摘要
为了缓解南疆地区淡水资源紧张，充分利用微咸水资源，探究不同覆膜和咸水补灌模式对南疆棉田土壤水盐、养分含量及分布、棉花养分吸收积累和产量的影响，以此揭示最佳种植模式下抑盐保苗增产的机制。2023 年在新疆阿克苏地区沙雅县进行了田间试验。在施肥总量相同的情况下，设置 2 种覆膜方式处理（双膜覆盖和单膜覆盖）及 3 种灌溉模式（6 次淡水、6 次淡水 2 次咸水、8 次淡水）的双因素试验（分别记作 DT1、DT2、DT3、 ST1、ST2、ST3）。在棉花苗期、蕾期、花期、铃期 4 个时期，测定棉田土壤含水率、温度、电导率、有机质、碱解氮、有效磷、速效钾和棉花全氮、全磷、全钾、干物质量、产量。不同覆膜方式以及灌溉方式对棉田土壤水热盐、基本肥力特征、棉花的养分吸收和产量均有影响。与 ST1 处理相比，DT2 处理下，棉花苗期、蕾期、花期、铃期的养分吸收量均有显著提升，氮素吸收量增幅 14.77% ～ 45.68%，磷素吸收量 5.63% ～ 35.99%，钾素吸收量增幅 15.18% ～ 22.63%，产量增幅 34.27%；棉花苗期、蕾期、花期、铃期的土壤速效养分和有机质含量均有显著提升。碱解氮含量增幅 9.08% ～ 30.73%，有效磷含量增幅 14.61% ～ 37.23%，速效钾含量增幅 8.59% ～ 29.72%，有机质含量增幅 11.14% ～ 25.13%。双膜覆盖在各生育期表层土壤抑盐效果显著。播种后 1 个月内，双膜 0 ～ 20 cm 土层电导率较单膜降幅 9.73%；棉花苗期、蕾期、花期、铃期 0 ～ 20 cm 土层土壤盐分含量双膜处理较单膜分别降幅 9.73% ～ 11.08%、4.40% ～ 17.58%、12.04% ～ 22.32% 和 17.89% ～ 21.02%。在淡水资源短缺，盐碱危害严重的南疆膜下滴灌棉田，采用双膜覆盖和咸水补灌能实现抑盐保苗增产。
Abstract
To relieve the shortage of fresh water resources in southern Xinjiang and make full use of the brackish water resources，this research aimed to explore the impacts of different film-mulching and brackish-water supplementary irrigation modes on the content and distribution of soil water，salt and nutrient，as well as the nutrient absorption，accumulation and yield of cotton in the cotton fields of southern Xinjiang．The purpose was to reveal the mechanism of alkali reduction， salt inhibition，seedling protection and yield increase under the optimal planting pattern．Field trials were conducted in Shaya county，Aksu prefecture，Xinjiang in 2023．Under the condition of the same total amount of fertilizer application， a two-factor experiment was set up with 2 film-covering treatments（double film covering and single film covering）and 3 irrigation modes（6 fresh water，6 fresh water coupled with 2 brackish-water，and 8 fresh water），which were recorded as DT1，DT2，DT3，ST1，ST2，and ST3，respectively．During the four periods of cotton seedling，bud，flowering and boll，soil moisture content，temperature，electrical conductivity，organic matter，alkali-hydrolyzable nitrogen， available phosphorus，available potassium and cotton total nitrogen，total phosphorus，total potassium，dry matter quality and yield were measured．Different film mulching methods and irrigation methods had effects on soil water，heat and salt， basic fertility characteristics，cotton nutrient absorption and yield in cotton fields．Compared with ST1，DT2 treatment significantly increased nutrient uptake at seedling，bud，flowering and boll stages，nitrogen uptake increased by 14.77%- 45.68%，phosphorus uptake increased by 5.63%-35.99%，potassium uptake increased by 15.18%-22.63%，yield increased by 34.27%，soil available nutrients and organic matter content at seedling，bud，flowering and boll stages increased significantly．The content of alkali-hydrolyzable nitrogen increased by 9.08%-30.73%，the content of available phosphorus increased by 14.61%-37.23%，the content of available potassium increased by 8.59%-29.72%，and the content of organic matter increased by 11.14%-25.13%．In the first month after sowing，the conductivity of 0-20 cm soil layer decreased by 9.73%．Compared with single film treatment，the salt content in 0-20 cm soil layer decreased by 9.73%-11.08%，4.40%- 17.58%，12.04%-22.32% and 17.89%-21.02% at seedling stage，bud stage，flowering stage and boll stage，respectively． In drip irrigation cotton fields under film in southern Xinjiang，where fresh water resources were scarce and salt-alkali hazards were serious，using double film coverage and brackish-water supplementary irrigation could achieve salt suppression，seedling protection and increase production.
