張濟(jì)斌，蔣 靜, 馬娟娟，馮紹元，李國安

(1.太原理工大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，太原 030024；2.揚州大學(xué)水利與能源動力工程學(xué)院，江蘇 揚州 225009)

隨著淡水資源的日益緊缺，咸水灌溉逐漸引起了人們的關(guān)注，研究咸水資源灌溉的增產(chǎn)效益和土壤、生態(tài)環(huán)境效應(yīng)，對解決水資源危機(jī)、指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義[1]。咸水灌溉可以在一定程度上緩解淡水資源短缺的問題，但是同時也會造成土壤中鹽分的積累，從而對土壤環(huán)境和作物生長產(chǎn)生不利的影響。

國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)行了大量關(guān)于咸水灌溉對作物生長及土壤環(huán)境影響的研究。利用微咸水進(jìn)行灌溉時要考慮的因素包括作物耐鹽性、灌溉制度、水資源管理策略、灌溉頻率以及土壤特性，只要控制土壤含鹽量、水分、相對溶液濃度指標(biāo)不超過作物耐鹽限度，對作物產(chǎn)量、品質(zhì)沒有明顯影響，而且可以起到節(jié)約淡水的作用，且安全可行[2-5]。李紅等[6]以株高為指標(biāo)研究不同濃度微咸水對小麥的影響，發(fā)現(xiàn)當(dāng)微咸水濃度較低時，鹽分對株高的抑制不明顯，并一直保持到試驗結(jié)束。對小麥進(jìn)行不同灌溉水礦化度處理的灌溉試驗，發(fā)現(xiàn)作物地上部干物質(zhì)總量隨灌溉水礦化度增加而減少，作物產(chǎn)量及其要素也隨灌溉水礦化度增加而減小[7,8]。河北省東南部鹽漬化地區(qū)進(jìn)行冬小麥3.2 g/L微咸水灌溉試驗研究，結(jié)果表明：利用微咸水進(jìn)行灌溉對冬小麥的生長有一定的抑制作用，地上部干物質(zhì)累積量只有淡水灌溉處理的75%左右，但對其最后的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量影響不大，相應(yīng)地提高了收獲指數(shù)[9]。本研究將灌水量與灌水礦化度相結(jié)合，對作物生長(株高、葉面積指數(shù)、地上干物質(zhì)量)及產(chǎn)量進(jìn)行分析研究。

石羊河流域位于我國西北部屬干旱、半干旱地區(qū)，降雨稀少，水資源短缺是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)發(fā)展最主要的制約因素[10]。小麥作為當(dāng)?shù)刂饕Z食作物，耗水量大，因此研究灌水量、灌水礦化度對小麥生長及產(chǎn)量的影響對該地區(qū)咸水資源利用及節(jié)水灌溉的發(fā)展具有重要意義。

1 試驗方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)石羊河試驗站進(jìn)行，該站位于甘肅省武威市，地處石羊河流域中游。該地區(qū)屬于典型的大陸性氣候，年平均氣溫7.8 ℃，降水量少，年平均164.4 mm；蒸發(fā)量大，年平均約2 000 mm；日照時間長，2 200～3 030 h；無霜期為85～165 d。耕地土壤為粉沙壤土，土壤密度為1.58 g/cm3，土壤初始含鹽量0.9～1.5 g/kg，pH值為8.3，田間持水率為0.30 cm3/cm3。

1.2 試驗概況

1.2.1試驗材料與設(shè)計

試驗材料選取小麥(永良四號)，播種日期為2014年3月30日，收獲日期為7月24日，生育期117 d。試驗設(shè)計2個因素，灌水量3個水平(355、280、205 mm)，礦化度4個水平(0.7、3.0、5.0、7.0 g/L)，共計12個處理，3組重復(fù)，布置了36個3 m×3 m的小區(qū)，小區(qū)之間保護(hù)區(qū)1 m。0.7 g/L灌溉水由地下水抽取，咸水采用質(zhì)量比為1∶2∶2的CaSO4、MgSO4和NaCl與地下水按比例混合配制而成。灌溉制度如表1所示。

