Как вырастить больше хлопка, используя меньше воды? Ответ — в воздухе.

В данном исследовании изучается влияние аэрированного подповерхностного капельного орошения (АПКО) на рост и урожайность мульчированного хлопчатника с целью определения оптимального режима сочетания воды и воздуха для АПКО в хлопководстве. Эксперимент, проведенный в 2021–2022 гг., включал два режима аэрации (аэрация A1 и без аэрации A0) и четыре поливные нормы (W1, W2, W3 и W4), организованные по двухфакторной схеме рандомизированных блоков, что составило восемь различных вариантов обработки.

Результаты показали, что АПКО достоверно стимулировало расход почвенной влаги в слое 0–40 см в периоды цветения и раскрытия коробочек хлопчатника. В частности, по сравнению с вариантом без аэрации (A0), аэрированный режим (A1) снизил влажность почвы на 5,84–7,83% в фазе цветения и на 7,45–13,39% в фазе раскрытия коробочек. Кроме того, как аэрация, так и увеличение поливных норм не только повышали индекс листовой поверхности (ИЛП) хлопчатника, но и замедляли отмирание листового аппарата, способствуя продлению фотосинтетической активности.

Аэрация также благоприятно повлияла на распределение надземной биомассы хлопчатника в сторону увеличения ее доли в фазах бутонизации и формирования коробочек. Так, в период раскрытия коробочек доля биомассы бутонов, цветков и коробочек составляла в среднем 62,98% при аэрации против 62,27% без аэрации.

Более того, сочетание аэрации с увеличенными поливными нормами привело к повышению урожайности хлопка-сырца. Аэрированное орошение увеличило урожайность на 1,79% в 2021 г. и на 4,43% в 2022 г. по сравнению с неаэрированным. Этот подход также достоверно (p < 0,01) повысил водопотребление хлопчатника и среднесуточный расход воды. Важно отметить, что аэрация улучшила эффективность использования поливной воды (ИПВ), достигнув показателей 1,72 кг/м³ в 2021 г. и 1,62 кг/м³ в 2022 г. для АПКО против 1,69 кг/м³ и 1,57 кг/м³ соответственно для неаэрированного подповерхностного капельного орошения.

В заключение, с точки зрения экономии воды и повышения урожайности, поливная норма 337,4 мм в период вегетации при использовании АПКО рекомендуется в качестве эффективной стратегии для мульчированного хлопчатника по схеме «одна пленка, три трубки, шесть рядов» на юге Синьцзяна.

Синьцзян является крупнейшей в Китае базой по производству высококачественного хлопка, обеспечивая 80,25% площади посевов и 87,99% производства хлопковолокна страны в период с 2019 по 2022 год со среднегодовым объемом производства около 5,17 млн тонн [1,2,3]. С 1996 года капельное орошение под мульчей стало преобладающим методом возделывания хлопчатника в регионе, что заметно повысило урожайность с 853,75 кг/га в 1988 году до 1817,58 кг/га к 2020 году [4], благодаря способности снижать испарение почвенной влаги и повышать температуру почвы. Однако эта технология требует ежегодных инвестиций в размере 1500 юаней с гектара на замену капельных лент, которые также создают риск загрязнения почвы [5]. Подповерхностное капельное орошение (ПКО) размещает поливные трубки в корневой зоне, напрямую доставляя воду и питательные вещества, тем самым оптимизируя эффективность использования воды [6,7,8,9] и способствуя более высоким урожаям различных культур [10,11,12,13,14]; срок его службы при правильном обслуживании составляет 10–20 лет [15].

Несмотря на преимущества, традиционное ПКО в Синьцзяне часто предполагает использование широкой полиэтиленовой пленки, покрывающей более 90% поверхности почвы, что препятствует газообмену между почвой и атмосферой [16] и может вызывать кислородный стресс в корневой зоне хлопчатника [17,18]. Этот стресс может негативно влиять на фотосинтез, транспирацию и накопление сухого вещества у хлопчатника, а также на формирование коробочек [19,20,21]. Исследования показали, что превышение 75% потребности культуры в воде при ПКО не увеличивает урожайность хлопчатника [22,23], вероятно, из-за снижения уровня кислорода в почве [24].

Корневая зона растения — это динамическая система, включающая почву, корни, почвенные микроорганизмы и ферменты, среди других факторов. Почвенные микроорганизмы, важнейшие для трансформации питательных веществ и биохимических процессов, различаются по составу и численности в зависимости от уровня кислорода в почве. Аэрированное орошение, являющееся усовершенствованием подповерхностного капельного орошения, предполагает введение воздуха в систему полива с помощью воздушных компрессоров, инжекторов Вентури и генераторов нанопузырьков для удовлетворения потребностей корневой зоны и её микроорганизмов в кислороде [25]. Было показано, что этот метод повышает урожайность, качество продукции и эффективность использования воды [26,27,28].

Было отмечено, что аэрация увеличивает популяции микроорганизмов в верхних 15 см почвы, улучшает использование органических удобрений и повышает разнообразие почвенной микробиоты примерно на 4,2%, добавляя 6–7 видов [29]. Она также способствует нитрификации почвы, увеличивая продукцию нитратного азота более чем на 40% [30], и усиливает синтез легкодоступного почвенного фосфора на 7,0–31,1% [31]. Кроме того, она улучшает поглощение калия тепличными культурами и повышает активность почвенных ферментов [32,33,34], которые являются индикаторами здоровья почвы.

В настоящее время аэрированное орошение в основном применяется для тепличных культур, таких как томаты, огурцы и капуста [35,36,37,38], и в меньшей степени для зерновых культур, таких как кукуруза, пшеница, люцерна и рис [39,40,41,42]. Однако его применение в хлопководстве, особенно в таких регионах, как Синьцзян, менее документировано.

Синьцзян, расположенный в сердце Евразийского континента, характеризуется засушливым климатом с минимальным количеством осадков, и возделывание культур в значительной степени зависит от орошения. В 2020 году сельское хозяйство Синьцзяна потребило около 496,2 млрд кубических метров воды, что составило 95% от общего водопользования региона [43,44]. Для экономии воды исследуется подповерхностное просачивающее орошение как более эффективная технология. Этот метод использует небольшие поры в оросительных трубках для доставки воды непосредственно в почву, заметно снижая поверхностное испарение.

Индекс листовой поверхности (ИЛП) имеет решающее значение для определения скорости фотосинтеза полога, так как он измеряет площадь листьев относительно площади земли, что напрямую влияет на способность культуры синтезировать органическое вещество посредством фотосинтеза и транспирации [45,46,47].

Данное исследование сосредоточено на мульчированном хлопчатнике в Южном Синьцзяне, изучая влияние аэрированного орошения и различных поливных норм на влажность почвы, рост хлопчатника, характер водопотребления и эффективность использования оросительной воды. Оно направлено на выяснение механизмов, с помощью которых аэрированное орошение может повысить урожайность, и обеспечение теоретической и технической основы для оптимизации производства хлопка и использования водных ресурсов в засушливых регионах.

2.1. Обзор опытного участка

Исследование проводилось на Опытной базе по водосберегающему орошению Таримского университета в Синьцзяне, Китай, расположенной на 81°17′ в.д. и 40°32′ с.ш. Эксперименты проводились с 20 апреля по 10 октября в 2021 и 2022 годах. Этот регион характеризуется экстремальным умеренно-континентальным аридным пустынным климатом со среднегодовой температурой 12 °C, количеством осадков 46 мм и высоким испарением 2100 мм. Территория отличается длительным безморозным периодом в 207 дней и получает около 2950 часов солнечного сияния в год. Почва на участке представляет собой средний суглинок с pH в верхнем метре от 7,31 до 7,54. Анализ почвы показал содержание общего азота от 0,64 до 1,34 г/кг, доступного фосфора от 31,12 до 51,21 мг/кг, доступного калия от 349,57 до 467,51 мг/кг и объемную массу сухой почвы от 1,36 до 1,45 г/см³. Водоудерживающая способность почвы составила 20,69% для глубины 0–40 см и 25,28% для глубины 40–100 см.