棉花是新疆的重要经济作物，2023 年新疆棉花播种面积 244.8 万 hm2，产量达 568.6 万 t，分别占全国的 86.2% 和 92.2%，新疆维吾尔自治区南疆是优质高产棉花的主栽地，棉花播种面积和产量分别占全疆的 70%[1]和 80%[2]，然而，在南疆棉花生产中存在早春低温、盐碱重、出苗难、水资源短缺尤其是季节性用水紧张等问题[3-5]。为了缓解这些生产与科学问题，当前对种植模式和灌溉方式进行了大量研究，其中双膜覆盖是一种提温保苗的种植模式。双膜覆盖指在棉花种植过程中，采用两层地膜进行覆盖，当环境温度及棉花出苗水平达到一定指标后再将上层膜揭去的种植方式[6]。针对双膜覆盖对土壤以及棉花产量的影响，前人进行了大量相关研究[7-11]。双膜覆盖通过在土壤表面形成一层覆盖物，降低了土壤表面与大气的接触面积，从而减少了土壤水分的直接蒸发；在不同气候条件下，双膜覆盖能够提高土壤温度，为作物生长创造有利的温度环境。双膜覆盖可以减少土壤水分蒸发，从而减少了土壤盐分随水分蒸发向上迁移的量，降低了土壤表层的盐分含量。双膜覆盖能较好地解决棉花早播、缺苗和晚发的问题，以及应对南疆春季昼夜温差大、降水量少、大风、短时极端天气等问题，有效解决播种至揭膜期间的自然灾害、棉花产量和品质降低等一系列问题[11]，对棉花的生长发育起着关键作用。
新疆咸水资源储量可观，利用咸水或微咸水进行农田灌溉是缓解新疆地区农业水资源供需矛盾，从而保障当地棉花产业可持续发展的主要途径之一。前人在利用咸水灌溉上也进行了大量研究[12-16]。微咸水（矿化度 3 g·L-1）灌溉下，灌水量 4500 m3 ·hm-2 较 3600 m3 ·hm-2 产量提升 7.36%。当灌溉水矿化度达到 4 g·L-1 后就会抑制棉花营养生长，但对生殖生长的影响较小。随着灌溉水矿化度的增加，棉花的产量逐渐下降。另外，咸淡水混合灌溉对土壤与植物的影响较小，能有效缓解淡水资源短缺的问题。新疆地区地下浅层储存丰富的微咸水和咸水资源未得到高效利用，导致在水土资源开发的过程中存在水资源相对短缺、用水矛盾突出的问题，在现有常规水资源开发利用的基础上，微咸水及咸水资源等非常规水源的开发利用，可以有效缓解局部水匮缺，进而有效缓解新疆地区水资源供需矛盾。
综上所述，双膜覆盖和咸水灌溉在棉花稳产高产方面具有重要的作用，然而，当前缺乏双膜覆盖和咸水补灌协同促进棉花前期抑盐促苗、后期补水提产等方面的机制研究，因此，本研究设计不同覆膜方式和灌溉模式的双因素田间试验，动态监测棉田土壤水、热、盐、养分以及棉花养分等指标，研究不同覆膜方式和灌溉方式对土壤水热盐、基本肥力特征和棉花生长的影响，揭示覆膜方式和灌溉方式对棉花抑盐保苗增产的协同调控机理，为干旱区棉花可持续发展提供重要的技术理论支撑。
1 材料与方法
1.1 试验区概况
2023 年在新疆维吾尔自治区沙雅县托依堡勒迪镇（40°77′N，83°22′E）进行棉花田间试验，地面高程海拔 950～1020 m，试验小区面积为 6.9 m×8.0 m，小区采用随机布置。
沙雅县年平均日照 9.9 h，年平均气温 10.7℃， 3—4 月平均气温为 12℃，平均低温 5.5℃；平均降水量 68.4 mm，平均年蒸发量 2072.6 mm，4—8月平均降水量 2.62 mm，一般风速 2～3 m·s-1，最大风速 25 m·s-1，平均无霜期 209 d。试验地土壤基本性质如下：土壤含盐量 3.64 g·kg-1（水土比为 5∶1），为中度盐渍化水平，土壤质地为砂壤土，田间持水量为 18.3%，有机质 8.3 g·kg-1，碱解氮 13 mg·kg-1，有效磷 12 mg·kg-1，速效钾 154 mg·kg-1，pH 值 8.13。
1.2 试验设计
本研究供试棉花为新陆中 67 号，棉花播种机一膜 6 行。试验采用双因素区组设计，区分不同覆膜方式单膜、双膜，棉花蕾期后设置不同咸水（5 g·L-1） 补灌频率：6 次淡水（当地习惯）、6 次淡水 +2 次咸水、8 次淡水，各处理3次重复。试验设置 2 种覆膜方式和 3 种灌溉方式组合共 6 个处理，即单膜覆盖与灌溉 6 次淡水（ST1）、单膜覆盖与灌溉 6 次淡水 +2 次咸水（ST2）、单膜覆盖与灌溉 8 次淡水 （ST3）、双膜覆盖与灌溉 6 次淡水（DT1）、双膜覆盖与灌溉 6 次淡水 +2 次咸水（DT2）、双膜覆盖与灌溉 8 次淡水（DT3）。共设置 18 个小区，每个小区长为 8 m，宽为 6.9 m，各小区面积为 55.2 m2。
