微咸水膜下滴灌研究綜述

【摘 要】干旱半干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)持久發(fā)展的一個重要的限制因素是灌溉用水短缺，而微咸水膜下滴灌技術(shù)是目前最有發(fā)展?jié)摿Φ霓r(nóng)業(yè)咸水微咸水灌溉利用技術(shù)。 本文總結(jié)概括了微咸水膜下滴灌對土壤水鹽動態(tài)變化、作物生理生態(tài)及產(chǎn)量的影響，從多角度、不同方面認(rèn)識微咸水膜下滴灌存在問題，為微咸水膜下滴灌的實(shí)施提供一些參考。

【關(guān)鍵詞】微咸水；膜下滴灌；土壤水鹽；作物產(chǎn)量

我國旱作農(nóng)業(yè)以灌溉為主，需要大量的地表或者地下淡水，而面臨水資源短缺的情況下，在西北干旱半干旱地下淡水超采區(qū)，地下咸水和微咸水（礦化度2～5g/L）分布廣泛，而未有效開發(fā)利用[1-2]。諸多國內(nèi)外研究證明，合理科學(xué)地開發(fā)利用微咸水灌溉，有利于緩解淡水資源短缺、抗旱增產(chǎn)、有利于淡水存儲、地下水資源更新和生態(tài)環(huán)境建設(shè)與保護(hù)[3-5]。在干旱半干旱地區(qū)，已將覆膜灌溉、滴灌和微咸水灌溉有機(jī)地結(jié)合在一起形成一種具有生命力的節(jié)水灌溉方式。較其他灌溉方式微咸水膜下滴灌具有一定優(yōu)勢。滴灌能夠精密控制作物所需水分，降低土壤水分在深層的滲透損失，還可使地下水水位下降；而覆膜能夠減少土壤蒸發(fā)量調(diào)節(jié)土壤溫度，改善作物品質(zhì)和提高作物產(chǎn)量。然而，微咸水灌溉不當(dāng)會破壞土壤水鹽平衡，導(dǎo)致土壤鹽堿化。近年來，安全高效、科學(xué)合理地利用微咸水灌溉成為專家學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)問題。因此，進(jìn)行微咸水膜下滴灌條件下土壤水鹽分布特征以及作物生長、生理生態(tài)和作物產(chǎn)量方面的研究，對于干旱半干旱區(qū)農(nóng)業(yè)和土壤環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展具有重要的科學(xué)意義和實(shí)際應(yīng)用價值。本文系統(tǒng)分析和總結(jié)了微咸水膜下滴灌條件下土壤水鹽分布特征、作物生理生態(tài)及產(chǎn)量等的影響，為深入開展微咸水膜下滴灌技術(shù)理論和實(shí)踐提供指導(dǎo)和幫助。

1 微咸水膜下滴灌土壤鹽分動態(tài)

膜下滴灌技術(shù)研究起源于20世紀(jì)70年代。多年來，國內(nèi)專家學(xué)者在干旱區(qū)開展了大量微咸水膜下滴灌室內(nèi)外試驗，取得了諸多研究成果。楊樹青[6]等認(rèn)為，不同作物的灌溉水礦化度臨界值不同。淋洗灌溉定額， 小麥灌溉水礦化度在5g/L、玉米4g/L、葵花7g/L時鹽分在 40～100cm土層明顯增加。柴付軍[7]等研究了微咸水不同灌水頻率對膜下滴灌土壤水鹽分布的影響，認(rèn)為高頻灌溉可以顯著抑制土壤返鹽。王相平[8]等以10a的模擬結(jié)果認(rèn)為采用 1.5mg/cm3礦化度微咸水進(jìn)行長期灌溉，不會引起 0～100cm土層土壤次生鹽漬化。吳軍虎[9]等在庫爾勒采用2.81g/L微咸水對棉花進(jìn)行膜下滴灌試驗，結(jié)果表明，375mm灌溉水量處理滴頭下方0～20cm土壤含鹽量均有減小，對棉花根區(qū)土壤鹽分淋洗效果最好。李金剛[10]等研究表明，-20kpa和-30kpa微咸水膜下滴灌灌水下限適中，能較充分地淋洗膜內(nèi)表層土壤鹽分，不會導(dǎo)致微咸水中的鹽分滯留累積。