1.2.2測試項目及方法

采用精度0.01的米尺測量株高，每個處理測定10株植株取其平均值。葉面積指數(shù)采用冠層分析儀(SunScan Canopy Analysis System，type SS1，Delta-T Devices Ltd，U.K.)測定。收獲時每個小區(qū)人工收割1 m2，風(fēng)干后測土地上所收獲作物地上部分的干物質(zhì)總量和籽粒產(chǎn)量，折算出每公頃產(chǎn)量。小麥播種前、收獲后、灌水前后用土鉆取土法進(jìn)行水鹽觀測。取土深度為120 cm，共分為7層(0～10、10～20、20～40、40～60、60～80、80～100、100～120 cm)。觀測項目主要包括質(zhì)量含水率(烘干法)、土壤pH值(Mettler-Toledo Five Easy 20)、電導(dǎo)率(SG3-ELK742，Mettler-Toledo International Inc.，Switzerland)等，試驗站設(shè)有氣象站對當(dāng)?shù)貧庀筮M(jìn)行實時監(jiān)測。

表1 咸水灌溉試驗灌水方案Tab.1 Irrigation schedule for saline irrigation experiment

2 結(jié)果與分析

2.1 咸水灌溉對小麥株高的影響

2.1.1灌水量對小麥株高的影響

圖1為4種灌水礦化度下，不同灌水量對小麥株高的影響。拔節(jié)期前期和抽穗期前期，小麥生長速度較快約為0.5 cm/d；拔節(jié)期末期和抽穗期末期，生長速度較慢約為0.3 cm/d，抽穗期結(jié)束后，小麥株高基本不再變化，灌水對小麥節(jié)間伸長已不起作用。

圖1 不同灌水量小麥株高動態(tài)變化Fig.1 Dynamics of wheat height under different irrigation amount

不同灌水量處理之間抽穗期以后開始對株高影響產(chǎn)生差異，各處理之間差異并不明顯(p>0.05)，灌水礦化度為0.7、3.0 g/L時，株高隨灌水量的增大而增大；在5.0 g/L處理下[圖1(c)]，W3S3處理株高最小，W2S3株高高于W1S3處理，原因是灌水量增大時，也向土壤帶入了更多的鹽分，對作物的鹽分脅迫更為明顯；在7.0 g/L處理下[圖1(d)]，不同灌水量小麥株高差別較小，與W1S4相比，W2S4減少2%，W3S4減少4.7%；7.0 g/L處理下株高隨灌水量的減少而降低。

2.1.2灌水礦化度對小麥株高的影響

由圖2可知，在抽穗后期至灌漿期，3種灌水量條件下不同灌水礦化度對株高產(chǎn)生不同的影響。在充分灌溉條件W1下[圖2(a)]，與0.7 g/L處理相比，3.0 g/L處理引起株高降低不超過1%。小麥株高表現(xiàn)為W1S1>W1S2>W1S4>W1S3，W1S3與W1S4之間不存在顯著性差異(p<0.05)；W2條件下，4種鹽分水平影響株高差異并不明顯，小麥株高相近，表現(xiàn)為隨礦化度的增加而降低，與S1相比S2、S3、S4依次降低0.7%、1.6%、2.7%；W3條件下，不同礦化度條件下株高差異不顯著。

圖2 不同礦化度條件下小麥株高動態(tài)變化Fig.2 Dynamics of wheat height under different irrigation water salinity

