了滴灌条件下液体地膜代替塑料地膜的可行性。结果表明:液体地膜覆盖可提高土壤温度,降低土壤水分蒸发量,增强棉株根系吸收与合成能力,加快滴灌棉花前期生长速度,适度抑制后期旺长,增产效果显著。液体地膜覆盖滴灌棉花对土壤环境无不良影响,在干旱区滴灌棉田具有重要研究价值和应用前景。     

塔里木灌区膜下滴灌的棉花需水量及节水效益

为了确定适宜的灌溉制度,2008年通过田间灌溉试验,采用水量平衡法研究了塔里木灌区膜下滴灌棉花需水和耗水规律。以田间试验数据为基础,拟合了棉花的水分生产函数模型,分析评价了膜下滴灌棉花的节水效益。结果表明:塔里木灌区膜下滴灌棉花需水量为543 mm,其中苗期252 mm,蕾期186 mm,花铃期316 mm,吐絮期139 mm。随滴灌量减小,耗水量减小。滴灌量影响棉花各生育阶段的耗水量及产量,并不影响耗水比例。相应于灌溉水利用效率最高点的滴灌量要低于产量最高点的,因此节水与增产产生矛盾,仅从节水角度考虑,滴灌量为3 091 m³/hm²时,可以达到最大灌溉水利用效率,要获得最大产量,滴灌量应满足3 464 m³/hm²。与漫灌相比,膜下滴灌节水增产效益明显。在同一灌溉量下,膜下滴灌增产30.2%,灌溉水利用效率提高30.2%,在同一产量水平下,节水29.3%,灌溉水利用效率提高41.5%。     

北疆膜下滴灌棉花产量及水分生产率对灌水量响应的模拟

膜下滴灌技术是一种节水高产的灌溉技术,在新疆棉花种植中得到了广泛的应用。灌溉是影响新疆棉花产量的重要因素。为研究棉花产量和水分生产率对灌水量的响应,该文首先采用2010年和2011年新疆棉花膜下滴灌田间试验数据验证二维土壤水与作物生长耦合模型模拟棉花产量和耗水量可靠性。结果表明,二维土壤水与作物生长耦合模型能够可靠地模拟土壤含水率、叶面积指数、地上部分干物质量、籽棉产量和耗水量。土壤含水率模拟值与实测值的标准均方根误差(normalized root mean square error,n RMSE)为4.6%~23.4%,一致性指数为0.677~0.974;叶面积指数和地上部分干物质量n RMSE分别为6.3%~15.7%和7.2%~14.1%;籽棉产量和耗水量的模拟值与实测值之间相对误差分别仅为1.1%~6.7%和0.3%~9.2%。利用率定和验证后的模型参数进一步模拟10种灌水量情景下的棉花籽棉产量和水分生产率,结果表明籽棉产量随着灌水量的增加而增加,二者呈抛物线关系,而水分生产率则随着灌水量的增加而减小。综合考虑产量和水分生产率,北疆地区膜下滴灌棉花优化灌水量为280~307 mm。该研究可为北疆地区棉花灌水实践提供科学依据。