新疆棉花膜下滴灌条件下盐分变化及最优洗盐模式的确定

通过对棉花生育期的监测实验数据进行分析,研究了滴灌条件下不同灌溉定额土壤盐分的变化.结果表明,灌水量对棉花地土壤盐分的影响十分显著,灌后土壤含盐量明显低于初始土壤含盐量,随着灌水量的增加洗盐效果趋于明显.灌水周期为7 d的处理抑盐效果优于灌水周期为3.5 d的处理.土壤盐分含量呈现随距滴头距离的增加而增加的趋势.在滴头下方土壤含盐量减少幅度最明显,在水平方向距滴头50 cm以内基本无明显的盐分累积发生.通过对棉花主根区范围内土壤盐分的量化分析,得出最优的洗盐模式为灌水周期7 d,灌溉定额为3 900～4 500 m3/hm2的方案.     

土壤水分调控对南疆滴灌棉花产量及土壤水盐分布的影响

针对南疆地区水资源短缺、土壤盐渍化严重等问题,研究生育期土壤水分调控对膜下滴灌棉花土壤水盐分布、盐分积累及棉花产量的影响,确定适宜于南疆地区的灌溉制度。以田间持水量(FC)为土壤水分上限,设置5个土壤水分下限处理,分别为85%FC(T_1),75%FC(T_2),65%FC(T_3),55%FC(T_4)和45%FC(T_5)。结果表明:灌水后,水平方向随着距滴灌带距离的增加,土壤含水率逐渐变小,表现为带下窄行宽行裸地,土壤含盐率呈相反的规律分布。土壤水分下限定越高,灌水越频繁,土壤剖面有较高的水分含量和较低的盐分积累,棉花产量较高;土壤水分下限较低时,由于较高的次灌水量,可将较多的盐分淋洗出作物根区,但灌水频率低,灌溉定额小,棉花产量较低。在生育期末各处理在膜内膜外均积盐,膜内积盐少于膜外,主根区积盐量大于次根区积盐量,盐分积累总量呈现T_3T_5,T_1T_2,T_4。建议南疆棉花膜下滴灌的适宜土壤水分下限为75%FC,非生育期冬灌定额为300 mm,生育期灌溉定额为334 mm,整个生育期灌水12次。     

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。     

灌水处理对漫灌改滴灌红枣土壤盐分时空分布的影响

为确定南疆沙区成龄红枣漫灌改滴灌适宜的滴灌模式,采用双因素组合试验设计,研究了不同灌溉定额(900,1 050,1 200mm)和灌水次数(10,14,18次)对红枣漫灌改滴灌后整个生育期0—200cm土层盐分时空分布及产量的影响。结果表明:水平方向上各处理均表现为距树干越远土壤盐分质量比越高,增大灌溉定额使距树干60cm处0—20cm土层土壤盐分质量比明显增大;增加灌水次数可以显著降低距树干60cm处0—80cm土层土壤盐分质量比。垂直方向上土壤盐分质量比呈"S"形分布,表层土壤有明显积盐现象;不同灌溉定额处理垂直方向上均出现一个低盐带(2g/kg),低盐带深度范围随灌溉定额的增加而增大。漫灌相比改滴灌水平方向上土壤盐分质量比变化不大,且表层土壤也无明显积盐现象。整个生育期内,各处理土壤盐分质量比峰值出现在6月新稍期或7月花期;在0—200cm土层,10次、1 200mm灌水处理和14次、900mm灌水处理的盐分淋洗效果与漫灌CK处理相近,漫灌处理只在0—100cm土层盐分淋洗效果明显优于改滴灌处理。灌水次数对0—200cm土层各时间阶段土壤盐分质量比的影响弱于灌溉定额。漫灌改滴灌不同于连续滴灌,漫灌改滴灌后,过低或过高的灌溉定额均不利于提高红枣的产量,与其他处理相比,18次、1 050mm灌溉定额处理不但具有合理的盐分时空分布,且产量(7 549kg/hm2)和水分利用效率最高,比漫灌增产12.87%,节水30%,可以作为当地节水、高产和高效的红枣漫灌改滴灌灌溉制度。     

