郭 麗 鄭春蓮，2 曹彩云，2 黨紅凱，2 李科江，2 馬俊永，3

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所， 衡水 053000； 2.河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 衡水 053000；3.農(nóng)業(yè)部河北南部耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 衡水 053000)

長(zhǎng)期咸水灌溉對(duì)小麥光合特性與土壤鹽分的影響

郭 麗1鄭春蓮1，2曹彩云1，2黨紅凱1，2李科江1，2馬俊永1，3

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所， 衡水 053000； 2.河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 衡水 053000；3.農(nóng)業(yè)部河北南部耕地保育科學(xué)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)站， 衡水 053000)

于2013—2015年研究了不同咸水利用方式(CK，淡水；T1，咸水與淡水混配為1.8 g/L的混合水灌溉；T2，3.6 g/L咸水與淡水交替灌溉；T3，3.6 g/L咸水灌溉；T4，無(wú)灌溉)對(duì)冬小麥光合特征及土壤鹽分的影響。結(jié)果表明: T3和T4處理的株高、葉面積指數(shù)、葉面積持續(xù)期、葉綠素含量、最大凈光合速率(Pnmax)、表觀光量子效率(φ)、暗呼吸速率(Rd) 和產(chǎn)量較淡水處理顯著下降，且連續(xù)灌溉3.6 g/L的咸水導(dǎo)致土壤發(fā)生積鹽，不宜連續(xù)灌溉。T1和T2 處理與CK的株高、光合特性無(wú)顯著差異， 土壤鹽分雖有一定積累，但未影響作物的生長(zhǎng)?？梢?jiàn), T1(咸淡混溉)和T2(咸淡水交替灌溉)處理的咸水利用方式對(duì)冬小麥生長(zhǎng)無(wú)負(fù)調(diào)控效應(yīng)。從土壤生態(tài)環(huán)境及小麥產(chǎn)量的影響角度考慮，混灌和輪灌既能保證作物產(chǎn)量較淡水灌溉不減產(chǎn)，土壤未發(fā)生次生鹽漬化，同時(shí)節(jié)約淡水資源。

冬小麥； 咸水灌溉； 光合特性； 土壤鹽分

引言

華北平原淡水資源緊缺與深層地下淡水超采日趨嚴(yán)峻密切相關(guān)，而農(nóng)田灌溉用水是導(dǎo)致深層地下水超采的主要因素。該區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水占總用水量的70%左右，嚴(yán)重超采區(qū)的水資源承載力與農(nóng)業(yè)用水強(qiáng)度之間極度失衡，引發(fā)河北平原形成一個(gè)面積達(dá)4萬(wàn)km2的地下水“漏斗群”，因此，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上尋找開(kāi)發(fā)替代深層淡水資源(如微咸水)的水資源是緩解深層地下水超采的重要途徑。華北平原黑龍港流域淺層咸水資源豐富，礦化度在2～5 g/L的微咸水有5.4×109m3，其面積占總淺層咸水區(qū)的80%，年可利用量約22億m3，且淺層地下水具有補(bǔ)給快、易開(kāi)采的特點(diǎn)，但目前咸水利用量?jī)H3.3億m3[1-4]。可見(jiàn)，對(duì)淺層咸水資源充分利用，以咸補(bǔ)淡對(duì)緩解華北平原深層地下水超采具有重要意義。

微咸水用于農(nóng)田灌溉，雖然作物的干旱脅迫有所緩解，但灌溉的同時(shí)鹽分也被帶入土壤中，連續(xù)多年灌溉容易引發(fā)土壤次生鹽漬化，使耕層土壤含鹽量超過(guò)作物生長(zhǎng)的閾值，從而影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量[5-8]。咸水和微咸水雖然屬于劣質(zhì)水資源，但土壤具有一定的緩沖作用，作物也存在不同程度的耐鹽能力，只要采取合理灌溉措施，以可持續(xù)利用為指導(dǎo)準(zhǔn)則，合理安全利用微咸水灌溉，達(dá)到抗旱增產(chǎn)的效果是完全可能的[9-10]。

