考慮鹽分累積及冬小麥產量品質的井渠結合灌溉模式優(yōu)選

喬冬梅，韓 洋，齊學斌，黃仲冬，李 平，梁志杰

考慮鹽分累積及冬小麥產量品質的井渠結合灌溉模式優(yōu)選

喬冬梅，韓 洋，齊學斌※，黃仲冬，李 平，梁志杰

（1. 中國農業(yè)科學院農田灌溉研究所，新鄉(xiāng) 453002； 2. 中國農業(yè)科學院河南新鄉(xiāng)農業(yè)水土環(huán)境野外科學觀測試驗站，新鄉(xiāng) 453002；3. 中國農業(yè)科學院農業(yè)水資源高效安全利用重點開放實驗室，新鄉(xiāng) 453002）

為探究井渠結合灌區(qū)地表水與地下水適時適量灌溉模式，以田間小區(qū)為研究尺度，探索不同渠井灌水比例（0、33%、67%、100%）、不同灌水定額（600、900、1 200 m3/hm2）對2013－2016年冬小麥產量、品質及根層土壤鹽分動態(tài)變化特征的影響。結果表明：1）不同灌溉定額對純渠水灌溉模式下冬小麥產量的影響較純井水灌溉模式大。高定額純渠水（灌水定額為1 200 m3/hm2，渠井灌水比例為100%）灌溉模式下的冬小麥產量最大，2015年為9 195 kg/hm2。2）增大灌水定額有利于冬小麥容重、濕面筋和穩(wěn)定時間的增加，而對蛋白質含量的影響不明顯。井水有利于蛋白質含量、濕面筋和穩(wěn)定時間的增加，有利于弱化度的降低。在地表水資源相對充足且追求產量最大化的情況下，可選擇高定額純渠水灌溉模式；在地表水資源不充足的情況下，可選擇中、高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。3）連續(xù)4 a年灌溉后冬小麥根層土壤鹽分有小幅增加趨勢，純渠水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最小，其次是井水+渠水+渠水灌溉模式，純井水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最大。在地表水量相對充足且以產量最大化為目標的情況下，可選取高定額純渠水灌溉模式。地表水資源不充足的地區(qū)，可選擇高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式，而在水資源緊缺地區(qū)，可選擇中定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

灌溉；地下水；鹽分；冬小麥；渠井灌水比；產量；品質

0 引 言

根據《全國農業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015－2030）》中的區(qū)域布局，黃淮海平原是中國重要的農業(yè)優(yōu)化發(fā)展區(qū)之一，但其資源環(huán)境與發(fā)展規(guī)劃要求不相適應。該地區(qū)可利用淡水資源緊缺，農業(yè)用水尤為緊張，供需缺口已超100億m3[1]，地下淺層蘊藏的大量咸水資源是農業(yè)生產重要的可利用性資源。黃淮海平原土壤鹽漬化由來已久，經多年改良雖在一定程度上有所改觀[2]，但其潛在風險仍不容忽視；不合理灌溉導致農作物減產、減質及土壤次生鹽漬化發(fā)生。因此，開展井渠結合灌區(qū)糧食安全生產及基于土壤環(huán)境安全性的高效灌溉模式研究，對于黃淮海區(qū)域農業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現實意義。

