咸淡水交替灌溉對土壤鹽分分布及夏玉米生長的影響

朱成立 舒慕晨 張展羽 翟亞明 閔 勇 黃明逸

(1.河海大學南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點實驗室，南京 210098；2.河海大學水利水電學院，南京 210098)

咸淡水交替灌溉對土壤鹽分分布及夏玉米生長的影響

朱成立1,2舒慕晨2張展羽1,2翟亞明1,2閔 勇2黃明逸2

(1.河海大學南方地區(qū)高效灌排與農(nóng)業(yè)水土環(huán)境教育部重點實驗室，南京 210098；2.河海大學水利水電學院，南京 210098)

為了研究不同咸淡交替灌溉制度對各層土壤鹽分含量、夏玉米生長的影響，采用3種礦化度(1、3、5 g/L)微咸水和3種不同生育期(壯苗期、拔節(jié)期、灌漿期)咸淡交替灌溉方式(“咸淡淡”、“淡咸淡”、“淡淡咸”)開展避雨盆栽試驗研究。結(jié)果表明，全生育期灌溉淡水處理(CK)各層土壤鹽分含量最低，隨著灌溉微咸水礦化度增加，各層土壤鹽分含量增大，相同礦化度下，同一深度土壤鹽分含量由大到小依次為“淡淡咸”、“淡咸淡”、“咸淡淡”。3 g/L和5 g/L“淡淡咸”處理的土壤含鹽量由大到小依次為下層、上層、中層，其他處理由大到小依次為下層、中層、上層。不同生育期灌溉微咸水對夏玉米的株高、葉面積及產(chǎn)量的抑制程度由大到小依次為拔節(jié)期、壯苗期、灌漿期，即“淡咸淡”、“咸淡淡”、“淡淡咸”，抑制作用隨灌溉微咸水礦化度增加而增大，5 g/L“淡咸淡”處理與CK相比減產(chǎn)最多，減產(chǎn)率為34.85%。在濱海地區(qū)進行夏玉米種植，應考慮在生育后期灌溉微咸水，同時利用非生育期淡水灌溉降低土壤次生鹽堿化的風險。

夏玉米； 產(chǎn)量； 交替灌溉； 微咸水； 土壤鹽分

引言

我國濱海地區(qū)淡水資源時空分布不均，旱季降雨不足，易導致季節(jié)性干旱，造成作物減產(chǎn)，豐富的微咸水成為該地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的主要水源。研究表明：微咸水灌溉一般指利用礦化度不超過5 g/L的含鹽水進行灌溉，一方面可增加土壤水分，有利于作物的生長發(fā)育[1]，另一方面過多的鹽分累積會對作物生長發(fā)育產(chǎn)生不良影響[2]。因此，合理開發(fā)利用微咸水資源，以咸補淡進行農(nóng)業(yè)補充灌溉成為濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要研究課題。

目前國內(nèi)外在微咸水灌溉適應性等方面的研究逐漸成熟[3-5]，實踐證明，相同鹽分水平下，咸淡水交替灌溉與咸淡水混灌相比增產(chǎn)效果更明顯[6]。玉米是濱海地區(qū)的主要糧食作物之一，種植面積廣、生育期長、耗水量大，已有研究表明其對于土壤鹽分脅迫屬于中度敏感[7]，因此研究咸淡水交替灌溉對土壤鹽分分布和玉米生長及產(chǎn)量的影響具有重要意義。近年來，國內(nèi)外學者在咸淡輪灌的土壤鹽分分布[8-10]、灌溉制度[11-12]對作物的影響等方面進行了研究。蘇瑩等[13]利用不同咸淡水輪灌模擬試驗，得出咸淡咸輪灌方式的土壤入滲能力較大，且土壤鹽分脫鹽率較高，而同一土層的淡咸咸輪灌方式土壤含水率高。蘇瑞東[14]研究表明，不同咸淡水輪灌方式都會使土壤鹽分發(fā)生表聚現(xiàn)象，淡咸咸處理土壤鹽分不會引起土壤次生鹽漬化，對作物產(chǎn)量影響最小。咸淡水交替灌溉的重點在于選擇作物耐鹽生長階段進行微咸水灌溉,而在作物非耐鹽階段灌溉淡水。米迎賓等[15]研究表明，連續(xù)使用3 g/L微咸水對小麥和玉米進行灌溉會引起土壤鹽分的累積及作物減產(chǎn)，組合灌溉最好采用“淡淡咸”的咸淡輪灌方式。尉寶龍等[16]研究發(fā)現(xiàn)作物苗期利用淡水灌溉，中后期利用咸水灌溉，其冬小麥、春玉米與棉花的產(chǎn)量較苗期使用咸水、中后期淡水灌溉的產(chǎn)量分別提高6.6%、4.2%、5.2%，比單用咸水灌溉增產(chǎn)39.1%、7.9%、26.3%。