于 4 月中旬播种棉花并进行铺膜，单膜覆盖采用覆膜播种机，铺膜、播种、覆土一次完成； 双膜覆盖是在单膜覆盖的基础上，再铺上 1 层地膜。4 月下旬观察棉花出苗情况，至出苗率大于 80% 时揭去双膜覆盖处理的上层膜。咸水补灌于棉花蕾期和花期两个时期进行，采用重力自压滴灌方式，根据孙泽强等[17]和张伟[18]的研究，咸水用量为 25 mm，矿化度控制在 5 g·L-1，根据研究区地下水主要化学组成人工配置而成，咸水是根据黄丹[19]和范德宝[20]对新疆微咸水成分的分析，采用 5 种化学试剂，具体配比方式为 NaHCO3∶ Na2SO4∶NaCl∶CaCl2∶MgCl2=1∶8∶8∶1∶1。各处理灌水情况如表1所示。该试验田间管理方式与当地一致，施肥量和施肥种类均按照当地施肥习惯。
表1双膜覆盖与咸水补灌的灌溉制度
1.3 测定项目及方法
1.3.1 土壤水热盐的测定
于播种后第 3 d 开始，然后每 7 d 采用山东恒美科技有限公司 HM-WSY 土壤三参数测定仪测定并记录土壤水分、土壤温度与土壤电导率，记录 5 次，每个小区 3 次重复。
1.3.2 土壤养分的采集与测定
于棉花苗期、蕾期、花期和铃期 4 个时期用土钻以“S”形采样方法采取每小区 0～5、5～10、 10～20、20～40、40～60 cm 土层土样，然后在室内测定土壤有机质、碱解氮、有效磷和速效钾含量。有机质采用重铬酸钾容量法-外加热法测定，碱解氮采用碱解扩散法测定，有效磷采用碳酸氢钠浸提法测定，速效钾采用火焰光度法测定。
1.3.3 植物样品采集与养分测定
分别在棉花的苗期、蕾期、花期和铃期，于各处理各小区随机选取长势中等、健康无病、生育期一致、能代表全田整体状况的 3 株棉花，将棉株按根、茎、叶、繁殖器官（蕾、花、铃）分开，装入信封中，105℃杀青 30 min，75℃烘干至恒重，测定各器官的生物量，再利用粉碎机粉碎至粉末，测定棉株各器官的全氮、全磷和全钾含量。全氮用奈氏比色法测定，全磷用钒钼黄比色法测定，全钾用火焰光度法测定。
1.3.4 棉花产量的测定
产量测定于吐絮期在每处理，按均匀分布随机选取 3 处位置居中、环境均匀、避开特殊地段、能代表整个试验区的平均状况的样点，为了避免边际效应，在试验小区中间的一副膜上选取长 1 m、宽 2.3 m 的测产区，记录株数和桃数，并计算收获密度 （株·hm-2）。在每个小区采收上、中、下部位各 15 朵完全吐絮的棉桃，测定棉花单株铃重，计算棉花产量。计算公式：单位面积产量（kg）= 单位面积总铃数（个）× 单铃重（g）/1000；籽棉产量（kg·hm-2） = 单位面积产量（kg）×10000/2.3（kg·hm-2）。
1.4 数据处理与分析
采用 Excel2021 进行数据整理，Origin 2024 进行绘图，SPSS 27.0 进行显著性分析。
2 结果与分析
2.1 不同处理对土壤水热盐的影响
从图1中可知，各处理下土壤含水量随播种时间呈先升高后降低的趋势，播种后 1 周左右达到最大值（单膜覆盖平均含水率 24.61%，双膜覆盖平均含水率 26.95%）。揭膜后（播种后 1 周）双膜与单膜二者差异不明显。在垂直方向上，单膜处理下土壤含水率随着耕层土壤深度的增加而逐渐变大，而双膜处理下的土壤含水率的变化趋势先增加后减小。与单膜覆盖相比 0～20 cm 土层内，双膜覆盖下的土壤含水率平均增幅 4.21%，而在 20～60 cm 土层内单膜覆盖下土壤含水率高于双膜覆盖。
图1不同处理方式的土壤含水率变化情况
图2显示，双膜覆盖下播种后 1 周土壤温度的提高较为明显，揭膜后双膜覆盖下土壤温度略高于单膜覆盖。在垂直方向上，土壤温度呈现先略微升高后降低的趋势。揭膜前，与单膜覆盖相比，双膜覆盖下土壤温度平均提高 2.15℃，增幅 8.78%； 揭膜后双膜覆盖下土壤温度较单膜覆盖平均提高 0.74℃，增幅 3.39%。
图2不同处理方式的土壤温度变化情况
图3显示，与单膜覆盖相比，双膜覆盖在 0～10 cm 土层内能降低土壤盐分，揭膜前双膜覆盖电导率较单膜覆盖平均降低 0.17 mS·cm-1，降均降低 0.12 mS·cm-1，降幅 7.79%。在垂直方向上，各处理电导率在 0～20 cm 土层内都由最大值逐渐趋于相等，在 20～40 cm 土层内各处理差异不明显，在 40～60 cm 土层内双膜覆盖电导率逐渐增大，较单膜覆盖平均提高 0.04 mS·cm-1，增幅 11.77%。
图3不同处理方式的土壤盐分变化情况