在井渠結合灌區(qū)，渠灌用水量、井灌用水量及渠井用水比例是影響作物根層土壤鹽分變化和作物產量、品質的重要指標。適宜的渠井用水比例對于調節(jié)灌區(qū)地下水位、調控作物根層土壤鹽分、滿足作物用水需求等至關重要，也是農業(yè)水資源優(yōu)化配置與調控的前提。以往相關研究指出，渠井灌水配比是冬小麥干物質量累積的重要影響因素[3]；渠井結合灌溉對地下水埋深會造成直接影響[4]；王璐瑤等[5]基于地下水補給量與開采量之間的均衡方程得出渠井結合比的合理范圍為2.3～3.4；代鋒剛等[6]研究表明，當渠首有效引水量控制在3.7～4.1億m3，井渠灌水比例控制在0.35～0.55時，基本可以實現灌區(qū)地下水采補平衡；此外，渠首有效引水量介于1.5～2.0億m3之間，井渠灌水比例控制在0.5～0.7，同樣可實現灌區(qū)地下水采補平衡；也有類似研究指出，將人民勝利渠灌區(qū)井渠用水比例調整為1/0.78，上游調整為1/1.24，中游調整為1/0.85，下游調整為1/0.41，基本可實現該區(qū)域地下水采補平衡[7]。長期井渠結合灌溉模式對灌區(qū)土壤鹽分特別是作物根層土壤積鹽、糧食質量安全等方面均產生顯著影響[8]。不合理的井渠結合灌溉模式不但會使地下水采補失衡，更易導致根層土壤積鹽，危害作物健康，進而嚴重影響灌區(qū)作物產量及生態(tài)型灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。截至目前，圍繞灌區(qū)渠井結合灌溉模式的一系列相關研究多以實現地下水采補平衡、合理調控地下水位為目標，而針對不同井渠結合灌溉模式對作物產量、品質及土壤鹽分動態(tài)變化特征的影響研究尚不多見。鑒于此，本研究以冬小麥產量、品質及根層土壤鹽分累積為表征指標，探究井渠結合灌區(qū)地表水與地下水適時適量灌溉模式，進而尋求地表水與地下水的適宜灌水比例，以期為井渠結合灌區(qū)選取綠色生產灌溉模式及灌區(qū)水資源聯合調度提供數據支持和理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗在人民勝利渠灌區(qū)開展，灌區(qū)位于河南省北部，113°31′～114°25′E，35°00′～35°30′N。屬暖溫帶大陸性季風型氣候，年均氣溫14.5 ℃，最高41 ℃，最低?16 ℃；無霜期約210 d，早霜多出現在10月下旬，晚霜出現在3月中、下旬；多年平均水面蒸發(fā)量約1 860 mm，降雨量約600 mm，降雨量少且年內分布不均，6－9月降雨量占全年降雨量的70%～80%。因而具有冬春干旱，夏秋多雨，先旱后澇，澇后又旱，旱澇交替的氣候特點。試驗區(qū)土壤質地為粉黏壤，結構不均，0～15 cm土層容重1.52 g/cm3，>15～45 cm容重1.47 g/cm3，>45～100 cm容重1.43 g/cm3。試驗區(qū)土壤理化性質參考文獻[9]。地表水充足的時候灌地表水，地表水不足的時候灌地下水，灌溉方式是大水漫灌，灌溉定額在900～1 200 m3/hm2范圍。不同年份人民勝利渠灌區(qū)地下水平均埋深見圖1a，多年平均地下水埋深為6.13 m，總體呈下降趨勢。2013－2016年降雨量如圖1b所示。

圖1 研究區(qū)地下水埋深及降雨量

1.2 試驗設計

在當地現行灌溉定額（900～1 200 m3/hm2）的基礎上，體現節(jié)水，設低、中、高3個灌水定額，分別為600、900、1 200 m3/hm2；2種灌溉水源，即地下水（井水）和地表水（渠水）。2013年各處理設計6次重復，但其中3個重復受邊界條件影響，故4 a試驗各處理均設3個重復。小區(qū)面積為40 m2，小區(qū)布置見圖2。供試作物為冬小麥（豫麥57），整個生育期灌水3次，2013－2016年4 a試驗期間灌水時間一致，均為返青水（3月8日－12日），拔節(jié)水（4月19日－22日），灌漿水（5月14日－18日），試驗設計見表1。灌溉水質見表2，其中陽離子表面活性劑、硫化物、鎘、總砷、鉻（六價）、鉛、銅、鋅、蛔蟲卵數均未檢出。

保護行 Protection zone A600(1)A900(1)A1200(1)B600(1)B900(1)B1200(1)C600(1)C900(1)C1200(1)D600(1)D900(1)D1200(1) 保護行Protection zone A600(2)A900(2)A1200(2)B600(2)B900(2)B1200(2)C600(2)C900(2)C1200(2)D600(2)D900(2)D1200(2) 保護行Protection zone A600(3)A900(3)A1200(3)B600(3)B900(3)B1200(3)C600(3)C900(3)C1200(3)D600(3)D900(3)D1200(3) 保護行Protection zone