利用微咸水進行灌溉需控制作物根層的土壤溶液濃度，避免土壤鹽分累積超過作物耐受范圍，研究不同生育期夏玉米對微咸水的敏感程度是優(yōu)化咸淡交替灌溉制度的關(guān)鍵。上述研究多偏重于討論不同咸淡輪灌制度對土壤鹽分的影響，以及單一礦化度微咸水的不同輪灌方式對作物的影響，而綜合考慮不同礦化度的微咸水與淡水交替灌溉的研究鮮見。因此，本文針對濱海地區(qū)水資源現(xiàn)狀，利用盆栽試驗研究在一咸兩淡交替灌溉制度下，不同礦化度微咸水和淡水交替灌溉方式對土壤鹽分分布和夏玉米生長的影響，進一步探究夏玉米不同生長時期對鹽脅迫的抗性，探索一種適合濱海地區(qū)、使土壤鹽分多年不累積且對夏玉米生長及產(chǎn)量影響最小的咸淡交替灌溉制度，以期為有效節(jié)約淡水資源、合理利用微咸水進行灌溉提供一定科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗區(qū)概況

試驗于2016年7月—11月在河海大學節(jié)水園區(qū)節(jié)水與農(nóng)業(yè)生態(tài)試驗場內(nèi)進行，試驗區(qū)地處北緯31°86′、東經(jīng)118°60′，屬亞熱帶濕潤氣候，冬冷夏熱、四季分明。

1.2 供試土壤基本性質(zhì)

供試土壤取自江蘇省東臺濱海地區(qū)耕作層土壤，其基本物理性質(zhì)如表1所示。

表1 供試土壤基本物理性質(zhì)Tab.1 Basic physical properties of experimental soil

1.3 試驗設(shè)計

采用直徑32 cm，高50 cm圓桶進行夏玉米避雨盆栽試驗，供試品種為隆平206。供試土壤自然風干后過5 mm篩，分層壓實裝填至同一深度(45 cm)，每桶裝土48 kg，玉米桶壁鋪設(shè)遮陽網(wǎng)。播種前將玉米生長所需肥料均勻混合于表層土壤中。玉米于2016年7月29日播種，5 d后出苗，待至壯苗期開始不同灌溉處理。

以玉米不同生育期灌溉微咸水和不同灌水礦化度為雙因素進行完全試驗，設(shè)置1個全生育期灌溉淡水(0.08 g/L NaCl)對照處理(CK)。按照當?shù)毓喔冉?jīng)驗，除造墑水外，將玉米全生育期分為壯苗期(8月12日—8月27日)、拔節(jié)期(8月28日—9月13日)、灌漿期(9月14日—10月6日)進行灌水，共設(shè)置3種咸淡交替灌溉方式：①BFF表示“咸淡淡”，指壯苗期灌溉微咸水，其他生育期灌溉淡水。②FBF表示“淡咸淡”，指拔節(jié)期灌溉微咸水，其他生育期灌溉淡水。③FFB表示“淡淡咸”，指灌漿期灌溉微咸水，其他生育期灌溉淡水。微咸水礦化度設(shè)3種水平：L指低水平(1 g/L)；M指中等水平(3 g/L)；H指高水平(5 g/L)。共10個處理，每個處理3次重復，隨機排放，各個處理具體方案如表2所示。玉米成熟期不灌水，其他管理措施同一般大田，播種后95 d收割。

表2 咸淡水交替灌溉試驗方案Tab.2 Experimental design for alternate irrigation with fresh and brackish water g/L