Для точного метеорологического мониторинга в 20 м от опытного участка была установлена автоматическая метеостанция «Кэмпбелл». Эта станция предоставляла непрерывные данные об осадках, относительной влажности, температуре воздуха и солнечной радиации. В период вегетации хлопчатника количество осадков составило 48,4 мм в 2021 году и 43,6 мм в 2022 году, при среднесуточной температуре 21,93 °C и 24,76 °C соответственно (Рисунок 1).

Рисунок 1. Метеорологические данные для опытных периодов 2021 и 2022 годов.

2.2. Схема эксперимента и методика

Для оценки влияния АПКО на рост хлопчатника в исследовании использовался двухфакторный план эксперимента с вариациями аэрации и уровня орошения. Эксперимент включал два варианта аэрации — аэрированный (A1) и неаэрированный (A0) — и четыре различные поливные нормы (W1, W2, W3, W4) для каждого условия аэрации, что дало восемь различных вариантов обработки. Каждый вариант повторялся три раза, в итоге было организовано 24 опытные делянки в схеме рандомизированных полных блоков (Таблица 1).

Таблица 1. Схема эксперимента.

Для аэрированного варианта (A1) использовался воздушный насос (модель LP-40, производительность 50 л/мин, производства Shenzhen Xing Ri Sheng Industrial Co., Ltd., Шэньчжэнь, Китай). Аэрация проводилась ежедневно с 9:00 до 11:00, начиная со стадии всходов и до стадии раскрытия коробочек хлопчатника, каждая сессия аэрации длилась два часа. В это время суток, когда температура ниже и испарение воды при поливе меньше, растения более эффективно обеспечиваются необходимой им водой [42].

Поливная норма для хлопчатника рассчитывалась следующим образом [48]:

В экспериментальной установке для изучения эффектов АПКО на рост хлопчатника поливная норма рассчитывалась на основе нескольких факторов. Формула, используемая для определения поливной нормы (I, мм), включала потребность культуры в воде (ET, мм), эффективные осадки (P₀, мм), коэффициенты культуры для хлопчатника (Kc) и потребность эталонной культуры в воде. Потребность эталонной культуры в воде (ET₀, мм) рассчитывалась по методу Пенмана-Монтейта (FAO56-PM), значения составили 759,86 мм в 2021 году и 895,8 мм в 2022 году для стадий роста хлопчатника. Коэффициенты культуры варьировали в зависимости от фазы роста: 0,50 на стадии бутонизации и 1,13 на стадии цветения согласно [49]. Кроме того, использовались специфические коэффициенты (α) для поливных норм, варьирующиеся от 0,3 до 0,6 на стадии бутонизации и от 0,93 до 1,23 на стадии коробочки для разных вариантов полива (W1, W2, W3, W4) (Таблица 2).

Таблица 2. Kc и коэффициенты (α) для разных фаз развития хлопчатника.

Что касается практики орошения, опытные делянки поливали десять раз в год: три раза на стадии бутонизации и семь раз на стадии коробочки, без полива на стадиях всходов и раскрытия коробочек. Общая поливная норма варьировала от 273,6 мм до 404,2 мм. Удобрение тщательно контролировалось: до посева вносилось 300 кг/га диаммонийфосфата и 225 кг/га мочевины. На протяжении вегетационной стадии всего было внесено 900 кг/га удобрений в восемь приемов, включая 600 кг/га мочевины (массовая доля N 46,4%) и 300 кг/га дигидрофосфата калия (массовая доля P₂O₅ 51,5% и K₂O 34%). Эти удобрения были полностью растворимы и вносились через систему капельного орошения в соответствии с соотношениями, показанными на Рисунке 2. Этот метод обеспечивал прямую доставку питательных веществ в корневую зону, оптимизируя их поглощение и минимизируя потери.

Рисунок 2. График орошения и внесения удобрений для хлопчатника в 2021 и 2022 годах.

Полевая опытная делянка для исследования роста хлопчатника имела размеры 10 м в длину и 7 м в ширину, общей площадью 42 квадратных метра. Каждая делянка была отделена изоляционной зоной шириной 0,5 м для предотвращения влияния обработок друг на друга. Система капельного орошения была оборудована накопительным баком на 1,0 кубический метр, сетчатым фильтром на 120 меш от компании Netafim Limited Company (Тель-Авив, Израиль), а также инжектором для удобрений Вентури, манометром, водомером и шаровым краном, среди прочих компонентов.

Для аэрации каждая делянка была индивидуально оборудована воздушным насосом и контрольным шаровым краном, что позволяло точно контролировать как аэрацию, так и процессы полива, как показано на Рисунке 3.

Рисунок 3. Схема планировки полевого эксперимента.

Посаженный сорт хлопчатника — «Синьлучжун 88», даты посева — 20 апреля 2021 года и 15 апреля 2022 года. Схема посадки предполагала широкие и узкие междурядья, как показано на Рисунке 4, с расстоянием между рядами 10−66−10 см и расстоянием между растениями 10 см. Семена высевались на глубину 2–3 см, целевая теоретическая густота посадки составляла 270 000 растений на гектар. Способ возделывания соответствовал машинному способу уборки хлопка по схеме «одна пленка, три трубки, шесть рядов». При этом использовалась полиэтиленовая пленка шириной 2,05 м и толщиной 0,01 мм. Трубки для подповерхностного капельного орошения, предоставленные Shenzhen Weirun Irrigation Technique Co., Ltd. (Шэньчжэнь, Китай), укладывались с шагом 0,76 м и закапывались на глубину 0,2 м. Поливные трубки имели внутренний диаметр 16 мм, толщину стенки 1,5 мм и обеспечивали расход эмиттера 5 л в час на метр при рабочем давлении 0,06 МПа, как подробно описано Ли и др. в 2023 году [50]. Такая установка обеспечивала эффективную доставку воды и питательных веществ прямо в корневую зону, оптимизируя условия роста для хлопчатника.

Рисунок 4. Схема посадки хлопчатника и места отбора проб почвы (см).

2.3. Показатели и методы испытаний

2.3.1. Влажность почвы

Влажность почвы определялась весовым методом (высушиванием). Отбор проб проводился в трех конкретных местах на поле хлопчатника: в узких междурядьях, широких междурядьях и между полосами пластиковой мульчи. Пробы отбирались с интервалом 10 см до глубины 100 см. Почва из этих трех мест смешивалась для получения объединенной пробы с одной делянки. Приблизительно 50 г смешанной почвы помещали в алюминиевый бюкс и высушивали в сушильном шкафу при 105 °C в течение 8 часов до постоянного веса. Влажность почвы затем рассчитывали путем сравнения сырого и сухого веса с помощью аналитических весов с точностью 0,01 г [14].

2.3.2. Определение и расчет индекса листовой поверхности хлопчатника

В течение вегетационных сезонов с 19 июня по 22 августа 2021 года и с 18 июня по 24 августа 2022 года каждые 7 дней с каждой делянки отбирали шесть равномерно растущих растений хлопчатника. Растения срезали у основания стебля для измерения максимальных размеров листьев по длине и ширине. Площадь листьев на одно растение рассчитывалась по специфической формуле, а индекс листовой поверхности (ИЛП) определялся путем соотнесения площади листьев с густотой посадки [18].

