再生水灌溉對(duì)冬小麥生長(zhǎng)生理特性及產(chǎn)量的試驗(yàn)研究

李海軍

（山西省水利水電科學(xué)研究院 太原 030002）

1 概述

再生水也稱(chēng)為中水，一般是指經(jīng)過(guò)城市污水處理廠二級(jí)處理后的排出水。由于淡水資源嚴(yán)重緊缺，再生水將逐漸成為農(nóng)業(yè)灌溉的一個(gè)重要水源，在農(nóng)業(yè)用水中所占比重越來(lái)越大。2010年，天津市再生水利用量將達(dá)到6.84億m3，其中近80%用于農(nóng)業(yè)灌溉，接近農(nóng)業(yè)總用水量的1/3.北京市再生水利用率達(dá)到60%，約11.3億m3，其中超過(guò)一半的再生水主要用于農(nóng)業(yè)灌溉，占到農(nóng)業(yè)用水量的1/4.2004年山西全省城市、縣城污水排放總量為9.37億m3，2010年污水排放總量達(dá)到14.7億m3.由此可見(jiàn)，再生水灌溉將是都市型農(nóng)業(yè)用水的一個(gè)重要組成部分。回用過(guò)程中，再生水灌溉的安全性、對(duì)農(nóng)作物的影響成為了再生水回灌領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題，其中國(guó)內(nèi)的主要研究?jī)?nèi)容包括再生水灌溉對(duì)土壤－作物系統(tǒng)中重金屬分布的影響，對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響，對(duì)種子萌發(fā)及幼苗生長(zhǎng)的影響以及對(duì)籽粒品質(zhì)的影響。相對(duì)于國(guó)內(nèi)而言，國(guó)外在再生水灌溉對(duì)農(nóng)作物的影響研究方面起步較早，研究成果較為系統(tǒng)，研究?jī)?nèi)容往往同時(shí)包含再生水灌溉對(duì)農(nóng)作物生長(zhǎng)、產(chǎn)量形成、土壤環(huán)境質(zhì)量、土壤水分分布以及籽?；蚬麑?shí)品質(zhì)的影響，并深入到機(jī)理研究。

我省在再生水灌溉對(duì)農(nóng)田氮素、作物生長(zhǎng)生理特性及產(chǎn)量的影響等方面研究較少，因此，針對(duì)山西省糧食作物面積大，且對(duì)再生水灌溉研究薄弱的現(xiàn)狀，2008年，山西省水利廳立項(xiàng)“再生水灌溉農(nóng)田氮素監(jiān)測(cè)與灌溉施肥模式研究”開(kāi)展再生水灌溉的試驗(yàn)研究，研究時(shí)間為2008年6月到2010年12月。項(xiàng)目選擇太原市小店區(qū)和山西省汾河灌溉管理中心試驗(yàn)站兩個(gè)地點(diǎn)，對(duì)冬小麥、玉米、豆子等大田作物，采用井水、汾河水、再生水不同水源，開(kāi)展不同的灌溉水平和不同施肥量的多個(gè)處理的對(duì)比試驗(yàn)研究，目的是為我省的再生水灌溉提供最佳的灌溉施肥模式，為豐富再生水灌溉研究的理論體系、保障再生水灌溉的安全利用提供可靠的科學(xué)依據(jù)。

文章根據(jù)該項(xiàng)目2年的試驗(yàn)觀測(cè)資料，只對(duì)再生水灌溉與井水灌溉相比較，對(duì)冬小麥的生長(zhǎng)生理特性及產(chǎn)量的影響進(jìn)行了分析。

2 田間試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)地點(diǎn)位于太原市小店區(qū)劉家堡鄉(xiāng)東里解，經(jīng)度116°57′，緯度 39°08′，海拔高程 785.49 m；屬暖溫帶大陸性氣候，多年平均降水量520 mm，多年平均水面蒸發(fā)量1812.7 mm（20 cm蒸發(fā)皿），多年平均氣溫11℃，平均日照時(shí)數(shù)2672 h；無(wú)霜期為169天，最大凍土深度1 m，地下水位變幅在3.70～1.06 m之間；該試點(diǎn)作物根系層土壤質(zhì)地為中壤土，土壤容重為1.42 g/cm3，0-0.6 m土壤硝態(tài)氮3.87 g/kg，土壤銨態(tài)氮3.05 g/kg.土壤有機(jī)質(zhì)含量較低，平均為0.96%左右，土壤pH值在8.5左右，屬堿性土壤，田間持水量26%（重量百分比）。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)及方法