注：天數(shù)自播種始計，F(xiàn)代表淡水灌溉，數(shù)量代表不同礦化度微咸水灌溉。

不同礦化度微咸水均由NaCl(AR)配置而成。壯苗期土壤含水率控制在田間持水率的60%～80%，拔節(jié)期和灌漿期土壤含水率控制在田間持水率的60%～95%。灌溉水量通過對照組稱量得到，所有處理灌溉水量與CK保持一致，總灌溉水量為35 L，壯苗期、拔節(jié)期灌溉水量均為10 L，灌漿期為15 L，各個處理灌溉微咸水量約占總灌水量的1/3，具體灌水定額如表3所示。灌溉水于傍晚通過噴壺均勻灑入，過程中無積水。

1.4 指標測定方法

(1)土壤含鹽量

在玉米播種前、收獲后及每次灌水前后2 d采用土鉆分層(0～15 cm、15～30 cm、30～45 cm)取土進行測量，每次取樣后回填鉆孔并做標記，土樣經(jīng)風干、充分研磨后過1 mm篩，采用土水比1∶5的方法配制和提取土壤飽和浸滴液，用DS-307A型電導率儀測定土壤含鹽量。

表3 各處理灌水定額Tab.3 Irrigation amount for different irrigation treatments L

注：#表示灌溉微咸水，其他為灌溉淡水。

(2)作物耗水量

作物耗水量[17]計算公式為

ET=Pr+U+I-R-D-ΔW

(1)

式中ET——作物耗水量，mm

Pr——生育期間自然降水量，mm

U——地下水補給量，mm

I——灌水量，mmR——徑流量，mm

D——深層滲漏量，mm

ΔW——試驗初期到末期土壤儲水量的變化量，mm

玉米播種前和收獲后，通過稱量法測定土壤含水率，由于玉米種在避雨盆栽中，無排水措施，因此，Pr、U、R、D均忽略不計，式(1)可簡化為

ET=I-ΔW

(2)

(3)生長指標

玉米出苗后第7天開始測定玉米植株株高、葉面積等生長指標，每隔7 d測量一次至全生育期結(jié)束。株高采用卷尺測量植株自然狀態(tài)下最高點至根莖部的垂直高度。葉面積采用LI-3000A型葉面積儀測定第2片展開葉。

(4)產(chǎn)量

收獲時，對玉米進行考種，測量玉米的穗長、禿尖長、穗粗、穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量、地上干物質(zhì)質(zhì)量等指標。穗長、禿尖長、穗粗用游標卡尺測定，測3次，取均值；將地上部分在105℃下殺青2 h，然后在75℃下干燥至質(zhì)量恒定可得到地上干物質(zhì)質(zhì)量；對收獲的果實進行稱量，計算每顆玉米穗的穗粒數(shù)，并從玉米穗粒中隨機取3個重復，每個重復100粒，各自稱量并取平均數(shù)計算百粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Excel進行記錄和整理，采用SPSS 20統(tǒng)計軟件對灌溉水礦化度和不同咸淡水交替灌溉方式2個主效應進行方差分析，采用Origin 9.0軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤剖面鹽分的動態(tài)變化

在整個玉米生育期內(nèi)，土壤鹽分隨著灌水和蒸發(fā)呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律，本文對作物根層土壤分3層(0～15 cm為上層、15～30 cm為中層、30～45 cm為下層)進行分析研究。圖1反映夏玉米全生育期(第15天至第30天為壯苗期，第31天至第47天為拔節(jié)期，第48天至第70天為灌漿期)內(nèi)不同灌水處理各土層土壤含鹽量的動態(tài)變化過程。從圖1中可看出，灌溉淡水后，與灌前相比，上層和中層土壤含鹽量明顯減小，下層土壤含鹽量變化較小，在灌后能維持穩(wěn)定或略有升高；灌溉微咸水后，各層土壤含鹽量明顯增加，且灌溉微咸水礦化度越大，土壤鹽分增加越多。灌水2 d后，所有處理上層和中層土壤含鹽量逐漸減小，下層土壤含鹽量增加，表明土壤鹽分隨灌水向下層土壤運移。2次灌水間隔期，隨著土壤水分蒸發(fā)，下層土壤鹽分向上運移，導致中層和上層土壤含鹽量增加。

