潘秋艷，劉玉春，徐 倩，孫紅春，李存東，朱 浩，白彩虹

(1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)城鄉(xiāng)建設(shè)學(xué)院，河北 保定 071001；2.河北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，河北 保定 071001)

微咸水和再生水在水源不足的農(nóng)業(yè)區(qū)是一種重要的灌溉水源，用于耐鹽性較強(qiáng)的作物灌溉是緩解水資源危機(jī)的有效途徑之一。微咸水灌溉較淡水灌溉減產(chǎn)，但較旱地增產(chǎn)[1]。賈玉珍等[2]研究表明，土壤鹽分對棉花出苗有明顯影響，一般是隨土壤含鹽量的增加，棉花出苗率遞減；馮棣等[3]研究表明，灌水礦化度達(dá)到一定水平后棉花出苗率顯著降低；王春霞等[4]研究表明，灌水礦化度及土壤含鹽量均與棉花相對出苗率呈線性負(fù)相關(guān)；王俊娟等[5]研究表明，在不同生育階段棉花耐鹽能力不同，萌發(fā)出苗期是鹽敏感時(shí)期；而張俊鵬等[6]認(rèn)為低礦化度的微咸水不會明顯影響棉花出苗率。有研究認(rèn)為，微咸水灌溉增加土壤鹽分，可能導(dǎo)致棉花株型矮小，莖部纖細(xì)，葉面積降低等[7-10]；而孫肇君等[11]研究表明，棉花耐鹽能力隨生育期推進(jìn)而增強(qiáng)；馬麗娟等[12]研究表明，適宜礦化度和灌溉水量的微咸水對棉花生長影響不大。Hogg等[13]，Qian等[14]，Chakrabatri等[15]研究表明再生水灌溉具有增加土壤表土鹽分的趨勢；但魏益華等[16]認(rèn)為，再生水中含有大量的氮磷鉀，能夠增加土壤肥力，減少施肥，而且短期再生水灌溉對土壤環(huán)境不會造成重金屬累積污染的影響。前人研究多是對微咸水或再生水灌溉的單一研究，而將微咸水和再生水灌溉進(jìn)行綜合研究的較少。本文采取微咸水和再生水對棉花進(jìn)行灌溉，研究了對棉花出苗率、苗期冠層生長情況和根系生長情況的影響，旨為微咸水和再生水在棉花灌溉中的應(yīng)用提供理論和技術(shù)指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在河北省保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)綠化區(qū)內(nèi)進(jìn)行，分別于2014年4月20日至6月25日和6月26日至8月11日進(jìn)行了2期試驗(yàn)。保定市位于38°10′-40°00′ E、113°40′-116°20′ N,屬溫帶季風(fēng)性氣候，多年平均最低和最高氣溫分別為-12和27 ℃，年日照時(shí)數(shù)2 500～2 900 h，無霜期165～210 d，多年平均降水量550 mm左右。

試驗(yàn)地塊東西長10 m，南北寬3 m，總面積30 m2。盆栽試驗(yàn)用土壤取自試驗(yàn)地塊0～20 cm土層，土壤物理性質(zhì)經(jīng)百特激光粒度分析系統(tǒng)Ver 7.21測定，并根據(jù)中國土壤質(zhì)地分類確定為沙粉土，見表1。試驗(yàn)用土壤的初始養(yǎng)分含量由TRF-2PC型土壤測試儀測定，見表2。

表1 供試土壤物理和水力特性參數(shù)Tab.1 Physical and hydraulic properties of experimented soil

表2 試驗(yàn)土壤初始養(yǎng)分含量Tab.2 Test the initial soil nutrient content

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置灌水量和灌水水質(zhì)2個試驗(yàn)因素，灌水量考慮4個試驗(yàn)水平，分別為田間持水率f的95%、85%、70%和55%，分別記為W1、W2、W3和W4；灌水水質(zhì)考慮微咸水和再生水，其中微咸水考慮低、中和高3個礦化度水平，用清水作為對照，5個水質(zhì)水平分別記為Q1、Q2、Q3、Q4和Q5。微咸水用離子成分摩爾配比NaCl∶Na2SO4∶CaCl2∶MgCl2=4∶2∶1∶1人工配置成低、中和高3個礦化度，第1期試驗(yàn)低、中和高3個礦化度分別設(shè)置為2、3、4 g/L，第2期試驗(yàn)低、中和高3個礦化度分別設(shè)置為2、4、6 g/L；再生水取自保定銀定莊污水處理廠過濾池，COD含量為26.0～30.8 mg/L、NH4-N含量為4.5～8.9 mg/L、總磷含量為3～4 mg/L、總氮含量為3.0～3.8 mg/L；對照用清水取自河北農(nóng)業(yè)大學(xué)東校區(qū)綠化區(qū)水井。試驗(yàn)共20個處理，每個處理設(shè)置10個重復(fù)，采用完全隨機(jī)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，共計(jì)200個試驗(yàn)用盆。

