全 文 ：第 11卷 第 3期
2 0 0 3年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco—Agriculture
VO1．11 NO．3
July， 2003
膜下滴灌对棉花根际土壤环境的影响研究
胡晓 棠 李明思
(石河子大学农学院 石河子 832003)(石河子大学水利与建筑工程学院 石河子 832003)
摘 要 试验研究田间膜下滴灌棉花根际土壤的水 、热 、气变化表 明，覆膜滴灌使土壤增温，膜 下滴灌使根 系浅层
土壤含水量高于深层土壤含水量 ，加剧棉花根系浅层水平 的分布使 田间土壤干、湿间隔排列，有利于膜下土壤气体
交换。棉 田膜下滴灌技术节约灌溉水 40％～50％，且使棉花增产 20％左右。
关键词 根际土壤环境 滴灌 地膜栽培 棉花
Ef~ct of trickle irrigation under sub-film on the soil conditions of rhizosphere in cotton．HU Xiao。Tang(Agricultural
Colege of Shihezi University，Shihezi 832003)，LI Ming。Si(Co llege of Water Co nservancy and Architecture Engineer—
ing，Shihezi University，Shihezi 832003)，CJEA，2003，11(3)：121～123
Abstract Based upon field experiments and by sub—film trickle technique，the soil environment of cotton rhizosphere in—
cluding moisture，heat，and air conditions is studied．The results show that film mulch can increase soil temperature and
the cotton root system nearly grows horizontaly in upper soi1．Furthermore．it is found that sub—film trickle irrigation is
advantageous of air transfer in the soil beneath film since the irrigational technique results in the alternative rows of dry soil
zones and wetted soil zones in field．W ith the sub—film trickle irrigation technique tO cotton in field，the irrigation water
for the cotton has been saved by 40％ ～ 50％ ．and the cotton yield has been increased by 20％ ．
Key words Rhizosphere soil conditions， Frickle irrigation，Mulch cultivation，Co tton
膜下滴灌技术是将地膜栽培措施与滴灌技术相结合，新疆生产建设兵团在棉田应用该技术表明，该技术
可提高地温，抑制棵间蒸发 ，避免深层渗漏 ，节约田间灌溉水 40％～50％以上 ，增产 20％左右。棉花耗水过
程及生 理的变化 除取 决于其需水 与大气蒸散条件 外 ，土壤 固 、液 、气 三相及 温度对 棉 花根 系吸水 和水 分生 产
效率有重要影响 。膜下滴灌技术可改善土壤水、热、气等特征，进而改善土壤营养状况 ，使其更有利于
棉花吸水、生长及根系分布。本试验研究了膜下滴灌对棉花根际土壤水、热、气环境的影响，为探求膜下滴灌
棉 花的耗水及 增产机理提供 理论依据 。
1 试验材料与方法
试验于 1999～2000年在新疆石河子大学农学院试验场进行 ，试验地海拔高度 433～437m，平均地面坡
度 6‰ ，供试面积 6．32hm ，其中沟灌 1．18hm (为对照 田)，膜下滴灌 田 5．14hm 。田间土壤类型为轻壤土、
中壤土 和 重壤 土 ，根 际土 壤环 境 试验 在 重壤 土 上进 行 ，其 土 壤 物理 指 标为 干 容重 1．52g／cm ，土 壤 孔 隙度
47．86％，田间持水率 25．18％，饱和含水率 31．45％(均为干土重百分比)，试区地下水埋深 5m以下 ，供试棉
花品种为“新陆早 7号”。膜下滴灌采用“干播湿出”方式播种 ，即田间低墒播种后滴水出苗 ，覆膜宽 130cm，
行距为 30cm+60cm+30cm+60cm，1膜 4行。沟灌 田为冬灌地，前期覆膜播种 ，6月 20日宽行揭膜 、中耕、