壯苗期灌溉結(jié)束后，8月27日，BFFL、BFFM、BFFH處理0～15 cm土層土壤含鹽量相比灌溉微咸水前分別增加0.18、0.45、0.73 g/kg(圖1a)，15～30 cm土層土壤含鹽量分別增加0.11、0.43、0.70 g/kg(圖1d)，30～45 cm土層土壤含鹽量分別增加0.47、0.75、0.79 g/kg(圖1g)；拔節(jié)期灌溉結(jié)束后，9月8日，F(xiàn)BFL、FBFM、FBFH處理的0～15 cm土層土壤含鹽量相比灌溉微咸水前分別增加0.14、0.50、0.73 g/kg(圖1b)，15～30 cm土層土壤含鹽量分別增加0.22、0.52、0.79 g/kg(圖1e)，30～45 cm土層土壤含鹽量分別增加0.35、0.67、1.07 g/kg(圖1h)；灌漿期灌溉結(jié)束后，10月3日，F(xiàn)FBL、FFBM、FFBH處理的0～15 cm土層土壤含鹽量相比灌溉微咸水前分別增加0.33、1.01、1.29 g/kg(圖1c)，15～30 cm土層土壤含鹽量分別增加0.30、0.41、0.92 g/kg(圖1f)，30～45 cm土層土壤含鹽量分別增加0.24、0.72、1.18 g/kg(圖1i)。

圖1 不同灌水處理各土層土壤含鹽量動態(tài)變化過程Fig.1 Dynamics processes of salt content in different soil layers with different irrigation treatments

在全生育期內(nèi)，各處理的土壤含鹽量有明顯變化。CK處理的上層和中層土壤含鹽量全生育期內(nèi)隨灌水次數(shù)增加呈現(xiàn)減小趨勢，下層土壤含鹽量增加，但在灌漿期由于灌水時間間隔較長，間隔末期土壤鹽分隨著水分蒸發(fā)明顯上移，下層土壤含鹽量減小，上層和中層土壤含鹽量增加。BFFL、BFFM、BFFH處理的土壤含鹽量全生育期表現(xiàn)出與CK類似的變化趨勢，在壯苗期灌溉微咸水后各土層鹽分增加，拔節(jié)期和灌漿期的淡水灌溉減小了上層和中層土壤含鹽量，鹽分逐漸積累在下層土壤中。FBFL、FBFM、FBFH處理的上層和中層土壤含鹽量全生育期內(nèi)呈現(xiàn)先增加后減小的變化趨勢，壯苗期灌溉淡水導致鹽分向下運移，拔節(jié)期灌溉微咸水后，各層土壤含鹽量明顯增加，灌漿期土壤含鹽量變化與BFFL、BFFM、BFFH類似。FFBL、FFBM、FFBH處理的土壤含鹽量在壯苗期與拔節(jié)期變化趨勢與CK類似，灌漿期灌溉微咸水后，各層土壤含鹽量增加，由于灌漿期后缺少淡水灌溉的淋洗作用，相比在壯苗期和拔節(jié)期進行微咸水灌溉，其土壤鹽分積累最大。由圖1可看出，灌溉微咸水后，BFFL、BFFM、BFFH、FBFL、FBFM、FBFH、FFBL處理的各層土壤含鹽量由大到小表現(xiàn)為下層、中層、上層，而FFBM、FFBH處理為下層、上層、中層。

2.2 微咸水交替灌溉對土壤剖面鹽分分布的影響

微咸水灌溉后，土壤中鹽分變化主要受灌溉水量、微咸水礦化度和土壤質(zhì)地等因素的影響，不同的灌水處理導致鹽分在不同土層中的分布情況不同。

圖2 不同灌水處理土壤鹽分剖面分布Fig.2 Soil salt content distributions for different irrigation treatments of cross-sectional profile

圖2為不同灌水處理下夏玉米收獲后土壤剖面鹽分分布情況，可以看出，CK處理的土壤剖面鹽分含量最低，上、中、下層土壤含鹽量分別比土壤初始含鹽量(CS)減小了56.00%、56.89%和1.80%。微咸水灌溉明顯影響了各層土壤含鹽量，鹽分在不同土層中逐漸累積下來，同時灌水礦化度越大，各層土壤鹽分積累越多。玉米收獲后，BFFL、FBFL、FFBL、BFFM、FBFM處理的上層和中層土壤含鹽量較初始含鹽量均減小，而下層土壤含鹽量相比于初始含鹽量分別增加36.92%、39.20%、51.54%、96.91%和88.17%；BFFH處理的上層土壤含鹽量比土壤初始含鹽量小，中層和下層較初始含鹽量增加了8.92%和135.44%；FBFH、FFBM、FFBH處理的上、中、下層土壤含鹽量相比于土壤初始含鹽量均增加。