В уравнении: LAI — индекс листовой поверхности; 0,7078 — коэффициент пересчета; ρ — густота посадки хлопчатника (измеренное эффективное количество растений составляет 1,5 × 10⁵ растений/га); m — фактическое измеренное количество растений; n — количество листьев у i-го растения; Lij и Wij — соответственно максимальная длина и максимальная ширина (в см) j-го листа i-го растения хлопчатника [18].

2.3.3. Вес надземного сухого вещества

На ключевых стадиях роста — всходы, бутонизация, цветение и раскрытие коробочек — с каждой делянки случайным образом отбирали три растения хлопчатника одинакового роста. Эти растения срезали на уровне земли и регистрировали сырой вес стеблей, листьев и бутонов (включая цветы и коробочки). Растительный материал затем подвергали двухэтапному высушиванию в сушильном шкафу: сначала при 105 °C в течение 30 минут для остановки физиологических процессов, затем при 75 °C в течение 48 часов до достижения постоянной массы. Сухой вес каждой компоненты измеряли на электронных весах для расчета сухой биомассы [18].

2.3.4. Водопотребление на стадии роста хлопчатника

Водопотребление хлопчатника на каждой стадии роста рассчитывалось по формуле, учитывающей различные факторы, такие как свойства почвенного слоя, начальное и конечное содержание почвенной влаги, объемы орошения и эффективные осадки, которые были незначительными в течение периодов исследования.

В этой модели ET₁–₂ представляет водопотребление хлопчатника на каждой стадии роста, выраженное в миллиметрах (мм). Переменная 'i' обозначает конкретный почвенный слой, а 'n' — общее количество рассматриваемых почвенных слоев. Термин γᵢ относится к объемной массе сухой почвы в слое 'i', измеряемой в граммах на кубический сантиметр (г/см³). Hᵢ указывает толщину почвенного слоя 'i' в сантиметрах (см). Wᵢ₁ и Wᵢ₂ представляют массовую влажность почвенного слоя 'i' в начале и конце стадии роста соответственно, выраженную в процентах (%). Переменная M означает поливную норму для стадии, измеряемую в миллиметрах (мм). P представляет эффективные осадки, которые в 2021 и 2022 годах были менее 5 мм на каждой стадии роста хлопчатника, и поэтому P считается равным нулю (P = 0). K обозначает количество пополнения грунтовых вод, которое также равно нулю (K = 0) из-за глубины залегания грунтовых вод от 3,0 до 3,5 м в опытной зоне. Наконец, C представляет поверхностный сток, который отсутствует в процессе просачивающего орошения, и, следовательно, C равен нулю (C = 0) [16].

2.3.5. Урожайность хлопка-сырца и эффективность использования оросительной воды

На стадии раскрытия коробочек на каждой опытной делянке выделяли учетные площадки размером
1 м² для оценки производства хлопка-сырца. Регистрировали количество растений, количество коробочек на растении и массу коробочек для расчета урожайности хлопка-сырца. Кроме того, эффективность использования оросительной воды (IWUE) рассчитывалась путем соотнесения урожайности хлопка-сырца с объемом поданной оросительной воды.

(1) Производство хлопка-сырца

Для измерения производства хлопка-сырца на стадии раскрытия коробочек хлопчатника на каждой делянке выделяли учетные площадки размером 1 м на 1 м. В пределах этих площадок тщательно подсчитывали и взвешивали количество растений хлопчатника, количество коробочек на растении и массу коробочек. Эти данные затем использовались для расчета густоты посадки и урожайности хлопка-сырца, как изложено в уравнении (5) из [49].

В уравнении: Y — общая урожайность хлопка-сырца (10³ кг/га); ρ — густота посадки (растений/м²); n — количество коробочек хлопчатника на одно растение (шт./растение); w — масса одной коробочки (г).

(2) Эффективность использования оросительной воды

Эффективность использования оросительной воды хлопчатником IWUE (кг/м³) рассчитывалась из урожайности хлопка-сырца Y (кг/га) и поливной нормы I (м³/га) в течение вегетационной стадии хлопчатника:

2.4. Обработка данных и статистический анализ

Данные обрабатывались с помощью Microsoft Excel 2020, графики строились с использованием Origin 2021. Статистический анализ проводился с использованием дисперсионного анализа (ANOVA) в SPSS 22.0 для оценки влияния аэрированного орошения на ИЛП, надземную биомассу, урожайность хлопка-сырца и IWUE. Двухфакторный ANOVA использовался для изучения взаимодействий между аэрацией и поливными нормами.

3.1. Влияние АПКО на влажность почвы в полях мульчированного хлопчатника

Исследования показывают, что корневая система хлопчатника, орошаемого капельным методом в вегетационную фазу, в основном расположена в пределах глубины почвы 0–40 см [49,51]. Данные за 2021 и 2022 годы показывают вариации влажности почвы на разных стадиях развития хлопчатника, подробно изложенные на Рисунке 5 и в Таблице 3. Аэрация первоначально снижает водопотребление на стадиях всходов и бутонизации, что помогает поддерживать более высокий уровень влажности почвы. Однако по мере перехода хлопчатника от вегетативного к генеративному росту и расширения корневой системы водопотребление на аэрированных делянках АПКО увеличивается, превышая таковое на делянках с неаэрированным просачивающим орошением. Следовательно, на стадиях цветения и раскрытия коробочек уровень влажности на аэрированных делянках ниже, чем на неаэрированных, хотя эти различия не являются статистически значимыми (p > 0,05).

Рисунок 5. Среднее содержание почвенной влаги в слое 0–40 см при каждой обработке на разных стадиях развития.

Таблица 3. Двухфакторный дисперсионный анализ влияния разных обработок на содержание почвенной влаги в слое 0–40 см у хлопчатника на разных стадиях роста.

Для сравнения, среднее содержание влаги в основной корневой зоне (0–40 см) до стадии бутонизации было выше на 12,09% и 9,70% на аэрированных делянках в 2021 и 2022 годах соответственно. Напротив, на стадии цветения содержание влаги было ниже на 5,84% и 7,83%, а на стадии раскрытия коробочек — ниже на 7,45% и 13,39% на аэрированных делянках по сравнению с неаэрированными.

Статистический анализ (ANOVA) показал, что аэрация заметно влияла на содержание почвенной влаги в слое 0–40 см на стадии бутонизации (p < 0,05). Аналогично, орошение имело значительный эффект на содержание влаги на стадии цветения в 2021 году и на стадии бутонизации в 2022 году. Однако эти эффекты не были значительными на других стадиях роста (p > 0,05), и взаимодействие между аэрацией и орошением не меняло существенно влажность почвы в течение всего цикла роста хлопчатника. Можно видеть, что аэрированное орошение может влиять на содержание почвенной влаги, особенно на стадии бутонизации хлопчатника.

3.2. Влияние АПКО на индекс листовой поверхности (ИЛП) хлопчатника

Индекс листовой поверхности (ИЛП) — это важный экологический показатель, отражающий площадь листьев на единицу площади земли культуры, играющий важную роль в таких процессах, как фотосинтез, транспирация и производство биомассы у хлопчатника [47]. На протяжении стадий роста хлопчатника ИЛП демонстрировал стабильную одновершинную кривую для разных обработок (Рисунок 6). При постоянных настройках аэрации ИЛП увеличивался с повышением объемов полива. В частности, при обработке A1W4 ИЛП показал увеличение на 48,52%, 23,08% и 11,07% по сравнению с обработками A1W1, A1W2 и A1W3 соответственно за 2 года (p < 0,05). Аналогично, обработка A0W4 без аэрации продемонстрировала увеличение ИЛП за 2 года на 46,40%, 21,99% и 10,61% по сравнению с обработками A0W1, A0W2 и A0W3 соответственно (p < 0,05). Кроме того, аэрированные обработки увеличивали ИЛП на 6,47–8,01% по сравнению с неаэрированными обработками при различных уровнях орошения (p < 0,05). В течение стадий раскрытия коробочек в 2021 и 2022 годах аэрированные обработки приводили к тому, что ИЛП был на 11,07% и 10,35% выше, чем при неаэрированных обработках.

