1、2023年 1月 灌溉排水学报 第 42卷 第 1 期 Jan.2023 Journal of Irrigation and Drainage No.1 Vol.42 39 文章编号：1672-3317（2023）01-0039-09 不同种植模式和灌溉方式对麦棉产量、品质及经济效益的影响 郭 璇1，关小康1，温鹏飞1，王同朝1*，张 昊2，汪顺生2，仝 浩2（1.河南农业大学，郑州 450046；2.华北水利水电大学，郑州 450046）摘 要：【目的】揭示种植模式和灌溉方式对冬小麦和夏棉花（以下简称麦棉）产量、品质及综合经济效益的影响，为黄河流域麦棉两熟区的种植模式和灌溉方式的科学制定提供
2、理论依据。【方法】基于裂区设计开展大田试验，将麦棉种植模式设定为主区，主区包含麦棉套种和麦后移栽 2 个水平，副区为灌溉方式，包含畦灌、微喷带灌溉和地表滴灌 3 个水平，共 6 个处理。【结果】相比麦棉套种模式，麦后移栽模式能够提升冬小麦叶面积指数（LAI）和产量，提高冬小麦净收入；虽然麦后移栽模式下的棉花籽棉产量降低了 5.64%，但麦棉合计净收入比麦棉套种模式提高了 8.64%。相比畦灌和微喷带灌溉，地表滴灌能够显著提高麦棉株高、LAI、产量和经济效益，地表滴灌条件下的麦棉合计净收入比畦灌、微喷带灌溉分别提高 36.01%和 10.10%。麦后移栽和地表滴灌组合下的麦棉合计净收入最高，麦棉
3、合计净收入最高达到 15 924.9 元/hm2。【结论】麦后移栽和地表滴灌分别是适宜于黄河流域麦棉两熟区的最佳种植模式与灌溉方式。关 键 词：麦棉套种；麦后移栽；畦灌；微喷带灌溉；地表滴灌；净收入 中图分类号：S278 文献标志码：A doi：10.13522/ki.ggps.2022310 OSID：郭璇,关小康,温鹏飞,等.不同种植模式和灌溉方式对麦棉产量、品质及经济效益的影响J.灌溉排水学报,2023,42(1):39-46,53.GUO Xuan,GUAN Xiaokang,WEN Pengfei,et al.Effect of Irrigation and Planting Pat
4、terns on Yield,Quality and Economic Return of Winter Wheat-cotton Cropping SystemJ.Journal of Irrigation and Drainage,2023,42(1):39-46,53.0 引 言1【研究意义】黄河流域是我国粮食主产区，也是我国三大棉区之一。近年来，黄河流域耕地资源日益紧缺、水资源短缺日益严峻1。该地区棉花传统种植模式为麦棉套种模式，该模式不仅影响了前茬冬小麦产量，而且冬小麦收获时棉苗受损严重，不利于提升麦棉机械化生产水平2-3。该地区应用最广泛的灌溉方式是地面灌溉，造成常年水资源浪费严重
5、、灌溉水利用效率低4-5。因此，探究不同种植模式和灌溉方式对麦棉产量、品质及经济效益的影响，确定适宜于黄河流域麦棉两熟区的种植模式和灌溉方式，对于提高黄河流域农业水土资源利用效率、保障粮棉安全具有重要意义。【研究进展】黄河流域麦棉种植模式通常有春棉单作、麦棉套种、麦后移栽、麦后直播等模式，收稿日期：2022-06-07 基金项目：农业农村部作物需水与调控重点实验室开放课题（FIRI2021-010402）；国家自然科学基金项目（52079051，51779093）作者简介：郭璇（1993-），女。硕士研究生，主要从事作物水分生理与高效用水研究。E-mail: 通信作者：王同朝（1964-），男
6、。教授，主要从事作物水分高效利用研究。E-mail: 该地区麦棉种植存在“一熟有余，两熟不足”的现状3,6。以上种植模式中，春棉单作模式的复种指数最低，经济效益最低6-7。受黄河流域棉区有效积温的限制，麦后直播种植模式下的后茬棉花产量较低，经济效益也较低，该模式在长江流域棉区较为常见8。沈天垚等9从棉仁脂肪及蛋白质代谢角度出发，研究单作棉、麦套移栽棉、麦后移栽棉和麦后直播棉等种植模式对棉花生长的影响，得出选用麦套移栽方式可以在稳定我国麦棉两熟棉区棉花产量和品质的基础上提高棉籽品质。张思平等10对比分析了棉麦套种及麦棉单种种植模式下的作物根系生长情况，得出单种棉花根系相比套种棉花根系生长更旺，但