相同礦化度的微咸水灌溉處理下，同一深度土層土壤含鹽量由大到小表現(xiàn)為“淡淡咸”、“淡咸淡”、“咸淡淡”。對于不同咸淡水交替灌溉處理，土壤含鹽量表現(xiàn)出隨深度增加而增大的趨勢，上層土壤的鹽分隨著灌水次數(shù)的增加逐漸下移，鹽分主要積累在下層土壤中，但FFBM、FFBH的各層土壤含鹽量由大到小依次為下層、上層、中層，且上層分別比中層增加了0.24 g/kg和0.51 g/kg，與其它處理有差異。

2.3 咸淡水交替灌溉對玉米株高和葉面積的影響

株高是表征植株垂向高度的生育指標值，它是反映作物生長狀態(tài)的有效指標[18]。對玉米的株高測量貫穿玉米全生育期。

由表4可看出，任一生育期灌溉微咸水，隨著微咸水礦化度增加，整個生育期玉米株高的增長率都呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢，不同礦化度和不同咸淡水交替灌溉方式對其具有顯著的影響(P<0.05)。壯苗期灌溉微咸水后，8月28日，相比CK處理，BFFL、BFFM、BFFH處理的株高分別減小1.17、6.47、18.90 cm；拔節(jié)期灌溉微咸水后，9月11日，F(xiàn)BFL、FBFM、FBFH分別減小3.00、14.13、25.67 cm；灌漿期灌溉微咸水后，10月2日，F(xiàn)FBL、FFBM、FFBH分別減小2.23、4.00、7.07 cm。10月16日，各處理的株高由大到小依次為CK、BFFL、FFBL、FFBM、FBFL、FFBH、BFFM、FBFM、BFFH、FBFH，且BFFL、FFBL、FFBM、FBFL與CK的值很接近，說明任一生育期灌溉1 g/L微咸水處理的株高與CK處理相比無明顯區(qū)別；壯苗期灌溉礦化度大于3 g/L的微咸水對株高影響較大；拔節(jié)期灌溉礦化度為3、5 g/L的微咸水對株高都會產(chǎn)生一定抑制作用，且隨著微咸水礦化度增加，對株高的抑制作用越明顯；而在灌漿期灌溉不同礦化度的微咸水對株高均無明顯影響，這主要是因為灌漿期玉米主要進行生殖生長，株高變化不大。綜上，微咸水礦化度越大，玉米株高越小，不同生育期玉米株高對鹽分的敏感程度由大到小依次為拔節(jié)期、壯苗期、灌漿期，不同交替灌溉方式對玉米株高的影響程度由大到小依次為“淡咸淡”、“咸淡淡”、“淡淡咸”。

表4 不同處理夏玉米株高隨時間動態(tài)變化過程Tab.4 Dynamic process of summer maize plant height over time for different treatments cm

注：表中數(shù)據(jù)為平均值±標準差，同一列數(shù)值后不同大寫字母表明不同咸淡水交替灌溉方式處理下差異顯著(P<0.05)；不同小寫字母表明不同礦化度處理下差異顯著(P<0.05)，下同。

表5為不同灌水處理植株葉面積隨時間動態(tài)變化過程，可看出，葉面積受微咸水礦化度和不同交替灌溉方式的影響與株高相似。8月28日，BFFL、BFFM、BFFH相比CK分別減小3.62、15.02、32.38 cm2；9月11日，F(xiàn)BFL、FBFM、FBFH分別減小10.84、34.43、59.89 cm2；只在灌漿期灌溉微咸水時，F(xiàn)FBL、FFBM、FFBH分別比CK減小3.54、12.48、19.72 cm2。與CK處理相比，灌溉微咸水礦化度對于玉米葉面積的影響在整個生育期內(nèi)都比較顯著(P<0.05)，不同生育期灌溉微咸水對葉面積的抑制程度由大到小依次為拔節(jié)期、壯苗期、灌漿期。