微咸水安全灌溉利用仍是干旱少雨地區(qū)研究的熱點(diǎn)，形成以華北和西北為重點(diǎn)的研究區(qū)域。針對(duì)西北地區(qū)吳忠東等[11-13]通過(guò)田間和室內(nèi)試驗(yàn)?zāi)M，探討了微咸水灌溉對(duì)作物產(chǎn)量及土壤水鹽運(yùn)移的影響；喬玉輝等[14]在華北平原河北曲周中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗(yàn)站研究了微咸水灌溉對(duì)土壤環(huán)境的影響，并運(yùn)用PS123模型對(duì)咸水灌溉進(jìn)行了模擬研究。曹彩云等[15]在黑龍港區(qū)以小麥為對(duì)象研究了不同礦化度咸水灌溉對(duì)產(chǎn)量的影響。有關(guān)咸水利用已有較多報(bào)道，以上大多基于室內(nèi)和田間短期試驗(yàn)進(jìn)行研究，而微咸水利用對(duì)作物生長(zhǎng)和土壤生態(tài)環(huán)境的影響是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，有必要對(duì)長(zhǎng)期咸水灌溉定位試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。因此，本文研究黑龍港區(qū)連續(xù)6～7年采用不同咸水灌溉方式對(duì)小麥干物質(zhì)積累和土壤鹽分含量及運(yùn)移規(guī)律的影響，評(píng)價(jià)不同微咸水灌溉方式的科學(xué)性和合理性，對(duì)微咸水安全利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)概況

試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所護(hù)駕遲試驗(yàn)站進(jìn)行。該區(qū)屬黑龍港平原區(qū)(37°54′13″N、115°42′11″E，海拔高度 20 m)，土壤類(lèi)型屬于粘質(zhì)土壤，試驗(yàn)初始(2008年)土壤有機(jī)質(zhì)含量12.9 g/kg, 堿解氮含量67.3 mg/kg, 速效磷含量18.1 mg/kg, 速效鉀含量136 mg/kg, 0～20 cm耕層土壤鹽分含量0.45 g/kg(均為質(zhì)量比)。種植制度為冬小麥-夏玉米復(fù)種連作。2013—2015年小麥季降水量分別為128.4 mm和147.7 mm，見(jiàn)圖1。年平均氣溫12.7℃。

圖1 試驗(yàn)?zāi)甓刃←溕诮邓縁ig.1 Precipitation in wheat growing seasons

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

咸水不同利用方式定位試驗(yàn)始于2008年，本試驗(yàn)在定位試驗(yàn)基礎(chǔ)上于2013—2015年對(duì)冬小麥進(jìn)行研究。試驗(yàn)共設(shè)5個(gè)處理， 淡水(CK)、1.8 g/L 混灌微咸水(T1)、3.6 g/L咸水與淡水輪灌(T2)、3.6 g/L咸水(T3)和春季無(wú)灌溉(T4)。試驗(yàn)用不同礦化度灌溉水的離子組成見(jiàn)表1。每小區(qū)長(zhǎng)10 m、寬7 m，3次重復(fù)。從試驗(yàn)開(kāi)始一直采用造墑水和春1水(拔節(jié)期)的灌溉制度。于2013年10月8日和2014 年 10月7 日造墑，2013年10月15日、2014年10月14日播種。2014年3月29日和2015 年3 月 27 日澆春季 1 水(不同咸水灌溉)。灌溉采用的不同礦化度咸水為淡水與工業(yè)用鹽配制而成, 水表控制灌水量，每次灌溉量 60 mm。每公頃施N 180 kg、P2O5120 kg、K2O 75 kg，磷肥和鉀肥均在小麥播種整地前一次底施，氮素化肥用量為底、追各1/2，小麥品種為衡4399。2014年6月13日、2015年6月12日收獲，種植制度為冬小麥-夏玉米復(fù)種連作方式。

表1 試驗(yàn)用不同礦化度灌溉水的離子組成
Tab.1 Ion compositions of irrigation water with different salinities used in experiment

灌溉水礦化度/(g·L-1)離子濃度/(mmol·L-1)Ca2+Mg2+K+Na+SO2-4HCO-3Cl-淡水(CK)0.7150.8050.1510.732.941.047.631.80.8451.5500.1724.625.061.1220.453.60.9552.2050.1950.4415.911.2143.27

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 植株株高和葉面積指數(shù)