7、其群体根系粗细均匀性较套种棉花略低。以往研究表明，滴灌、微喷灌、渗灌等节水灌溉方式可降低15%70%的灌溉用水量，大幅度提高灌溉水利用效率，同时不会降低作物产量，甚至还能起到增产效果11-12。李东伟等13研究表明，地表滴灌具有灌溉均匀度高、灌溉水利用率高等特点，适用于多种土壤和地形条件。此外，相比于地表滴灌，微喷带灌溉具有成本低、抗堵塞性能好、安装简单等优点，近年来也在黄河流域棉区逐步推广14。Zhang 等4对灌溉排水学报 http:/ 40 比了地表滴灌、微喷带灌溉及传统畦灌条件下的麦后移栽棉经济效益；结果表明，相比于传统畦灌和微喷带灌溉，地表滴灌能提高棉花产量和品质，同时净利润也比其他
8、 2 种灌溉方式更高。皱宇锋等15对比了畦灌、沟灌和滴灌 3种不同灌溉方式下粮食作物的耗水特性、产量和经济效益，建议将滴灌中水处理作为替代传统畦灌的最佳灌溉方案。【切入点】以往对麦棉种植模式和灌溉方式的研究大多从田间环境、作物生长和生理特性等角度出发，且主要集中在种植模式和灌溉方式对冬小麦或夏棉花单一作物的影响，较少涉及对麦棉连作体系综合经济效益的关注。因此，有必要对不同种植模式和灌溉方式下麦棉连作体系综合经济效益进行系统研究。【拟解决的关键问题】本研究通过采用麦棉套种和麦后移栽 2 种种植模式，畦灌、微喷带灌溉和地表滴灌 3 种灌溉方式，探究不同种植模式和灌溉方式对冬小麦与夏棉花的产量、品质
9、和综合经济效益的影响，提出适宜于黄河流域麦棉两熟区的科学种植模式和灌溉方式。1 材料与方法 1.1 试验区概况 本试验于 20182020 年在华北水利水电大学农业高效用水试验场内开展，试验场位于河南省郑州市（3450N，11348E，海拔 110.4 m）。该区属暖温带亚湿润季风性气候区，年平均气温为 15.6，年平均降水量为 542.2 mm，年平均无霜期为 209 d，年平均日照时间为 1 869.7 h。试验地土壤为沙壤土，土壤体积质量为 1.35 g/cm3，田间持水率为 32.4%，地下水埋深大于 5 m。表 1 为试验地 0100 cm土层的土壤养分状况。图 1 为试验期内降水和
10、 ET0变化。表 1 试验地土壤基本肥力参数 Table 1 Parameters of soil basic fertility in the experimental field 土层 深度/cm pH值 碱解氮量/(mg kg-1)速效磷量/(g kg-1)速效钾量/(mg kg-1)有机碳量/(g 100g-1)020 8.5 54.5 15.3 151.8 0.9 2040 8.6 31.1 5.6 92.4 0.8 4060 8.6 20.1 4.1 81.3 0.8 6080 8.7 18.8 3.3 62.3 0.6 80100 8.9 9.5 2.9 31.5 0.5(a)2
11、0182019 年(b)20192020 年 图 1 20182020年麦棉生长期内降水和 ET0变化Fig.1 Variations of precipitation and ET0 during the growth period of winter wheat and summer cotton from 2018 to 2020 1.2 试验设计 采用裂区设计开展大田试验，为便于麦棉种植和管理，将麦棉种植模式设定为主区，主区包含麦棉套种和麦后移栽 2 个水平；副区为灌溉方式，包含畦灌、微喷带灌溉和地表滴灌 3 个水平，故本试验共计 6 个处理，每个处理重复 3 次，共计 18 个小区，