Рисунок 6. Изменение индекса листовой поверхности на разных стадиях роста хлопчатника.

3.3. Влияние АПКО на надземную биомассу мульчированного хлопчатника

Аэрация в сочетании с увеличенным поливом заметно усиливала накопление надземной сухой биомассы у хлопчатника, особенно заметно с стадии бутонизации до стадии раскрытия коробочек — критического периода формирования урожайности хлопка-сырца (Рисунок 7). В 2021 и 2022 годах АПКО увеличивало надземную сухую биомассу на 7,70% и 0,42%, 5,58% и 9,85%, 4,13% и 4,19% соответственно на стадиях бутонизации, коробочки и раскрытия коробочек по сравнению с неаэрированными обработками. На стадии раскрытия коробочек аэрированный хлопчатник (A1) показал увеличение биомассы на 0,39%, 2,01%, 4,36% и 9,16% по сравнению с неаэрированным (A0) при уровнях полива W1, W2, W3 и W4 соответственно. При схожих условиях аэрации увеличение поливной нормы также приводило к более высокой надземной биомассе: обработка A1W4 показала увеличение на 25,33%, 19,78% и 6,52% по сравнению с обработками A1W1, A1W2 и A1W3 соответственно в 2021 и 2022 годах; а обработка A0W4 показала увеличение на 15,27%, 11,94% и 1,84% по сравнению с обработками A0W1, A0W2 и A0W3.

Рисунок 7. Качество надземного сухого вещества хлопчатника на разных стадиях роста. Разные строчные буквы указывают на значимые различия между обработками.

Результаты дисперсионного анализа (ANOVA) подчеркнули высоко значимый эффект аэрации на общее качество сухого вещества хлопчатника на всех критических стадиях роста, со значительными эффектами также от орошения на этих стадиях (p < 0,01). Взаимодействие между аэрацией и орошением заметно влияло на надземную биомассу на стадии раскрытия коробочек (Таблица 4).

Таблица 4. Анализ дисперсии надземного сухого вещества хлопчатника.

Коэффициенты распределения биомассы между листьями, стеблями и репродуктивными компонентами хлопчатника различались на разных стадиях роста. По мере перехода хлопчатника от вегетативного к генеративному росту доля биомассы листьев и стеблей снижалась, в то время как доля репродуктивных компонентов, таких как бутоны, цветы и коробочки, увеличивалась. В частности, доля биомассы листьев снижалась примерно с 51,75–57,45% на стадии всходов до около 10,45–10,91% на стадии раскрытия коробочек при аэрированных условиях. Напротив, доля репродуктивной биомассы увеличивалась примерно с 12,70% на стадии бутонизации до более 62,78% на стадии раскрытия коробочек при аэрированных условиях (Таблица 5), что подчеркивает роль АПКО в увеличении репродуктивной биомассы, важной для экономического урожая хлопчатника.

Таблица 5. Процентное соотношение надземной биомассы хлопчатника при разных обработках в 2021–2022 годах.

3.4. Влияние АПКО на водопотребление мульчированного хлопчатника

Водопотребление хлопчатника в течение его вегетационной стадии подробно описано в Таблице 6. Применение аэрации и увеличение поливных норм приводило к росту водопотребления на всех стадиях роста хлопчатника. Среднее увеличение водопотребления для аэрированного орошения (A1) по сравнению с неаэрированным (A0) составило 18,56%, 9,85%, 20,70% и 13,61% при уровнях полива W1, W2, W3 и W4 в 2021 и 2022 годах. При одинаковых условиях аэрации водопотребление хлопчатника возрастало с увеличением поливной нормы; например, обработка A1W4 показала на 25,37%, 15,30% и 0,52% более высокое водопотребление, чем обработки A1W1, A1W2 и A1W3 соответственно. В неаэрированном режиме обработка A0W4 зафиксировала увеличение на 30,84%, 11,49% и 6,80%. Среднее водопотребление для аэрированных обработок в 2021 и 2022 годах составило 489,05 мм и 492,68 мм соответственно, что на 15,54% и 15,59% больше, чем у неаэрированных обработок. И аэрация, и уровень орошения, а также их взаимодействие заметно влияли на водопотребление в течение вегетационной стадии хлопчатника (p < 0,05).

Таблица 6. Водопотребление (ET) хлопчатника в 2021 и 2022 годах для каждой обработки.

Характер среднесуточного водопотребления при аэрированном капельном орошении в течение вегетационной стадии демонстрировал одновершинную тенденцию, увеличиваясь сначала, а затем снижаясь, с пиковыми значениями, наблюдаемыми на стадиях цветения и коробочки (Рисунок 8). Среднесуточное водопотребление на стадиях всходов, бутонизации, цветения и раскрытия коробочек в 2021 и 2022 годах составило 0,91 мм/сут, 2,61 мм/сут, 5,63 мм/сут и 1,61 мм/сут соответственно. Аэрация заметно увеличивала водопотребление на стадиях цветения и раскрытия коробочек: аэрированное орошение показало увеличение среднесуточного водопотребления на 18,82% и 33,35% по сравнению с неаэрированным орошением на этих стадиях. Эффекты аэрации и орошения на среднесуточное водопотребление на этих стадиях были высоко значимыми (p < 0,01), хотя взаимодействие между уровнями аэрации и орошения не влияло существенно на среднесуточное водопотребление на этих стадиях (p > 0,05).

Рисунок 8. Эвапотранспирация хлопчатника в 2021 и 2022 годах. Разные строчные буквы указывают на значимые различия между обработками.

3.5. Влияние АПКО на урожайность мульчированного хлопчатника и IWUE

Аэрация в сочетании с увеличенными поливными нормами была благоприятна для повышения урожайности хлопка-сырца и улучшения IWUE, как показано в Таблице 6. При уровнях полива W1, W2, W3 и W4 аэрированное просачивающее орошение (A1) привело к увеличению урожайности хлопка-сырца на 0,78%, 0,25%, 1,95% и 3,64% в 2021 году и на 6,69%, 0,43%, 4,48% и 6,24% в 2022 году по сравнению с неаэрированным просачивающим орошением (A0). В среднем за 2021 и 2022 годы аэрированное орошение дало увеличение урожая хлопка-сырца на 1,79% и 4,43%. Поливная норма имела высоко значимый эффект (p < 0,01) на урожайность хлопка-сырца, причем уровень полива W3 дал самую высокую урожайность хлопка-сырца при одинаковых условиях аэрации. Средняя двухлетняя урожайность хлопка-сырца для обработки A1W3 увеличилась на 45,72%, 24,18% и 0,49% по сравнению с обработками A1W1, A1W2 и A1W4 соответственно, а обработка A0W3 показала увеличение на 46,40% по сравнению с обработками A0W1, A0W2 и A0W4 (Таблица 7).

Таблица 7. Эффективность использования оросительной воды (IWUE) для каждой обработки в 2021 и 2022 годах.

Аэрированное орошение также улучшило IWUE, зафиксировав 1,72 кг/м³ и 1,62 кг/м³ в 2021 и 2022 годах соответственно, по сравнению с 1,69 кг/м³ и 1,57 кг/м³ для неаэрированных обработок. Самый высокий IWUE наблюдался при обработке A1W3, достигнув 1,88 кг/м³ в 2021 году и 1,77 кг/м³ в 2022 году.

