咸淡水交替灌溉下土壤水鹽分布與玉米吸水規(guī)律研究

楊培嶺 王 瑜 任樹(shù)梅 魏琛琛 賀 新 徐子昂

(中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院， 北京 100083)

0 引言

在淡水資源短缺的現(xiàn)狀下，利用非常規(guī)水資源(微咸水、再生水、海水等)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)已經(jīng)在全球范圍內(nèi)展開(kāi)了研究[1-3]。當(dāng)前微咸水灌溉的方式主要有3種：一直利用微咸水灌溉、微咸水與淡水混合灌溉和微咸水與淡水交替灌溉。相比于一直利用微咸水灌溉，混合灌溉和交替灌溉可以減緩?fù)寥利}漬化[4]。LI等[5]研究發(fā)現(xiàn)，在減緩微咸水對(duì)土壤作物系統(tǒng)的不利影響方面，交替灌溉相比混合灌溉更為有效。朱成立等[6]研究了不同礦化度微咸水在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”和“淡淡咸”)下的土壤鹽分分布和夏玉米生長(zhǎng)情況；吳忠東等[7]研究了不同組合灌溉下的土壤鹽分分布和冬小麥產(chǎn)量；郭夢(mèng)吉等[8]研究了微咸淡水交替灌溉對(duì)加工番茄根系生長(zhǎng)的影響。已有研究多是在不同生育期之間進(jìn)行咸淡交替灌溉，缺乏每次灌溉之間進(jìn)行不同咸淡交替灌溉方式的研究。

作為定量化研究水分循環(huán)的方法，穩(wěn)定同位素示蹤技術(shù)被用于研究植物水分來(lái)源。由于植物莖稈中的水分同位素組成與利用水源的同位素組成相同，可以通過(guò)分析比較植物水分與各種水源的氫氧同位素組成，確定植物吸收利用的水分來(lái)源及對(duì)植物水分的相對(duì)貢獻(xiàn)[9]?，F(xiàn)有利用氫氧穩(wěn)定同位素對(duì)植物水分來(lái)源的研究主要集中在作物、地區(qū)、灌水量等方面。郭飛等[10]研究了矮砧蘋(píng)果樹(shù)在不同時(shí)期的主要吸水深度；張景文等[11]研究了山東省禹城市的夏玉米水分來(lái)源；CAO等[12]探討了不同灌水量、不同生育階段櫻桃根系吸水貢獻(xiàn)率的變化；湯英等[13]研究了不同水分條件下寧夏枸杞氫氧穩(wěn)定同位素的變化特征。還有一些研究關(guān)注了鹽分[14-15]。目前尚無(wú)對(duì)大田作物采用微咸水灌溉下水分來(lái)源的研究。

河套灌區(qū)是中國(guó)設(shè)計(jì)灌溉面積最大的灌區(qū)，富含微咸水(礦化度為2.0～5.0 g/L)，儲(chǔ)量達(dá)88.6億m3，具有很大的潛力[16]。玉米是河套灌區(qū)的主要糧食作物，種植面積達(dá)到河套灌區(qū)種植面積的30%[17]。本研究以2018年河套灌區(qū)玉米為研究對(duì)象，研究不同礦化度微咸水和地下水在不同交替灌溉方式下土壤含水率、電導(dǎo)率(EC)的變化規(guī)律，利用氫氧穩(wěn)定同位素技術(shù)，探索微咸水礦化度和交替灌溉制度耦合下的植物吸水規(guī)律，為制定適宜的灌溉模式提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)于2018年4—9月在內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市臨河區(qū)曙光實(shí)驗(yàn)站(107°23′E, 40°72′N(xiāo))開(kāi)展。該地區(qū)位于河套灌區(qū)腹地，降雨量少，多年年均降水量為141.2 mm；早晚溫差大，日均溫為6.8℃；無(wú)霜期140 d左右；年日照時(shí)數(shù)為3 254 h。試驗(yàn)區(qū)地下1 m內(nèi)的土質(zhì)分為兩種：0～60 cm的土壤為粉砂壤土，土壤密度為1.49 g/cm3，田間持水率為19.8%；60～100 cm的土壤為粉砂粘壤土，土壤密度為1.44 g/cm3，田間持水率為28.4%。2018年玉米生育期內(nèi)總降雨量202 mm，降雨情況如圖1所示。