表1 2013－2016年冬小麥渠井灌溉試驗設計

表2 冬小麥試驗灌溉水質

1.3 指標測定與計算

土壤鹽分：冬小麥根層土壤鹽分采用電導率（electrical conductivity，EC）來表征，定期取土測定土壤EC值，取土深度為0～100 cm，每10 cm 1層取樣，采用1:5的土水比浸提液測定EC值，測定儀器為電導率儀（DDB-303A 型便攜式電導率儀，上海雷磁，精度為0.1s/cm）。

根層土壤鹽分增量：小麥收獲后土壤0～100 cm EC值平均值減前1 a小麥收獲后土壤EC值平均值與前1年小麥收獲后土壤EC值平均值的百分數，%。

冬小麥產量：選取2 m2（1 mí2 m）冬小麥產量為實際產量，然后換算為單位面積產量，kg/hm2。

冬小麥品質：出粉率、形成時間、吸水量指標均采用國家標準方法測定，蛋白質含量采用GB5009.5-2010，容重采用GB/T5498-2013，濕面筋采用GB/T5506.2-2008，穩(wěn)定時間、弱化度采用GB/T14614-2006。

1.4 統(tǒng)計分析方法

應用Excel 2010和DPS進行數據的方差分析；選取95%置信水平，應用最小顯著差異法（least significance difference，LSD）進行不同處理間的多重比較分析。

2 結果與分析

2.1 不同灌溉模式及灌水定額對冬小麥產量的影響

不同灌溉模式下冬小麥產量見表3。純渠水灌溉模式下的冬小麥產量最大，2015年為9 195 kg/hm2。低灌溉定額（600 m3/hm2）下，2013－2016年4種灌溉模式下的冬小麥產量差異不顯著（>0.05）。中灌溉定額（900 m3/hm2）下，2014年純渠水灌溉模式下冬小麥產量顯著高于井水+渠水+渠水灌溉模式（<0.05）。高灌溉定額（1 200 m3/hm2）下，2014年純渠水灌溉模式下冬小麥產量顯著高于其他灌溉模式（<0.05）。可見，低灌溉定額下，渠井灌水比例對冬小麥產量影響不明顯；而中高灌溉定額下，渠井灌水比例對冬小麥產量的影響可能較大。

相同灌溉模式不同灌溉定額下冬小麥產量分析表明，純井灌模式下，2013－2016年高灌溉定額下的冬小麥產量與中、低灌溉定額均無顯著差異（>0.05）。“渠水+井水+井水”灌溉模式下，2013年高灌溉定額下冬小麥產量顯著高于低灌溉定額（<0.05）；2016年高、中灌溉定額下的冬小麥產量均顯著高于低灌溉定額（<0.05），分別較低灌溉定額提高了22.4%和16.5%；2014－2015年，3種灌溉定額下的冬小麥產量差異不明顯（>0.05）。“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，2013－2015年度3種灌溉定額下冬小麥產量差異均不顯著（>0.05），2016年高、中灌溉定額下的冬小麥產量均顯著高于低灌溉定額（<0.05），分別較低灌溉定額提高了36.1%和32.3%。純渠水灌溉模式下，2014年高灌溉定額下的冬小麥產量顯著高于低灌溉定額（<0.05），較之提升25.0%；其他年份中3個灌溉定額下的冬小麥產量無明顯差異（>0.05）。綜上，灌溉定額對純渠水灌溉模式下冬小麥產量的影響較純井水灌溉模式大。

表3 不同灌溉處理下冬小麥產量

注：同列不同字母表示不同處理之間存在顯著性差異（<0.05），下同。

Note: Different letters indicate significant difference among treatments (<0.05), same as below.

2.2 不同灌溉模式及灌水定額對冬小麥品質的影響

為探究不同灌溉模式的累積效應，本研究以連續(xù)灌溉4 a后（2016年）冬小麥品質作為分析指標（表4）。不同處理間冬小麥的出粉率、形成時間、吸水量指標差異均不顯著（>0.05），因此僅針對差異顯著的指標進行分析。