12、每个小区面积为 32 m2（8 m4 m），各小区之间设有 0.5 m宽隔离带。不同处理详见表 2。在种植模式方面，麦棉套种模式采用“三一式”种植模式，即在冬小麦播种时预留棉行，每 3 行冬小麦套种 1行夏棉花，冬小麦行间距为 15 cm，麦棉间距为 20 cm。夏棉花于 5月 1日采用播种机南北向01234567805101520253035102511271230020103060408051106130716081809201023ET0/mm 降水量/mm 日期 2018年 降水 ET02019年 01234567805101520253035102511271230020103060
13、408051106130716081809201023ET0/mm 降水量/mm 日期 2019年 降水 ET02020年 郭璇 等：不同种植模式和灌溉方式对麦棉产量、品质及经济效益的影响 41 直接播种在预留棉行中，夏棉花出苗后由人工定苗，苗间距为 20 cm。麦后移栽模式下的冬小麦播种时不预留棉行，冬小麦采用等行距种植，行间距为 15 cm；夏棉花采用温室育苗、大田移栽方式，夏棉花于 5月 1 日在育苗温室播种育苗，在冬小麦收获后采用移栽机南北向等行距移栽到大田，移栽棉行间距及苗间距分别为 70 cm和 20 cm。在灌溉方式方面，采用畦灌、微喷带灌溉和地表滴灌，前茬冬小麦和后茬夏棉花灌溉
14、方式相同，不同灌溉方式技术参数见表 3。采用土壤水分下限控制灌溉时间，当冬小麦和夏棉花根系活动层内土壤含水率下降到田间持水率的 70%2%时开始灌溉，使用水表监测灌水量。不同处理间施肥、施药等农艺措施均保持一致。1.3 测量指标与方法 1.3.1 株高和叶面积指数（LAI）冬小麦：在冬小麦返青后（3 月中旬），每隔710 d 进行 1 次测定。选取每个小区具有代表性的20 cm 麦行样段作为测量样本，再在其中随机选定10 株小麦测定其株高和 LAI。株高采用精度为 0.1 cm的直尺测量，LAI采用叶面积仪测定。夏棉花：在棉花定苗后，每隔 710 d 进行 1 次测定，选取每个小区具有代表性的
15、 5 株棉花作为样本测定株高和 LAI。株高采用精度为 0.1 cm 的直尺测量，LAI采用叶面积仪测定。表 2 20182020年试验不同处理措施 Table 2 Specific measures for different treatment from 2018 to 2020 作物 处理 种植模式 灌溉方式 播种密度/(104株hm-2)灌水 定额/mm 冬小麦 P1I1 麦棉套种（P1)畦灌（I1)193 90 P1I2 麦棉套种（P1)微喷带 灌溉（I2）193 20 P1I3 麦棉套种（P1)地表滴灌（I3）193 60 P2I1 麦后移栽（P2）畦灌（I1)300 90 P2I
16、2 麦后移栽（P2）微喷带 灌溉（I2）300 20 P2I3 麦后移栽（P2）地表滴灌（I3）300 60 夏棉花 P1I1 麦棉套种（P1)畦灌（I1)7.1 90 P1I2 麦棉套种（P1)微喷带 灌溉（I2）7.1 20 P1I3 麦棉套种（P1)地表滴灌（I3）7.1 60 P2I1 麦后移栽（P2）畦灌（I1)7.1 90 P2I2 麦后移栽（P2）微喷带 灌溉（I2）7.1 20 P2I3 麦后移栽（P2）地表滴灌（I3）7.1 60 表 3 不同灌溉方式技术参数 Table 3 Technical parameters of the different irrigation methods 灌溉方式 设计规格 田面坡度 灌水流量 设备规格 畦灌 畦宽 210 cm，畦长 800 cm 0.002 单宽入畦流量 4.0/(L s-1 m-1)-微喷带灌溉 铺设长度 800 cm，带间距 140 cm-微喷带流量 0.165/(m3 h-1 m-1)40孔带式喷灌带，喷灌带上每 7 个斜出水孔为 1组，每组出水孔间距 30 cm，工作压力 0.3 MPa，喷洒宽幅 400