滴灌灌溉水温对新疆灰漠土环境及棉花生长影响机制研究

国内外研究发现低温水灌溉对作物生长发育、品质和产量均有较大的负面影响。新疆水资源严重短缺，滴灌等高效节水技术得到较大面积应用，目前新疆农业高效节水面积中80%左右的滴灌直接抽取地下井水进行灌溉，井水灌溉水温较低，而目前在滴灌条件下灌溉水温对土壤环境及大田主要作物影响相关研究报道甚少。本研究选择北疆灰漠土为试验土壤，棉花为试验作物，采用滴灌技术，通过室内实验、田间试验和理论分析结合的手段，研究滴灌条件下不同温度水灌溉的土壤温度场和土壤水分空间分布特征，初步掌握不同灌溉水水热状况对土壤水热状况的影响规律，建立水热耦合模型；分析滴灌条件下灌溉水温对灰漠土养分和土壤微生物影响；明确滴灌方式下灌溉水温对棉花根系形态、生理生态、养分吸收、产量和品质的影响，阐明灌溉水温对棉花生长发育的影响机制，为低温井水滴灌技术提出应对措施，为新疆棉花持续高产及高效节水技术持续发展提供理论依据和技术支撑。

本研究以北疆灰漠土为试验土壤，棉花为试验作物，采用滴灌技术，通过土箱模拟实验、水培实验和田间试验相结合，构建水热耦合模型；明确滴灌方式下灌溉水温对棉花生理生态、养分吸收、产量的影响及其对灰漠土养分、土壤微生物的影响。实验结果表明：（1）通过土箱模拟实验，建立的滴灌条件下水热耦合数学模型有较好的模拟效果，掌握一定的土壤和气象资料后，利用该数学模型可以预测地表滴灌条件下作物生长所需的土壤水、热环境条件。此外，数值模拟值和实测结果都显示，地表滴灌条件下滴灌水温对土壤表层影响比较大；（2）水培实验结果表明：初花期时，增温水培养可以有效增加超氧化物歧酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）活性和过氧化物酶（POD）活性，降低丙二醛（MDA）含量，根系活跃吸收面积亦显著增大。田间实验发现增温水滴灌与井水滴灌相比，前者可以促进棉花生长和生物量积累，使生物量分配格局发生变化，同时促进植株对养分的吸收，其中整株棉花N吸收量较井水滴灌增加57.4%（P＜0.01）；P2O5的吸收除茎杆中略有降低，其余部位均有所增加，铃器官中P2O5吸收量增加了33.0%（P＜0.05）；棉花根、茎、叶、铃中K20的吸收量分别增加了23.62%、53.81%、62.99%、33.95%，茎、叶中增幅明显（P＜0.01）；增温水滴灌棉花铃数增加18.54%，单铃重减少8.86%，籽棉产量增加7.29%。（3）增温水滴灌下0-20cm土壤中有效养分含量略低于井水滴灌，说明增温灌溉可以促进棉花对土壤养分的吸收；增温滴灌后细菌、真菌，放线菌数量均有所增加，其中在灌水后第三天细菌数量增幅最大，达40.9%，真菌数量增幅达44.7%；灌后第5天放线菌增幅达最大为79.6%。由以上研究结果可知增温水滴灌可以促进棉花的生长以及对土壤有效养分的吸收，同时可以增加土壤中微生物数量，从而提升土壤肥力。