表4 2016年不同灌溉處理下冬小麥品質

2.2.1 蛋白質含量

食品種類不同對小麥蛋白質含量的要求也不同，蛋白質含量高的小麥適合制作面包，蛋白質含量低的小麥適合制作餅干和糕點。相同灌水定額不同灌溉模式下冬小麥蛋白質含量分析表明：低灌溉定額下，純井水灌溉模式下的冬小麥蛋白質含量最高，顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），較之分別提高17.4%和15.4%；中灌溉定額下，純井水灌溉模式下冬小麥蛋白質含量顯著高于其他灌溉模式（<0.05），相比分別提升14.3%、23.6%和20.4%；高灌溉定額下，4種灌溉模式下的冬小麥蛋白質含量均無明顯差異（>0.05）。總體上，井水有利于冬小麥蛋白質含量的增加，純井水灌溉模式下的冬小麥蛋白質含量相對較高；相同灌溉模式下灌溉定額對冬小麥蛋白質含量影響均不明顯（>0.05）。可見，灌溉水質對蛋白質含量的影響大于灌溉定額對其的影響。

2.2.2 容重

小麥容重能綜合反映籽粒形態(tài)、整齊度、胚乳質地和含水量等指標，其值越大，面粉質量越好，出粉率越高。相同灌水定額不同灌溉模式冬小麥容重分析表明：低灌溉定額下，純井水灌溉模式下冬小麥容重顯著低于“井水+渠水+渠水”及純渠水灌溉模式（<0.05），相比分別降低2.6%、3.2%；而在中、高灌溉定額下，4種灌溉模式下的冬小麥容重差異均不顯著（>0.05）。可見，灌溉模式對低定額灌溉下的冬小麥容重影響較為明顯；低定額灌溉條件下，渠井灌水比例越大則越有利于冬小麥容重的提升。相同灌溉模式下不同灌溉定額下冬小麥容重分析表明：純井水灌溉模式下，低灌溉定額下的冬小麥容重顯著低于中、高灌溉定額（<0.05），相比降低3.0%、3.3%；“渠水+井水+井水”灌溉模式，低灌溉定額下的冬小麥容重顯著低于高灌溉定額（<0.05），相比降低2.8%；“井水+渠水+渠水”及純渠水灌溉模式下的3種灌溉定額冬小麥容重均差異不明顯（>0.05）。可見，渠井灌水比例越小，灌溉定額對冬小麥容重影響越大，即不同灌溉定額對純井灌、“渠水+井水+井水”灌溉模式影響較明顯。增加灌溉定額有利于增加冬小麥容重，各種灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥容重最大。

2.2.3 濕面筋

根據濕面筋含量將面粉分為高筋粉（濕面筋質量分數>30%）、中筋粉（濕面筋質量分數>25%～30%)、中低筋粉（濕面筋含量20%～25%）和低筋粉（濕面筋質量分數<20%）4等。不同食品對面筋含量的要求不同。面包需選用高筋面粉，餅干需選用低筋面粉，面條、饅頭等食品需選用中筋面粉。相同灌水定額不同灌溉模式下冬小麥濕面筋分析表明：低灌溉定額下，不同灌溉模式對冬小麥濕面筋影響不顯著（>0.05）。中灌溉定額下，純井水灌溉模式下的冬小麥濕面筋含量顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），相比提高74.7%。高灌溉定額下，純井水灌溉模式顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），相比分別提升20.6%和17.9%。相同灌溉模式不同灌溉定額下冬小麥濕面筋分析表明：純井水灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高，顯著高于低灌溉定額（<0.05），較之提升22.9%；“渠水+井水+井水”灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高；“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高，顯著高于中、低灌溉定額（<0.05），較之分別提升19.9%和23.9%；純渠水灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高，顯著高于低灌溉定額（<0.05），較之提升21.8%。綜上，純井水灌溉模式和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的冬小麥屬于中低筋粉，“井水+渠水+渠水”灌溉模式和純渠水灌溉模式下的冬小麥屬于低筋粉（高定額除外）。可見，井水灌溉更有利于提升冬小麥濕面筋；不同灌溉模式下隨灌溉定額的增加，濕面筋量增大。