本項(xiàng)目田間試驗(yàn)在農(nóng)戶(hù)地塊進(jìn)行，試驗(yàn)設(shè)置1個(gè)處理，重復(fù)3次。每個(gè)小區(qū)長(zhǎng)30 m，寬20 m，面積600 m2.試驗(yàn)布置圖見(jiàn)表1，試驗(yàn)設(shè)計(jì)灌溉水量按農(nóng)戶(hù)的實(shí)際灌溉進(jìn)行，全生育期灌2水，灌水定額900 m3／hm2，灌水方式為管道輸水，地面灌溉，灌溉水為清水灌溉、再生水灌溉，試驗(yàn)所用再生水水源為太榆退水渠水，清水取自當(dāng)?shù)氐叵滤Ｍ瑫r(shí)設(shè)置施用不同施肥量對(duì)照，施底肥“施爾旺”，清水灌溉、再生水灌溉施量均為750 kg/hm2，4月17日施追肥尿素，再生水灌溉施量為300 kg/hm2，井水灌溉施量為750 kg/hm2，除灌水類(lèi)型和施肥不同外，其余田間管理措施均相同。試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見(jiàn)表2.

表1 試驗(yàn)田間布置示意

表2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

試驗(yàn)時(shí)期為兩年。2009年度試驗(yàn)于2008年10月6日播種，于2009年6月19日收獲，品種為“京9428”，播量為300 kg/hm2.全生育期灌水兩次，2009年4月4日和5月15日灌水兩次，每次灌水量900 m3/hm2。2010年度試驗(yàn)于2009年10月15日播種，于2010年6月28日收獲，品種、灌水等與2009年相同。

2.3 試驗(yàn)觀測(cè)內(nèi)容及方法

本項(xiàng)目針對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶(hù)種植情況、灌水和施肥情況進(jìn)行土壤水分土壤養(yǎng)分和灌水施肥情況的測(cè)試。每個(gè)測(cè)點(diǎn)的測(cè)試深度：0～20，20～40，40～60，60～80，80～100，100～120，120～140，140～160cm.養(yǎng)分、水分測(cè)試深度相同。水分以含水量表示（水分占干土重的%）。養(yǎng)分以硝態(tài)氮和銨態(tài)氮表示，用室內(nèi)常規(guī)測(cè)試方法測(cè)試。

①作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)：株高、葉面積、干物質(zhì)。

②土壤水分觀測(cè)：各小區(qū)土樣取3個(gè)點(diǎn)。觀測(cè)時(shí)間：播前、灌水前后、較大降雨（大于30 mm）后、收獲時(shí)，生長(zhǎng)期內(nèi)對(duì)應(yīng)作物生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)觀測(cè)時(shí)間為拔節(jié)、抽穗、揚(yáng)花、灌漿。

③土壤養(yǎng)分：播前測(cè)試土壤有機(jī)質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、全鹽量、硝態(tài)氮、銨態(tài)氮。生長(zhǎng)期只測(cè)試硝態(tài)氮。測(cè)試時(shí)間、深度與土壤水分測(cè)試時(shí)間對(duì)應(yīng)。

④水質(zhì)：灌水時(shí)取樣，按灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試。

⑤考種、測(cè)產(chǎn)：?jiǎn)挝幻娣e株數(shù)、干物質(zhì)重，籽粒產(chǎn)量。在收獲時(shí)取樣。

⑥其它觀測(cè)：土壤質(zhì)地、田間持水量、土壤容重、土壤類(lèi)型。降雨量、蒸發(fā)量、氣溫、日照、風(fēng)速、濕度（取最近氣象站資料）逐日值。

3 結(jié)果分析

3.1 再生水水質(zhì)檢測(cè)

灌溉用再生水為太榆渠退水，即城市生活和工業(yè)排放的污水處理后進(jìn)行灌溉，對(duì)再生水水質(zhì)檢測(cè)結(jié)果如表3：從水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果看，得到灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 再生水灌溉農(nóng)田氮素時(shí)空變化規(guī)律

分析確定農(nóng)田氮素時(shí)空變化規(guī)律，這里時(shí)間變化是指單點(diǎn)農(nóng)田氮素隨時(shí)間的變化?？臻g變化包括了水平和垂直兩個(gè)方向的變化，即農(nóng)田氮素沿土壤垂直剖面的運(yùn)移規(guī)律和農(nóng)田氮素沿地面平面上的變化規(guī)律（見(jiàn)圖1）。