試驗(yàn)用瓦盆高17 cm、盆底和盆口直徑分別為15和20 cm，總?cè)莘e16 458 cm3。試驗(yàn)土壤過5 mm篩，按初始密度分層均勻填裝，填裝深度15 cm。裝好后覆膜將盆埋于土溝中。靜置48 h后，按4個灌水水平進(jìn)行播前灌，2 d后將表層土壤疏松，每盆均勻播種20粒棉籽，試驗(yàn)用材料為農(nóng)大棉601，待棉苗長到3片真葉時(shí)定苗，每盆留長勢均勻的棉苗1株。試驗(yàn)無基肥和追肥，雨天用塑料棚遮蓋，無雨淋。

1.3 測定項(xiàng)目及方法

棉花播種后每個處理選取3個重復(fù)每天早晨6∶00-7∶00用AMT-300電子四合一土壤測試計(jì)測量土壤溫度，第1期試驗(yàn)土壤溫度為14～23 ℃，第2期試驗(yàn)土壤溫度為23～28 ℃。用20 cm蒸發(fā)皿測量水面蒸發(fā)量，第1期試驗(yàn)日平均蒸發(fā)量5.35 mm，第2期試驗(yàn)日平均蒸發(fā)量6.31 mm。試驗(yàn)采用土鉆取樣用烘干法測量土壤含水率，每5～7 d灌水一次，第1期灌水7次，W1、W2、W3和W4灌水量處理分別灌水77.0、66.5、56.0和45.5 mm，第2期灌水6次，W1、W2、W3和W4灌水量處理分別灌水66、57、48和39 mm。

試驗(yàn)測定項(xiàng)目包括出苗量、株高、莖粗、葉長、最大葉寬、葉綠素SPAD值、根系干重和冠層干重等。自出苗開始，每天統(tǒng)計(jì)出苗量，以出苗量與播種棉籽數(shù)之比作為出苗率。試驗(yàn)期間每個處理選取長勢均勻的棉株3株，每周采用直尺測量植株的株高；用游標(biāo)卡尺測量植株的莖粗；用直尺測量葉片的長度和最大葉寬，計(jì)算葉面積指數(shù)LAI，其中棉花的葉面積系數(shù)取為0.75[17]；用SPAD測量儀測量葉綠素含量；試驗(yàn)結(jié)束時(shí)將棉株自子葉節(jié)剪斷，分為根系和冠層，用去離子水清洗后，70 ℃烘干，稱重測定根系干重和冠層干重，計(jì)算根冠比[17]。

1.4 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)分析采用數(shù)據(jù)分析軟件SPSS Statistics 17.0 V進(jìn)行，選用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行多重比較，利用Microsoft Excel 2007進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 播前灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花出苗率的影響

表3給出了播前灌水量對出苗率的影響及方差分析結(jié)果，可知，在播前灌水量W1、W2、W3和W4處理時(shí)，第1期試驗(yàn)平均出苗率分別為61.7%、58.0%、61.5%和55.6%，第2期試驗(yàn)平均出苗率分別為72.7%、75.9%、67.1%和59.1%。方差分析結(jié)果表明第1期試驗(yàn)播前灌水量對出苗率沒有顯著影響，第2期試驗(yàn)對出苗率在α<0.01水平上影響極顯著?？芍?，出苗率隨著播前灌水量的減少而降低。而第2期試驗(yàn)出苗率高于第1期試驗(yàn)，可能是由于第2期試驗(yàn)土壤溫度較高，有利于出苗。