分別選擇不同咸水灌溉處理小麥植株30株，測(cè)定單株干株高，用直尺量取分蘗節(jié)到拉直后葉片頂端的距離測(cè)得株高，收獲期量取分蘗節(jié)到穗頂端距離。采用SUN-SCAN型冠層分析儀(Delta-T，英國(guó))測(cè)定葉面積指數(shù)(LAI)，分別于冬小麥拔節(jié)期 (4月8日)、拔節(jié)后15 d、拔節(jié)后30 d和拔節(jié)后50 d測(cè)定葉面積指數(shù)。葉面積指數(shù)持續(xù)期計(jì)算式[16]為

LAD=∑(LAI2+LAI1)(t2-t1)/2

(1)

式中LAI1、LAI2——t1、t2時(shí)間測(cè)定的小麥群體葉面積指數(shù)

1.3.2 葉片葉綠素含量

小麥灌漿前期、灌漿中期和灌漿后期分別選取具有代表性的植株30株，于晴天09:50—11:30，選擇旗葉中部用SPAD-502型(柯尼卡，日本)葉綠素儀測(cè)定葉綠素含量。

1.3.3 光合響應(yīng)曲線(xiàn)

采用Li-6400型光合系統(tǒng)分析儀(Li-COR, 美國(guó))，選擇晴天09:00—11:00測(cè)定凈光合速率(Pn)，每區(qū)選取向光性一致的3片旗葉。光合有效輻射(PAR)利用Li-6400人工光源，光量子通量密度從1 800 μmol/(m2·s)開(kāi)始，依次降為1 500、1 200、900、600、400、200、150、100、50、25 μmol/(m2·s)。每個(gè)葉片在不同光照強(qiáng)度下照射3 min后讀數(shù)記錄。光照強(qiáng)度由高到低測(cè)定可減少氣孔開(kāi)放和光誘導(dǎo)所需的平衡時(shí)間。測(cè)定前對(duì)儀器進(jìn)行校正，以保證數(shù)據(jù)的合理性。

1.3.4 非直角雙曲線(xiàn)模型擬合

采用非直角雙曲線(xiàn)的Farquhar模型[17]進(jìn)行擬合，應(yīng)用SPSS 19.0軟件通過(guò)擬合方程獲得表觀量子效率(φ)、最大凈光合速率(Pnmax)和暗呼吸速率(Rd)等指標(biāo)。然后對(duì)0～200 μmol/(m2·s)進(jìn)行線(xiàn)性回歸，回歸直線(xiàn)的凈光合速率為零和Pnmax時(shí)的2個(gè)交點(diǎn)分別為光補(bǔ)償點(diǎn)(LCP)和光飽和點(diǎn)(LSP)。計(jì)算式為

(2)

式中Pn——凈光合速率I——光合有效輻射通量密度k——光響應(yīng)曲線(xiàn)曲角

1.3.5 小麥考種及籽粒產(chǎn)量

每處理選取3個(gè)具有代表性的1 m雙行植株讀取其穗數(shù)，計(jì)算合成每公頃穗數(shù)；隨機(jī)選取30穗計(jì)算穗粒數(shù)；隨機(jī)數(shù)取3個(gè)1 000粒籽粒測(cè)定千粒質(zhì)量，每個(gè)處理千粒質(zhì)量重復(fù)間誤差小于0.1 g；成熟后采用小區(qū)聯(lián)合收割機(jī)收獲全部小區(qū)產(chǎn)量。

1.3.6 土壤鹽分

各小區(qū)選擇具有代表性地點(diǎn)，自2014年和2015年小麥起身期(3月15日)開(kāi)始取樣，75 d后(5月30日)結(jié)束，每15 d取0～80 cm土壤土樣一次，每10 cm為一層，3次重復(fù)。將土樣風(fēng)干磨碎，稱(chēng)取10 g過(guò)1 mm篩的風(fēng)干土樣置于三角瓶中，加入50 mL蒸餾水，振蕩10 min后靜置5 min并過(guò)濾。采用DDS-11A型電導(dǎo)率儀測(cè)定電導(dǎo)率(EC)。

采用干燥殘?jiān)ù_定土壤含鹽量與電導(dǎo)率之間的標(biāo)定關(guān)系式為

S=(0.288 1EC/1 000-0.004 4)×100%

(3)

式中S——土壤含鹽量，%EC——電導(dǎo)率，μS/cm

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

采用SPSS 7.05統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差、顯著性測(cè)定。采用SigmaPlot 繪圖軟件和Excel 2007進(jìn)行繪圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥株高變化動(dòng)態(tài)

