《Frontiers in Plant Science》：Optimising irrigation strategies to improve soil water-salt distribution characteristics and enhance the cotton emergence rate of “dry sowing and wet emergence”
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本文通過一項為期兩年的田間試驗，系統研究了在南疆干旱鹽漬化棉區實施“干播濕出”技術時，灌溉頻次（P1：播后第1天單次滴灌；P2：播后第1、8天兩次滴灌）與灌溉總量（W1：15毫米， W2：30毫米， W3：45毫米）對0-20厘米耕層土壤水分（SWC）、鹽分（SSC）、水鹽分布均勻度（Christiansen uniformity coefficient, Cu）及脫鹽率（SDR）和棉花出苗率（ER）的調控效應。研究揭示了水鹽分布與出苗率的量化關系，明確了保障出苗的關鍵水鹽閾值（SWC: 18.36%-19.82%；SSC: <3.65 g/kg），為南疆棉區節水抑鹽、保全苗提供理論與技術依據。
研究背景與意義
棉花是中國重要的經濟與纖維作物，新疆作為主產區，其產量占全國九成以上。然而，土壤鹽漬化，尤其是南疆地區，嚴重制約了棉花產業的發展。傳統依賴冬春“壓鹽洗鹽”的大水漫灌方式，在農業用水總量控制的政策背景下受到極大限制。“干播濕出”作為一種節水灌溉技術，在播種后通過滴灌局部濕潤土壤以促進種子出苗，但在南疆獨特的干旱、低墑、高鹽土壤環境下，其應用推廣因土壤水鹽遷移規律不明確而受限。因此，針對南疆氣候土壤條件，優化灌溉策略以調控根區水鹽環境、明確保障出苗的水鹽閾值，對于該技術的適應性推廣具有緊迫的現實意義。
材料與方法
本研究于2024-2025年在新疆沙雅縣（北緯41°17′， 東經82°42′）連續兩年進行田間裂區試驗。試驗采用當地主栽品種新陸中54號，采用“1膜3管6行”種植模式。主區設兩種灌溉頻次：P1（播后第1天單次灌溉）和P2（播后第1、8天兩次灌溉）。副區設三種灌溉總量：W1（15毫米）、W2（30毫米）、W3（45毫米）。其中，P1處理單次施灌全部水量，P2處理將總水量均分為兩次施灌。以生產上常用的單次30毫米灌溉（P1W2）為對照。試驗共設6個處理，3次重復。研究測定了播種后不同時間點（如第2、4、6、8、10、12、14、16天）0-60厘米土層土壤含水量（SWC）、土壤鹽分含量（SSC），并計算了脫鹽率（Rs）和基于Christiansen均勻系數（Cu）的水、鹽分布均勻度。棉花出苗率（ER）則在播后第7天和第14天調查統計。
結果與分析
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土壤水分動態：灌溉總量與頻次均顯著影響棉田土壤水分。在相同灌溉總量下，增加灌溉頻次（P2）能顯著提高0-20厘米土層平均含水量，較P1處理提高6.22%至8.62%。在相同灌溉頻次下，增加灌溉總量能提高土壤含水量，例如在P1條件下，W3處理的平均土壤含水量較W2和W1分別提高5.83%和3.79%。在協同調控下，P2W3處理獲得了兩年最高的平均土壤含水量。空間分布上，灌溉增加了0-20厘米土層含水量，且距滴灌帶越近（窄行），含水量越高。
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土壤水分分布均勻度：灌溉總量和頻次同樣顯著影響0-20厘米土層水分的空間分布均勻度（Cu）。在相同灌溉量下，增加灌溉頻次能顯著提高播后第10天和第12天的水分均勻度，P2處理較P1提高1.05%-3.26%。在相同頻次下，增加灌溉量也能提高水分均勻度。協同調控下，P2W3處理在播后第10天和第12天0-20厘米土層水分均勻度Cu值分別達到0.95和0.98，表現最優。