雖然在微咸水膜下滴灌的研究國內(nèi)學(xué)者取得了一定進(jìn)展，但由于土壤水鹽運(yùn)動受到土壤剖面的物理、化學(xué)和生物特征的時空變化、作物根系以及人為管理的影響，膜下滴灌土壤水鹽動態(tài)在比較單一的土壤環(huán)境中也相當(dāng)復(fù)雜。田間土壤水鹽運(yùn)移及貯存范圍、位置以及濕潤體形狀是設(shè)計灌溉制度的重要參數(shù)。而在生產(chǎn)實(shí)踐中，往往忽視了決定土壤濕潤體體積的土壤理化性質(zhì)、滴頭流量、間距以及灌水頻率和土壤初始含水量這些重要因素的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，且常根據(jù)室內(nèi)擾動土的模擬試驗進(jìn)行大田試驗設(shè)計，并指導(dǎo)灌溉，過量計算濕潤體體積導(dǎo)致降低滴灌系統(tǒng)效率，浪費(fèi)水以及肥料；或者過少計算濕潤體體積導(dǎo)致水鹽脅迫，抑制作物生長，從而造成資源浪費(fèi)。尤其是微咸水覆膜條件下，土面蒸發(fā)受到抑制后，滴灌灌水時間和頻率對土壤水鹽運(yùn)動的影響研究尚少。同時，作物的根系吸水作用也是一個復(fù)雜的體系。植物根系與土壤水鹽的相互作用這一至關(guān)重要的問題，還未能解決。田間土壤水鹽運(yùn)移的準(zhǔn)確分析與評價是制定和實(shí)施當(dāng)?shù)匚⑾趟は碌喂啻胧┑那疤岷鸵罁?jù)。

2 微咸水膜下滴灌對作物形態(tài)發(fā)育的影響

合理地控制微咸水膜下滴的礦化度，對耐鹽作物生長及其產(chǎn)量不會產(chǎn)生很大的影響，微咸水可替代部分淡水資源進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。宋有璽[11]在民勤實(shí)驗表明，膜下滴灌微咸水礦化度低于6g/l處理比淡水灌溉更有利于棉花葉面積生長，微咸水礦化度在2g/l時，促進(jìn)棉花干物質(zhì)的積累。陳琳[12]等研究結(jié)果表明，隨著微咸水膜下滴灌灌溉水礦化度的增大，黃瓜的光合指標(biāo)與水分利用效率均降低，干物質(zhì)積累增多，品質(zhì)有所提升。焦艷平[13]研究了不同礦化度微咸水灌溉對大白菜生長和土壤鹽分累積的影響，表明各處理間白菜株高不存在顯著差異。微咸水灌溉棉花的研究表明，土壤鹽分作用下側(cè)根的數(shù)目減少，功能葉片葉色灰暗，顯蕾、開花、果枝、棉鈴數(shù)量均減少。玉米幼苗期用NaCl質(zhì)量濃度為 3g/L的水溶液處理時，對幼苗生長有所促進(jìn)，對干物質(zhì)累積沒有抑制作用，而大于 3g/L 時，明顯抑制幼苗生長。

作物遭受鹽分脅迫后，幾乎都表現(xiàn)出作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量的下降。但根冠的干物質(zhì)分配、葉面積指數(shù)、株高等情況不一，可能是與作物耐鹽程度與遭受鹽分脅迫程度相關(guān)。輕度鹽分脅迫在一定程度上刺激作物根系發(fā)展，導(dǎo)致根冠比增大。以往研究多數(shù)是從農(nóng)學(xué)、栽培、作物育種、生理學(xué)等角度揭示作物拒鹽、耐鹽、適鹽的生理生化機(jī)理。不同地域、不同土壤條件下，作物的耐鹽能力有所不同。同樣，在灌溉管理中，也應(yīng)考慮作物的耐鹽力。當(dāng)植物處在較適宜的土壤水分范圍，可以緩解水鹽不平衡效應(yīng)，降低鹽分對作物生長的危害。而植株蒸騰耗水作用會隨較大的空氣濕度減弱，也會在一定程度上緩解鹽害對植物生長的抑制作用。