灌溉水盐分及灌水量对土壤水盐分布与春玉米生长的影响

在大田试验的基础上探明灌溉水盐分以及灌水量对土壤水盐分布的影响规律以及对春玉米生长的影响。以河套灌区春玉米为研究对象,设置2种灌溉水含盐量（1.1,5.0 g/L）与3种灌水量（210,255,300 mm）进行大田试验。结果表明,至成熟期,5.0 g/L微咸水灌溉处理0—100 cm土层土壤平均含水量及电导率相比1.1 g/L地下水灌溉处理显著增加;地下水灌溉处理中,随着灌水量的增加,生育期内土壤平均含水量下降趋势减小,土壤盐分淋洗作用更加明显;微咸水灌溉处理中,剖面土壤在灌水量少时出现盐分表聚现象,随着灌水量的增加,表层土壤盐分呈下降趋势,深层土壤由于盐分的积累呈增加趋势;在灌水后表层的土壤含水量变化明显且出现返盐现象,微咸水灌溉处理中土壤水分水平运移及深层土壤盐分累积更明显;在地下水和微咸水灌溉处理中,灌水量的增加能够显著提高玉米产量,但255,300 mm灌水量处理间差异不显著,微咸水灌溉条件下春玉米的产量较地下水灌溉条件下显著降低。综上所述,在地下水和微咸水灌溉条件下,255 mm灌水量既能适合春玉米生长,又能保证产量,可作为较好的灌溉定额选择,能够同时满足保障灌区作物生产和节约淡水资源的要求。     

棉花微咸水膜下滴灌灌溉制度的研究

为寻求微咸水膜下滴灌的最优灌溉制度,利用2008和2009年田间试验结果,从棉花生长和产量的角度出发,分析11种灌溉处理各生育期的变化情况。测定了叶面积、干物质质量、棉花产量、土壤盐分等指标。结果表明：灌溉水量越大,棉花营养生长部分生长越快,生长时间越长;灌水盐分越高,盐分胁迫使生殖生长部分所占比例越大,越易衰老;试验区内灌溉定额3 750 m3/hm2（微咸水80%,淡水20%）的轮灌处理,2008年棉花产量达到5 190 kg/hm2,接近仅灌淡水5 250 m3/hm2处理（5 205 kg/hm2）,该轮灌处理2008年总盐为负增长（-0.95 g/kg）,2009年试验结果有力验证了该灌溉制度的节水增产、保护土壤环境的优越性。     

不同灌溉制度下河套灌区玉米膜下滴灌水热盐运移规律

为探明干旱地区膜下滴灌玉米土壤水热盐效应及秋浇洗盐灌溉的效果,该文根据2014—2015年进行的田间试验,分析膜下滴灌不同灌溉制度下生育期土壤水分盐分剖面分布特性、土壤温度变化及对玉米产量品质的影响和非生育期洗盐灌溉(秋浇)效果。结果表明,不同滴灌制度下土壤剖面水分、盐分剖面分布极不均匀,盐分均由膜内向膜外地表裸露区定向迁移,趋于膜外地表积累。膜下滴灌土壤温度受气温、玉米叶面积指数、灌水及土壤含水率共同作用。灌水后各处理土壤温度均剧烈下降,2~3 d后恢复,玉米营养生长阶段控制灌水下限为-30 k Pa最有利于土壤温度积累。玉米生育期各处理膜内0~40 cm不积盐,控制灌水下限为-10 k Pa可有效淋滤0~100 cm土壤盐分,而其他处理对0~100 cm土层盐分的影响差异性短期内不明显,需对不同处理长期膜下滴灌的盐分进一步观测。非生育期洗盐灌溉效果显著,秋浇灌黄河水180 mm后,次年春播前0~100 cm土壤盐分平均下降10.86%~26.14%,剖面分布较均匀。河套灌区膜下滴灌土壤盐分调控建议为生育期滴灌灌溉制度和非生育期洗盐灌溉双重调控。玉米生育期灌水下限建议控制为-30 k Pa,非生育期洗盐灌溉由于河套灌区冻融影响及特殊的水文地质条件,膜下滴灌盐分累积到何种程度洗盐灌溉及具体合理的洗盐灌溉制度还需进一步深入研究。     