2.4 微咸水交替灌溉對產(chǎn)量及作物耗水量的影響

表6列出了不同灌水處理夏玉米的產(chǎn)量及耗水量。玉米整個植株的干物質(zhì)質(zhì)量是玉米產(chǎn)量形成的物質(zhì)基礎(chǔ)，穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和穗質(zhì)量是衡量作物產(chǎn)量的重要指標。通過對產(chǎn)量及其構(gòu)成要素進行方差分析可知，微咸水礦化度和不同咸淡水交替灌溉方式對地上干物質(zhì)質(zhì)量、穗粒數(shù)、百粒質(zhì)量和穗質(zhì)量的影響顯著(P<0.05)。灌溉微咸水的各處理產(chǎn)量均比CK處理產(chǎn)量低，整體表現(xiàn)為灌水礦化度越大，玉米產(chǎn)量越小。不同生育期灌溉相同礦化度微咸水處理的玉米產(chǎn)量由大到小表現(xiàn)為灌漿期、壯苗期、拔節(jié)期。相同灌水量條件下，BFFL、FBFL、FFBL處理分別比CK處理減產(chǎn)4.65%、6.79%和9.28%，說明低濃度微咸水和淡水交替灌溉對產(chǎn)量影響較小。相比于CK，拔節(jié)期灌溉高濃度微咸水(FBFH)玉米的減產(chǎn)率達到最大(34.85%)。

表5 不同處理夏玉米葉面積隨時間動態(tài)變化過程Tab.5 Dynamic process of summer maize leaf area over time for different treatments cm2

表6 不同處理夏玉米產(chǎn)量及耗水量Tab.6 Yield and water consumption of summer maize under different irrigation treatments

從表6中可看出，全部淡水灌溉處理的玉米耗水量最大，不同咸淡水交替灌溉方式下玉米耗水量由大到小表現(xiàn)為“淡淡咸”、“咸淡淡”、“淡咸淡”，同時隨著礦化度的增加，耗水量減小，F(xiàn)BFH處理的玉米耗水量最小，相比于CK減少了11.66%。

2.5 微咸水交替灌溉對穗部性狀及收獲指數(shù)的影響

微咸水灌溉導致夏玉米減產(chǎn)在玉米穗部性狀上也有所體現(xiàn)，穗長、穗粗刻畫玉米穗的大小，禿尖長刻畫穗粒的分布狀況。如表7所示，灌溉微咸水使玉米果穗變短變細，禿尖變長，同CK的差異均達顯著水平(P<0.05)。相同礦化度的不同咸淡水交替灌溉方式處理下，拔節(jié)期灌溉微咸水比壯苗期和灌漿期灌溉微咸水對玉米穗的外觀形態(tài)影響大，其中，F(xiàn)BFH處理的穗長、穗粗分別比CK減少了28.77%、8.45%。收獲指數(shù)是指穗籽粒質(zhì)量和地上干物質(zhì)質(zhì)量之比[19]。不同交替灌溉方式處理中灌溉1 g/L微咸水與CK處理的收獲指數(shù)差異不顯著(P>0.05)，其余處理的收獲指數(shù)都顯著(P<0.05)偏低。其中FBFM、FBFH處理的收獲指數(shù)分別較CK減小6.25%和10.42%。

表7 不同處理夏玉米穗部性狀和收獲指數(shù)Tab.7 Ear characters and harvest index of summer maize under different irrigation treatments

3 討論

灌溉微咸水導致土壤含鹽量增加，且微咸水礦化度越大，土壤中累積鹽分越多[20-24]。本試驗結(jié)果顯示，CK處理各層土壤含鹽量最小，咸淡水交替灌溉過程中，由于蒸發(fā)和灌水的交互作用，各層土壤含鹽量變化明顯。相同礦化度微咸水灌溉處理下，同一深度土層土壤含鹽量由大到小表現(xiàn)為“淡淡咸”、“淡咸淡”、“咸淡淡”。“咸淡淡”處理后，夏玉米生育后期上層土壤鹽分增量明顯小于下層，其原因可能是灌溉微咸水帶入的鹽分離子與土壤膠體及土壤中原有離子發(fā)生交換，增強土壤膠體的絮凝作用，改變土壤團粒結(jié)構(gòu)，使土壤導水能力增加[25]，有利于后2次淡水灌溉對上層土壤鹽分的淋洗，大量鹽分隨著灌水往下層聚集，高含鹽量土層不斷擴展[26],但鹽分整體變化趨勢與淡水灌溉類似[27-29]。而“淡淡咸”處理土壤含鹽量大，可能是由于前期灌溉淡水，土壤鹽分向下運移，導致土壤上層脫鹽、土壤深層積鹽[30]，灌漿期灌溉微咸水后土壤含鹽量大幅增加，由于玉米灌漿期耗水量大，隨微咸水灌溉帶入鹽分更多，后期沒有淡水淋洗，導致土壤累積鹽分含量高。對于同一種灌溉方式的不同礦化度處理，隨著微咸水礦化度增加，入滲能力逐漸增強，各層土壤鹽分積累越多，這與史曉楠等[31]利用入滲模型得到的礦化度增加能有效提高土壤的擴散率和飽和導水率的結(jié)論一致。在同一處理的垂直剖面上，土壤含鹽量隨深度增加而增大，但FFBM、FFBH的含鹽量由大到小表現(xiàn)為下層、上層、中層，造成這一現(xiàn)象的原因可能是“淡淡咸”處理的土壤含鹽量大，過量的鹽分會引起土壤結(jié)皮，導致土壤滲透性減小[32],上層水鹽運移活躍，鹽分表聚較多，下層土壤滲透能力變?nèi)?，鹽分難以上移[33]。