从图4a中可以看出，不同处理土壤深度 0～10 cm，土壤盐分由最大值逐渐趋于相等，且变化趋势较大，单膜覆盖土壤盐分变化大于双膜覆盖，土壤盐分变化较小的土壤深度为 20～60 cm，基本变化不大。在垂直方向上，土壤深度为 0～5 cm 时，双膜覆盖方式下的土壤盐分明显要比单膜覆盖低，减幅约 0.59 g·kg-1；单膜覆盖下土壤深度为 40～60 cm 土壤盐分大体不变，而双膜覆盖下的土壤深度为 40～60 cm 土层较 20～40 cm 土层的土壤盐分逐渐增大。从图4b、c、d 中可以看出，不同处理土壤深度 0～20 cm，土壤盐分由最大值逐渐趋于最小，且变化趋势较大， 10～60 cm 土层间土壤盐分含量相近；补灌咸水后土壤盐分明显增加，相同补水条件下，单膜覆盖的土壤盐分大于双膜覆盖，双膜覆盖对抑制土壤盐分的积累和水分的散失有着积极的作用。DT2 处理较 ST1 和 ST3 处理在花期和铃期各土层间土壤盐分含量没有显著性差异。
图4棉花不同生育时期棉田土壤盐分变化
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期；不同小写字母表示同一时期同一土层不同处理间差异显著（P<0.05）。
2.2 不同处理对棉田土壤基本肥力特征的影响
2.2.1 不同处理对土壤碱解氮的影响
图5表明，覆膜方式对苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤中碱解氮含量均有显著影响（P<0.01， P<0.001），灌溉方式和覆膜方式与灌溉方式的交互作用对花期和铃期棉田土壤中碱解氮含量有显著影响（P<0.01，P<0.001）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤碱解氮含量分别平均增幅 18.80%、6.52%、16.64%、25.81%； 与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉田土壤中碱解氮含量分别平均增幅 3.77%、 9.00%、8.90%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉田土壤中碱解氮含量分别平均增幅 5.55%、15.85%、 22.18%。土壤碱解氮含量随生育期呈先升高后降低的趋势，在蕾期达最大值。从土壤垂直变化规律来看，各处理土壤碱解氮含量基本表现为随土壤深度的增加呈现降低的趋势，即 0～20 cm 土层土壤碱解氮含量显著高于 20～40 和 40～60 cm 土层 （P<0.05），0～20 cm 土层碱解氮含量较 20～40 cm 土层在苗期、蕾期、花期和铃期分别平均增加了 3.09、3.64、7.79、7.32 mg·kg-1，较 40～60 cm 土层在苗期、蕾期、花期和铃期分别平均增加了 9.46、18.77、18.14、15.22 mg·kg-1。
图5棉花不同生育时期棉田碱解氮含量变化
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期；不同小写字母表示同一时期同一土层不同处理间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示不同土层间差异显著（P<0.05）。图6 至图8 同。
2.2.2 不同处理对土壤有效磷的影响
图6表明，覆膜方式和灌溉方式对苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤中有效磷含量均有显著影响（P<0.05，P<0.001），但覆膜方式与灌溉方式的交互作用对有效磷含量无显著影响（P>0.05）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤有效磷含量分别平均增幅 14.66%、 12.47%、15.37%、25.57%； 与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉田土壤中有效磷含量分别平均增幅 2.99%、5.11%、9.91%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉田土壤中有效磷含量分别平均增幅 10.42%、14.07%、18.98%。有效磷含量在整个生长阶段呈现逐步降低趋势。从土壤垂直变化规律来看，各生育期各处理土壤有效磷含量均表现为随土壤深度的增加呈现降低的趋势，即 0～20 cm 土层土壤有效磷含量显著高于 20～40 和 40～60 cm 土层（P<0.05），0～20 cm 土层有效磷含量在苗期、蕾期、花期较 20～40 cm 土层分别平均增加了 11.42、5.16、1.84 mg·kg-1。在苗期、蕾期、花期和铃期较 40～60 cm 土层分别平均增加了 21.05、20.43、16.51、13.37 mg·kg-1。