干旱区膜下滴灌制度对土壤盐分分布和棉花产量的影响

土壤盐渍化在干旱区越来越加重。因此在干旱区盐碱粉砂壤土中应用滴灌时,如何制定合理的灌溉制度使得灌溉水对土壤盐分的淋洗是一个关键的科学问题。本文就此问题,2007～2009年进行了3年的膜下滴灌土壤水盐运移的试验研究。结果表明,在棉花生长阶段,随着灌溉定额的增加,土壤盐分峰值位呈现下移的趋势。当灌溉定额从DIA(3 000 m3 hm-2)增加至1.6 DIA时,盐分峰值位置向垂直方向从35 cm下移至65 cm。滴灌结束之后,土壤盐分峰值的下移顺序为1.6 DIA>1.4 DIA>1.2 DIA>DIA。随着滴头流量的增加,在一定的滴水强度范围之内,土壤盐分峰值位置呈现下移的趋势,当滴头流量进一步增加时,土壤孔隙的入渗能力变得小于滴头流量,致使土壤盐分下移受水分运动的影响。灌溉结束之后土壤盐分峰值的下移顺序为2.6 L h-1>2.2 L h-1>1.8 L h-1>3.2 L h-1。在时间尺度上,灌溉结束时,随着时间的推移,土壤盐分呈现从深层到地表和从膜下到膜间的双向迁移趋势。随着灌溉定额或滴头流量的增加,棉花产量也呈现先增加后减少的趋势。由此可见,无论是水分亏缺或者过量灌溉均会降低棉花产量,同时过小或过大的滴头流量也不利于增加棉花产量。因此在干旱区的粉砂壤土中进行膜下滴灌时,要使棉花产量达到较高值,应尽量采用2.6 L h-1的滴头流量和1.4 DIA的灌溉定额处理为宜。     

滴灌带布置方式与灌水定额对土壤性状及棉花产量影响

通过田间灌溉试验系统地分析了不同滴灌灌水定额和滴灌带毛管布置方式对土壤性状与棉花产量的影响,旨在筛选出一种适宜新疆北疆棉田棉花栽培的滴灌灌水模式。滴灌灌溉田间试验以棉花品种"ND203"为供试作物,采用当前新疆普遍应用的2种典型滴灌带毛管布置方式(一膜两管六行和一膜三管六行)和3种滴灌灌水定额(常规灌水量,节水15%和节水30%灌水量)进行。结果表明:在滴灌灌水定额相同的条件下,与一膜两管六行相比,一膜三管六行滴灌毛管布置方式淋洗棉花行间0～40 cm土层土壤盐分效果最优,棉花产量增加4%～11%;在滴灌带毛管布置模式相同条件下,灌水定额越大,棉花行间0～40 cm土层土壤总孔隙度越大、容重越小、持水能力越强,棉花单株成铃数越多。因此,可以认为一膜三管六行滴灌带毛管布置方式与节水15%灌水定额(全生育期灌溉定额为3434 m3hm-2)相组合,棉花产量达到最高(6078 kg hm-2),是北疆棉田棉花栽培节水灌溉的首选。     

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%.     

