微咸水灌溉對冬小麥產量及農藝性狀的影響

龔雨田，孫書洪，閆宏偉

(1.天津農學院 農學與資源環境學院，天津 300348；2.天津農學院 水利工程學院，天津 300384)

隨著經濟社會的快速發展，水資源供需不平衡的矛盾日益加劇，因此，傳統農業用水觀念應向高效安全的現代農業節水灌溉轉型。為了彌補淡水資源匱乏，合理利用微咸水及咸水已經成為解決這一難題的重要措施。據統計，我國微咸水資源約為200 億m3/a，而且大部分存在于地表以下10～100 cm處，每年能夠開采利用的微咸水為130 億m3[1]，其中華北平原的微咸水資源高達75 億m3，占整個華北平原地下水面積的45%，西北地區(甘肅、新疆、陜西、陜西、寧夏等部分地區) 地下微咸水資源為88.7 億m3[2,3]。西北地區展開的微咸水灌溉試驗表明，微咸水灌溉與旱作相比能夠有效地增加產量[4-9]。目前，天津地區大部分仍采用淡水大量漫灌，農業用水消耗量大，灌水定額高，灌排不均衡，不利于農業健康可持續發展。因此，天津地區應開發非常規水源，使其高效利用，對天津地區農業現代化有重要意義。試驗在天津農學院節水研究中心試驗基地進行，試驗針對冬小麥進行研究，冬小麥在農業生產中作為耗水大的作物,其生長期正處于降雨缺少的季節,利用不同礦化度微咸水對冬麥“小偃60”，在拔節期、抽穗期、灌漿期，成熟期進行微咸水灌溉試驗，同期間與淡水灌溉和旱作進行比較。對冬小麥的農藝性狀、產量的不同進行研究，制定適應天津地區的微咸水灌溉制度。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本試驗設計為小區試驗,地點在天津農學院西校區的試驗田,該試驗田的位置:經度 116°57′, 緯度 39°08′,海拔高度 5.494 m(大沽高程),年均蒸發量1 440 mm。試驗田地形平整,土壤質地為中壤土,60 cm 土層的平均干容重為 1.42 g/cm3,土壤田間持水量為 22%～23%,凋萎含水量為9% (以上均為重量含水量)。試驗小區設計為長6 m，寬2 m。

1.2 試驗設計

試驗材料選用‘小偃60’小麥，該品種小麥具有返青早、抗病耐旱等特點。試驗在三葉期之前利用淡水充分供水,保證出苗。本試驗將冬小麥的全生育期劃分為 5個階段:返青、拔節期、抽穗期、灌漿期和成熟期,此研究主要是針對返青期以后的階段進行研究。試驗共設置6個處理,1個對照，3次重復。

處理1(S1)：以礦化度為1 g/L的微咸水在小麥拔節期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理2(S2)：以礦化度為2 g/L的微咸水在小麥拔節期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理3(S3)：以礦化度為3 g/L的微咸水在小麥拔節期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理4(S4)：以礦化度為4 g/L的微咸水在小麥拔節期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理5(S5)：以礦化度為5 g/L的微咸水在小麥拔節期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

CK：小麥生長期間利用淡水灌溉。

1.3 測定內容及方法

播種前取土，用烘干法測基礎含水量，測定最大土壤含水率。每個小區選取10株冬小麥，從拔節期開始，每隔3 d測定小麥株高、葉面積等。葉面積用LA-S葉面積儀測定，采用PR2 儀對土壤剖面進行水分測定。冬小麥成熟后，在室內進行考種，稱量粒重。

1.4 灌水定額

冬小麥在2014年10月8日播種，2015年3月10日進入返青期，4月15日進入拔節期，5月8日進入抽穗期，5月22日灌漿，6月10日進入成熟期。在此期間，利用工業NaCl配置不同礦化度微咸水，制定灌溉定額。為保證冬小麥正常生長發育，在返青前期、返青期均采用淡水灌溉，灌水定額為120 mm(見表1)。