图6棉花不同生育时期棉田有效磷含量变化
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。
2.2.3 不同处理对土壤速效钾的影响
图7表明，覆膜方式对苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤中速效钾含量均有显著影响 （P<0.001），灌溉方式对蕾期、花期和铃期棉田土壤中速效钾含量均有显著影响（P<0.001），覆膜方式与灌溉方式的交互作用对花期和铃期棉田土壤中速效钾含量有显著影响（P<0.001）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤速效钾含量分别平均增幅 8.69%、13.36%、 12.89%、12.65%；与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉田土壤中速效钾含量分别平均增幅 12.58%、11.62%、10.89%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉田土壤中速效钾含量平均增幅 20.93%、 17.29%、14.23%。速效钾含量在整个生长阶段呈现逐步降低趋势。从土壤垂直变化规律来看，苗期、蕾期、花期各处理土壤速效钾含量均表现为随土壤深度的增加呈现降低的趋势，苗期与花期 0～40 cm 土层土壤与 40～60 cm 土层土壤速效钾含量有显著性差异（P<0.05），0～40 cm 土层速效钾含量较 40～60 cm 土层在苗期和花期分别平均增加了 31.98、41.64 mg·kg-1；在蕾期，0～20 cm 土层土壤速效钾含量显著高于 20～40 和 40～60 cm 土层（P<0.05），分别平均增加了 25.19 和 47.64 mg·kg-1；铃期出现 20～40 cm 土层土壤速效钾含量显著高于0～20 和 40～60 cm 土层土壤（P<0.05），平均增加了 25.86mg·kg-1。
图7棉花不同生育时期棉田速效钾含量变化
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。
2.2.4 不同处理对土壤有机质的影响
图8表明，覆膜方式、补灌方式和覆膜方式与灌溉方式的交互作用对苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤中有机质含量均有显著影响（P<0.05， P<0.01，P<0.001），但铃期覆膜方式与灌溉方式的交互作用对土壤有机质含量没有显著影响 （P>0.05）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉田土壤有机质含量分别平均增幅 7.45%、21.31%、19.25%、17.04%；与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉田土壤中有机质含量分别平均增幅 8.35%、4.61%、6.66%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉田土壤中有机质含量分别平均增幅 21.74%、13.02%、13.02%。土壤有机质含量随生育期呈先降低后升高的趋势。从土壤垂直变化规律来看，各生育期各处理土壤有机质含量均表现为随土壤深度的增加呈现降低的趋势，即 0～20 cm 土层土壤有机质含量显著高于 20～40 和 40～60 cm 土层（P<0.05），0～20 cm 土层有机质含量在苗期、蕾期、花期和铃期较 20～40 cm 土层分别平均增加了 2.45、0.99、2.15、1.85 g·kg-1，在苗期、蕾期、花期和铃期较 40～60 cm 土层分别平均增加了 3.32、2.10、3.41、3.49 g·kg-1。
图8棉花不同生育时期棉田有机质含量变化
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。