具體分析每一生育期灌溉后主根區(qū)土壤鹽分含量可看出，某一生育期灌溉淡水后，土壤含鹽量有所降低，而灌溉微咸水后土壤含鹽量則有所升高[11]。土壤積鹽導致土壤水的有效勢能下降，鹽分對根系吸水產(chǎn)生脅迫作用，玉米難以充分利用土壤中的水分，耗水量減小。灌溉水礦化度越大，鹽分的脅迫作用越嚴重，玉米耗水量越小[34]。咸淡水交替灌溉對夏玉米株高、葉面積及產(chǎn)量的影響主要體現(xiàn)在微咸水灌溉的生育期，與耗水規(guī)律一致，鹽分脅迫降低了相應生育期中玉米蒸騰作用，從而影響玉米生長和產(chǎn)量形成[35]。試驗條件下，灌溉1 g/L微咸水的各處理玉米株高、葉面積和產(chǎn)量與CK沒有明顯的差異，其原因可能是灌溉低礦化度微咸水沒有明顯增加玉米主根區(qū)土壤的含鹽量，所以對玉米生長的影響較小。BFFM、BFFH、FBFM、FBFH處理對玉米生長的抑制作用較大，可能是因為玉米在生育前期主要進行營養(yǎng)生長，抗鹽脅迫能力較弱，在壯苗期和拔節(jié)期灌溉一定濃度微咸水后，土壤鹽分對其產(chǎn)生抑制作用，影響玉米前期的株高、葉面積等生長發(fā)育而導致減產(chǎn)，且礦化度越大，鹽脅迫的抑制作用越大。對于“淡淡咸”灌溉方式，因壯苗期和拔節(jié)期玉米耐鹽性較差，灌溉淡水既能滿足生長所需水分，又不增加土壤鹽分，有利于玉米生長發(fā)育，且玉米在灌漿期主要是生殖生長，抗鹽脅迫能力增強，雖然FFBM、FFBH處理灌溉微咸水后土壤含鹽量有一定幅度的增加，但鹽分隨著水分運移主要積累在上層和下層，中層土壤鹽分含量較小，并未對玉米生長產(chǎn)生明顯的脅迫影響。從上文的研究可知，微咸水礦化度越大，對玉米的株高、葉面積及產(chǎn)量的抑制作用越大，且玉米對于不同生育期微咸水灌溉的敏感程度由大到小依次為拔節(jié)期、壯苗期、灌漿期。

4 結(jié)束語

本試驗在前人進行過1 a咸淡水交替灌溉試驗基礎(chǔ)上開展，綜合2 a試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，合理利用微咸水灌溉需考慮夏玉米不同生育期的抗鹽脅迫能力，盡量將微咸水安排在生育階段的中后期[36]?！暗痰碧幚韺τ衩椎纳L和產(chǎn)量影響最大，應避免；“咸淡淡”處理土壤鹽分含量低，能保證一定的產(chǎn)量，可用于指導實際生產(chǎn)；“淡淡咸”對夏玉米生長及產(chǎn)量的抑制作用最小，但土壤中累積的鹽分最高。結(jié)合試驗結(jié)果分析，長期利用微咸水和淡水進行交替灌溉，微咸水礦化度不宜過高，應優(yōu)先選擇“淡淡咸”輪灌模式。適宜的咸淡水交替灌溉模式下，玉米產(chǎn)量不減產(chǎn)或少量減產(chǎn)，土壤鹽分通過降雨或灌溉淋洗實現(xiàn)年內(nèi)平衡，有利于提高水分利用效率，達到既保證產(chǎn)量、不積鹽還能合理利用水資源的目的。