2.2.4 穩(wěn)定時間

面粉穩(wěn)定時間與面粉的適用性密切相關，面包等發(fā)酵食品要求穩(wěn)定時間8 min以上，饅頭、面條類食品要求穩(wěn)定時間3～5 min，糕點食品要求穩(wěn)定時間小于2.5 min。相同灌水定額不同灌溉模式下冬小麥穩(wěn)定時間分析表明：低灌溉定額下，純渠水灌溉下的冬小麥穩(wěn)定時間最短；中灌溉定額下，純井水灌溉下的冬小麥穩(wěn)定時間最長，顯著高于其他3種灌溉模式（<0.05）。高灌溉定額下，純井水灌溉下的冬小麥穩(wěn)定時間最長，顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05）。相同灌溉模式不同灌水定額下冬小麥穩(wěn)定時間分析表明：純井水灌溉模式下，低灌溉定額下冬小麥穩(wěn)定時間顯著低于中、高灌溉定額（<0.05），分別較之縮短了48.4%、45.9%；“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”和純渠水灌溉模式下，3種灌溉定額冬小麥穩(wěn)定時間均無明顯差異（>0.05）。綜合分析，不同灌溉模式下，冬小麥穩(wěn)定時間均隨灌溉定額的增加而增大；冬小麥穩(wěn)定時間隨渠井灌水比例的增加呈降低趨勢，純井水灌溉下冬小麥穩(wěn)定時間最長，灌溉定額對其影響最大。純井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的小麥適合制作饅頭、面條類食品，井水+渠水+渠水灌溉模式和純渠水灌溉模式的小麥適合制作糕點食品。

2.2.5 弱化度

弱化度可反映面團在攪拌過程中的破壞速率，也代表面筋強度。弱化度越大，面筋越弱，面團越易流變。相同灌水定額不同灌溉模式冬小麥弱化度分析表明：低灌溉定額下，純渠水灌溉模式下的冬小麥弱化度顯著高于其他3種灌溉模式（<0.05），分別較純井水、“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”灌溉模式提高了33.7%、20.9%和54.9%；中灌溉定額下，純井水灌溉下冬小麥弱化度顯著低于其他3種灌溉模式（<0.05），分別較“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”、純渠水灌溉模式降低了41.8%、46.6%和38.5%，其中“井水+渠水+渠水”灌溉模式下弱化度最高，但與“渠水+井水+井水”和純渠水灌溉模式差異不明顯（>0.05）；高灌溉定額下，“井水+渠水+渠水”、純渠水灌溉下的冬小麥弱化度顯著高于純井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式（<0.05）。相同灌溉模式不同灌水定額冬小麥弱化度分析結果表明：純井灌模式下，低灌溉定額下弱化度最高，顯著高于中灌溉定額（<0.05），較之提升42.8%；“渠水+井水+井水”灌溉模式下，中灌溉定額下弱化度最高，顯著高于高灌溉定額（<0.05），較之提升21.1%；“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，低灌溉定額下冬小麥弱化度顯著低于中、高定額灌溉（<0.05），分別較之降低34.4%和32.8%；純渠水灌溉模式下，3種灌溉定額無明顯差異（>0.05）。綜合分析，冬小麥弱化度隨渠井灌水比例的增大有增加的趨勢。

2.3 不同灌溉模式和灌水定額下冬小麥根層土壤鹽分逐年累積效應

2013－2016年不同灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分累積增量見圖3。相同灌溉定額不同灌溉模式對比分析表明：低灌溉定額下，2013年冬小麥根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈逐漸降低趨勢；2014－2016年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趨勢。中灌溉定額下，2013年冬小麥根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈逐漸降低趨勢；2014年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趨勢，而2015—2016年根層土壤鹽分增量均隨渠井灌水比例的增加呈遞減趨勢。高灌溉定額下，2013年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趨勢，原因可能是2013年降雨量較小，蒸發(fā)蒸騰量較大。2014—2015年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈逐漸降低趨勢。綜合分析，純井水灌溉和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的冬小麥根層土壤鹽分增量較大，而純渠水灌溉及“井水+渠水+渠水”灌溉模式下的冬小麥根層土壤鹽分增量相對較小；其中2014年純渠水灌溉模式下根層土壤鹽分累積增量均低于其他灌溉模式，且在較高灌溉定額下，“井水+渠水+渠水”和純渠水灌溉模式下根層土壤鹽分累積增量均遠低于純井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式，2015年純渠水灌溉模式下根層土壤鹽分增量最低。