2.3 不同处理对棉花干物质量的影响
如图9所示，棉花苗期、蕾期、花期和铃期各器官干物质积累总量分别为 1896.0～2398.2、 3850.7～5408.9、7296.8～9178.1 和 8443.9～11137.7 kg·hm-2。覆膜方式对苗期、蕾期、花期和铃期的棉花干物质量均有显著影响（P<0.01， P<0.001），灌溉方式对蕾期、花期和铃期的棉花干物质量均有显著影响（P<0.01，P<0.05），但覆膜方式与灌溉方式的交互作用对棉花干物质量无显著影响（P>0.05）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉花干物质量分别平均增幅 20.14%、18.24%、12.13%、16.30%；与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉花干物质量分别平均增幅 9.36%、4.23%、7.41%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉花干物质量分别平均增幅 17.74%、10.64%、13.41%。
图9棉株各时期各器官干物质量
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。不同小写字母表示同一时期同一器官不同处理间差异显著（P<0.05）；不同大写字母表示棉花整株间差异显著（P<0.05）。图10 至图12 同。
2.4 不同处理对棉花养分吸收的影响
2.4.1 不同处理对棉花氮素吸收的影响
如图10所示，苗期、蕾期、花期和铃期，植株氮素吸收量分别为 107.39～128.95、161.46～192.42、198.20～323.70 和 494.98～604.19 kg·hm-2。覆膜方式对苗期、花期和铃期棉花氮素吸收量均有显著影响（P<0.05，P<0.01，P<0.001），灌溉方式和覆膜方式与灌溉方式的交互作用对蕾期、花期和铃期棉花氮素吸收量无显著影响（P>0.05）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉花氮素吸收量分别平均增幅 15.75%、7.55%、34.64%、 10.25%；与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉花氮素吸收量分别平均增幅 8.50%、8.49%、 4.98%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉花氮素吸收量分别平均增幅 12.25%、21.81%、10.80%。
2.4.2 不同处理对棉花磷素吸收的影响
如图11所示，苗期、蕾期、花期和铃期，植株磷素吸收量分别为 13.22～15.81、27.88～34.64、 41.79～51.01 和 73.30～104.84 kg·hm-2。覆膜方式对苗期、蕾期、花期和铃期棉花磷素吸收量均有显著影响（P<0.05，P<0.001），灌溉方式对蕾期、花期和铃期棉花磷素吸收量均有显著影响（P<0.05，P<0.001），覆膜方式与灌溉方式的交互作用对蕾期和花期棉花磷素吸收量有显著影响（P<0.001）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉花磷素吸收量分别平均增幅 17.84%、8.27%、8.01%、23.51%； 与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期和铃期棉花磷素吸收量分别平均增幅 3.57%、13.67%，但在花期降幅 0.21%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉花磷素吸收量分别平均增幅 14.21%、10.26%、18.50%。
图10棉株各时期各器官氮素吸收量
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。
2.4.3 不同处理对棉花钾素吸收的影响。