不同咸水利用方式對(duì)小麥株高的影響見(jiàn)表2。2年測(cè)定結(jié)果表明，起身期T3處理株高較CK顯著下降；拔節(jié)期和收獲期均表現(xiàn)為T(mén)3和T4處理的株高較CK顯著下降，但T3和T4處理相比較，表現(xiàn)為T(mén)4處理株高顯著低于T3；T1和T2處理在上述3個(gè)時(shí)期中與CK不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。上述分析表明混灌和輪灌處理對(duì)株高的影響較小，3.6 g/L微咸水處理的株高與淡水處理相比，呈下降趨勢(shì)，但生育后期較春季不灌水處理的株高顯著增加。

表2 不同咸水利用方式下株高的變化Tab.2 Changes of plant height under condition of different ways of salty water irrigation cm

注：數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，同列數(shù)值后不同字母表示差異顯著(p<0.05)，下同。

2.2 小麥葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期的變化

葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期是評(píng)價(jià)葉片光合面積和生產(chǎn)光合產(chǎn)物的重要指標(biāo)。不同咸水利用方式對(duì)小麥單株葉面積的影響見(jiàn)表3，2年結(jié)果表明小麥拔節(jié)期(4月8日)T3和T4處理的葉面積指數(shù)較CK 顯著下降，T1和T2處理與CK相比無(wú)明顯變化；拔節(jié)15～50 d期間，T1和T2處理的葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期與CK無(wú)顯著差異， T3和T4處理的葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期較CK顯著下降，但T4處理的降低幅度顯著大于T3處理。該結(jié)果表明混灌和輪灌處理的葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期與淡水處理無(wú)明顯差異，3.6 g/L微咸水灌溉雖較淡水、混灌和輪灌處理顯著下降，但生育后期較春季不灌水處理的葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期顯著提高。

表3 不同咸水利用方式對(duì)葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期的影響
Tab.3 Effects of different ways of salty water irrigation on leaf area index and leaf area duration

年份處理葉面積指數(shù)葉面積持續(xù)期/d拔節(jié)期拔節(jié)15d后拔節(jié)30d后拔節(jié)50d后拔節(jié)拔節(jié)15d拔節(jié)15～30d拔節(jié)30～50dCK2.56±0.14a5.29±0.24a6.29±0.40a4.11±0.32a58.87±4.26a86.85±4.41a104.01±4.23aT12.67±0.11a5.18±0.29a6.15±0.31a4.25±0.23a58.87±3.89a84.98±5.49a104.00±4.85a2013—2014T22.61±0.16a5.21±0.31a6.17±0.35a4.19±0.26a58.65±3.31a85.35±5.03a103.60±5.12aT32.13±0.10b4.61±0.22b5.28±0.32b3.63±0.24b50.55±2.98b74.18±4.37b89.10±4.09bT42.09±0.12b3.94±0.26c4.59±0.28c2.87±0.21c45.23±2.12c63.98±3.12c74.60±2.56cCK2.47±0.13a5.43±0.24a6.71±0.41a4.39±0.22a59.25±4.92a91.05±4.89a111.00±4.75aT12.39±0.11a5.23±0.26a6.68±0.36a4.43±0.25a57.15±4.36a89.32±4.02a111.10±4.67a2014—2015T22.54±0.15a5.39±0.28a6.56±0.34a4.18±0.21a59.47±3.95a89.62±3.95a107.40±5.02aT32.07±0.12b4.71±0.23b5.48±0.32b3.61±0.28b50.85±2.26b76.43±4.10b90.90±4.34bT41.92±0.11b4.12±0.21c4.80±0.39c3.24±0.24c45.30±2.79c66.90±3.54c80.40±3.16c

2.3 小麥旗葉葉綠素含量的變化

葉綠素含量是研究植物耐逆性的重要指標(biāo)。不同灌水利用方式下2013—2015年小麥葉綠素含量(以SPAD值計(jì))的平均值如圖2所示。旗葉葉綠素含量在灌漿前期不同處理間無(wú)顯著差異，但隨著生育期延長(zhǎng)， 受鹽分和干旱脅迫加重，導(dǎo)致T3和T4處理灌漿中后期的葉綠素含量顯著低于CK，而T1和T2處理與CK無(wú)顯著差異。這表明長(zhǎng)期采用礦化度在1.8 g/L的咸淡混灌和3.6 g/L的咸水與淡水輪灌對(duì)小麥旗葉葉綠素含量影響較小，但長(zhǎng)期利用3.6 g/L的咸水灌溉和春季不灌水使灌漿中后期的小麥旗葉葉綠素降解加速。