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EffectofAlternateIrrigationwithFreshandBrackishWateronSaline
DistributionCharacteristicsofSoilandGrowthofSummerMaize

ZHU Chengli1,2SHU Muchen2ZHANG Zhanyu1,2ZHAI Yaming1,2MIN Yong2HUANG Mingyi2

(1.KeyLaboratoryofEfficientIrrigation-DrainageandAgriculturalSoil-WaterEnvironmentinSouthernChina，MinistryofEducation，HohaiUniversity，Nanjing210098，China2.CollegeofWaterConservancyandHydropowerEngineering，HohaiUniversity，Nanjing210098，China)

In order to make full use of saline water resources, a pot experiment was carried out to investigate the characteristics of soil salt distribution and the growth of summer maize (ZeamaysL.) subjected to three alternate brackish water irrigation methods (i.e., BFF: in which maize was irrigated with brackish water at the seedling stage and fresh water at the remaining periods; FBF: in which brackish water was irrigated at the jointing stage and fresh water at other stages; FFB: in which plants were watered with brackish water at the filling stage and fresh water at the vegetative stage) at three levels (i.e., L was 1 g/L NaCl; M was 3 g/L NaCl; H was 5 g/L NaCl), respectively.The results showed that the soil salt content under fresh water irrigation throughout the whole growth period (CK) was the lowest, and the higher the salinity of brackish water was applied, the higher the soil salt content was.Under the same salinity of brackish water irrigation, the descending order of average soil salt content distribution in the same depth was FFB, FBF and BFF.After harvest, in the 0～15 cm soil layer, the average soil salt contents of BFFL, FBFL, FFBL, BFFM and FBFM were lower compared with the original soil salt content.The similar reductions were found in the 15～30 cm soil layer, while the average soil salt content in the 30～45 cm soil layer were 36.92%, 39.20%, 51.54%, 96.91% and 88.17% higher than the original soil salt contents of these treatments.The average soil salt content of BFFH was higher than the original soil salt contents by 8.92% and 135.44% in the 15～30 cm and 30～45 cm soil layers, respectively, and with lower average soil salt content in the 0～15 cm soil layer.Moreover, the higher average soil salt contents than the original soil salt contents were found in all soil layers of FBFH, FFBM and FFBH.The average soil salt contents of FFB at 3 g/L and 5 g/L levels were highest in the 30～45 cm soil layer, followed by those of the 0～15 cm soil layer, while the average soil salt contents were the minimum in the 15～30 cm soil layer.Instead, the average soil salt contents of other treatments followed the order from high to low was the 30～45 cm soil layer, 15～30 cm soil layer and 0～15 cm soil layer.The inhibition degree of different brackish irrigation to the growth related traits such as plant height, leaf area of summer maize in decreasing order were as follows: the jointing stage, the seedling stage and the filling stage.As the degree of salinity was increased, the inhibitory effect became more significant.In all brackish water irrigation methods, the order of plant dry weight, grain weight and the 100-grain weight from high to low was FBF, BFF and FFB.Furthermore, with the increase of water salinity, the yield of summer maize was decreased gradually.With the same irrigation amount, the yield of FBFH was the lowest, which decreased grain weight by 34.85% compared with CK.For maize cultivation in coastal area, the brackish water should be irrigated in the late growth stage to ensure the output.After that, fresh water irrigation would be beneficial during the noncrops growing season for salt leaching and reducing the risk of the soil secondary salinization.

summer maize； yield； alternate irrigation； brackish water； soil salinity

10.6041/j.issn.1000-1298.2017.10.027

S273.4

A

1000-1298(2017)10-0220-09

2017-06-05

2017-07-31

國家自然科學基金青年基金項目(51409086)和國家重點研發(fā)計劃項目(2016YFC0400200)

朱成立(1967—)，男，副教授，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)、農(nóng)田灌溉與排水研究，E-mail：clz@hhu.edu.cn

翟亞明(1982—)，男，副教授，博士，主要從事節(jié)水灌溉理論與技術(shù)等研究，E-mail：zhaiymhhu@163.com