3 微咸水膜下滴灌對作物產(chǎn)量的影響

研究表明膜內(nèi)滴頭下 20cm 深處的土壤基質(zhì)勢下限達(dá)到-20kpa時，隨著微咸水灌溉量增加番茄產(chǎn)量顯著增加。張豫[14]等認(rèn)為，從產(chǎn)量效應(yīng)角度來看，灌溉水礦化度為6.85g/L時，不適宜在塔里木盆地進(jìn)行棉花膜下滴灌。黃金甌[15]認(rèn)為，咸淡水輪灌與淡水處理比較，棉花產(chǎn)量沒有明顯減少。黃丹[16]等試驗結(jié)果表明，淡淡咸咸微咸水與淡水組合滴灌，節(jié)約淡水率68%，剖面積鹽率56.2%，相對作物增產(chǎn)率7.3%。由前所述，使用一定礦化度閾值以下的礦化度微咸水進(jìn)行膜下滴灌，以及正確的農(nóng)作措施管理情況下，土壤鹽分累積狀況不會威脅到作物的生長，不會造成作物產(chǎn)量的嚴(yán)重減產(chǎn)。一般來說，首先要針對不同的農(nóng)作物種類分別確定適宜不同地域的微咸水礦化度閾值，例如冬小麥，一般微咸水礦化度3～4g/L用于灌溉是可行的，棉花不超過6g/L咸水微咸水可以用于灌溉。考慮到環(huán)境、氣候、作物以及土壤的復(fù)雜性，不同參數(shù)情況下，微咸水膜下滴灌對作物產(chǎn)量的影響，是需要全面深入研究的問題。

4 結(jié)論與展望

微咸水膜下滴灌技術(shù)作為一種極具潛力的開源途徑，面臨機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存的局面。高產(chǎn)、節(jié)水以及土壤環(huán)境問題之間的矛盾始終制約著微咸水膜下滴灌技術(shù)的推廣應(yīng)用。未來，應(yīng)繼續(xù)深入研究微咸水灌溉對土壤、作物以及地下水環(huán)境的影響，制定相關(guān)的灌溉水礦化度閾值和土壤鹽分標(biāo)準(zhǔn)，確保作物生長、產(chǎn)量、品質(zhì)等不受鹽分脅迫影響，同時確保土壤條件不會惡化，使我國微咸水膜下滴灌農(nóng)業(yè)可持續(xù)健康發(fā)展。

（1）探尋微咸水膜下滴灌條件下作物—水鹽相互作用機(jī)理；覆膜條件下，土面蒸發(fā)受到抑制后，滴灌灌水時間和灌水頻率對土壤水分鹽分運(yùn)動的影響問題；揭示植物根系與土壤環(huán)境的土壤水鹽反作用規(guī)律。

（2）結(jié)合氣象等自然條件及作物特性，應(yīng)用數(shù)學(xué)和數(shù)值模型，合理配置有限的水資源和土地資源，建立安全高效的微咸水膜下滴灌的土壤水鹽調(diào)控技術(shù)體系和灌溉模式，并在區(qū)域上推廣應(yīng)用。

（3）作物遭受鹽分脅迫是個綜合、復(fù)雜的過程。觀測作物不同生育期生長形態(tài)和生理生化指標(biāo)的動態(tài)變化及其響應(yīng)調(diào)節(jié)關(guān)系，對于判別作物遭受鹽分脅迫的程度、尋求作物耐鹽閾值，揭示作物適鹽、拒鹽、抗鹽機(jī)理。從灌溉角度出發(fā)，尤其是微咸水膜下滴灌條件下鹽脅迫作用機(jī)理以及作物響應(yīng)特征與調(diào)節(jié)機(jī)制等方面研究有待進(jìn)一步研究。

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[責(zé)任編輯：朱麗娜]