干旱区微咸水滴灌棉花根系生长补偿效应与水氮高效利用

干旱半干旱地区水资源缺乏，应用咸水和微咸水进行农业灌溉是一个必然趋势。膜下滴灌是利用咸水微咸水资源的有效手段。滴灌条件下根系的生长空间受到限制，将显著影响作物的各项管理措施，如灌溉、施肥等。提高水和氮的利用率是干旱半干旱地区农业生产的重要管理目标。增加根系对水分和养分的吸收，是提高水分和养分资源利用效率的重要途径，但目前对于微咸水滴灌条件下作物根系对水分养分吸收的机理研究还很薄弱。本研究针对新疆干旱区微咸水灌溉的必然趋势和现实问题，研究微咸水灌溉对膜下滴灌棉花根系生长的影响以及根系的适应性机制，揭示微咸水滴灌条件下棉花根系生长的补偿效应及其对水分养分吸收的机理，探讨微咸水滴灌条件下棉花水氮高效利用途径，为干旱半干旱地区咸水微咸水资源的合理开发和水分养分资源高效利用奠定理论基础。

干旱区地表水和地下水普遍存在水质盐化趋势，淡水资源不足和盐渍化是干旱区农业生产的重要限制因素，提高水肥利用效率和作物产量，减少根区盐分积累和地下水污染风险是这些地区水分养分优化管理的重要目标。本项目通过多年田间定位试验研究咸水滴灌棉田土壤水盐和氮素分布与淋洗规律，阐明灌溉水盐度、灌水量与施氮量对棉花产量和水氮利用率的影响，探讨咸水滴灌棉田水氮高效利用途径。结果表明：咸水灌溉会导致根区土壤盐分和含水量增加，增加灌水量可促进表层盐分淋洗，水分和氮素渗漏淋洗量加大。适宜的灌溉水盐度和淋洗水量是控制土壤盐分积累，减少水分和硝态氮渗漏淋洗损失的重要保障。咸水灌溉引起棉花根重降低，抑制棉花生长和养分吸收，导致水氮利用率降低和减产；微咸水灌溉会刺激棉花根系生长，根长密度、根表面积和体积显著增加，提高棉花水氮利用效率和产量或影响不大。增施氮肥可促进棉花生长，增加氮素吸收量和产量，但随着灌溉水盐度的增加，其促进效应明显受到抑制。因此，适宜的微咸水滴灌不会导致棉花产量和水氮利用率降低，合理的配施氮肥可促进棉花生长，提高棉花产量和水分利用率。15N示踪试验表明滴灌棉花15N回收率为49.82%～59.86%，微咸水灌溉对棉花5N回收率影响不大，但咸水灌溉棉花5N回收率显著降低。不同灌溉水盐度土壤15N回收率差异不大，为16.75%～19.18%。硝化/反硝化可能是滴灌棉田氮肥损失的主要途径。尽管15N淋洗损失较少，仅为2.19%～4.71%，但咸水灌溉和微咸水灌溉会导致15N淋洗损失显著增加，较淡水灌溉分别增加21.39%和115.06%。因此，减少咸水滴灌棉田的氮素淋洗损失也是提高氮肥利用率的重要方面。应用ENVIRO-GRO模型对滴灌农田土壤盐分积累的模拟结果显示，长期咸水或微咸水灌溉会导致土壤次生盐渍化，必须要采取必要的洗盐措施。从灌溉方案的优化模拟结果来看，与在作物生长期间增加灌溉量相比，在作物收获后进行一次漫灌既能较好的控制土壤盐分，又能最大限度的降低耗水量。土壤盐度以及氮肥（尿素）施用量均会显著影响土壤氮素的转化。土壤铵态氮含量随着尿素施用量和土壤盐度的增加均显著增加，硝态氮含量随土壤盐度增加显著降低。咸水灌溉导致的土壤盐分增加和过量使用氮肥（尿素）导致的根际微域pH值变化显著影响脲酶、硝酸还原酶、亚硝酸还原酶等活性。土壤盐度越高、尿素施用量越大对硝化作用的抑制越强烈。