4.1. Влияние аэрации и орошения на распределение почвенной влаги

Почва служит важной средой для обмена веществами, энергией и информацией между корневой системой культуры и окружающей средой. Практики, такие как орошение, удобрение и аэрация, могут индивидуально или совместно влиять на рост, распределение и функцию корневой системы. Эти изменения, в свою очередь, воздействуют на развитие и морфологию надземных органов растения и в конечном итоге влияют на урожайность культуры [16]. Аэрированное орошение улучшает дыхание почвы за счет увеличения аэрации [37,52], что поддерживает рост корней культуры и способность поглощать воду, а также улучшает транспорт и диффузию почвенной влаги [53]. Исследование Юй Чжэньчжэнь [54] показало, что аэрированная биомасса корней кукурузы увеличилась на 14,99–19,09%, что привело к снижению влажности почвы в корневой зоне на 5,33–12,71%. Гао Ланьлань и др. [55] обнаружили, что хотя аэрация снижала влажность почвы в корневой зоне картофеля, это снижение не было значительным, за исключением фазы расширения клубней.

В течение вегетационной стадии мульчированного хлопчатника аэрированное орошение влияет на распределение почвенной влаги, с меньшим воздействием на влажность почвы до стадий всходов и бутонизации, что благоприятно для сохранения влаги. Вероятно, это связано с тем, что корневая система хлопчатника неглубокая на стадии всходов и еще не достигла глубины залегания капельных трубок, в то время как потребность растения в воде все еще низка. По мере перехода хлопчатника от вегетативного к генеративному росту на стадиях цветения и раскрытия коробочек аэрация способствует росту корней [28], ускоряя расход почвенной влаги в пределах корневой зоны 0–40 см и снижая содержание почвенной влаги на этих стадиях. Содержание почвенной влаги при аэрированном орошении оказалось на 5,84% и 7,83% ниже, чем при неаэрированном орошении на стадии цветения, и на 7,45% и 13,39% ниже на стадии раскрытия коробочек. Содержание почвенной влаги увеличивалось с ростом поливной нормы в течение стадии роста хлопчатника, и поливная норма оказывала значительный эффект на влажность почвы (p < 0,05).

4.2. Влияние аэрации и орошения на индекс листовой поверхности у хлопчатника

Листья являются основными органами для обмена водой и газами между культурой и внешней средой и имеют решающее значение для фотосинтеза и формирования сухого вещества. Индекс листовой поверхности (ИЛП) — это важный показатель скорости фотосинтеза полога и отражает качество растительного сообщества культуры, играя значительную роль в достижении высоких урожаев [47]. Аэрация в течение вегетационной стадии может увеличить ИЛП хлопчатника, замедлить скорость его снижения, продлить фотосинтетический период листьев и повысить эффективность фотосинтеза. Эти изменения поддерживают вегетативный рост хлопчатника, а больший ИЛП и удлиненный фотосинтетический период благоприятны для накопления сухого вещества и формирования экономического урожая. Это согласуется с предыдущими исследованиями влияния аэрированного орошения на ИЛП таких культур, как картофель, томаты и хлопчатник [16,56,57,58]. Аэрированное орошение способствует поглощению воды и питательных веществ корневой системой, и питательные вещества используются для роста стеблей и листьев растения [42]. Влияние поливной нормы на ИЛП было значительным (p < 0,05), и аэрация эффективно увеличивала ИЛП хлопчатника, замедляла старение листьев, продлевала фотосинтетический период и способствовала повышению урожайности.

4.3. Влияние аэрации и орошения на биомассу, урожайность и продуктивность воды у хлопчатника

Аэрированное орошение улучшает рост культуры и накопление надземного сухого вещества, приводя к более высоким урожаям хлопчатника. Аэрация в течение вегетационной стадии стимулирует рост культуры [59], увеличивает урожайность культуры [56,60,61,62,63] и улучшает водопотребление и продуктивность оросительной воды в период роста хлопчатника [16,63,64]. Аэрирование улучшает дыхание и жизнеспособность корней [65,66]. Во время капельного орошения корневая зона культуры имеет тенденцию формировать непрерывную насыщенную влажную зону, что вызывает гипоксию в ризосфере, и аэрированное орошение смягчает стресс от гипоксии в ризосфере и способствует росту хлопчатника [56], увеличивая поглощение корнями почвенной влаги, тем самым способствуя увеличению индекса листовой поверхности, биомассы и водопотребления надземной части. Это оказывает положительное влияние на формирование урожая. Однако при более высоких поливных нормах это может привести к «ожирению» и позднему созреванию культуры, что приводит к более низким конечным экономическим урожаям (хлопок-сырец). Аэрация увеличила надземную часть биомассы в 2021 и 2022 годах, одновременно способствуя росту репродуктивных органов хлопчатника — бутонов и коробочек. Надземная биомасса бутонов и коробочек на стадии раскрытия коробочек была на 1,14% и 1,12% выше при аэрации по сравнению с неаэрированной обработкой соответственно. Это было главным образом связано с тем, что аэрированное орошение вызывало отток питательных веществ от вегетативных органов (корни, стебли, листья) к репродуктивным органам (плоды), что приводило к синергетическим эффектам с точки зрения урожайности культуры, качества и преимуществ использования воды и удобрений культурой [67].

Двухлетнее среднее надземной биомассы на стадии раскрытия коробочек при аэрированном режиме составило: A1W4 (24 603,21 кг/га) > A1W3 (23 097,47 кг/га) > A1W2 (20 540,64 кг/га) > A1W1 (19 630,09 кг/га), однако самая высокая урожайность хлопка-сырца была при обработке A1W3: урожайность хлопка-сырца A1W3 составила 6518,26 кг/га и 6455,26 кг/га в 2021 и 2022 годах соответственно. Урожайность хлопка-сырца обработки A1W3 была на 0,88% и 0,09% выше урожайности хлопка-сырца обработки A1W4 соответственно. Ван Синь и др. [68] обнаружили, что в уезде Аваты, Южный Синьцзян, при капельном орошении под пленкой в режиме машинной уборки хлопка на стадии роста, когда поливная норма составляет 405 мм, благоприятствует переносу накопления сухого вещества в репродуктивные органы, количество коробочек и вес коробочки одного растения значительно выше, и качество машинной уборки лучше. В работе [69] на основе полевых экспериментов, в сочетании с моделью DSSAT-CROPGRO-Cotton, было установлено, что при весеннем режиме орошения в южном Синьцзяне по схеме «1 пленка, 2 ленты, 6 рядов» подходящая поливная норма для стадии роста хлопчатника составляла от 330 до 396 мм. Ли и др. [70] показали, что продуктивность оросительной воды достигала максимума 1,76 кг/м³ при норме полива 448,3 мм в течение стадии роста хлопчатника при капельном орошении по схеме «одна пленка, три трубки, шесть рядов» в южном Синьцзяне. Данное исследование показывает, что с точки зрения экономии воды и увеличения урожайности хлопка-сырца, поливная норма 337,4 мм обеспечивает более высокую урожайность хлопка-сырца и IWUE, что может быть использовано в качестве лучшей ирригационной стратегии для машинного сбора хлопка по схеме «одна пленка, три трубки, шесть рядов» в режиме аэрированного капельного орошения в Южном Синьцзяне. В этом эксперименте использовался режим ежедневной утренней аэрации с 9:00 до 11:00 продолжительностью 2 часа непрерывно; влияние использования интервальной аэрации, а также сокращения или увеличения времени аэрации на рост и урожайность хлопчатника требует дальнейшего изучения. В то же время выводы данной статьи основаны на 2-летних непрерывных экспериментах, но межгодовые метеорологические факторы могут вносить неопределенность, которая может повлиять на эффект аэрации. Кроме того, потребуется оценка экономической выгоды, генерируемой технологией аэрированного орошения, и дальнейшая всесторонняя оценка этой технологии.