圖2 不同咸水利用方式下SPAD值的變化Fig.2 Changes of SPAD value under condition of different ways of salty water irrigation

2.4 小麥旗葉光合響應(yīng)曲線(xiàn)的變化

光合響應(yīng)曲線(xiàn)反映植物光照強(qiáng)度與光合速率間的變化規(guī)律，是評(píng)價(jià)植物光合能力的重要手段。由2年光合響應(yīng)曲線(xiàn)試驗(yàn)結(jié)果平均值分析可知(圖3)，在0～200 μmol/(m2·s)的有效輻射強(qiáng)度范圍內(nèi)凈光合速率(Pn)迅速提高，隨著有效輻射增強(qiáng)，植株達(dá)到最大凈光合速率(Pnmax)和光飽和點(diǎn)(LSP)。各處理間在高于200 μmol/(m2·s)光照強(qiáng)度后凈光合速率開(kāi)始出現(xiàn)明顯差異， 光合速率表現(xiàn)為 T3和T4處理顯著低于CK，T1和T2處理與CK相比，變化差異較小。

圖3 不同咸水利用方式對(duì)光合響應(yīng)曲線(xiàn)的影響Fig.3 Effects of different ways of salty water irrigation on wheat leaf light response curve

通過(guò)采用非直角雙曲線(xiàn)方程對(duì)光合響應(yīng)曲線(xiàn)進(jìn)行擬合，結(jié)果顯示決定系數(shù)R2均達(dá)到0.99以上，可以很好地說(shuō)明各處理間的差異情況。最大凈光合速率(Pnmax)可衡量植物群體光合能力。T3和T4處理的最大凈光合速率、表觀光量子效率和暗呼吸效率較CK顯著下降，T1和T2處理較CK無(wú)顯著變化；不同處理間光飽和點(diǎn)和光補(bǔ)償點(diǎn)無(wú)明顯差異。表明長(zhǎng)期采用3.6 g/L咸水灌溉和春季不灌水處理下表觀光量子效率顯著下降，進(jìn)而影響最大光合速率(表4)。

2.5 不同咸水利用方式對(duì)小麥產(chǎn)量的影響

不同咸水利用方式對(duì)產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響見(jiàn)表5。從 2年試驗(yàn)結(jié)果分析可知，T4處理的單位面積穗數(shù)較CK處理顯著降低；其他處理與CK無(wú)顯著差異，2013—2014年小麥穗粒數(shù)表現(xiàn)為T(mén)1處理較CK顯著提高，T4處理穗粒數(shù)較CK顯著降低， 2014—2015年穗粒數(shù)表現(xiàn)為T(mén)4處理顯著低于其他處理，T1、T2和T3處理與CK無(wú)明顯差異，不同處理下不同年份間的穗粒數(shù)結(jié)果差異較大，可能與單位面積穗數(shù)和千粒質(zhì)量有關(guān)；不同處理的千粒質(zhì)量表現(xiàn)為T(mén)3處理顯著低于CK，其他處理間的千粒質(zhì)量變化幅度較小。2年試驗(yàn)的產(chǎn)量結(jié)果均表現(xiàn)為T(mén)3和T4處理的產(chǎn)量顯著低于CK，但T3較T4處理的產(chǎn)量顯著提高，而T1和T2處理的籽粒產(chǎn)量與CK無(wú)顯著差異。2年中T4處理的產(chǎn)量差異較大，該處理為無(wú)灌溉旱地處理，產(chǎn)量差異主要由降水量不同引起。2015年小麥生育期總降水量高于2014年，另外，2015年4月份降水主要在10 d前正值小麥拔節(jié)期，降水及時(shí)，而2014年4月份降水主要在25 d之后，降水偏晚，造成生物量偏小。

表4 不同咸水利用方式對(duì)小麥旗葉光合響應(yīng)曲線(xiàn)特征參數(shù)的影響
Tab.4 Effect of different ways of salty water irrigation on wheat leaf photosynthetic parameters of light response curve