圖3 2013－2016年不同灌溉處理下土壤0～100 cm土壤鹽分增量

相同灌溉模式不同灌水定額對比分析表明：純井水灌溉模式下，不同灌水定額下冬小麥根層土壤鹽分增量在各年份間的變化規(guī)律不盡相同。2013年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞減趨勢，2014年鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞增趨勢，而2015－2016年鹽分增量隨灌溉定額的增加呈先升高后降低趨勢。“渠水+井水+井水”灌溉模式下，2013年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞增趨勢，其中高定額灌溉下根層土壤鹽分增量最大；2014年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈先升高后降低趨勢，中定額灌溉下根層土壤鹽分增量最大，相比高、低定額分別增加9.7%和12.8%；2015年3種定額灌溉下根層土壤鹽分含量均有所下降，且鹽分減幅隨灌溉定額的增大而增大；2016年中定額灌溉下根層土壤鹽分增量最大，相比高、低定額分別提升116%和102%。“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，2014年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞減趨勢；2015年根層土壤鹽分含量均有所下降，其中低定額灌溉下鹽分降幅最大，隨著灌溉定額的提高，鹽分降幅逐漸降低，2016年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞減趨勢。純渠水灌溉模式下，2013年高定額灌溉下根層土壤鹽分含量有所下降，而中、低定額灌溉下鹽分存在一定累積；2014年低定額灌溉下鹽分含量有所降低，而中、高定額灌溉下鹽分累積增幅相當；2015年3種定額灌溉下根層土壤鹽分含量均大幅度降低，且隨著灌溉定額的提高，鹽分減幅呈遞減趨勢；至2016年，3種定額灌溉下根層土壤鹽分含量又表現為輕度回升，中定額灌溉下鹽分增量最小。

總之，連續(xù)4 a灌溉后冬小麥根層土壤鹽分有小幅增加趨勢，其中純渠水灌溉模式（D）下冬小麥根層土壤鹽分增量最小，其次是“井水+渠水+渠水”灌溉模式（C），純井水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最大（A）。相對而言，高定額灌溉模式下鹽分累積較小。因此，在地表水資源相對充足的地區(qū)可選擇高定額純渠水灌溉模式，地表水資源相對不充足的地區(qū)，可選擇高定額井水+渠水+渠水灌溉模式，而在水資源緊缺地區(qū)，可選擇中定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

3 討 論

充足的土壤水分條件是灌區(qū)作物高產穩(wěn)產的基礎。在一定范圍內，冬小麥產量與灌水量呈正相關[10-11]；但灌水過度則易導致冬小麥產量顯著下降[12]，過度的水分虧缺同樣會嚴重抑制冬小麥生長，致使其產量降低[13]。本研究結果表明，灌溉定額對純渠水灌溉模式下的冬小麥產量的影響較純井水灌溉模式大，高灌溉定額下的冬小麥產量顯著高于低灌溉定額，原因可能是渠水當中氮、磷等營養(yǎng)物質含量遠高于井水，不同渠灌灌水量輸入土壤中的營養(yǎng)物質含量差異較大，因而對冬小麥產量影響差異明顯。以往研究表明，相同灌溉定額條件下，純渠水灌溉下冬小麥產量高于純井水灌溉及渠井結合灌溉[3]。本研究結果表明，低灌水定額下，渠井灌溉模式對冬小麥產量的影響不明顯；隨著灌溉定額的提高，不同渠井灌溉模式下的冬小麥產量差異性逐漸增大，其中純渠水灌溉模式下的冬小麥產量最大，與以往研究結果相似。一方面，渠水相比井水富含多種營養(yǎng)成分，更有利于促進冬小麥增產；另一方面，與井水相比，渠水溫度更接近于冬小麥根系層溫度，可提供更適宜冬小麥根系生長的溫度和養(yǎng)分條件。此外，長期井水灌溉易造成土壤積鹽，對土壤微生物量、有機質等土壤生化指標均存在一定的負面影響，不利于作物生長[14-16]。高定額純渠水灌溉模式下的冬小麥產量最大；因此，在地表水量相對充足且以產量最大化為目標的情況下，可選取高定額純渠水灌溉模式。