Аэрация и увеличение поливной нормы эффективно способствовали истощению почвенной влаги в пределах корневой зоны 0–40 см в течение критических стадий цветения и раскрытия коробочек хлопчатника. В 2021 и 2022 годах содержание почвенной влаги в слое 0–40 см корневой зоны хлопчатника снизилось на 5,84% и 7,83% на стадии коробочки и на 7,45% и 13,39% на стадии раскрытия коробочек при аэрированном орошении по сравнению с неаэрированным.

Реализация аэрации вместе с увеличением поливной нормы не только повысила индекс листовой поверхности (ИЛП) хлопчатника, но и эффективно замедлила снижение площади листьев на стадии раскрытия коробочек. Это свидетельствует о том, что аэрация вносит положительный вклад в поддержание фотосинтетической способности и здоровья листьев хлопчатника в критические репродуктивные фазы.

Аэрация значительно увеличила накопление надземной биомассы у хлопчатника и повлияла на распределение этой биомассы в сторону репродуктивных органов — бутонов и коробочек. Как аэрация, так и увеличение поливной нормы привели к более высокому водопотреблению и средней суточной интенсивности водопотребления в течение вегетационной стадии хлопчатника, заметно повысив IWUE (p < 0,05). Учитывая цели водосбережения и повышения урожайности хлопка-сырца, рекомендуется поливная норма 337,4 мм в течение вегетационной стадии в аэрированных условиях. Было показано, что этот показатель является эффективной стратегией орошения для метода возделывания хлопчатника «одна пленка, три трубки, шесть рядов» в Южном Синьцзяне.

Эти выводы подчеркивают преимущества аэрированного орошения в оптимизации водопользования и повышении урожайности хлопчатника в засушливых регионах, предлагая устойчивый подход к сельскохозяйственной практике в условиях дефицита воды.

1.    Sun, K.; Niu, J.; Wang, C.; Fu, Q.; Yang, G.; Liang, F.; Wang, Y. Effects of different irrigation modes on the growth, physiology, farmland microclimate characteristics, and yield of cotton in an Oasis. Water 2022, 14, 1579. [Google Scholar] [CrossRef]

2.    Liang, Y.; Wang, J.; Zheng, J.; Gong, Z.; Zhang, Z.; Sang, Z.; Guo, J.; Li, X. General situation and problems and strategies of cotton production of Xinjiang in 2021. Cotton Sci. 2022, 44, 3–8, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

3.    He, J.; Wang, Z.; Liu, J.; Ma, Z.; Wen, Y. Effects of irigation water temperature and nitrogen application rate on soil hydrothermal environment and cotton growth and yield under mulched drip irrigation. Sci. Agric. Sin. 2024, 57, 319–335, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

4.    Zhang, Z.; Li, Y.; Yuan, Z.; Liu, X.; Shu, X.; Liu, J.; Guo, C. Cotton production pattern and contribution factors in Xinjiang from 1988 to 2020. J. Agric. Resour. Environ. 2024, 41, 1192, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

5.    Cao, J.; Gao, X.; Cheng, Z.; Song, X.; Cai, Y.; Siddique, K.H.; Zhao, X.; Li, C. The harm of residual plastic film and its accumulation driving factors in northwest China. Environ. Pollut. 2023, 318, 120910. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

6.    Valentin, F.; Nortes, P.A.; Domínguez, A.; Sánchez, J.M.; Intrigliolo, D.S.; Alarcón, J.J.; López, R. Comparing evapotranspiration and yield performance of maize under sprinkler, superficial and subsurface drip irrigation in a semi arid environment. Irrig. Sci. 2020, 38, 105–115. [Google Scholar] [CrossRef]

7.    Chi, M.X.; Sanguinet, K.A.; Jacoby, P.W. Direct root-zone irrigation outperforms surface drip irrigation for grape yield and crop water use efficiency while restricting root growth. Agric. Water Manag. 2020, 231, 105993. [Google Scholar] [CrossRef]

8.    Mattar, M.A.; El Abedin, T.K.Z.; Al Ghobari, H.M.; Alazba, A.A.; Elansary, H.O. Efects of different surface and subsurface drip irrigation levels on growth traits, tuber yield, and irrigation water use efficiency of potato crop. Irrig. Sci. 2021, 39, 517–533. [Google Scholar] [CrossRef]

9.    Wang, H.; Wang, N.; Quan, H.; Zhang, F.; Fan, J.; Feng, H.; Cheng, M.; Liao, Z.; Wang, X.; Xiang, Y. Yield and water productivity of crops, vegetables and fruits under subsurface drip irrigation: A global meta-analysis. Agric. Water Manag. 2022, 269, 107645. [Google Scholar] [CrossRef]

10. Lamm, F.R.; Abou Kheira, A.A.; Trooien, T.P. Sunflower, Soybean, and Grain Sorghum crop production as affected by dripline depth. Appl. Eng. Agric. 2010, 26, 873–882. [Google Scholar] [CrossRef]

11. Mo, Y.; Li, G.; Wang, D. A sowing method for subsurface drip irrigation that increases the emergence rate, yield, and water use efficiency in spring corn. Agric. Water Manag. 2017, 179, 288–295. [Google Scholar] [CrossRef]

12. Muhammad, T.; Zhou, B.; Puig-Bargu, J.; Ding, C.; Li, S.; Manan, I.; Zhou, Y.; Liu, Z.; Li, Y. Assessment of emitter clogging with multiple fouling and root intrusion in sub-surface drip irrigation during 5-year sugarcane growth. Agric. Water Manag. 2022, 274, 107981. [Google Scholar] [CrossRef]

13. Mo, Y.; Zhang, Y.; Wang, D.; Wang, J.; Li, G.; Gong, S.; Gao, X. Germination and growth of corn submitted to sowing and cultivation management by subsurface drip irrigation in the North China Plain. Irrig. Sci. 2023, 42, 801–813. [Google Scholar] [CrossRef]

14. Yang, M.; Zhang, S.; Yang, S.; Guan, X.; Li, S.; Chen, J.; Wang, T. Effects of subsurface drip irrigation on root water uptake of winter wheat and summer maize. Chin. J. Ecol. 2024, 43, 469–479, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

15. Lamm, F.R.; Trooien, T.P. Subsurface drip irrigation for corn production: A review of 10 years of research in Kansas. Irrig. Sci. 2003, 22, 195–200. [Google Scholar] [CrossRef]

16. Wang, Z.; Han, M.; Song, L.; Zong, R.; Wen, Y.; Wu, X. Effects of aeration on the growth and water use efficiency of cotton under mulched drip irrigation in the dry areas of Northwest China. Trans. CSAE 2022, 38, 108–116, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

17. Bhattarai, S.P.; Pendergast, L.; Midmore, D.J. Root aeration improves yield and water use efficiency of tomato in heavy clay and saline soils. Sci. Hortic. 2006, 108, 278–288. [Google Scholar] [CrossRef]

18. Pendergast, L.; Bhattarai, S.P.; Midmore, D.J. Benefits of oxygation of subsurface drip-irrigation water for cotton in a Vertosol. Crop Pasture Sci. 2013, 64, 1171–1181. [Google Scholar] [CrossRef]