灌水礦化度3.0 g/L咸水灌溉對小麥有良好效果，株高降低不超過1%，多項研究[9,11,12]也表明微咸水灌溉對小麥有良好效果。灌水礦化度大于5.0 g/L，鹽分脅迫開始顯著，在灌水礦化度較高(7.0 g/L)時，株高主要受鹽分的影響，不同灌水量的影響較小。充分灌溉時灌水礦化度對株高的影響較明顯，株高最大降低16%；在缺水時，灌水礦化度對株高的影響并不明顯，缺水時鹽分影響株高減低不超過8.4%。綜上所述，選取3.0 g/L的咸水對小麥進(jìn)行充分灌溉，對小麥株高影響不明顯。

2.2 咸水灌溉對小麥葉面積指數(shù)的影響

2.2.1灌水量對小麥葉面積指數(shù)的影響

圖3表示了小麥在相同灌水礦化度條件下不同灌水量對葉面積指數(shù)的影響。5月18日以前小麥葉面積指數(shù)受灌水量影響不是很明顯，降低不超過0.6 cm2/cm2，隨灌水量的減少而降低；7月1日，在S1、S2、S3處理下，W1與W2差距明顯縮小，相差不超過2.7%，可見灌水礦化度低于5.0 g/L時，灌水量W3(280 mm)對葉面積指數(shù)的影響不明顯，在S4處理下，葉面積指數(shù)在充分灌溉W1S4處理下明顯高于虧水灌溉W2S4、W3S4處理，分別降低21.6%、24.0%；到了成熟期7月15日，淡水灌溉W1S1分別比W2S1、S3S1高出26.2%、34.6%，而在S2、S3、S4處理下，3種灌水量對小麥葉面積指數(shù)的影響相差較小，相差幅度為4.76%～20.07%；W3處理的作物葉面積指數(shù)在每個生育期均比W1、W2處理小，生長相對緩慢。

圖3 不同灌水量對葉面積指數(shù)的影響Fig.3 Effect of different irrigation water amount on leaf area index

2.2.2礦化度對作物葉面積指數(shù)的影響

圖4表示了小麥在相同灌水量條件下不同灌水礦化度對葉面積指數(shù)的影響。由圖4可知，葉面積值指數(shù)各生育期內(nèi)表現(xiàn)為隨灌水礦化度的增加而降低，大量研究[10,13-15]得出結(jié)論與本研究一致。5月9日3種灌水量處理條件下，葉面積指數(shù)都表現(xiàn)為隨灌水礦化度的增加而降低。在充分灌溉W1下，5月18日，與W1S1處理下的葉面積指數(shù)相比，W1S2處理下葉面積指數(shù)高出4.2%，因為微咸水灌溉可以促進(jìn)小麥葉片生長，張展羽等[16]也得出微咸水有利于作物生長的結(jié)論，7月1日、7月15日葉面積指數(shù)都表現(xiàn)為隨灌水礦化度的增加而降低，淡水處理明顯高于咸水灌溉，3種灌水礦化度處理相差不大，最大差距不超過0.26 cm2/cm2；W2、W3處理下，各個時期均表現(xiàn)為葉面積指數(shù)都表現(xiàn)為隨灌水礦化度的增加而降低，但各鹽分處理差別不是十分明顯，差距不超過0.86 cm2/cm2，W3處理下葉面積指數(shù)各個時期都較小，且灌水礦化度對小麥葉面積指數(shù)影響差別較小。

研究表明在淡水處理時缺水W2與W3對葉面積指數(shù)影響較小，各種灌水量處理下葉面積指數(shù)隨灌水礦化度成增加而降低。研究表明相同灌水量條件下，葉面積指數(shù)隨灌水礦化度成增加而降低，且一定時期葉面積指數(shù)W1S2處理大于W1S1處理。綜上所述：3.0 g/L咸水充分灌溉對小麥葉面積指數(shù)影響較小，且一定時期能促進(jìn)葉片生長。

