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在新疆棉区,水资源短缺和土壤盐渍化制约棉花产业发展。研究人员开展不同淋洗量和滴灌类型对土壤水盐运移、棉花生长及产量影响的研究。结果表明 240mm 淋洗量与滴灌结合效果佳,为盐碱地棉花可持续生产提供策略。
在我国西北边陲的新疆,广袤的土地上棉花种植蓬勃发展。这里有着充足的光热资源,为棉花生长提供了得天独厚的条件,使其成为我国主要的棉花产区。然而,当地的棉花产业发展并非一帆风顺,两大难题犹如两座大山横亘在前:水资源短缺与土壤盐渍化。
新疆地处干旱区,降水稀少,蒸发量大,水资源十分宝贵。同时,土壤盐渍化问题严重,过高的土壤盐分阻碍了棉花的正常生长,限制了棉花产量的提升。传统的灌溉方式,如高定额的冬春灌溉,虽然能在一定程度上缓解土壤盐渍化,但却造成了水资源的大量浪费,还可能导致地下水位上升,引发二次盐渍化。而在滴灌技术中,虽然地膜覆盖滴灌在新疆广泛应用,具备一定的节水特性,但它对土壤盐分的调控能力有限,无法从根本上解决土壤盐渍化问题。因此,如何在节约用水的同时,有效控制土壤盐分,成为了亟待解决的关键问题。
石河子大学等研究机构的研究人员为了攻克这些难题,开展了一项为期三年(2020 - 2022 年)的田间试验研究。他们深入探究不同淋洗量和滴灌类型对土壤水盐运移、土壤脱盐效率、棉花生长、产量以及灌溉水生产率(IWP)的影响,并试图找出不同滴灌类型下的最佳淋洗量。
研究人员用到的主要关键技术方法为:在新疆石河子市的北泉镇设立田间试验点,监测不同处理下土壤含水量、土壤含盐量等指标。通过在棉花生长季进行不同淋洗量灌溉处理,对比分析地表滴灌(DI)和地下滴灌(SDI)两种方式下各指标的变化情况。
研究结果如下:
- 土壤含水量的时空分布:在棉花生长季,根区土壤含水量(SWC)呈波动变化,淋洗灌溉后 SWC 迅速达到峰值,随后逐渐下降。随着淋洗量的增加,SWC 逐渐升高。其中,120mm 淋洗量(DW1)处理的 SWC 比对照(CK)高 8.6% - 28.8%;240mm 淋洗量(DW2)处理在各生长阶段的保水效果更为显著,比 CK 高 20.1% - 47.3% 。
- 淋洗量和滴灌类型对土壤水盐分布的影响:当淋洗量为 120mm 时,地下滴灌(SDI)促进了湿润锋向下延伸,使 30 - 60cm 土层的土壤含盐量(SSC)相较于地表滴灌(DI)降低了 28.85% - 38.49%。而地表滴灌(DI)则使 0 - 20cm 土层的土壤含水量(SWC)增加了 13.2% - 19.1% ,土壤含盐量(SSC)降低了 10.44% - 14.25%,但却导致 20 - 40cm 土层出现盐分积累,土壤含盐量(SSC)增加了 12.7% - 18.3%。在这种情况下,地下滴灌(SDI)的籽棉产量比地表滴灌(DI)提高了 8.24% - 13.00%。当淋洗量达到 240mm 时,地表滴灌(DI)和地下滴灌(SDI)都显著增强了淋盐效果。与对照(CK)相比,土壤含水量(SWC)增加了 20.4% - 47.3%,土壤含盐量(SSC)降低了 34.70% - 70.50%。同时,棉花的株高、茎粗、叶面积指数和干物质积累分别比对照(CK)增加了 53.48% - 69.17%、48.37% - 70.55%、107.58% - 134.62% 和 97.97% - 114.73%,籽棉产量达到 6072.46 - 7439.94kg/ha?1 ,灌溉水生产率(IWP)提升至 0.932 - 1.33kg/m-3 。然而,当淋洗量过高(360mm)时,灌溉水生产率(IWP)下降了 14.87% - 17.29%,且籽棉产量并未得到提高。
研究结论和讨论部分表明,该研究通过三年的田间试验,揭示了干旱农业生态系统中棉花生产的水盐调控机制。在低淋洗量(120mm)条件下,地下滴灌(SDI)在水盐调控和提高作物产量方面表现更优;而 240mm 淋洗量与地表滴灌(DI)或地下滴灌(SDI)相结合,能够有效解决水盐矛盾,为盐碱地棉田的可持续棉花生产提供了可推广的策略。这一研究成果对于新疆棉花产业应对水资源短缺和土壤盐渍化挑战具有重要的现实意义,有望为当地农业生产的可持续发展提供有力的技术支持,该研究成果发表在《Field Crops Research》上,为相关领域的研究提供了重要参考。