表1 灌水定額 mm

1.5 數據處理

利用IBM SPSS Statistics 19 及Excel軟件進行統計和相關分析。

2 結果與分析

2.1 不同礦化度微咸水對冬小麥耗水量的影響

冬小麥不同生育期耗水情況如圖1所示，冬小麥在抽穗期耗水強度最大，小麥進入灌漿期、成熟期后耗水強度逐漸減少。在冬小麥拔節期進行微咸水灌溉后，微咸水礦化度對小麥耗水強度的影響并不明顯，其平均耗水強度為4.42 mm/d。隨著小麥的生長發育進入抽穗期后，小麥需水量逐漸增加，耗水強度隨微咸水礦化度的升高而降低，相對于CK組處理，S1、S2、S3、S4、S5分別下降了4.86%、9.18%、16.39%、18.59%、23.29%。由此可見，冬小麥在拔節期，不同礦化度微咸水對作物耗水強度影響并不明顯，但隨著小麥耗水強度的增加，特別進入抽穗期后，不同礦化度微咸水對作物耗水強度表現出明顯差異，其表現為S1>S2>S3>S4>S5，主要是由于灌水礦化度增加，帶入進土壤的鹽分增多，在鹽分脅迫下對作物的耗水量起到抑制作用。

圖1 不同時期小麥耗水強度

2.2 不同礦化度微咸水對土壤體積含水率的影響

根據圖2和圖3可知,不同處理下土壤體積含水率變化基本一致，0～20 cm土層含水率較低，隨后出現增大趨勢，特別在40 cm土層。而40～60 cm土層土壤含水率降低，主要是小麥的主要吸水根系在40～60 cm土層上，60～100 cm土層，土壤含水率變化趨勢較為平穩。不同處理下，各階段土壤體積含水率略有差異，在 S3、S4、S5處理中，40～60 cm土層土壤平均含水率較高，相比于CK處理土壤體積含水率分別增加了5.34%、5.69%、7.04%，主要原因是微咸水灌溉下，土壤含鹽量增加，土壤水勢降低，對小麥產生一定的脅迫，影響小麥主要根系對土壤水分的吸收，從而增加了土壤含水率。在小麥拔節期進行補灌后到小麥抽穗結束，這一階段土壤含水率迅速降低，主要是小麥株高增長，葉面積增加，對水分需求量較大。這一階段小麥在S3、S4、S5處理下，土壤平均含水率相比于CK同樣較高，分別相差29.63%、30.21%、31.50%。根據試驗得出，在不同礦化度微咸水灌溉下，土壤各層水分含量差異較大，呈現出隨著礦化度的增加，土壤含水率增大的趨勢。

圖2 不同處理下土壤剖面體積含水率分布

圖3 不同處理下土壤平均含水率動態

2.3 不同礦化微咸水對冬小麥農藝性狀影響

2.3.1 不同礦化度微咸水對冬小麥株高的影響

不同礦化度微咸水灌溉均使小麥株高減低。開花前后，小麥株高達到最大。進入抽穗期后，株高增長呈現平穩趨勢，且在灌漿期至成熟期之間株高略有下降。由圖4和圖5可見，在淡水灌溉下，小麥從拔節期開始直至抽穗期，平均相對生長速率較快。CK組平均相對生長速率為0.038 cm/d，在S1、S2、S3處理下相對于CK組生長速率略有減小，分別為0.036、0.035、0.032 cm/d。S1、S2、S3處理中相對于CK平均株高分別下降5.38%、9.27%、13.38%。而S4、S5相對生長速率明顯降低分別為0.025、0.019 cm/d，相對于CK組，S4、S5處理下平均株高降低17.68%、23.84%。研究結果表明，微咸水礦化度對小麥株高變化有較大的影響，小麥株高隨微咸水鹽分增加而降低。尤其在小麥拔節期，較高鹽分的微咸水對小麥生長速率影響較大。

