微咸水灌溉對冬小麥產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀的影響

龔雨田，孫書洪，閆宏偉

(1.天津農(nóng)學(xué)院 農(nóng)學(xué)與資源環(huán)境學(xué)院，天津 300348；2.天津農(nóng)學(xué)院 水利工程學(xué)院，天津 300384)

隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，水資源供需不平衡的矛盾日益加劇，因此，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)用水觀念應(yīng)向高效安全的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉轉(zhuǎn)型。為了彌補淡水資源匱乏，合理利用微咸水及咸水已經(jīng)成為解決這一難題的重要措施。據(jù)統(tǒng)計，我國微咸水資源約為200 億m3/a，而且大部分存在于地表以下10～100 cm處，每年能夠開采利用的微咸水為130 億m3[1]，其中華北平原的微咸水資源高達75 億m3，占整個華北平原地下水面積的45%，西北地區(qū)(甘肅、新疆、陜西、陜西、寧夏等部分地區(qū)) 地下微咸水資源為88.7 億m3[2,3]。西北地區(qū)展開的微咸水灌溉試驗表明，微咸水灌溉與旱作相比能夠有效地增加產(chǎn)量[4-9]。目前，天津地區(qū)大部分仍采用淡水大量漫灌，農(nóng)業(yè)用水消耗量大，灌水定額高，灌排不均衡，不利于農(nóng)業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。因此，天津地區(qū)應(yīng)開發(fā)非常規(guī)水源，使其高效利用，對天津地區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化有重要意義。試驗在天津農(nóng)學(xué)院節(jié)水研究中心試驗基地進行，試驗針對冬小麥進行研究，冬小麥在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作為耗水大的作物,其生長期正處于降雨缺少的季節(jié),利用不同礦化度微咸水對冬麥“小偃60”，在拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期，成熟期進行微咸水灌溉試驗，同期間與淡水灌溉和旱作進行比較。對冬小麥的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量的不同進行研究，制定適應(yīng)天津地區(qū)的微咸水灌溉制度。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

本試驗設(shè)計為小區(qū)試驗,地點在天津農(nóng)學(xué)院西校區(qū)的試驗田,該試驗田的位置:經(jīng)度 116°57′, 緯度 39°08′,海拔高度 5.494 m(大沽高程),年均蒸發(fā)量1 440 mm。試驗田地形平整,土壤質(zhì)地為中壤土,60 cm 土層的平均干容重為 1.42 g/cm3,土壤田間持水量為 22%～23%,凋萎含水量為9% (以上均為重量含水量)。試驗小區(qū)設(shè)計為長6 m，寬2 m。

1.2 試驗設(shè)計

試驗材料選用‘小偃60’小麥，該品種小麥具有返青早、抗病耐旱等特點。試驗在三葉期之前利用淡水充分供水,保證出苗。本試驗將冬小麥的全生育期劃分為 5個階段:返青、拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期和成熟期,此研究主要是針對返青期以后的階段進行研究。試驗共設(shè)置6個處理,1個對照，3次重復(fù)。

處理1(S1)：以礦化度為1 g/L的微咸水在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理2(S2)：以礦化度為2 g/L的微咸水在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理3(S3)：以礦化度為3 g/L的微咸水在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理4(S4)：以礦化度為4 g/L的微咸水在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

處理5(S5)：以礦化度為5 g/L的微咸水在小麥拔節(jié)期、抽穗期、灌漿期進行灌溉。

CK：小麥生長期間利用淡水灌溉。

1.3 測定內(nèi)容及方法

播種前取土，用烘干法測基礎(chǔ)含水量，測定最大土壤含水率。每個小區(qū)選取10株冬小麥，從拔節(jié)期開始，每隔3 d測定小麥株高、葉面積等。葉面積用LA-S葉面積儀測定，采用PR2 儀對土壤剖面進行水分測定。冬小麥成熟后，在室內(nèi)進行考種，稱量粒重。