灌溉水質、灌水量及灌水時間等因素對冬小麥品質的影響錯綜復雜，土壤水分條件不僅制約冬小麥產量，同時也會影響土壤中的養(yǎng)分釋放，進而影響冬小麥品質。研究表明，井礦水灌溉一定程度上不利于冬小麥產量的提升，但對小麥品質的負面影響較小甚至可改善其品質[17]。本研究中，井水灌溉更有利于提升冬小麥蛋白質與濕面筋含量，純井水灌溉模式下的小麥蛋白質與濕面筋含量最高，穩(wěn)定時間最長，其次為“渠水+井水+井水”灌溉模式。以往研究表明，土壤中絕大部分鹽分離子與小麥籽粒蛋白質含量之間呈正相關；灌溉水及土壤中的鹽分離子濃度越高，越有利于促進小麥籽粒蛋白質含量的提升[18]。此外，小麥蛋白質含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時間三者間均具有顯著正相關性[19-21]。與渠水相比，井水中的鹽分離子濃度更高，因而更有利于提升冬小麥籽粒中蛋白質和濕面筋含量，延長其穩(wěn)定時間。冬小麥產量和品質是基因與外界環(huán)境因素互作下的綜合體現，只有將二者有機結合才能實現糧食優(yōu)質與高產相統(tǒng)一。綜合分析不同灌溉處理下的冬小麥產量與品質特征，在地表水資源相對充足且追求產量最大化的情況下，可選擇中或高定額純渠水灌溉模式；在地表水資源不充足的情況下，可選擇中、高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式；此2種情況下的冬小麥生產用途應主要集中于制作餅干、糕點等農副產品。在地表水資源緊缺且不追求產量最大化的情況下，可選擇中定額純井水或“渠水+井水+井水”灌溉模式，該種情況下的冬小麥生產用途應主要集中于制作饅頭、面條等傳統(tǒng)主食類產品。

微咸水灌溉會導致土壤積鹽及作物減產，而咸水與淡水交替組合灌溉效果較為理想[22-23]；咸、淡水組合灌溉下土壤鹽分累積量與淡水灌溉相比差異較小，顯著低于純咸水灌溉[24]；在地下水礦化度穩(wěn)定的條件下，不同咸、淡水組合灌溉模式下土壤鹽分含量由大到小分別為淡淡咸、淡咸淡、咸淡淡[25]。本研究中冬小麥根層土壤鹽分累積增量隨渠井灌水比例的增加而降低，原因可能是渠井灌水比例高的灌溉模式，尤其是在高定額灌溉下，渠水灌溉對冬小麥根層土壤鹽分的淋洗效果明顯，根層土壤鹽分隨水而下[26]，導致純渠水高定額灌溉下土壤鹽分累積較小。土壤鹽分長期累積效應的影響因素較復雜，灌溉水礦化度[27]、灌溉制度[28-29]、土壤耕作方式[30-31]及土壤結構空間異質性[32]等多重因素均會在不同程度上影響土壤積鹽規(guī)律，在不同因素交互作用下，土壤鹽分累積特征差異較大[33]。

4 結 論

1）灌溉定額對純渠水灌溉模式下冬小麥產量的影響較純井水灌溉模式大。高定額純渠水灌溉模式下的冬小麥產量最大。

2）增大灌溉定額有利于冬小麥容重、濕面筋和穩(wěn)定時間的增加，而對蛋白質含量的影響不明顯。井水有利于蛋白質含量、濕面筋和穩(wěn)定時間的增加，有利于弱化度的降低。在地表水資源相對充足的情況下，可選擇高定額純渠水灌溉模式；在地表水資源不充足的情況下，可選擇中、高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式；此2種情況下的冬小麥生產用途主要用于制作餅干、糕點等農副產品。在地表水資源緊缺的情況下，可選擇中定額純井水或“渠水+井水+井水”灌溉模式，該種情況下的冬小麥生產用途應主要用于制作饅頭、面條等傳統(tǒng)主食類產品。

3）2013－2016年鹽分累積情況，冬小麥根層土壤鹽分有小幅增加趨勢，其中純渠水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最小，其次是“井水+渠水+渠水”灌溉模式，純井水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最大。從冬小麥根層土壤鹽分調控的角度出發(fā)，在地表水資源相對充足的地區(qū)可選擇高定額純渠水灌溉模式，地表水資源不充足的地區(qū)，可選擇高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式，而在水資源緊缺地區(qū)，可選擇中定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