圖4 小麥株高變化

圖5 不同處理下小麥最大株高

2.3.2 不同礦化度微咸水對冬小麥葉面積及比葉重影響

如圖6所示，小麥葉面積變化與株高變化有相類似的情況，均表現出隨礦化度升高葉面積減小的趨勢。葉面積在拔節期快速增長，抽穗期葉面積達到最大，不同處理組表現均相同。在抽穗期灌水一周后表現出，礦化度越高，小麥葉片越出現萎蔫及葉片變黃，并且小麥葉片衰老速度也快。以抽穗期為例，S1、S2處理下與CK組差異不明顯，并且沒有出現葉片變黃現象，其葉面積相對下降1.53%、4.58%，葉面積變化差異并不明顯。S3、S4、S5灌溉條件下均出現葉片變黃現象，與CK灌溉組相比，其葉面積相對降低13.06%、29.12%、36.31%。對比后得出，灌溉礦化度為1、2 g/L的微咸水對葉面積影響較小，且不會出現葉片快速衰老變黃的現象。灌溉礦化度3、4、5 g/L的微咸水后，其葉面積生長速度減慢，底層葉片均出現不同程度變黃，對葉面影響較大。

雖然小麥葉面積呈現出隨微咸水礦化度增高而減小的趨勢，但是比葉重表現出先增加后下降的趨勢。如圖7所示，CK組比葉重為5.42 cm2/g，而礦化度在1、2、3 g/L的微咸水灌溉相比于CK組分別增加3.87%、7.75%、11.25%。礦化度4、5 g/L的微咸水相比于CK組下降了1.11%與7.75%。結果表現出，雖然葉面積下降，但葉重量有升高趨勢，而礦化度在4、5 g/L的微咸水灌溉后葉面積與比葉重均有影響。

圖6 不同生育期葉面積

圖7 比葉重變化

2.3.3 不同礦化度微咸水對冬小麥籽粒的影響

由表2可見，在S1、S2處理下，小麥穗粒數及千粒重出現遞增趨勢，相比于CK組，其穗粒數增加2.43%、6.70%，千粒重增加2.07%、4.16%。CK組與S2處理下小麥穗長相比差異不顯著，其余各試驗組呈現顯著差異(p<0.05)。在灌1、2 g/L的微咸水后，小麥穗粒數略有增加，灌3 g/L的微咸水后，穗粒數呈現下降趨勢。不同處理下平均千粒重為S5

表2 不同礦化度微咸水對小麥穗部及產量的影響

注：Spss19.0采用Duncan檢驗，不同字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

2.4 不同礦化度微咸水對冬小麥產量及水分利用率的影響

由圖8可見，小麥的產量和呈現出先增后減的趨勢；相對于CK組，S1與S2產量分別增加了1.26%與7.88%，但隨著咸水礦化度的上升，小麥產量呈現出下降趨勢S3、S4、S5相對淡水灌溉分別下降了3.24%、19.23%、20.93%。可能是適當的鹽分脅迫使得土壤滲透勢提高，促進作物根系對土壤水分的吸收，并且在一定的鹽脅迫下，使得干物質向小麥籽粒中轉移，從而提高了小麥產量，而隨著鹽分進一步的升高，當灌溉4與5 g/L的微咸水后，小麥產量大幅度降低。

微咸水礦化度與產量關系為：

y=-113.95x2+ 515.01x+ 5 509.2R2=0.888 7

(1)

水分利用效率與產量呈現出相同趨勢，淡水灌溉下其水分利用率為1.16 kg/m3，在S1與S2處理下水分利用率可提高到1.28 kg/m3，隨著鹽水礦化的增加，S3、S4、S5相對于CK分別降低3.45%、7.76%、11.21%，其中S5處理下水分利用率僅為1.03 kg/m3。根據產量與水分利用率可以得出，適當的咸分處理可以增加小麥土壤水消耗量，提高小麥土壤水分利用率，增加產量，但隨著灌溉咸水在4、5 g/L下，土壤水消耗量減小，水分利用率降低，產量減小。