表3 播前灌水量對棉花出苗率的影響及方差分析結(jié)果 %

注：同列中的不同大寫字母表示0.01水平差異顯著，小寫字母表示0.05水平差異顯著。

表4給出了播前灌水水質(zhì)對出苗率的影響及方差分析結(jié)果，第1期試驗(yàn)在播前灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時(shí)，平均出苗率分別為62.4%、63.0%、62.7%、59.5%和48.4%，微咸水3個礦化度對出苗率的影響無顯著差異，與對照清水相比，微咸水和再生水處理出苗率增加29.62%和22.98%。第2期試驗(yàn)在播前灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時(shí)，平均出苗率分別為75.6%、64.1%、61.7%、73.2%和68.7%，隨著微咸水礦化度增加出苗率降低，與對照清水相比，2 g/L微咸水和再生水處理出苗率增加10.00%和6.50%，4和6 g/L微咸水處理出苗率降低6.72%和10.18%。方差分析表明，播前灌水水質(zhì)對第1期和第2期的出苗率在α<0.01水平上影響顯著。說明，2～4 g/L微咸水和再生水有利于棉花出苗，高礦化度微咸水會抑制棉花出苗。

表4 播前灌水水質(zhì)對棉花出苗率的影響及方差分析結(jié)果 %

2.2 灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期冠層生長的影響

不同灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期株高的影響見圖1。分析可知，灌水量W1、W2、W3和W4處理時(shí)，第1期試驗(yàn)平均株高分別是13.4、9.6、8.4和6.8 cm，第2期試驗(yàn)平均株高分別是18.2、17.9、16.2和15.8 cm，棉花苗期株高隨著灌水量的減少而降低，說明苗期灌水量對棉花株高影響顯著。與對照清水相比，第1期試驗(yàn)2、3、4 g/L微咸水和再生水處理時(shí)株高增加了30%、22%、42%和41%；第2期試驗(yàn)2、4、6 g/L微咸水處理時(shí)株高降低了10%、30%和27%，再生水處理時(shí)株高增加了2%。說明在環(huán)境溫度較低的情況下，鹽分脅迫不明顯時(shí)，2、3、4 g/L微咸水和再生水有利棉花株高的生長；在環(huán)境溫度較高的情況下，鹽分脅迫明顯時(shí)，微咸水抑制苗期株高生長。

圖1 灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期株高的影響Fig.1 Effects of irrigation amount and water quality on plant height of potted cotton in Seedling Stage

圖2 灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期莖粗的影響Fig.2 Effects of irrigation amount and water quality on the stem diameter of potted cotton in Seedling Stage

圖3 灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期LAI的影響Fig.3 Effects of irrigation amount and water quality on LAI of potted cotton in Seedling Stage

不同灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期莖粗和葉面積指數(shù)LAI的影響見圖2和圖3。分析可知，灌水量W1、W2、W3和W4處理時(shí)，第1期試驗(yàn)平均莖粗分別是3.56、3.24、3.04和2.86 mm，第2期試驗(yàn)平均莖粗分別是4.82、4.63、4.19和4.10 mm，隨著灌水量的減少莖粗降低，表明苗期灌水量對棉花莖粗的影響顯著。第1期試驗(yàn)2、3、4 g/L微咸水和再生水處理棉花莖粗比對照清水處理增加了20.48%、12.32%、10.90%和18.97%，表明微咸水濃度越高，對棉花莖粗影響越顯著；第2期試驗(yàn)2、4、6 g/L微咸水和再生水處理棉花莖粗比對照清水處理降低了14.85%、21.97%、14.99%和5.98%，表明在環(huán)境溫度較高時(shí)，微咸水和再生水會抑制棉花苗期的莖粗。方差分析結(jié)果表明，灌水量和水質(zhì)對兩期試驗(yàn)棉花莖粗和葉面積指數(shù)LAI在α<0.05水平上影響顯著，灌水量和水質(zhì)對葉面積指數(shù)LAI的影響與對莖粗的影響規(guī)律相同。

SPAD值可以間接反映作物葉片的葉綠素含量，圖4給出了灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期SPAD值的影響。分析可知，在灌水量W1、W2、W3和W4處理時(shí)，第1期試驗(yàn)SPAD值分別為46.24、49.96、48.11和47.34，第2期試驗(yàn)SPAD值分別為33.98、35.25、36.95和36.21，第1期試驗(yàn)SPAD值高于第2期，可能原因是第2期試驗(yàn)環(huán)境溫度高于第1期，水分脅迫程度高于第1期，導(dǎo)致植物葉片葉綠素含量降低，并會促進(jìn)已形成的葉綠素加速分解。

在灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時(shí)，第1期試驗(yàn)SPAD值分別為48.98、46.49、43.92、49.58和48.09，第2期試驗(yàn)SPAD值分別為33.75、38.55、36.69、33.45和35.54，與對照清水相比，第1期試驗(yàn)2 g/L微咸水和再生水處理時(shí)SPAD值分別增加1.86%和3.11%，3，4 g/L微咸水處理時(shí)SPAD值分別降低3.38%和8.67%，第2期試驗(yàn)4，6 g/L微咸水處理時(shí)SPAD值分別增加8.46%和3.23%，2 g/L微咸水和再生水處理時(shí)SPAD值分別降低5.03%和5.86%。方差分析可知，2期試驗(yàn)中灌水量對SPAD值沒有顯著影響，灌水水質(zhì)對SPAD值在α<0.05水平上影響顯著。

圖4 灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期SPAD值的影響Fig.4 Effects of irrigation amount and water quality on SPAD value of potted cotton in Seedling Stage

2.3 灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期根冠比的影響

表5給出了灌水量和水質(zhì)對盆栽棉花苗期根冠比的影響及方差分析結(jié)果。在灌水量W1、W2、W3和W4處理時(shí)，第1期試驗(yàn)根系干重分別為0.50、0.56、0.44和0.39 g，冠層干重分別為1.38、1.16、0.97和0.73 g；第2期試驗(yàn)根系干重分別為0.89、0.76、0.67和0.59 g，冠層干重分別為2.21、2.14、1.88和1.74 g。隨著灌水量的減少根系干重和冠層干重減輕，第1期試驗(yàn)根系和冠層干重低于第2期的可能原因是第2期試驗(yàn)日照時(shí)間增長，光合作用加強(qiáng)，有利于干物質(zhì)的積累。

在灌水水質(zhì)Q1、Q2、Q3、Q4和Q5處理時(shí)，第1期試驗(yàn)根系干重分別為0.53、0.51、0.43、0.58和0.33 g，冠層干重分別為1.20、1.01、0.96、1.26和0.87 g，與對照清水相比，2，3和4 g/L微咸水和再生水處理時(shí)根系干重增加了60.6%、54.5%、30.3%和75.5%，冠層干重增加了37.9%、16.1%、10.3%和44.8%，隨著微咸水濃度增加根系和冠層干重降低；第2期試驗(yàn)根系干重分別為0.60、0.54、0.58、0.85和0.91 g，冠層干重分別為1.94、1.46、1.68、2.42和2.45 g，與對照清水相比，2，4和6 g/L微咸水和再生水處理時(shí)根系干重降低了34.1%、40.6%、36.2%和6.6%，冠層干重降低了20.8%、40.4%、31.4%和1.2%，隨著微咸水濃度增加抑制作用增強(qiáng)。方差分析結(jié)果表明，灌水量和水質(zhì)對根系和冠層干重在α<0.05水平上影響顯著，對苗期根冠比無顯著影響。

表5 灌水量和水質(zhì)對根系干物質(zhì)的影響及方差分析結(jié)果Tab.5 Effect of irrigation amount and irrigation water quality on root dry matter and analysis of variance

注：同列中的不同小寫字母表示0.05水平差異顯著。

3 結(jié) 語

通過不同灌水量時(shí)微咸水和再生水處理對盆栽棉花出苗率、苗期生長情況和苗期根冠比影響的試驗(yàn)，得出以下結(jié)論：

(1)灌水量和水質(zhì)對棉花出苗率有極顯著影響，棉花出苗率隨著播前灌水量的減少而降低，適當(dāng)提高土壤溫度有利于出苗；出苗率隨著礦化度的升高而減低，2～4 g/L微咸水和再生水作為播前灌水水質(zhì)有利于棉花出苗，高于4 g/L礦化度的微咸水對棉花出苗起抑制作用。

(2)灌水量對棉花苗期冠層生長情況、根系干重和冠層干重有顯著影響，棉花苗期株高、莖粗、葉面積指數(shù)LAI、根系干重和冠層干重隨著灌水量的減少而降低，棉花葉片葉綠素含量在水分脅迫作用下降低。