19. Kuai, J.; Liu, Z.; Wang, Y.; Meng, Y.; Chen, B.; Zhao, W.; Zhou, Z.; Oosterhuis, D.M. Waterlogging during flowering and boll forming stages affects sucrose metabolism in the leaves subtending the cotton boll and its relationship with boll weight. Plant Sci. 2014, 223, 79–98. [Google Scholar] [CrossRef]

20. Nan, W.G.; Yue, S.C.; Huang, H.Z.; Li, S.Q.; Shen, Y.F. Effects of plastic film mulching on soil greenhouse gases (CO2, CH4 and N2O) concentration within soil profiles in maize fields on the Loess Plateau, China. J. Integr. Agric. 2016, 15, 451–464. [Google Scholar] [CrossRef]

21. Shahzad, K.; Bary, A.I.; Collins, D.P.; Chalker-Scott, L.; Abid, M.; Sintim, H.Y.; Flury, M. Carbon dioxide and oxygen exchange at the soil-atmosphere boundary as affected by various mulch materials. Soil Tillage Res. 2019, 194, 104335. [Google Scholar] [CrossRef]

22. Bhattarai, S.P.; Su, N.H.; Midmore, D.J. Oxygation unlocks yield potentials of crops in oxygen-limited soil environments. Adv. Agron. 2005, 88, 313–377. [Google Scholar]

23. Mchugh, A.D.; Bhattarai, S.; Lotz, G.; Midmore David, J. Effects of subsurface drip irrigation rates and furrow irrigation for cotton grown on a vertisol on off-site movement of sediments, nutrients and pesticides. Agron. Sustain. Dev. 2008, 28, 507–519. [Google Scholar] [CrossRef]

24. Payero, J.O.; Tarkalson, D.D.; Suat, I.; Don, D.; Petersen, J.L. Effect of irrigation amounts applied with subsurface drip irrigation on corn evapotranspiration, yield, water use efficiency, and dry matter production in a semiarid climate. Agric. Water Manag. 2008, 95, 895–908. [Google Scholar] [CrossRef]

25. Sun, H.; Mo, Y.; Li, G.; Zhang, Y.; Gong, S. Development in Aerated Subsurface Drip Irigation: A Review. J. Irrig. Drain. 2022, 41, 34–40, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

26. Chen, H.; Shang, Z.; Cai, H.; Zhu, Y. Irrigation combined with aeration promoted soil respiration through increasing soil microbes, enzymes, and crop growth in tomato fields. Catalysts 2019, 9, 945. [Google Scholar] [CrossRef]

27. Yonatan, G.; Dahlke, H.E. Natural and forced soil aeration during agricultural managed aquifer recharge. Vadose Zone 2021, 158, e20128. [Google Scholar] [CrossRef]

28. Bhattarai, S.P.; Midmore David, J.; Pendergast, L. Yield, water-use efficiencies and root distribution of soybean, chickpea and pumpkin under diVerent subsurface drip irrigation depths and oxygation treatments in vertisols. Irrig. Sci. 2008, 26, 439–450. [Google Scholar] [CrossRef]

29. Zhang, L.; Hu, D.; Yang, J.; Zhang, W.; Xiao, W. Effects of organic fertilizer on paddy soil microorganismunder aerobic conditions. J. N. A F Univ. 2018, 46, 55–62, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

30. Qu, Z.; Li, M.; Wang, Q.; Sun, Y.; Su, L.; Li, J. Effects of micro-nano oxygenated water addition on nitrification of Xinjiang sandy loam soil under controlled conditions. Trans. Chin. Soc. Agric. Eng. 2020, 36, 189–196, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

31. Song, C.X.; Xiang, Z.H.; Jun, W.; Ping, L.H.; Yang, F.Y.; Hong, Y.X. Effects of subsurface drip irrigation with micro-nano bubble water on rhizosphere soil nutrients and yield of Alfalfa. J. Irrig. Drain. 2020, 39, 24–30, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

32. Cui, B.; Niu, W.; Du, Y.; Zhang, Q. Effects of nitrogenapplication and aerated irrigation on soil environment and yield incucumber root area. Water Sav. Lrrigation 2020, 4, 27–32, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

33. Qiu, L.; Liu, J.; Wang, Y.; Sun, H.; He, W. Research on relationship between soil enzyme activities and soil fertility. Plant Nutr. Fertil. Sci. 2004, 3, 277–280, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

34. Zhang, Q.; Du, Y.; Cui, B.; Sun, J.; Wang, J.; Wu, M.; Niu, W. Aerated irrigation offsets the negative effects of nitrogen reduction on crop growth and water-nitrogen utilization. J. Clean. Prod. 2021, 3, 313. [Google Scholar] [CrossRef]

35. Jie, L.; Jie, C.H.; Min, Z.; Ming, C.X.; Jian, W. Effect of airjection irrigationon growth and yield of mini watermelon in greenhouse. Water Sav. Irrig. 2010, 11, 24–27, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

36. Ming, C.X.; Jay, D.; Surya, B.; Manouchehr, T.; Midmore, D.J. Impact of oxygation on soil respiration and crop physiological characteristics inpineapple. J. Drain. Lrrigation Mach. Eng. 2010, 28, 543–547, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

37. Zhu, Y.; Cai, H.; Song, L.; Chen, H. Oxygation improving soil aeration around tomato root zone in greenhouse. Trans. CSAE 2017, 33, 163–172, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

38. Zang, M.; Lei, H.; Surya, B.; Ron, B.; Xu, J. Effects ofoxygation techniques on growth and physiology of vegetable undersubsurface drip irrigation. J. Drain. Irrig. Mach. Eng. 2020, 38, 310–317, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

39. Mohamed, A.; Ehab, M.; Mohamed, I. Effect of air injection under subsurface drip irrigation on yield and water use efficiency of corn in a sandy clay loam soil. J. Adv. Res. 2013, 4, 493–499. [Google Scholar] [CrossRef]

40. Xin, L.; Yuan, L.Z.; Jun, L.H.; Ming, Z.; Huan, L.; Guang, Y.H.; Xi, L.D. Comparisons of growth and yield of spring wheat treated with different oxygation techniques. J. Drain. Irrig. Mach. Eng. 2017, 35, 813–819, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

41. Zang, M.; Lei, H.; Liu, X.; Pan, H.; Xu, J. Oxygation Promotes Soil Oxygen Diffusion Rate and Nutrient Utilization of Winter Wheat. J. Nucl. Agric. Sci. 2020, 34, 1070–1078, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

42. Li, J.; Pan, Y.C.; Jiao, X.Y.; Hu, W.Y.; Liu, Y. Effects of aerated irrigation rice growth and soil reducibility under wheat straw returning conditions. Trans. Chin. Soc. Agric. Mach. 2021, 9, 250–259, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

43. Zhang, Y.; He, Z.; Shi, H.; Qi, C.; Cao, H.; Li, Z. Salt distribution and cotton growth characteristics of saline- alkali cotton field under surface-subsurface relay drip irrigation. Agric. Res. Arid Areas 2023, 41, 200–208, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

44. Chu, J.; Jiang, Z. Spatiotemporal evolution and influencing factors of green efficiency of agricultural water resources in Xinjiang. Arid. Land Geogr. 2024, 47, 1231–1241, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

45. Ma, H.; Li, F.; Zhang, K.; Huang, Q.; Yu, X.; Jiang, Y.; Xia, H. Research on subsurface infiltrating irrigation. China Rural Water Hydropower 2024, 1, 1–7+15, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

46. Wu, Y.J.; Ye, C.H.; Jiang, H.F.; Yan, M.L.; Ni, Z.X. Comparison of the simulation effect of different growing degree days calculating methods on crop development processes. J. China Agric. Univ. 2016, 21, 117–126, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