1.4 灌水定額

冬小麥在2014年10月8日播種，2015年3月10日進入返青期，4月15日進入拔節(jié)期，5月8日進入抽穗期，5月22日灌漿，6月10日進入成熟期。在此期間，利用工業(yè)NaCl配置不同礦化度微咸水，制定灌溉定額。為保證冬小麥正常生長發(fā)育，在返青前期、返青期均采用淡水灌溉，灌水定額為120 mm(見表1)。

表1 灌水定額 mm

1.5 數(shù)據(jù)處理

利用IBM SPSS Statistics 19 及Excel軟件進行統(tǒng)計和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同礦化度微咸水對冬小麥耗水量的影響

冬小麥不同生育期耗水情況如圖1所示，冬小麥在抽穗期耗水強度最大，小麥進入灌漿期、成熟期后耗水強度逐漸減少。在冬小麥拔節(jié)期進行微咸水灌溉后，微咸水礦化度對小麥耗水強度的影響并不明顯，其平均耗水強度為4.42 mm/d。隨著小麥的生長發(fā)育進入抽穗期后，小麥需水量逐漸增加，耗水強度隨微咸水礦化度的升高而降低，相對于CK組處理，S1、S2、S3、S4、S5分別下降了4.86%、9.18%、16.39%、18.59%、23.29%。由此可見，冬小麥在拔節(jié)期，不同礦化度微咸水對作物耗水強度影響并不明顯，但隨著小麥耗水強度的增加，特別進入抽穗期后，不同礦化度微咸水對作物耗水強度表現(xiàn)出明顯差異，其表現(xiàn)為S1>S2>S3>S4>S5，主要是由于灌水礦化度增加，帶入進土壤的鹽分增多，在鹽分脅迫下對作物的耗水量起到抑制作用。

圖1 不同時期小麥耗水強度

2.2 不同礦化度微咸水對土壤體積含水率的影響

根據(jù)圖2和圖3可知,不同處理下土壤體積含水率變化基本一致，0～20 cm土層含水率較低，隨后出現(xiàn)增大趨勢，特別在40 cm土層。而40～60 cm土層土壤含水率降低，主要是小麥的主要吸水根系在40～60 cm土層上，60～100 cm土層，土壤含水率變化趨勢較為平穩(wěn)。不同處理下，各階段土壤體積含水率略有差異，在 S3、S4、S5處理中，40～60 cm土層土壤平均含水率較高，相比于CK處理土壤體積含水率分別增加了5.34%、5.69%、7.04%，主要原因是微咸水灌溉下，土壤含鹽量增加，土壤水勢降低，對小麥產(chǎn)生一定的脅迫，影響小麥主要根系對土壤水分的吸收，從而增加了土壤含水率。在小麥拔節(jié)期進行補灌后到小麥抽穗結(jié)束，這一階段土壤含水率迅速降低，主要是小麥株高增長，葉面積增加，對水分需求量較大。這一階段小麥在S3、S4、S5處理下，土壤平均含水率相比于CK同樣較高，分別相差29.63%、30.21%、31.50%。根據(jù)試驗得出，在不同礦化度微咸水灌溉下，土壤各層水分含量差異較大，呈現(xiàn)出隨著礦化度的增加，土壤含水率增大的趨勢。

圖2 不同處理下土壤剖面體積含水率分布

圖3 不同處理下土壤平均含水率動態(tài)

2.3 不同礦化微咸水對冬小麥農(nóng)藝性狀影響

2.3.1 不同礦化度微咸水對冬小麥株高的影響

不同礦化度微咸水灌溉均使小麥株高減低。開花前后，小麥株高達到最大。進入抽穗期后，株高增長呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，且在灌漿期至成熟期之間株高略有下降。由圖4和圖5可見，在淡水灌溉下，小麥從拔節(jié)期開始直至抽穗期，平均相對生長速率較快。CK組平均相對生長速率為0.038 cm/d，在S1、S2、S3處理下相對于CK組生長速率略有減小，分別為0.036、0.035、0.032 cm/d。S1、S2、S3處理中相對于CK平均株高分別下降5.38%、9.27%、13.38%。而S4、S5相對生長速率明顯降低分別為0.025、0.019 cm/d，相對于CK組，S4、S5處理下平均株高降低17.68%、23.84%。研究結(jié)果表明，微咸水礦化度對小麥株高變化有較大的影響，小麥株高隨微咸水鹽分增加而降低。尤其在小麥拔節(jié)期，較高鹽分的微咸水對小麥生長速率影響較大。