起垄 、施肥并准备灌水 ，仅窄行(垄背)仍覆膜。土壤水分采用中子仪和烘干法测定 ，最大测深 120cm土层。
地温 用 曲管地温计 和插入式地 温计 测定 ，于 11：00～20：00每 2h读 数 1次 ，以当 日所测 土壤 温度 (最 大测 深
30cm)均值分析土壤温度变化过程。根系测定采用挖掘法，分别对沟灌田和滴灌 田代表性棉株进行分行、分
层开挖根系土层，平面平行棉行以 30cm宽为 1行，垂直方向 lOcm 为 1层 ，对每层、每行进行根系分检后分
别称其鲜物质量和干物质量，总开挖深度 1lOcm土层 ，水平范围 90cm×90cm，每坑含 20株棉花。试验 以棉
花生育期适宜土壤含水率上限和适宜土壤含水率下限 2种条件作为处理，每处理重复 3次 ，分别观测增温 、
提墒效果 ，并设 3个中子仪测点进行棉花生育期土壤水分动态监测。
*新疆生产建设兵团重大科技攻关项 目“干旱区棉花膜下滴灌综合配套技术研究与示范”(GKB99NKYGJ16NJ)部分研究 内容
收稿 日期 ：2002—05—27 改 回 日期 ：2002—07—07
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122 中 国 生 态 农 业 学 报 第 11卷
2 结果与分析
2．1 根 际土壤的水分环境
20 40 60 80 100 f20
土层 ／cm
滴灌为局部灌水 ，仅湿润棉花根 区土壤且湿润深度较浅(见 图
1)，2000年中子仪测定结果表明，膜下滴灌田间湿润深度仅 60cm，而
沟灌湿润深度则很大，出现深层渗漏。膜下滴灌灌水虽浅 ，但灌水次
数多，使棉花根区土壤水分常维持在相对田间持水量的 60％～85％，
属膜下滴灌棉花生育期适宜土壤含水率范 围 ，使棉花根系有 良好
的水分 环境 。
2．2 根际土壤的热环境
覆膜增温作用 已被公认 ’ 。据对棉花蕾期地温测定表明，日
均气温 26～28℃时膜下滴灌平均 比揭膜沟灌地表增温 4．2～5．2℃ ，
图1 膜下滴灌与沟灌土层土壤湿润深度比较 10cm 土层增温 1
． 7～2．2℃。该时段适宜含水率下限时土壤各层平
Fig． Comra ned soi Pm be ee“均 温度见表 1
，表 1表 明增温效果 随土层深 度 的增加而减 小。土壤增
ub nmⅡ坨 nd H0w irigation 温效果与其含水量有关
。 当土 壤 含 水量 大 时 则 增 温 缓慢 且 增 幅
小 ，当土壤含水量小时则增 温迅速且增幅大。相对 田间持水量为91．5％时膜下滴灌 比揭膜沟灌地表增温
4．2℃，相对田间持水量为 66．4％时膜下滴灌比揭膜沟灌地表增温 5．2℃，故利用滴灌可控性调节土壤含水
量可控制 土壤 温度 。
覆膜有提墒 作用 ’ 。覆 膜后 由温度 差形成的热梯度 促进 土壤水分 上升 ，但 因受膜 的 阻隔 ，蒸发水 在膜
下凝结 ，使土壤水分向上层聚积后被作物根系吸收，但不 同初始含水率时土壤各层水分增值不同，用烘干法
测定土壤各深度含水率增值见表 2。由表 2可知土壤含水率接近田间持水量时提墒作用极不稳定 ，这可能
与根系吸收水分和土壤水分再分布有关，故土壤水分较低时覆膜提墒对滴灌棉花十分重要 ，可使棉花根系更
好地 吸收表层土壤水 ，减缓 土壤水 分 的不 等效现象 。
表 l 膜 下滴 灌 与揭 膜 沟灌 土壤
温 度 比较 (1999⋯06 22 26)
Tab．1 Contrast of soil temperature between sub—film
trickle and furow irrigation from June 22 to 26 in 1999
项 目 土层 cm Soillayers
Iterns 0 10 15 20 25 30
15．00
14．13
0 87
表 2 土 壤含 水 率增 量 (1999⋯06 22 26)
Tab．2 Increment of soil moisture from June 22 to 26 in 1999
*表中土壤初始含水率为占土壤干物质量 的百分比，土壤含水率增量
为 百分点 的增 加值 。
2．3 根际土壤的通气环境
非饱 和土壤的通气 性是 根系 生长 及其功 能发 挥 的限
制因素之一 ，图 1表明当采用常规灌水时植株棵 间被
水浸满且人渗很深 ，地面空气较难顺利进入土壤孔隙，使
作物根系和土壤生物呼吸受限。常规灌水下地膜栽培的
土壤氧通量较低⋯ ，但滴灌可改善这一矛盾 J，而膜下滴
灌仅在膜下根区灌水，膜外不灌水 ，可弥补地膜栽培措施
的不足。用中子仪测定的膜下滴灌棉花土壤水分动态变
化见 图 2，图 2表 明花铃 期前膜外 0～60cm 土层土壤含水
量下降，花铃期后其含水量基本处于膜 内含水量下限水
平 ，即相对 田间持水量 的 60％左右 ，而膜 内 0～60cm土层