由圖1可見(jiàn)，再生水灌溉后氮素在土壤中的濃度分布增加的十分突出，以表層土壤變化最為明顯，越往下層變化逐漸減小。

3.3 再生水灌溉對(duì)作物株高、葉面積的影響

利用不同質(zhì)量的水灌溉的冬小麥，其株高、葉面積表現(xiàn)不同，在拔節(jié)期、井水灌溉的植株最高，而經(jīng)過(guò)灌溉后，在抽穗、灌漿、收獲期再生水灌溉的植株均大于井水灌溉，這表明再生水灌溉能夠促進(jìn)作物的生長(zhǎng)（見(jiàn)圖2）。

表3 灌溉用水水質(zhì)監(jiān)測(cè)結(jié)果表 單位：mg/L

圖1 不同水質(zhì)灌溉對(duì)土壤中硝態(tài)氮的影響

圖2 不同水質(zhì)灌溉對(duì)作物株高、葉面積的影響

葉片是冬小麥進(jìn)行光合、蒸騰和呼吸作用的重要器官，葉面積的消長(zhǎng)和葉綠素的含量是衡量作物個(gè)體和群體生長(zhǎng)發(fā)育好壞的重要標(biāo)志。葉面積的大小和葉綠素含量直接影響到作物的光合面積的大小和光合效率最終影響到產(chǎn)量的高低。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：再生水灌溉使葉面積提高了20%左右。說(shuō)明再生水中含有較多的N、P等對(duì)植物有益的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，所以在再生水灌溉緩解作物旱情的同時(shí)，為農(nóng)田注入了一定量的N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，可有效地提高作物產(chǎn)量。

3.4 再生水灌溉對(duì)作物產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

冬小麥在灌水兩次時(shí)（拔節(jié)水900 m3/hm2，灌漿900 m3/hm2），再生水灌溉在施肥量比井水灌溉的減少450 kg/hm2的情況下（再生水灌溉施追肥尿素，施量為300 kg/hm2，井水灌溉施追肥尿素，施量為750 kg/hm2），平均穗長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量均高于井水灌溉的冬小麥（見(jiàn)表4）。

表4 不同水質(zhì)灌溉對(duì)冬小麥產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

3.5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，城市污水經(jīng)傳統(tǒng)二級(jí)處理后，雖然大部分懸浮固體和有機(jī)物被去除，但還殘留有難生物降解的有機(jī)物、氮和磷的化合物、不可沉淀的固體顆粒、致病微生物以及無(wú)機(jī)鹽等污染物質(zhì)。含有這些污染物質(zhì)的處理水，如排放湖泊、水庫(kù)等緩流水體會(huì)導(dǎo)致水體的富營(yíng)養(yǎng)化。采用再生水灌溉農(nóng)田或綠地后，在緩解作物旱情的同時(shí)，為農(nóng)田注入了一定量的N、P營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，植物可以吸收再生水中的N、P等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，對(duì)作物生長(zhǎng)能夠起到一定的促進(jìn)作用，從而也減少了可能進(jìn)入水體的污染物質(zhì)。但是，在大量使用再生水灌溉的同時(shí)，也必須加強(qiáng)對(duì)農(nóng)田氮素動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的監(jiān)測(cè)，并據(jù)此適量調(diào)整減小施肥數(shù)量，避免農(nóng)田氮素過(guò)量而導(dǎo)致對(duì)水體的污染。

另外，再生水對(duì)冬小麥生長(zhǎng)及產(chǎn)量的影響研究涉及到水文、氣象、農(nóng)田水利、生態(tài)、土壤、植物生理等眾多領(lǐng)域，且再生水灌溉對(duì)冬小麥生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響受到施肥量、灌水量、水質(zhì)狀況、灌水次數(shù)、土壤狀況和降雨量等眾多因素的影響，因此其綜合作用機(jī)理有待于進(jìn)一步深入研究；尤其從光合、蒸騰、氣孔活動(dòng)等水分生理因子對(duì)再生水灌溉響應(yīng)的角度，有待于深入研究和揭示再生水灌溉對(duì)冬小麥生長(zhǎng)以及光合產(chǎn)物生成及分配的影響機(jī)制。本文僅探討了收獲時(shí)冬小麥根系分布對(duì)再生水灌溉的響應(yīng)，其他生育階段的根系發(fā)育特征對(duì)再生水灌溉的響應(yīng)效果有待于深入研究。此外，應(yīng)該加強(qiáng)再生水灌溉對(duì)冬小麥品質(zhì)的影響研究，把地下水—土壤－植物作為整體，從系統(tǒng)的角度進(jìn)行全面研究；加強(qiáng)流域宏觀再生水利用研究力度，最終為再生水安全回用提供充分可靠的科學(xué)依據(jù)。