圖4 小麥株高變化

圖5 不同處理下小麥最大株高

2.3.2 不同礦化度微咸水對冬小麥葉面積及比葉重影響

如圖6所示，小麥葉面積變化與株高變化有相類似的情況，均表現(xiàn)出隨礦化度升高葉面積減小的趨勢。葉面積在拔節(jié)期快速增長，抽穗期葉面積達到最大，不同處理組表現(xiàn)均相同。在抽穗期灌水一周后表現(xiàn)出，礦化度越高，小麥葉片越出現(xiàn)萎蔫及葉片變黃，并且小麥葉片衰老速度也快。以抽穗期為例，S1、S2處理下與CK組差異不明顯，并且沒有出現(xiàn)葉片變黃現(xiàn)象，其葉面積相對下降1.53%、4.58%，葉面積變化差異并不明顯。S3、S4、S5灌溉條件下均出現(xiàn)葉片變黃現(xiàn)象，與CK灌溉組相比，其葉面積相對降低13.06%、29.12%、36.31%。對比后得出，灌溉礦化度為1、2 g/L的微咸水對葉面積影響較小，且不會出現(xiàn)葉片快速衰老變黃的現(xiàn)象。灌溉礦化度3、4、5 g/L的微咸水后，其葉面積生長速度減慢，底層葉片均出現(xiàn)不同程度變黃，對葉面影響較大。

雖然小麥葉面積呈現(xiàn)出隨微咸水礦化度增高而減小的趨勢，但是比葉重表現(xiàn)出先增加后下降的趨勢。如圖7所示，CK組比葉重為5.42 cm2/g，而礦化度在1、2、3 g/L的微咸水灌溉相比于CK組分別增加3.87%、7.75%、11.25%。礦化度4、5 g/L的微咸水相比于CK組下降了1.11%與7.75%。結(jié)果表現(xiàn)出，雖然葉面積下降，但葉重量有升高趨勢，而礦化度在4、5 g/L的微咸水灌溉后葉面積與比葉重均有影響。

圖6 不同生育期葉面積

圖7 比葉重變化

2.3.3 不同礦化度微咸水對冬小麥籽粒的影響

由表2可見，在S1、S2處理下，小麥穗粒數(shù)及千粒重出現(xiàn)遞增趨勢，相比于CK組，其穗粒數(shù)增加2.43%、6.70%，千粒重增加2.07%、4.16%。CK組與S2處理下小麥穗長相比差異不顯著，其余各試驗組呈現(xiàn)顯著差異(p<0.05)。在灌1、2 g/L的微咸水后，小麥穗粒數(shù)略有增加，灌3 g/L的微咸水后，穗粒數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢。不同處理下平均千粒重為S5

表2 不同礦化度微咸水對小麥穗部及產(chǎn)量的影響

注：Spss19.0采用Duncan檢驗，不同字母表示處理間差異顯著(p<0.05)。

2.4 不同礦化度微咸水對冬小麥產(chǎn)量及水分利用率的影響

由圖8可見，小麥的產(chǎn)量和呈現(xiàn)出先增后減的趨勢；相對于CK組，S1與S2產(chǎn)量分別增加了1.26%與7.88%，但隨著咸水礦化度的上升，小麥產(chǎn)量呈現(xiàn)出下降趨勢S3、S4、S5相對淡水灌溉分別下降了3.24%、19.23%、20.93%?？赡苁沁m當(dāng)?shù)柠}分脅迫使得土壤滲透勢提高，促進作物根系對土壤水分的吸收，并且在一定的鹽脅迫下，使得干物質(zhì)向小麥籽粒中轉(zhuǎn)移，從而提高了小麥產(chǎn)量，而隨著鹽分進一步的升高，當(dāng)灌溉4與5 g/L的微咸水后，小麥產(chǎn)量大幅度降低。