處理最大凈光合速率/(μmol·m-2·s-1)表觀光量子效率/(μmol·μmol-1)光飽和點(diǎn)/(μmol·m-2·s-1)光補(bǔ)償點(diǎn)/(μmol·m-2·s-1)暗呼吸速率/(μmol·m-2·s-1)決定系數(shù)CK36.09a0.10a595.85a44.86a4.29a0.996T135.99a0.09a588.26a42.96a3.92a0.997T234.81a0.08a583.65a44.17a3.67a0.994T330.27b0.04b582.97a50.05a2.41b0.991T424.99c0.02b563.69a43.08a1.08c0.993

由上可見(jiàn)，長(zhǎng)期采用礦化度3.6 g/L咸水灌溉小麥產(chǎn)量較淡水、混灌和輪灌處理顯著降低，但較春季無(wú)灌溉處理的小麥產(chǎn)量大幅度增加。

表5 不同咸水利用方式下產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素的變化
Tab.5 Changes of grain yield components and yield under condition of different ways of salty water irrigation

年份處理穗數(shù)/(穗·hm-2)穗粒數(shù)千粒質(zhì)量/g產(chǎn)量/(kg·hm-2)CK(6.08±0.41)×106a24.68±2.12b41.95±0.84a6592.5±235.3aT1(5.88±0.38)×106a28.10±2.68a40.38±0.89a6741.0±359.4a2013—2014T2(6.33±0.45)×106a24.03±2.27b41.83±0.94a6519.0±311.9aT3(6.12±0.37)×106a21.98±1.69b37.53±0.88b6049.5±212.8bT4(3.95±0.33)×106b18.61±1.51c40.56±0.69a2370.0±138.7cCK(5.32±0.38)×106a32.31±1.93a38.37±0.81a5980.5±248.2aT1(5.30±0.40)×106a32.62±2.26a37.98±0.53a6069.0±327.4a2014—2015T2(5.20±0.39)×106a32.13±2.14a38.67±0.68a5869.5±261.6aT3(5.13±0.31)×106a30.80±1.77a36.54±0.51b5446.5±231.2bT4(4.57±0.24)×106b27.26±1.65b37.78±0.49a4620.0±208.7c

2.6 不同咸水利用方式對(duì)土壤鹽分的影響

圖4 不同咸水灌溉方式下土壤鹽分變化Fig.4 Changes of soil salt content under condition of different ways of salty water irrigation after setting stage

2014年和2015年從起身期(3月15日)開(kāi)始，每隔15 d監(jiān)測(cè)土壤含鹽量變化的平均值(圖4)。從不同時(shí)期分析可知，起身期開(kāi)始至監(jiān)測(cè)60 d(5月15日)，T1、T2和T3處理土壤含鹽量表現(xiàn)為隨生育期延長(zhǎng)而增加的趨勢(shì)，該結(jié)果不僅與春季灌水有關(guān)，還與小麥植株蒸騰作用增強(qiáng)土壤鹽分隨水分上移密切相關(guān)，而CK和T4處理在不同生長(zhǎng)階段土壤鹽分變化較小。從不同土壤層次分析可知，各處理0～20 cm土壤含鹽量均處于較低水平，20～80 cm土層表現(xiàn)為隨土壤深度加深含鹽量也呈增加趨勢(shì)，除T4處理外其他處理均以50～80 cm土層含鹽量最高。各處理每一土層含鹽量均表現(xiàn)為：T4

3 討論

國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)利用微咸水灌溉農(nóng)田已有100多年的歷史，對(duì)微咸水礦化度、適宜灌溉土壤質(zhì)地及作物、田間管理等方面也進(jìn)行了大量的實(shí)踐，YOSHINOBU等[18]認(rèn)為選擇恰當(dāng)?shù)墓喔确绞绞窍趟踩侠砉喔鹊年P(guān)鍵。FLOWERS等[19]認(rèn)為混灌不僅提高咸水灌溉的水質(zhì),也增加了農(nóng)田可灌溉用水的總量,使以前不能使用的咸水合理利用。MURTAZA等[20]認(rèn)為咸淡輪灌可顯著減小咸水灌溉的不利影響,有助于控制土壤中的鹽分積累。吳忠東等[21]以冬小麥為材料開(kāi)展了2年田間微咸水灌溉試驗(yàn)，研究結(jié)果表明3 g/L的微咸水連續(xù)使用會(huì)導(dǎo)致土壤積鹽，采用拔節(jié)期和抽穗期灌淡水、灌漿期灌咸水的咸淡交替順序?yàn)樽顑?yōu)組合，其株高、葉面積指數(shù)及葉綠素含量與淡水相近。本研究結(jié)果表明，連續(xù)6～7年礦化度控制在1.8 g/L咸淡混灌和3.6 g/L咸水與淡水輪灌處理的株高、葉面積指數(shù)、葉面積持續(xù)期與淡水處理無(wú)顯著差異，而3.6 g/L咸水和春季不灌水處理較淡水處理明顯下降。此外，通過(guò)研究長(zhǎng)期不同咸水利用方式下小麥旗葉光合響應(yīng)曲線(xiàn)的變化結(jié)果表明，長(zhǎng)期采用3.6 g/L咸水灌溉和春季不灌水處理的表觀光量子效率顯著下降，進(jìn)而影響植株葉片的光合速率。