如图12所示，苗期、蕾期、花期和铃期，植株全钾吸收量分别为 131.15～155.92、216.26～276.68、229.51～296.58 和 363.27～472.12 kg·hm-2。覆膜方式对苗期、蕾期、花期和铃期棉花钾素吸收量有显著影响（P<0.001），灌溉方式对蕾期、花期和铃期棉花钾素吸收量有显著影响（P<0.01，P<0.001），覆膜方式与灌溉方式的交互作用对棉花钾素吸收量无显著影响（P>0.05）。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下苗期、蕾期、花期和铃期棉花钾素吸收量分别平均增幅 12.29%、11.55%、13.43%、16.64%；与 6 次淡水相比，咸水补灌下蕾期、花期和铃期棉花钾素吸收量分别平均增幅 10.85%、7.98%、4.59%，8 次淡水下蕾期、花期和铃期棉花钾素吸收量分别平均增幅 12.54%、13.47%、12.27%。
2.5 不同处理对棉花产量的影响
如图13所示，与单膜覆盖相比，双膜覆盖能显著增加棉花的产量。棉花产量顺序为 DT3>DT2>DT1>ST3>ST2>ST1，DT3、DT2、DT1、ST3 和 ST2 处理的产量较 ST1 处理增幅分别为 41.29%、 27.30%、22.15%、16.68% 和 8.64%。
图11棉株各时期各器官磷素吸收量
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。
图12棉株各时期各器官钾素吸收量
注：a 为苗期，b 为蕾期，c 为花期，d 为铃期。
图13棉花产量
3 讨论
3.1 双膜覆盖对土壤水热盐的影响
棉花生长离不开土壤条件，土壤的水、热、盐条件是影响棉花出苗和产量的重要因素，本研究表明，不同覆膜方式对土壤水分、温度和盐分有显著影响。双膜覆盖处理的土壤含水率和土壤温度较单膜覆盖均有提升，土壤电导率均有下降，这与董欣等[21]、王硕等[11]和庄亮亮等[22]的研究结果大体一致。
随着土壤深度的增加，单膜覆盖的含水率逐渐增加，双膜覆盖的含水率随土壤深度的增加呈现先增加后减少的趋势。深层土壤的含水率高于表层土壤是由于表层土壤的水分被蒸发。而双膜覆盖拥有较好的保水能力，能降低土壤的水分蒸发，增加表层土壤的含水率。本研究表明，双膜覆盖较单膜覆盖能提升 0～20 cm 土层的土壤含水率 4% 以上，能吻合棉花根系的分布和水分需求，较好地解决棉花前期缺水问题并促进保苗稳株。
张玉梅等[23]的研究表明，双膜覆盖具有良好的增温效果，较单膜覆盖能有效提高土壤温度，这与本试验结果一致。双膜覆盖可以有效减少土壤热量向大气中的散失。与单膜覆盖相比，双膜覆盖增加了一层覆盖物，从而增强了对土壤的保温作用。本研究表明，双膜覆盖较单膜覆盖在揭膜前增温 8.78%，揭膜后较单膜覆盖增温 3.39%，能较好地解决南疆早春低温的问题。
庄亮亮等[22]的研究表明，双膜覆盖更好地抑制了土壤水分蒸发，阻止土壤盐分的表聚；这与本试验结果一致。双膜覆盖保水能力会促使土壤水分向下渗透，使得双膜覆盖深层土壤的电导率高于单膜覆盖，本研究表明，双膜覆盖较单膜覆盖在揭膜前降低电导率 17.51%，揭膜后较单膜覆盖降低 7.79%，能有效缓解南疆棉花出苗受盐分危害的问题。
双膜覆盖对土壤盐分影响延申至棉花生育期， DT2 处理即使在补灌咸水后，在棉花的花期与铃期，土壤盐分含量也与 ST1 和 ST3 处理没有显著性差异。双膜覆盖在不增加土壤盐分含量的前提下，能有效缓解南疆淡水资源短缺问题。
3.2 覆膜方式和灌溉方式对棉田土壤基本肥力特征的影响
土壤速效养分是作物养分的直接来源，作物产量与土壤速效养分含量密切相关[24]。本研究表明，与单膜覆盖相比，双膜覆盖处理后的土壤在棉花的苗期、蕾期、花期和铃期均能提高土壤速效养分以及有机质含量。这可能由于双膜较单膜能更好地提高土壤的水热条件[11]，以及微生物活性[25]，有利于土壤养分的释放，从而促进土壤速效养分和有机质含量增加。
南疆地区淡水资源短缺，为维持作物生长，咸水灌溉对于缓解南疆淡水资源短缺有着重要的现实意义。本研究发现，与 6 次淡水灌溉相比，咸水补灌和 8 次淡水灌溉在棉花的蕾期、花期和铃期均能提高土壤速效养分以及有机质含量。其原因可能是：补水通常意味着土壤中水分含量相对较为稳定和充足，充足的水分可以溶解土壤中的速效养分，即当补灌水分时，土壤中的碱解氮、有效磷和速效钾等养分更容易被溶解和运输，提高土壤速效养分的含量；较高的灌溉频率可能使土壤更加疏松，孔隙度增加，这有助于提高土壤的通气性和透水性，为土壤微生物的活动创造更好的环境，微生物活性增强可以促进土壤速效养分的释放。