微咸水礦化度與產(chǎn)量關(guān)系為：

y=-113.95x2+ 515.01x+ 5 509.2R2=0.888 7

(1)

水分利用效率與產(chǎn)量呈現(xiàn)出相同趨勢，淡水灌溉下其水分利用率為1.16 kg/m3，在S1與S2處理下水分利用率可提高到1.28 kg/m3，隨著鹽水礦化的增加，S3、S4、S5相對于CK分別降低3.45%、7.76%、11.21%，其中S5處理下水分利用率僅為1.03 kg/m3。根據(jù)產(chǎn)量與水分利用率可以得出，適當(dāng)?shù)南谭痔幚砜梢栽黾有←溚寥浪牧?，提高小麥土壤水分利用率，增加產(chǎn)量，但隨著灌溉咸水在4、5 g/L下，土壤水消耗量減小，水分利用率降低，產(chǎn)量減小。

圖8 小麥產(chǎn)量及水分利用率

2.5 不同礦化度微咸水對土壤影響

由圖9可見，土壤含鹽量最大值出現(xiàn)在40 cm土層，0～40 cm土層為主根區(qū)，CK組土壤含鹽量為0.55 g/kg，相比于S1、S2、S3、S4、S5處理下分別增加了25.57%、25.0%、55.17%、57.24%、60.12%。從數(shù)據(jù)中看出，其基本規(guī)律是土壤鹽分隨微咸水礦化度及生長期呈現(xiàn)出升上趨勢，主根區(qū)在3個生育期進行微咸水灌溉下，會出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象。S1與S2處理下表現(xiàn)基本相同，對土壤積鹽并不明顯。

圖9 冬小麥?zhǔn)斋@前土壤含鹽量

圖10是夏玉米收獲后土壤含鹽量的變化。冬小麥?zhǔn)斋@后，該試驗地種植夏玉米，夏玉米生長期間進行淡水灌溉，生長期降水量為361 mm，礦化度在1、2 g/L微咸水灌溉下，各土層含鹽量沒有明顯變化，3～5 g/L微咸水灌溉下均低于下麥?zhǔn)斋@前土壤含鹽量。冬小麥-夏玉米輪種，在夏玉米生長期進行淡水灌溉，且灌水量較大，可降低土壤中含鹽量的積累，對冬小麥的種植不會產(chǎn)生影響，減小次生鹽漬化的出現(xiàn)。

圖10 夏玉米收獲后土壤含鹽量

3 結(jié) 語

(1)不同鹽濃度微咸水對冬小麥農(nóng)藝性狀均有影響，總體上呈現(xiàn)出，小麥株高、葉面積隨微咸水礦化度的增高而減小的趨勢，其中4與5 g/L的微咸水灌溉下影響顯著，小麥株高減少17.68%、23.84%，葉面積減小29.12%、36.31%。不同處理下冬小麥比葉重出現(xiàn)先增加后減小的趨勢，主要由于3 g/L以下的微咸水可以使葉片厚度增加。

(2)微咸水礦化度的增高，使耗水強度呈現(xiàn)出變?nèi)踮厔荩?與2 g/L鹽水脅迫下，使得土壤滲透勢提高，促進作物根系對土壤水分的吸收，并且在一定的鹽脅迫下，使得干物質(zhì)向小麥籽粒中轉(zhuǎn)移，從而提高了小麥產(chǎn)量，而隨著鹽分進一步的升高，當(dāng)灌溉4與5 g/L的微咸水后，小麥產(chǎn)量大幅度降低。

(3)在不同灌水礦化處理中，小麥生育期內(nèi)連續(xù)灌溉使得土壤鹽分不斷累積，在配合夏玉米種植過程中，進行大水壓鹽，及灌溉處理后，土壤鹽分積累明顯降低，在實際生活中可以避免鹽分對土壤破壞，降低對作物傷害。

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