曹彩云等[15]以小麥為材料開(kāi)展了連續(xù)4年采用不同礦化度咸水灌溉的定位試驗(yàn)，結(jié)果表明連續(xù)4年灌溉礦化度為4 g/L的咸水產(chǎn)量下降，但較不灌水處理產(chǎn)量顯著增加。FLOWERS等[19]研究表明咸淡混灌較無(wú)灌水處理提高作物產(chǎn)量。本試驗(yàn)表明連續(xù)7年采用礦化度為3.6 g/L的咸水灌溉導(dǎo)致小麥單位面積穗數(shù)、穗粒數(shù)及產(chǎn)量較淡水處理降低，但較春季不灌水處理有所增加，而T1和T2處理籽粒產(chǎn)量與淡水處理無(wú)顯著差異，該結(jié)果與前人研究基本一致。

馬文軍等[22]以8年冬小麥微咸水灌溉田間長(zhǎng)期定位試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究表明整個(gè)試驗(yàn)期間主要在非常干旱年型發(fā)生鹽分累積現(xiàn)象，正常年型并未出現(xiàn)嚴(yán)重的鹽分積累，從土壤水鹽運(yùn)移規(guī)律分析，認(rèn)為3 g/L的微咸水用于田間灌溉是可行的，在降雨較少年型適當(dāng)增加淡水灌溉可使土壤鹽分充分淋洗。本試驗(yàn)研究表明，連續(xù)6～7年礦化度控制在1.8 g/L咸淡混灌和3.6 g/L咸水與淡水輪灌處理土壤含鹽量較淡水處理雖有增加趨勢(shì)，但未導(dǎo)致產(chǎn)量及光合作用下降，而3.6 g/L咸水長(zhǎng)期直接灌溉則造成小麥光合與產(chǎn)量下降。該結(jié)果與前人研究作物生長(zhǎng)對(duì)土壤鹽分反應(yīng)符合分段函數(shù)特征的結(jié)果相吻合，即當(dāng)土壤鹽分低于作物耐鹽閾值時(shí)，對(duì)作物生長(zhǎng)未產(chǎn)生危害，當(dāng)土壤鹽分高于植株耐鹽閾值時(shí)才受影響，并且影響程度與超出閾值的土壤含鹽量呈正比[23-24]。在本研究中，咸淡水混灌和輪灌處理與咸水處理單獨(dú)連續(xù)灌溉相比，進(jìn)入土壤的鹽分減少，土壤鹽分累積未高出小麥的耐鹽閾值，光合速率與產(chǎn)量未受影響，而單獨(dú)采用3.6 g/L咸水連續(xù)灌溉，土壤鹽分累積超出耐鹽閾值，導(dǎo)致光合速率與產(chǎn)量均下降。因此，從對(duì)土壤生態(tài)環(huán)境及小麥產(chǎn)量的影響角度考慮，礦化度3.6 g/L的咸水不適宜長(zhǎng)期直接灌溉，連續(xù)7年采用T1和T2處理的咸水灌溉方式既能保證作物產(chǎn)量達(dá)到淡水處理水平，還避免土壤次生鹽漬化的發(fā)生，同時(shí)節(jié)約深層淡水資源，對(duì)緩解深層地下水嚴(yán)重超采具有指導(dǎo)意義。由于咸水灌溉時(shí)刻影響著土壤水鹽分布及運(yùn)移特征，有關(guān)連續(xù)7年以上采用上述不同咸水利用方式對(duì)小麥產(chǎn)量、光合特性及土壤鹽分的影響尚需進(jìn)一步研究。