2.3 咸水灌溉對小麥產(chǎn)量及干物質(zhì)的影響

2.3.1咸水灌溉對小麥產(chǎn)量的影響

圖5表示了不同灌水量對小麥產(chǎn)量的影響。由圖5可知：在相同灌水礦化度處理下，小麥產(chǎn)量隨灌溉水量的減少而降低，文獻(xiàn)[17,18]得出與本研究相似結(jié)論，W1處理與W3處理存在顯著性差異(p<0.05)，W2S1與W1S1、W3S1之間沒有顯著性差異(p>0.05)。淡水灌溉處理下，與充分灌溉W1S1相比，W2S1、W3S1分別減產(chǎn)7.31%、27.70%；咸水灌溉時，充分灌溉W1處理下的產(chǎn)量明顯大于非充分灌溉(W2、W3)，3.0 g/L水平下，W2S2比W1S2降低16.16%，5.0 g/L水平下，W2S3比W1S3降低15.59%，7.0 g/L水平下，W2S4比W1S4降低11.97%，7.0 g/L條件下產(chǎn)量下降較低，由于灌水量的增加鹽分含量隨之增加所導(dǎo)致，而非充分灌溉W2、W3處理的產(chǎn)量差異不是很明顯，W3與W2處理的產(chǎn)量相比，在3.0 g/L處理下，產(chǎn)量降低13.31%，在5.0 g/L處理下產(chǎn)量降低6.03%，在7.0 g/L的處理下產(chǎn)量降低11.26%。

圖5 不同灌水量對產(chǎn)量的影響Fig.5 Effect of different treatment irrigation amount on wheat yield

圖6表示了不同灌水礦化度對小麥產(chǎn)量的影響。由圖6可知：在相同灌水量處理下，產(chǎn)量隨著灌水礦化度的升高而減少，大量研究[15,19-22]結(jié)論與本研究一致，經(jīng)分析僅S1與S4之間存在顯著性差異(p<0.05)。在充分灌溉W1處理下，W1S1與W1S2處理產(chǎn)量相差1.81%，W1S3與W1S4處理產(chǎn)量相差4.61%，灌水礦化度大于5.0 g/L，鹽分對產(chǎn)量影響開始加重；在虧水W2、W3條件下，淡水處理S1明顯高于咸水灌溉S2、S3、S4，而S2、S3、S4處理下產(chǎn)量相差較小，W2條件下，W2S2、W2S3、W2S4處理產(chǎn)量相差不超過7.39%，產(chǎn)量隨礦化度的增高而降低；W3條件下W3S2、W3S3、W3S4處理產(chǎn)量相差不超過1%，主要因為灌水量減少鹽分隨之減少，鹽脅迫對產(chǎn)量的影響也隨之降低。

圖6 不同灌水礦化度對產(chǎn)量的影響Fig.6 Effect of different irrigation water salinity on wheat yield

2.3.2對作物干物質(zhì)積累的影響

圖7表示了不同灌水量處理下小麥?zhǔn)斋@后地上干物重比較。由圖7可知：在相同鹽分水平下，地上干物重隨著灌水量的減少而減少，文獻(xiàn)[17,18]得出與本研究相似結(jié)論，經(jīng)方差分析知，地上干物質(zhì)重在只有W1與W3處理之間存在顯著性差異(p<0.05)。灌溉水質(zhì)為當(dāng)?shù)叵滤畷r，灌水量對干物質(zhì)積累影響較小，干物質(zhì)依次減少5.9%、4.6%；3.0 g/L水平下充分灌溉明顯高于虧水處理W2S2、W3S2，干物質(zhì)積累分別下降43.2%，50.3%；5.0 g/L水平下，干物質(zhì)量降低趨勢減弱，依次降低18.8%，18.2%，由此可見在5.0 g/L條件下，W2S3與W3S3對作物干物質(zhì)量的影響基本相同；在7.0 g/L水平下，虧水W2S4與充分灌溉W1S4作用效果相同，可以適當(dāng)減少灌水量不影響作物干物質(zhì)量。

圖7 不同灌水處理下小麥干物質(zhì)量Fig.7 The dry matter of wheat under different irrigation amount