47. Wang, Q.; Wang, K.; Su, L.; Zhang, J.; Wei, K. Effect of Irrigation Amount, Nitrogen Application Rate and Planting Density on Cotton Leaf Area Index and Yield. Trans. Chin. Soc. Agric. Mach. 2021, 52, 300–312, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

48. Mo, Y.; Li, G.; Wang, D.; Lamm, F.R.; Wang, J.; Zhang, Y.; Cai, M.; Gong, S. Planting and preemergence irrigation procedures to enhance germination of subsurface drip irrigated corn. Agric. Water Manag. 2020, 242, 106412. [Google Scholar] [CrossRef]

49. Lin, Y.B. Study on Rules and Rugulation of Soil Water-Heat-Salt Spatiotemporal Transfer Under No Winter and Spring Irrigation Cotton Field in Southern Xinjiang; China Agricultural University: Beijing, China, 2017. [Google Scholar]

50. Li, X.; Sun, Z.; Jiao, B.; Zhu, W.; He, J.; Han, L. Effect of circular arrangement of microporous infiltration irrigation on water distribution and yield of Lingwu long jujube. Agric. Res. Arid Areas 2021, 39, 79–85, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar]

51. Wang, N.; Feng, K.; Nan, H.; Zhang, T. Effects of Combined Application of Organic Fertilizer and Chemical Fertilizer on Root Characteristics and Yield of Cotton Under Different Water Conditions. Sci. Agric. Sin. 2022, 55, 2187–2201, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

52. Zang, M.; Lei, H.; Pan, H.; Liu, H.; Xu, J. Aerated subsurface drip irrigation improving soil aeration and tomato growth. Trans. CSAE 2018, 34, 109–118, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

53. Cui, J.; Tan, F. PLSR-Based Assessment of Soil Respiration Rate Changes under Aerated Irrigation in Relation to Soil Environmental Factors. Agriculture 2023, 13, 68. [Google Scholar] [CrossRef]

54. Yu, Z.; Wang, C.; Zou, H.; Wang, H.; Li, H.; Sun, H.; Yu, D. The Effects of Aerated Irrigation on Soil Respiration and the Yield of the Maize Root Zone. Sustainability 2022, 14, 4378. [Google Scholar] [CrossRef]

55. Gao, L.; Li, J.; Huang, H.; Xiang, B.; Li, S.; Li, S. Effects of aerated irrigation on soil habitat factors and yield of winter potato under drip irrigation in Yunnan. Agric. Res. Arid Areas 2022, 40, 108–115, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

56. Xiao, Z.; Lei, H.; Jin, C.; Pan, H.; Lian, Y. Relationship between the Dynamic Characteristics of Tomato Plant Height and Leaf Area Index with Yield, under Aerated Drip Irrigation and Nitrogen Application in Greenhouses. Agronomy 2023, 13, 116. [Google Scholar] [CrossRef]

57. Essah, S.Y.C.; Holm, D.G. Air injection of subsurface drip irrigation water improves tuber yield and quality of russet potato. Am. J. Potato Res. 2020, 97, 432–438. [Google Scholar] [CrossRef]

58. Xiao, Z.; Lei, H.; Zhang, Z.; Zhang, Q.; Jin, C.; Sun, K. Modelling growth and yield of aerated pepper by the logistic model. J. Irrig. Drain. 2022, 41, 16–23, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

59. Yin, Y.; Mao, Y.; Yang, L.; Zhang, L.; Hu, Y.; Mao, Z.; Chen, X.; Shen, X. Effects of aerated irrigation on the growth and rhizosphere soil of malus hupehensis. Sci. Silvae Sin. 2021, 57, 59–70, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

60. Du, Y.; Niu, W.; Gu, X.; Zhang, Q.; Cui, B.; Zhao, Y. Crop yield and water use efficiency under aerated irrigation: A meta-analysis. Agric. Water Manag. 2018, 210, 158–164. [Google Scholar] [CrossRef]

61. Wang, Y.; Lei, H.; Zhang, Z.; Shi, W. Effects of aerated subsurface drip irrigation on rhizosphere soil environment and pepper (Capsicum annum L.) growth in three soil types. Arch. Agron. Soil Sci. 2022, 69, 2049766. [Google Scholar] [CrossRef]

62. Zhang, Q.; Zeng, Z.; Zhang, Z.; Lei, H.; Zhang, P.; Liu, D. Impacts of cycle aerated subsurface drip irrigation on growth characteristics and yield of greenhouse tomato. Trans. Chin. Soc. Agric. Mach. 2022, 53, 365–377, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

63. Ouyang, Z.; Tian, J.; Yan, X.; Shen, H. Effects of different concentrations of dissolved oxygen on the growth, photosynthesis, yield and quality of greenhouse tomatoes and changes in soil microorganisms. Agric. Water Manag. 2021, 245, 106579. [Google Scholar] [CrossRef]

64. Wu, M.; Zhang, J.; Wang, Z.; Zhu, Y.; Song, L.; Zong, R.; Han, Y. Effects of aerated drip irrigation and degradable film mulching on growth and water use of maize. Chin. J. Eco-Agric. 2022, 30, 1425–1438, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

65. Li, Y.; Niu, W.; Dyck, M.; Wang, J.; Zou, X. Yields and nutritional of greenhouse tomato in response to different soil aeration volume at two depths of subsurface drip irrigation. Sci. Rep. 2016, 6, 39307. [Google Scholar] [CrossRef]

66. Lei, H.; Jin, C.; Xiao, Z.; Chen, J.; Leghari, S.J.; Pan, H. Relationship between pepper (Capsicum annuum L.) root morphology, inter-root soil bacterial community structure and diversity under water–air intercropping conditions. Planta 2023, 257, 98. [Google Scholar] [CrossRef] [PubMed]

67. Zhou, Y.; He, J.; Liu, Y.; Liu, H.; Wang, T.; Liu, Y.; Chen, W.; Muhammad, T.; Li, Y. Aerated drip irrigation improves watermelon yield, quality, water and fertilizer use efficiency by changing plant biomass and nutrient partitioning. Irrigition Sci. 2023, 41, 739–748. [Google Scholar] [CrossRef]

68. Wang, X.; Lin, T.; Cui, J.; Wu, F.; Tang, Z.; Cui, L.; Guo, R.; Wang, L.; Zheng, Z. Effects of planting mode and irrigation quota on yield nd fiber quality of machine-picked long-staple cotton. Xinjiang Agric. Sci. 2023, 60, 1821–1829, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

69. Wang, X.; Xin, L.; Du, J.; Li, M. Simulation of cotton growth and yield under film drip irrigation condition based on DSSAT Model in Southern Xinjiang. Trans. Chin. Soc. Agric. Mach. 2022, 53, 314–321, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

70. Li, N.; Wang, F.; Han, Q.; Ye, H. Study on optimization of irrigation system of cotton field under film drip irrigation in Southern Xinjiang based on ETgage method. J. Tarim Univ. 2020, 32, 90–96, (In Chinese with English abstract). [Google Scholar] [CrossRef]

Zhang Y, Yao B, Niu P, Zhu Z, Mo Y, Li F, Sun S. Optimizing Growth and Yield in Mulched Cotton Through Aerated Subsurface Drip Irrigation in Southern Xinjiang. Agriculture. 2025; 15(2):135. https://doi.org/10.3390/agriculture15020135

Перевод статьи «Optimizing Growth and Yield in Mulched Cotton Through Aerated Subsurface Drip Irrigation in Southern Xinjiang» авторов Zhang Y, Yao B, Niu P, Zhu Z, Mo Y, Li F, Sun S., оригинал доступен по ссылке. Лицензия: CC BY. Изменения: переведено на русский язык