4 結(jié)論

(1)在不同咸水利用方式6～7年定位試驗(yàn)下，采用3.6 g/L咸水與淡水輪灌(T2)和礦化度控制在1.8 g/L咸淡混灌(T1)的灌溉方式對(duì)小麥株高、葉面積指數(shù)和葉面積持續(xù)期及產(chǎn)量較淡水(CK)灌溉無(wú)顯著影響，3.6 g/L咸水和不灌水處理較淡水處理上述指標(biāo)顯著下降，但3.6 g/L咸水處理較春季不灌水處理顯著提高。

(2)與淡水灌溉相比，T3和T4處理的小麥旗葉最大凈光合速率、表觀光量子效率和暗呼吸效率較CK顯著下降，T1和T2處理與CK相比，上述指標(biāo)變化幅度較小，無(wú)顯著差異。

(3)連續(xù)6～7年灌溉3.6 g/L咸水明顯增加土壤鹽分累積量，導(dǎo)致土壤鹽漬化程度增加，但長(zhǎng)期采用礦化度控制在1.8 g/L咸淡混灌和3.6 g/L咸水與淡水輪灌的灌溉方式下土壤含鹽量雖有一定增加，但增加幅度較小，導(dǎo)致土壤鹽漬化的風(fēng)險(xiǎn)明顯降低，可作為提高咸水資源利用效率的灌溉方式。

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Effect of Long-term Saline Water Irrigation on Photosynthetic Characteristics of Winter Wheat and Soil Salt Content

GUO Li1ZHENG Chunlian1,2CAO Caiyun1,2DANG Hongkai1,2LI Kejiang1,2MA Junyong1,3

(1.InstituteofDry-landFarming,HebeiAcademyofAgricultureandForestrySciences,Hengshui053000，China2.KeyLaboratoryofCropDroughtResistanceResearchofHebeiProvince,Hengshui053000，China3.ScientificObservingandExperimentalStationofArableLandConservationSouthHebei，MinistryofAgriculture,Hengshui053000，China)

In order to make full use of saline water resources, the impacts of different patterns (totally five treatments: CK, fresh water irrigation;T1, blended irrigation by mixing fresh water and saline water into 1.8 g/L salty water; T2, rotated irrigation of 3.6 g/L saline water with fresh water; T3, direct irrigation with 3.6 g/L salty water and T4, no irrigation) of salty water irrigation on photosynthetic characteristics and soil salt of winter wheat were studied in 2013—2015 based on a long-term saline water irrigation experiment. The results showed that treatments T3 and T4 significantly decreased plant height, leaf area index, leaf area duration, chlorophyll content, maximum photosynthetic rate (Pnmax), apparent quantum yield (φ), dark respiration rate (Rd) and grain yield compared with fresh water irrigation (CK). Continuous irrigation with 3.6 g/L salty water (T3) led to soil salt accumulation, thus it was not suitable for directly continuous irrigation of winter wheat. In comparison with CK, treatments T1 and T2 had no significant differences in plant height and photosynthetic characteristics, while there was an increasing tendency in soil salt content, the plant growth was not impacted. From the aspects of soil ecological environment and grain yield, the rotated irrigation pattern and the blended irrigation pattern of saline water utilization did not cause yield reduction and obvious soil secondary salinization, but it can save fresh water, therefore they were comparatively better ways for salty water utilization in winter wheat irrigation. The study provided an important reference for developing saline water irrigation of winter wheat.

winter wheat; salty water irrigation; photosynthetic characteristics; soil salt

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.01.024

2016-05-16

2016-07-22

“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目(2013BAD05B0203、2013BAD05B0502)、農(nóng)業(yè)部公益性行業(yè)科研專(zhuān)項(xiàng)(201203030)和河北省農(nóng)林科學(xué)院高層次人才創(chuàng)新工程項(xiàng)目(F16E14001)

郭麗(1979—)，女，助理研究員，博士，主要從事作物栽培研究，E-mail: guolisoil@163.com

馬俊永(1965—)，男，研究員，主要從事節(jié)水農(nóng)業(yè)研究，E-mail: mjydfi@126.com

S273.4

A

1000-1298(2017)01-0183-08