圖8為不同灌水礦化度處理下小麥?zhǔn)斋@后地上干物質(zhì)量比較。由圖8可知：在充分灌溉處理下，干物質(zhì)量隨著灌水礦化度的升高而減少，即W1S1>W1S2>W1S3>W1S4，大量研究[8,15,19-22]得出結(jié)論與本研究一致。經(jīng)方差分析知，S1與S2、S3、S4均存在顯著性差異(p<0.05)，S2、S3、S4之間不存在顯著性差異(p>0.05)。充分灌溉時，與W1S1相比，W1S2、W1S3、W1S4依次減低2.2%、16.6%、8.1%，礦化度大于5.0 g/L時，鹽分對干物質(zhì)量影響變得嚴(yán)重，趙志才[15]得出與本節(jié)研究相似結(jié)論；W2水平下0.7 g/L干物質(zhì)量最大，與W2S2相比，W2S3、W2S4依次為9.1%、20%，主要原因是鹽分抑制了作物的生長；W3水平下仍然是0.7 g/L干物質(zhì)積累最多，但S2、S3、S4對干物質(zhì)量的影響差距較小，相差不超過6.7%。

圖8 不同礦化度處理下小麥干物質(zhì)量Fig.8 The dry matter of wheat under different irrigation water salinity

研究表明相同水質(zhì)的條件下作物產(chǎn)量與干物質(zhì)隨灌水量的減少而降低，W2與W1不存在顯著差異，重度虧水W3對產(chǎn)量影響顯著，實際灌溉應(yīng)避免灌水量過少。在相同灌水量時，小麥產(chǎn)量、干物質(zhì)量(W1處理下)隨灌溉水礦化度增加而降低，灌水礦化度大于5.0 g/L，鹽分對產(chǎn)量、干物質(zhì)的影響開始明顯，但3.0 g/L在充分灌溉時對產(chǎn)量、干物質(zhì)影響最小，可以應(yīng)用于實際灌溉。

3 結(jié) 論

(1)在相同灌水量條件下，隨灌水礦化度的增加，株高降低2.7%～16%，W1時灌水礦化度對株高的影響較明顯，株高最大降低16%，在缺水時，灌水礦化度對株高的影響并不明顯；葉面積指數(shù)都表現(xiàn)為隨灌水礦化度的增加而降低，葉面積指數(shù)降低9.65%～28.28%；產(chǎn)量與干物質(zhì)隨礦水礦化度的增加而降低，產(chǎn)量降低1.81%～27.02%、干物質(zhì)減少15.66%～34.42%。

(2)在相同灌水礦化度條件下，隨灌水量的減少，株高降低1.37%～11.67%，灌水礦化度大于5.0 g/L，鹽分脅迫開始顯著，在灌水礦化度較高(7.0 g/L)時，株高主要受鹽分的影響，不同灌水量的影響較?。蝗~面積指數(shù)降低14.07%～20.45%，淡水處理時缺水W2與W3對葉面積指數(shù)影響較??；產(chǎn)量與干物質(zhì)隨灌水量的減少而降低，產(chǎn)量減少7.31%～27.33%、干物質(zhì)減少10.26%～49.04%。

(3)微咸水充分灌溉W1S2(3.0 g/L)處理與淡水W1S1(0.7 g/L)處理對小麥影響差別不大。株高相差小于1 cm、葉面積指數(shù)減少7.6%、減產(chǎn)0.7%、干物質(zhì)減少7.1%，因此微咸水充分灌溉W1S2(335 mm，3.0 g/L)可用于當(dāng)?shù)貙嶋H灌溉以節(jié)約淡水資源。灌水礦化度大于5.0 g/L時，鹽分對作物的影響開始顯著，株高、產(chǎn)量、干物質(zhì)分別下降16%、28%、26.64%。因此，該地區(qū)若采取5.0 g/L及以上的水質(zhì)對小麥進(jìn)行灌溉，需合理規(guī)劃，科學(xué)使用大于5.0 g/L的咸水。

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