(3)灌水水質(zhì)對棉花苗期冠層生長情況、根系干重和冠層干重有顯著影響。在環(huán)境溫度較低時(shí)，鹽分脅迫不明顯，2～4 g/L微咸水和再生水處理促進(jìn)株高、莖粗、葉面積指數(shù)LAI、根系干重和冠層干重的增加，2 g/L微咸水和再生水處理促進(jìn)SPAD值增加，3～4 g/L微咸水降低SPAD值；在環(huán)境溫度較高時(shí)，鹽分脅迫明顯，2～6 g/L微咸水處理抑制株高、莖粗、葉面積指數(shù)LAI、根系干重和冠層干重的增加，再生水處理略微促進(jìn)株高、莖粗、葉面積指數(shù)LAI增加，抑制根系干重和冠層干重的增加，2 g/L微咸水和再生水處理抑制SPAD值增加，4～6 g/L微咸水促進(jìn)SPAD增加。

[1] 郭永杰, 崔云玲, 呂曉東, 等. 國內(nèi)外微咸水利用現(xiàn)狀及利用途徑[J]. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 2003,3(8).

[2] 賈玉珍, 朱禧月, 唐予迪, 等. 棉花出苗及苗期耐鹽性指標(biāo)的研究[J]. 河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 1987,21(1):30-41.

[3] 馮 棣, 張俊鵬, 曹彩云, 等. 適宜棉花成苗的咸水灌溉方式及礦化度指標(biāo)確定[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2014,22(30):95-101.

[4] 王春霞, 王全九, 劉建軍, 等. 灌水礦化度及土壤含鹽量對南疆棉花出苗率的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2010,9(26):28-33.

[5] 王俊娟, 王德龍, 樊偉莉, 等. 陸地棉萌發(fā)至三葉期不同生育階段耐鹽特性[J]. 生態(tài)學(xué)報(bào), 2011,31(13):3 720-3 727.

[6] 張俊鵬, 孫景生, 李科江, 等. 不同灌溉方式下底墑水礦化度對棉花出苗率的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2011,22(3):51-55.

[7] Rhoades J D, Kandiah A, Mashali A M. The use of saline waters for crop production-FAO irrigation and drainage paper 48[R]. Rome: Food and Agriculture Organization of the United Nations Rome, 1992.

[8] Steppuhn H, Van Genuchten M Th, Grieve C M. Crop ecology, management and quality,root-zone salinity: I. selecting a product-yield index and response function for crop tolerance[J]. Crop Science, 2005,45(1):209-220.

[9] Rajak D, Manjunatha M V, Rajkumar G R, et al. Comparative effects of drip and furrow irrigation on the yield and water productivity of cotton (Gossypium hirsutum L.) in a saline and waterlogged vertisol[J]. Agricultural Water Management, 2006,83(1):30-36.

[10] 楊傳杰, 羅 毅, 孫 林, 等. 灌溉水礦化度對瑪納斯流域棉花生長影響的試驗(yàn)研究[J]. 資源科學(xué), 2012,34(4):660-667.

[11] 孫肇君, 李魯華, 張 偉, 等. 膜下滴灌棉花耐鹽預(yù)警值的研究[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2009,27(4):140-145.

[12] 馬麗娟, 侯振安, 閔 偉, 等. 適宜咸水滴灌提高花棉水氮利用率[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2013,29(14):130-136.

[13] Hogg T J, Weiterman G, Tollefson L C. Effluent irrigation: the Saskatchewan perspective[J]. Canadian Water Resources Journal, 1997,22(4):445-455.

[14] Qian Y L,Mecham B.Long-term effects of recycled wastewater irrigation on soil chemical properties on golf course fairways[J]. Agron J, 2005,97(3):717-721.

[15] Chakrabatri C. Residual effect of long-term and application of domestic waste-water[J]. Environment International, 1995,1(3):333-339.

[16] 魏益華, 徐應(yīng)明, 周其文, 等. 再生水灌溉對土壤鹽分和重金屬累積分布影響的研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2008,27(3):1-8.

[17] 李 平, 張永江, 劉連濤, 等. 水分脅迫對棉花幼苗水分利用和光合特性的影響[J]. 棉花學(xué)報(bào), 2014,26(2):113-121.