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Optimization of well-canal irrigation mode considering salt accumulation and winter wheat yield and quality

Qiao Dongmei, Han Yang, Qi Xuebin※, Huang Zhongdong, Li Ping, Liang Zhijie

(1.,,453002,; 2.,,453002,; 3.,453002,)

Huang-Huai-Hai Plain is one of the most important agricultural development zones in China. A large number of saline water resources in shallow underground layer are important available resources for agricultural production. It is of great practical significance for the sustainable development of agriculture in Huang-Huai-Hai region to study the efficient irrigation mode of well-canal irrigation area. In order to explore the suitable irrigation mode of surface water and groundwater in well-canal irrigation area, the effects of different irrigation proportion (0, 33%, 67%, 100%) and different irrigation quota (600, 900, 1 200 m3/hm2) on the winter wheat yield, quality and dynamic change characteristics of salinity in root soil of winter wheat from 2013 to 2016 were studied on the scale of field plots. The results showed that: 1) The effect of different irrigation quotas on winter wheat yield under pure channel irrigation mode was greater than that under pure well water irrigation mode. Winter wheat yield under high quota pure channel irrigation (The irrigation quota was 1 200 m3/hm2and the proportion of canal and well irrigation was 100%) was the highest, the yield of winter wheat under this irrigation treatment was 9 195 kg/hm2. 2) Higher irrigation quota was beneficial to the increase of bulk density, wet gluten and stable time of winter wheat, but had no obvious effect on protein content. Well water was beneficial to the increase of protein content, wet gluten and stabilization time, and to the decrease of weakening degree. In the case of relatively sufficient surface water resources and the pursuit of maximum yield, high-quota pure channel irrigation mode was suggested; in the case of insufficient surface water resources, medium-quota and high-quota “well water, canal water, canal water” irrigation mode was to be selected; In these 2 cases, winter wheat mainly was well to make biscuits, pastries and the other agricultural by-products. In the case of shortage of surface water resources and no pursuit of maximum yield, medium-quota pure well water or “canal water, well water, well water” irrigation mode was to be selected. In this case, the production of winter wheat should mainly make steamed bread, noodles and the other traditional staple food products. 3) The soil salinity of winter wheat root layer increased slightly after 4 years of irrigation. The soil salinity increment of winter wheat root layer under pure channel water irrigation mode was the smallest, followed by irrigation mode “well water, channel water, channel water”, and the soil salinity increment of winter wheat root layer under pure well water irrigation mode was the largest. For those areas with relatively sufficient surface water aiming at maximizing yield, high quota pure channel irrigation mode could be selected. In areas with insufficient surface water resources, the irrigation mode “high quota well water, canal water, canal water” could be selected. In the area of water shortage, the irrigation mode of well water + canal water + canal water with medium quota can be selected. It is of great practical significance for the sustainable development of agriculture in Huang-Huai-Hai region to carry out well-canal combined irrigation area food security production and efficient irrigation mode based on soil environmental security.

irrigation; groundwater; salinity; winter wheat; percentage of channel and well water; yield; quality

喬冬梅，韓 洋，齊學斌，黃仲冬，李 平，梁志杰. 考慮鹽分累積及冬小麥產量品質的井渠結合灌溉模式優(yōu)選[J]. 農業(yè)工程學報，2019，35(18)：78－85.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010 http://www.tcsae.org

Qiao Dongmei, Han Yang, Qi Xuebin, Huang Zhongdong, Li Ping, Liang Zhijie. Optimization of well-canal irrigation mode considering salt accumulation and winter wheat yield and quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(18): 78－85. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010 http://www.tcsae.org

2019-06-06

2019-08-10

國家自然科學基金面上項目（51879268）；“十二五”公益性行業(yè)（農業(yè)）科研專項經費項目（201203077）；中國農業(yè)科學院基本科研業(yè)務費專項（FIRI2016-11）

喬冬梅，博士，副研究員，主要從事農業(yè)水資源與水環(huán)境研究。Email：qiaodongmei78@163.com

齊學斌，研究員，博士生導師，研究方向為水資源與水環(huán)境。Email：qxb6301@yahoo.com.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010

S274; S153.5

A

1002-6819(2019)-18-0078-08