圖8 小麥產量及水分利用率

2.5 不同礦化度微咸水對土壤影響

由圖9可見，土壤含鹽量最大值出現在40 cm土層，0～40 cm土層為主根區，CK組土壤含鹽量為0.55 g/kg，相比于S1、S2、S3、S4、S5處理下分別增加了25.57%、25.0%、55.17%、57.24%、60.12%。從數據中看出，其基本規律是土壤鹽分隨微咸水礦化度及生長期呈現出升上趨勢，主根區在3個生育期進行微咸水灌溉下，會出現積鹽現象。S1與S2處理下表現基本相同，對土壤積鹽并不明顯。

圖9 冬小麥收獲前土壤含鹽量

圖10是夏玉米收獲后土壤含鹽量的變化。冬小麥收獲后，該試驗地種植夏玉米，夏玉米生長期間進行淡水灌溉，生長期降水量為361 mm，礦化度在1、2 g/L微咸水灌溉下，各土層含鹽量沒有明顯變化，3～5 g/L微咸水灌溉下均低于下麥收獲前土壤含鹽量。冬小麥-夏玉米輪種，在夏玉米生長期進行淡水灌溉，且灌水量較大，可降低土壤中含鹽量的積累，對冬小麥的種植不會產生影響，減小次生鹽漬化的出現。

圖10 夏玉米收獲后土壤含鹽量

3 結 語

(1)不同鹽濃度微咸水對冬小麥農藝性狀均有影響，總體上呈現出，小麥株高、葉面積隨微咸水礦化度的增高而減小的趨勢，其中4與5 g/L的微咸水灌溉下影響顯著，小麥株高減少17.68%、23.84%，葉面積減小29.12%、36.31%。不同處理下冬小麥比葉重出現先增加后減小的趨勢，主要由于3 g/L以下的微咸水可以使葉片厚度增加。

(2)微咸水礦化度的增高，使耗水強度呈現出變弱趨勢，但在1與2 g/L鹽水脅迫下，使得土壤滲透勢提高，促進作物根系對土壤水分的吸收，并且在一定的鹽脅迫下，使得干物質向小麥籽粒中轉移，從而提高了小麥產量，而隨著鹽分進一步的升高，當灌溉4與5 g/L的微咸水后，小麥產量大幅度降低。

(3)在不同灌水礦化處理中，小麥生育期內連續灌溉使得土壤鹽分不斷累積，在配合夏玉米種植過程中，進行大水壓鹽，及灌溉處理后，土壤鹽分積累明顯降低，在實際生活中可以避免鹽分對土壤破壞，降低對作物傷害。

[1] 王慧軍. 河北省糧食綜合生產能力提升要素與對策[M]. 石家莊:河北科學技術出版社, 2010：204-207.

[2] Ayers R S, Westcot D W. Water quality for agriculture[R]. FAO Irrigation and Drainage Paper, 1985.

[3] 肖振華, 萬洪富, 鄭蓮芬. 灌溉水質對土壤化學特征和作物生長的影響[J]. 土壤學報, 1997,34(3):272-285.

[4] 鄭國琦, 許 興, 徐兆楨. 耐鹽分脅迫的生物學機理及其基因工程研究進展[J]. 寧夏大學學報(自然科學版), 2002,23(1):79-85.

[5] 曹彩云, 鄭春蓮, 李 偉, 等. 咸灌條件下秸稈覆蓋對冬小麥生長發育的影響[J]. 河北農業科學, 2010,14(9):52-55.

[6] 王建勛. 干旱區節水農業技術咸水灌溉的研究與應用[J]. 新疆環境保護, 1999,21(1):43-46.

[7] 王全九, 畢遠杰, 吳忠東. 微咸水灌溉技術與土壤水鹽調控方法[J]. 武漢大學學報(工學版), 2009,42(5):559-564.

[8] 吳忠東, 王全九. 不同微咸水組合灌溉對土壤水鹽分布和冬小麥產量影響的田間試驗研究[J]. 農業工程學報, 2007,23(11):71-76.

[9] 郭會榮, 靳孟貴, 高云福. 冬小麥田咸水灌溉與土壤鹽分調控試驗[J]. 地質科技情報, 2002,21(1):61-65.