膜下滴灌条件下犁底层深度对棉花生长的影响研究

目的:近年来长期连作加上单一机械耕作模式,同时由于犁刀对土壤的重复挤压作用,造成耕作层变薄,犁底层上移,覆盖地膜后土壤剖面由地膜覆盖-耕作层-犁底层-心土层组成,土壤水盐热运移过程不同于均匀土。变薄的耕作层会影响棉花根系的立体分布特征,从而制约棉花生长发育,降低产量。因此,研究膜下滴灌条件下犁底层深度对土壤水盐热运移以及对棉花生长的影响,可对新疆地区盐碱地改良,农业生产可持续发展提供参考,以及对构建棉花合适的根系生长空间提供依据。方法:本文以膜下滴灌为背景,通过室内土柱试验,研究了不同犁底层深度下土壤水盐热的运移特征,与数值模拟相结合,共同探索了膜下滴灌条件下犁底层对土壤水盐热运移的影响规律。通过桶栽棉花试验研究了不同犁底层深度对棉花生长的影响,监测了各个生育时期内土壤水盐热分布状况、形态指标和光合指标,在棉花完熟期测了产量和根系分布,分析了犁底层深度对棉花生长的影响。结果:(1)入渗阶段犁底层有一定的阻水滞盐性,可以明显减小湿润锋的运移速度和距离,且犁底层深度越浅,阻水滞盐性越强,湿润锋运移距离越小。入渗结束后,犁底层上界面处水分含量比CK处理相同深度土层水分含量大9.1%～42.7%,盐分含量大20.8%～158.5%。(2)蒸发阶段犁底层既可以阻挡耕作层内水分和盐分向下运移,又可以抑制心土层内水分和盐分向上蒸发。当灌水量分别为2.7 L、4.0 L和6.0 L时,蒸发结束后平均土壤含水率最大的分别是CK处理、PB45处理和PB35处理,上部10～20 cm土层返盐率最小的分别是PB25处理、PB25处理和CK处理。(3)在同一灌水量条件下,犁底层可以影响土壤上部温度,与CK处理相比,可以使上部10 cm土层温度升高1.5～3.0℃。蒸发结束后土柱内平均温度按大小顺序排列为PB45PB35PB25CKPB15,分别为36.4℃、35.3℃、34.1℃、32.7℃和32.5℃,PB45处理保温性最好。(4)在棉花生育期内,各处理净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO_2浓度(Ci)均呈“单峰”型变化,在同一犁底层深度不同含盐量处理下,Pn、Tr、Gs随着含盐量的增加逐渐减小,而Ci则相反,Ci随着含盐量的增加逐渐增加,在同一含盐量不同犁底层深度处理下,各处理平均Pn、Tr和Gs大小按顺序排列为PB35PB45CKPB25PB15。(5)犁底层影响了棉花根系向深处下扎,表现为犁底层上部土壤中的根系质量、根长密度和根表面积明显比CK处理中相同深度处要大。在同一含盐量处理下,PB35处理的棉花产量最高,比CK处理大10.9%左右,PB15处理的产量最低,比CK处理小19.08%左右,产量按大小顺序排列为PB35PB45CKPB25PB15。(6)利用HYDRUS模型模拟结果表明,犁底层具有阻水滞盐性,入渗结束后PB30、PB40和PB50处理上部10～20 cm土层脱盐率比PB10和PB20处理大31.7%～58.4%,蒸发结束后各处理土壤平均含水率最大的是PB50处理,为0.251 cm~3/cm~3,上部10～20 cm土层返盐率最小的是PB20处理,为2.9%。从土壤水分运动和棉花的生长角度分析得,在北疆滴灌棉区,犁底层在35 cm深度时,可提高土壤水分供给能力,棉花各生长指标相对较好,产量较高,因此翻耕35 cm深度是北疆旱作滴灌棉田实现提质增产的适宜深度。