咸水补灌补充了水分但也带入了盐分，如钠离子、钙离子和镁离子等，从而影响速效养分的含量。研究表明，当咸水中的钠离子浓度较高时，会与铵离子、钾离子竞争土壤胶体上的吸附位点，使得铵离子、钾离子的吸附量减少，进而降低了土壤碱解氮、速效钾的含量；咸水中的盐分与土壤中的磷发生化学反应，形成难溶性的磷酸盐，从而降低了土壤中有效磷的含量[26-28]。同时，盐胁迫可能会降低微生物数量，减少土壤速效养分的释放。本试验条件下，补水对速效养分含量所带来的正面影响大于盐分的负面影响，即咸水补灌下土壤速效养分含量高于 6 次淡水灌溉，但低于 8 次淡水灌溉。
3.3 覆膜方式和灌溉方式对棉花养分吸收与产量的影响
氮、磷、钾被称为植物生长的“三大营养元素”，在棉花的生长发育过程中起着至关重要的作用。土壤速效养分是棉花养分获取的重要来源之一。本研究表明，双膜覆盖能提高土壤速效养分含量，从而增加植物的养分吸收量。与单膜覆盖相比，双膜覆盖下棉花植株的氮吸收量增幅7.55 %～34.64%，磷吸收量增幅 8.01%～23.51%，钾吸收量增幅 11.55%～16.64%。有研究表明，提高土壤速效养分含量能够促进棉花对养分的吸收[29-31]，这与本研究结果基本一致。同时双膜覆盖拥有良好的增温效果，能提高棉花的出苗率以及良好的生长形态，能使根系活力增强，根系干重加大[32]。发达的根系意味着有更多的根表面积，这可以增加与土壤的接触面积，从而提高对养分的吸收能力。
干旱区土壤补充水分能使土壤颗粒之间的空隙被水填充，从而改善土壤的通气性和透水性[33]。这有利于根系的呼吸作用，促进根系的生长和扩展，进而增加根系与土壤的接触面积，提高对养分的吸收能力。在缺水地区，合理的灌溉可以显著提高棉花对养分的吸收效率[34]。有研究表明，随着灌溉水矿化度的增大，棉花各器官养分含量呈现先增加后降低的趋势，说明适量的盐分可以促进棉花养分的吸收，但过多的盐分会使棉花养分含量降低[35-36]。本研究表明，补充水分能提高植株的养分吸收量，但 6 次淡水灌溉和咸水补灌处理下的植株养分吸收量差异不显著，淡水补灌相较咸水补灌能提高棉花的养分吸收量。同时，咸水的渗透压较高，会使植物根系吸收水分变得困难，导致咸水补灌下提高棉花养分吸收量低于淡水补灌。上述结果表明，适量的咸水补灌能增加棉花的养分吸收能力，有效缓解南疆水资源短缺问题。棉花不同生育期的耐盐性不同，蕾期和花期进行不同矿化度补水后，咸水对两种处理的营养生长的抑制作用相近，咸水补灌下根、茎、叶干物质量较 8 次淡水分别下降 6.43% 和 6.55%；但对生殖生长的抑制作用出现差异，蕾期咸水补灌的抑制更为明显，咸水补灌较 8 次淡水下生殖器官干物质量下降 13.66%，而花期为 5.48%。
前人研究表明，双膜覆盖对棉花的产量有促进作用[10，37]，这与本研究结果一致。本研究中，双膜覆盖产量较单膜覆盖增加 29.27%，双膜覆盖较单膜覆盖能显著提升棉花的出苗率与铃重，从而达到提升产量的目的。本研究结果表明，与 6 次淡水相比，6 次淡水 +2 次咸水能增加棉花的产量，增产 4.5%。咸水补灌增加了棉花的密度和铃重，从而实现了增产，但与 6 次淡水灌溉之间没有显著性差异。说明在缺水地区，适量补灌咸水不会降低棉花产量，可以有效缓解棉花的营养生理问题，这与刘雪艳等[12]研究结果相近，适当的咸淡混合灌溉方式对棉花生长、产量影响较小，在干旱缺水地区补灌适量咸水，对于缓解区域水资源短缺，保证棉花产量具有重要的作用。本试验条件下，覆膜方式和灌溉方式对棉花的产量有显著影响。覆膜方式与灌溉方式的交互作用对棉花产量没有显著性影响。通过双膜覆盖保证棉花出苗率，后期可以通过适量的咸水补灌进行稳产。
4 结论
（1）双膜覆盖能影响土壤的水热盐，与单膜覆盖相比，双膜覆盖能提高土壤含水率，土壤温度，降低表层土壤电导率，从而促进棉花的出苗与生长。双膜覆盖能显著提高棉花出苗率以及铃重，从而提高棉花产量，具有增产效应。
（2）与 6 次淡水相比，6 次淡水 +2 次咸水和 8 次淡水均能提高土壤养分含量，且 8 次淡水效果更为明显。咸水补灌与 6 次淡水相比，能提高土壤养分含量，提高棉花养分吸收量，从而提高产量，有效缓解淡水资源短缺问题。与 8 次淡水相比，咸水补灌会影响棉花的营养生长和生殖生长，但影响不显著。
（3）本研究首次将双膜覆盖与咸水补灌相结合，以双膜覆盖降低土壤表层盐分来缓解咸水补灌带来的土壤盐渍化问题，有效应对新疆淡水资源缺乏的问题。双膜覆盖 + 咸水补灌（DT2 处理）较单膜覆盖 +6 次淡水（ST1 处理）的土壤有机质、碱解氮、有效磷、速效钾含量均有显著提升；DT2 处理较 ST1 处理棉花氮素、磷素、钾素吸收量、干物质量、产量均有显著提升。