膜下滴灌土壤湿润区对田间棉花根系分布及植株生长的影响

滴灌条件下的土壤湿润区与作物根系分布和植株生长之间的关系是确定滴灌湿润比的理论依据。以大田膜下滴灌试验为基础,在灌水量相同的情况下,通过调控滴水流量得到不同的土壤湿润区,对不同土壤湿润区下的田间棉花根系分布及株高和叶面积生长均匀性进行了试验研究。结果表明,小的滴水流量形成窄深型土壤湿润区,其土壤水分水平分布均匀性较差,使田间棉花根系分布和植株生长均匀性低;而大的滴水流量形成宽浅型土壤湿润区,其土壤水分水平分布均匀性较好,使田间棉花根系的分布和植株生长均匀性较高;膜下滴灌条件下,宜采用宽浅型土壤湿润区。     

不同膜下滴灌模式对土壤水分及棉花产量的影响

采用负压计法和烘干法,监测不同的灌溉定额、灌溉频率下膜下滴灌棉田在水平和垂直方向的水分含量,并调查棉花生长状况。结果表明,当灌溉水质为淡水且滴孔流量为1.6L·h^-1时,过量灌溉（450mm）和适量灌溉（375mm）膜内0～60cm土层的含水量适宜,过量灌溉的含水量最高,少量灌溉（300mm）使土层在蕾期以后处于轻度干旱状态;低频（10d）和适频（7d）灌溉膜内0～60cm土层的含水量适宜,低频灌溉的含水量最高,而高频（3d）灌溉使土层在花铃期处于轻度干旱状态;灌溉定额和灌溉频率对棉花产量均有显著影响,过量和高频灌溉的棉花产量分别为区组内最高。     

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%。     

秸秆覆盖条件下微咸水灌溉棉花试验研究

我国是一个淡水资源短缺的国家，开发利用微咸水资源是缓解我国北方地区水资源供需矛盾的一条重要途径。该试验在麦秸覆盖条件下，研究了不同矿化度的微咸水灌溉对土壤和棉花生长的影响。结果表明，不论是淡水(CK)灌溉还是微咸水灌溉都会使得土壤盐分有所增加，而微咸水灌溉会对棉花的早期生长起到一定的抑制作用；但是，秸秆覆盖减少了土面蒸发，具有很好的保墒效果，而且明显抑制了微咸水灌溉后土壤盐分的表聚作用，从而减轻了微咸水灌溉对棉花生长的不良影响。因此，在旱季可以利用2～5 g/L的微咸水直接灌溉棉花，不会使土壤含盐量超过棉花的耐盐度。如果结合秸秆覆盖，微咸水灌溉对土壤和棉花的不良影响均无明显影响。这为微咸水资源的开发利用提供了理论和实践依据。     

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。     

膜下滴灌棉花的土壤干旱诊断指标与灌水决策

通过利用烘干法和中子仪法对膜下滴灌棉花和常规沟灌棉花的土壤干旱情况进行诊断试验,该文对所选的两种干旱诊断指标—作物适宜土壤含水率和作物缺水指标CWSI的特点进行了研究。试验和分析表明,两种灌水方式下的棉花生长对土壤水分环境的要求是一致的。另外,两种指标所反映出的规律也基本相同。但是,因膜下滴灌棉花的耐旱性弱,受旱风险大,在生产中进行灌水决策时,其干旱诊断指标应比常规灌时灌水量稍大     

麦棉套种膜上灌溉节水增产机理研究

试验研究采用麦棉套膜上灌——土壤水分——作物——农田小气候理论体系，测定膜上灌灌水条件下的水流特征和土壤水分循环特点，麦棉共生期作物生育特性和农田小气候的相互关系。揭示出麦棉套膜上灌和棉花膜上灌分别节水２９％和４７％，小麦增产３．８％及棉花增产１１．８％的节水增产机理     

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。     

旱地棉田渗灌补水效应研究

该文着重研究了渗灌不同补水量和渗水管道埋深对旱地土壤含水率和棉花生长发育的影响。试验结果表明，在棉花关键需水期进行渗灌补水，增产增收效果显著。丰水年每次渗水225～300 m³/hm²，皮棉产量可提高196.8～310.7 kg/hm²，增产率为17.3%～27.3%；干旱年份，每次渗水225～300 m³/hm²，比对照增产24.35%～42.55%。与大水漫灌相比，渗灌补水既避免了表层蒸发，又没有形成重力水下渗，大幅度提高了水分利用率。渗水管道埋深在13～20 cm较为合适。