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土壤鹽分動態：增加灌溉頻次和總量均能有效降低棉田土壤鹽分。P2處理較P1處理使土壤鹽分降低1.66%至5.23%。在P1條件下，W3處理的土壤鹽分較W2和W1分別降低5.73%和13.27%。P2W3處理獲得了兩年最低的平均土壤鹽分。空間上，鹽分在0-20厘米土層含量顯著低于20-60厘米土層，且距滴灌帶越近鹽分越低。
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土壤鹽分分布均勻度與脫鹽效應：增加灌溉頻次顯著降低了0-20厘米土層鹽分分布的均勻度（即鹽分分布更不均勻，利于表層脫鹽），P2處理在播后第10天和第12天的Cu值較P1處理降低8.69%-16.66%。增加灌溉總量也降低了鹽分均勻度。在脫鹽率（Rs）方面，P2處理較P1處理使0-20厘米土層脫鹽效果提升11.62%至34.79%。值得注意的是，在協同作用下，P2W2處理（而非灌溉量最大的P2W3）在播后第12天對0-20厘米土層的脫鹽率達到48.06%，表現最佳。
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棉花出苗率：灌溉策略顯著影響棉花出苗率。在相同灌溉量下，增加灌溉頻次（P2）使出苗率提高8.84%至19.95%。在相同灌溉頻次下，出苗率隨灌溉量增加呈先升后降趨勢，W2處理（30毫米）的出苗率最高。綜合來看，P2W2處理在兩年平均出苗率達到90.63%，顯著優于其他處理，高出5.79%至13.91%。
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水鹽特性與出苗率的關聯：相關性分析表明，0-20厘米土層的土壤鹽分（SSC）與出苗率（ER）呈顯著負相關，而土壤含水量（SWC）、水分均勻度（SWU）、鹽分均勻度（SSU）及脫鹽率（SDR）均與出苗率呈顯著正相關。進一步的回歸分析建立了關鍵閾值：當0-20厘米土層土壤含水量維持在18.36%至19.82%之間，且土壤鹽分含量低于3.65克/千克時，可保障出苗率穩定在85%以上。
討論
研究表明，合理優化灌溉總量與頻次能夠改善“干播濕出”棉田土壤水鹽分布，進而促進出苗。灌溉量決定了水分和鹽分的垂向運移距離，而灌溉頻次則通過改變土壤水勢和蒸發過程的動態平衡，深刻影響鹽分的再分布模式。高頻灌溉能持續抑制因地表蒸發引起的表土鹽分積累，有效防止鹽分在種子萌發層或作物主根區聚集。本研究條件下，采用“適量灌溉量+高頻率”（P2W2）的組合模式，通過“少量多次”的供水方式，在棉花出苗期實現了對根區水鹽環境的精準調控。該處理有效擴大了0-20厘米土層濕潤范圍，提高了水分分布的均勻性，同時將鹽分淋洗至30-40厘米土層，降低了耕層鹽分含量與分布均勻度，從而創造了適宜種子萌發的均衡水鹽微環境。與“高頻+高灌量”模式相比，P2W2在減少30%灌水量的情況下實現了更優的脫鹽效果和出苗率，這可能是因為過高的單次灌水量導致部分水分下滲至深層，未能充分溶解耕層鹽分并促其下移，反而降低了0-20厘米土層的鹽分淋洗效率。
結論
本研究證實，在“干播濕出”條件下，P2W2處理（即播后第1天和第8天各灌溉15毫米）在協調根區水鹽分布和保障棉花出苗方面綜合表現最佳，出苗率達到90.63%。該灌溉策略能夠將0-20厘米土層土壤含水量維持在18.36%-19.82%，同時將土壤鹽分控制在3.65克/千克以下，從而構建了利于種子萌發出苗的均衡水鹽微環境。這一水鹽閾值（土壤含水量≥18.36%，鹽分<3.65克/千克）可作為實現穩定出苗（出苗率>85%）的管理指標。研究結果為南疆干旱鹽漬化棉區優化“干播濕出”灌溉制度、實現節水保苗與穩產增產提供了明確可靠的理論依據和技術指導。