土壤含水量则随灌水和棉花耗水 的变化而变化，基本在
田间持水量 的 60％～85％波 动。 由此计 算 出膜外 土壤 饱
量
■
缸
日期(月一日)
图 2 膜 内与膜 外土 壤 含水量 比较 (2000)
Fig．2 Soil water content in beneath film
and beside film in 2000
和度为 47％，膜内土壤饱和度为 47％～69％，膜外土壤有 53％的孔隙空间未充水 ，对结构良好的土壤 ，它们
应充气体 ，并稳定向膜内土壤输送气体。图 1表明膜下滴灌湿润区以下土壤含水率明显小于同一深度沟
∞ 如 ：2
褂*姐 群卅
7 6 1
l 1
4 4 0
3 9 4
7 5 1
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0 9 1
9 2 6
7 6 1
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1 1 0
4 2 2
9 7 2
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7 5 2
5 0 5
2 2
℃ ℃ ℃
； 温 温 温
土 土
灌 灌
滴 沟
下 膜
膜 揭 增
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第 3期 胡 晓棠 等 ：膜 下滴 灌 对棉 花根 际土 壤 环境 的影 响研 究 123
灌 土壤含水率 ，前者通气性 优于后者 。
2．4 土壤环境对根系生长的影响
根据文献[6]理论 ，气体扩散作用下可使土壤深处获得足够氧通量。
土壤水 、热、气条件适宜使棉花植株耗水量加大 ，并对根系生
长和分布产生很大影响。地膜覆盖可使棉花根系浅层水平分布，
而文献 [8]进 一 步说 明随 土壤 温 度 的增 高 ，作物 根 系 生长 加 快 。
灌水次数多，次灌水量少时作物根系生长较浅 ，膜下滴灌具有“浅
灌勤灌”特点 ，加上地膜提墒、增温作用 ，能常保持棉花适宜土壤
水 、热环境 ，加剧其根系贴近地表分布生长，并表现出很强趋水性
(见 图 3)。沟灌 棉花 0～20cm 土 层根 重 占总根重 的 25．5％，0～
40cm 土层根重 占总根 重 的 55．1％ ，0～60cm 土层 根 重 占总根 重
的 82．2％，而 膜 下 滴 灌 棉 花 这 3个 土 层 根 重 分 别 占总 根 重 的
48．4％ 、91．5％和 95．6％，比沟 灌棉 花 分别 增 加 22．9％、36．4％
和 13．4％。膜下滴灌棉花根系此种分布使根系吸水强度的分布 图3 膜下滴灌与沟灌棉花根系比较
呈上大下小 形式 ，绝 大 多数 20～40cm 土 层 土壤 吸 水强 度 最 大 ， Fig．3 Coton root system patern corespon一
而 60cm 土层 以下根 系 吸水 强度 较 小 ，这 是 在根 系分 布形 式 ，覆 ding to sub—film trickle and furrow irigation
膜提墒 ，增温等多重因素作用下使浅层 土壤环境最好 ，根系吸水阻力最小而产生的结果 。但棉花根系太浅
对 其稳 定性不利 。
3 小结与讨论
棉花喜温喜光 ，采用膜下滴灌可明显改变棉花根际土壤水 、热、气环境，从而影响其根系生长。滴灌“浅
灌勤灌”特点可使浅层土壤始终保持适宜水分，棉花根系吸水阻力小，水分供给及时。覆膜明显提高土壤温
度 ，且有 明显提墒作用 ，水分及温度 共 同作用下棉花 侧根生 长较快 ，且贴 近地表 分布 。膜下 滴灌 棉花根 际 土
壤 O，主要通过膜 外干燥 土壤与地 面 自由空气接触 ，O，能稳定供给 ，有利于根 系及土壤生物 呼吸 。滴 灌可解
决根 际土壤通气性与湿 润性 的矛盾 ，膜 下滴灌增温 、提墒作用显著 。
参 考 文 献
1 赵聚 宝 ，李 克煌 ．干旱 与农业 ．北 京 ：中国农业 出 版社 ，1995 256～264
2 康绍忠，刘晓明，熊运章．土壤一植物一大气连续体水分传输理论及其应用．北京：水利电力出版社，1994
3 中国农业科学院棉花研究所．棉花优质高产的理论与技术 北京：中国农业出版社 ，1999
4 胡晓棠，李明思 ，马富裕．膜下滴灌棉花的土壤干旱诊断指标与灌水决策．农业工程学报，2002，18(1)：49～52
5 刘毓 中．对地膜覆盖棉田增温、保墒、提墒和地面水入渗补给作用机理的探讨．灌溉排水，1989，8(3)：10～17
6 克雷默 P．J．植物的水分关系．北京：科学出版社 ，1989
7 戈德堡 D．，戈内特 B．，里蒙 D．滴灌原理 与应用 ．北京 ：中国农业机械出版社，1984
8 张喜英 ．作物根系与土壤水利用．北京：气象出版社 ，1999
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