内蒙古西部的阿拉善盟,土地面积广阔,光热资源丰富,适宜棉花生长,被视为国家后备棉区。但该区降水少、风沙多,农田蒸散势强,水资源短缺与作物水分利用低效,是限制该区棉花生产的主要问题。探索区域有效的棉田供水方式,明晰棉田耗水与棉花生产的关系机制,是实现水分高效利用、拓展农作土地资源需要解决的科学问题,也是支撑适用技术创新的理论基础。本研究以棉花品种‘中棉所92’为试材,于2016-2018年在内蒙古西部阿拉善盟额济纳旗内蒙古农牧业科学院棉花试验示范基地,设置膜下滴灌、痕量灌溉两种灌溉方式的田间定位裂区试验。试验以膜下滴灌,灌水量360 mm处理为对照（CK）,痕量灌溉设置T1、T2、T3、T4、T5（埋深30 cm,灌水量分别为 360、330、300、270和 240 mm）、T6、T7、T8、T9、T10（埋深40 cm,水量同上）、T11、T12、T13、T14、T15（埋深50 cm,水量同上）等共16个处理。通过分析比较不同处理间土壤水分时空动态、棉田供水对耗水的影响、棉花根系生物量累积及生理响应、地上部形态、光合特性、叶片转录组谱表达,以及棉花产量、品质、水分利用效率等,揭示痕量灌溉对棉田供水与棉花生长的影响机制,为以痕量灌溉为载体的棉田水分高效利用技术创新,提供理论依据和技术支撑。主要研究结论如下:1.痕灌的土体供水呈“倒松果型”垂直分布,具有遏制土面蒸发与土体有效供水特征与膜下滴灌相比,痕量灌溉管网埋深下10-20 cm 土层土壤含水率出现最大值。在棉花耗水量较少的蕾期,两年平均,各痕灌管网埋深处理0-10 cm表层土壤含水率只有膜下滴灌（CK）的25.86%～70.68%,各痕灌管网埋深处理20-40 cm 土层土壤含水率为膜下滴灌（CK）的67.9%～104.15%。相对于膜下滴灌（CK）,痕灌显著降低了表土层土壤含水率,有利于遏制土壤水地表直接蒸发;相应20-40 cm 土层较高的土壤含水率,则有利于为作物根系直接供水。结果表明,管网埋设太深则会使根系吸水受限,导致土壤含水率出现升高趋势。2.棉花根系生物量呈“双S”曲线型增长,0-40 cm 土层具最大根表面积与根长密度在蒙西干旱区灌溉田,棉花蕾期根系生物量快速增长,根重增长值占全生育期的40.5%;花铃期根系生物量慢速增长,期间根重增长值占生育期的5.6%;吐絮期根系生物量又快速增长,增重占生育期的32.8%。棉田各处理根系表面积密度0-40 cm是40-80cm 土层的1.401～1.487倍,根长度密度是40-80 cm 土层的1.383～1.772倍。花铃期T1处理根长度密度与土层水分的空间吻合度为93.9%,较膜下滴灌（CK）高28.8个百分点;吐絮期T1处理根重较CK提高20.73%,根系表面积密度、根长度密度、根系体积密度分别较CK提高15.13%、40.36%、30.48%,根系活力提高43.59%。3.棉花生物量增速呈“钟”状、棉田供水速率呈“倒钹”状曲线,苗期供水需水吻合度差痕灌下棉田耗水量与灌水量和管网埋深呈二次项型显著相关,随灌水量的减少与管网埋深的增加耗水量降低。棉田耗水主要集中在花铃期和蕾期,其次为吐絮期和苗期。两年间,棉田生育期耗水量以T15处理最低,T1、T6、CK耗水量为高。定量估算I360背景下各处理的棉花地上部生物量增长速率与棉田供水速率的冠-水时序吻合度,2016年膜下滴灌（CK）生育期冠-水吻合度约为70.5%,相应T1为78.8%,T6为71.4%,T11为59.2%;T15为35.9%。2017年,生育期冠-水吻合度CK为73.1%,T1为61.6%,T6为70.2%,T11为61.9%,T15为39.9%。结果表明,苗期的棉田供水速率与植株地上部及根系生物量的增长速率时序相悖,降低了期间水分的利用效率。蕾期、花铃期为植株快速生长期,灌溉供水成为支持期间生育耗水的关键。4.灌水量减少与供水层加深降低叶片叶绿素含量与净光合速率,影响了转录组表达棉花叶片叶绿素含量随着灌水量的减少呈降低趋势;痕灌埋深D30下各灌水量处理在棉花各生育时期叶绿素含量均高于相应D40、D50下各处理。不同处理的棉花净光合速率和气孔导度的日变化均呈双峰曲线趋势;痕灌D30下各灌水量处理净光合速率和气孔导度均高于相应D40、D50下各处理。Illumina转录组测序表明,与膜下滴灌（CK）相比,痕灌管网埋深处理的棉株鉴定出4555个非重叠差异表达基因（DEG）。通过四个处理成对比较共鉴定出4726个非重叠DEG。从D30（2008）和D50（4050）处理中识别出的DEG超过D40（107）处理,并且D30和D50处理棉花中DEGs的变化相对剧烈。这些DEG与植物对非生物胁迫和干旱的耐受性有关。因此,不同的灌溉方式通过调节转录组表达影响了棉花生育。5.棉花产量随有效供水量、耗水量增加呈近线性正相关增长,WUE也呈正相关增长棉花籽棉及皮棉产量随灌水量增加而提高,在较高灌水量时随管网埋深的增加而降低。2016灌溉定额（x1）、管网埋深（x2）与棉花籽棉产量（y）关系为:y2016=-9421.17+78.44x1+47.97x2-0.254x1x2-0.094x12+0.583x22（R2=0.651）。痕量灌溉T1、T11处理的籽棉产量最高,分别为6601.5、6574.5 kg/hm2,高于膜下滴灌（CK）0.78%、0.37%。2017 年为:y2017=-12189.79+86.55x1+30.97x2-0.168x1x2-0.103x12+0.178x22（R2=0.938）。膜下滴灌（CK）籽棉产量最高,为5557.20 kg/hm2,痕灌T1为5247.15 kg/hm2,与膜下滴灌差异不显著。棉花籽棉产量随着有效供水量（R2=0.4983～0.9690）、耗水量（R2=0.5481～0.9729）的增加,呈近线性正相关增长;水分利用效率随着棉花籽棉产量的增加也呈正相关增长（R2=0.5077～0.9295）。综上所述,痕量灌溉创造了土下“倒松果型”供水结构,提高了棉田供水与棉花需水的空序、时序吻合度;低含水率的表土覆盖有效遏制了土水蒸发,提高了水分利用效率,痕量灌溉获得了与膜下滴灌近同的棉花产量与品质。研究表明,供水量是蒙西干旱区棉花高产的决定性因素。进一步改进农田供水技术,提高水分利用效果仍有潜力。