圖1 玉米生育期的降雨量Fig.1 Rainfall during growth of maize in 2018

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用3×2全因素設(shè)計(jì)，對(duì)應(yīng)3種交替灌溉水鹽度(礦化度為2.0、3.5、5.0 g/L，分別以S1、S2、S3表示)和2種類(lèi)型的交替灌溉方式(“地下水-微咸水”和“地下水-微咸水-微咸水”，分別以L(fǎng)1和L2表示)，對(duì)于L1地塊，在第1、3、5次灌溉時(shí)采用地下水灌溉，在第2、4、6次灌溉時(shí)采用微咸水灌溉；對(duì)于L2地塊，在第1、4、7次灌溉時(shí)采用地下水灌溉，在第2、3、5、6次灌溉時(shí)采用微咸水灌溉。因此，總共有6個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)3次，共計(jì)18個(gè)小區(qū)。所有小區(qū)隨機(jī)分布，同時(shí)為了避免處理間的相互影響，在各小區(qū)間設(shè)置1 m的隔離帶。試驗(yàn)中使用的微咸水通過(guò)向當(dāng)?shù)氐叵滤?礦化度為1.1 g/L)中加入摩爾比為1∶2的氯化鉀(KCl)和氯化鈉(NaCl)制備。試驗(yàn)期間，采用與當(dāng)?shù)剞r(nóng)民種植制度一致的氮肥和田間管理方式。

選取當(dāng)?shù)爻Ｓ糜衩灼贩N“西蒙3358”作為試驗(yàn)對(duì)象，9月20日收獲。采用膜下滴灌種植方式，一膜一帶，一膜兩行。玉米大行行距70 cm，小行行距40 cm，株距30 cm。小行玉米行間鋪設(shè)壁厚4 mm的滴灌帶，灌水器工作流量均為2 L/h，灌水器間距30 cm。全生育期共計(jì)灌水16次，總灌水量300 mm，試驗(yàn)區(qū)灌溉制度如表1所示。由于第1次灌水是在苗期(5月29日)，為保證苗期玉米正常生長(zhǎng)，所有處理采用地下水灌溉(22.5 mm)。2018年4月28日施入磷酸二銨(375 kg/hm2)和尿素(75 kg/hm2)作為底肥。在6月21日、7月10日和8月9日以質(zhì)量比為2∶2∶1追施尿素，追氮量共217.7 kg/hm2。施肥采用比例泵，隨灌水施肥。

表1 試驗(yàn)區(qū)灌溉制度Tab.1 Irrigation schedule of test areas

1.3 樣品采集

玉米拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期各取樣1次，每次取樣玉米木質(zhì)部莖和土壤，每個(gè)小區(qū)3個(gè)重復(fù)。玉米木質(zhì)部莖每次取5 cm左右栓質(zhì)化的小莖3～4段。土壤樣品的采集分為4層(0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm和60～100 cm)，取樣后分為3部分，分別用于測(cè)定土壤含水率、土壤電導(dǎo)率(EC)和氫氧穩(wěn)定同位素豐度。測(cè)定氫氧穩(wěn)定同位素豐度的玉米木質(zhì)部莖和土壤取樣后立刻放入100 mL離心管，并用Parafilm膜密封，放入-20℃冰柜冷凍，防止同位素組分發(fā)生變化，直到開(kāi)始抽提水分為止。每次采集樣品盡量在09:00—11:00完成，目的是為了保證取樣時(shí)的光照強(qiáng)度等外界環(huán)境不影響同位素組成的分析結(jié)果。

1.4 樣品測(cè)定

采用干燥法測(cè)定土壤含水率。采用梅特勒-托利多多參數(shù)測(cè)試儀測(cè)定土壤電導(dǎo)率。采用植物水分真空抽提裝置抽取植物土壤水分，收集到的水樣用Picarro L2120-i型水同位素分析儀測(cè)定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理和表格制作在Microsoft Excel中進(jìn)行，同位素來(lái)源比例分析由IsoSource軟件進(jìn)行，統(tǒng)計(jì)分析和差異顯著性檢驗(yàn)在SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)分析軟件中進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤質(zhì)量含水率

不同生育期不同土壤深度的土壤質(zhì)量含水率如表2所示。不同時(shí)期各處理的土壤質(zhì)量含水率在0～100 cm深度呈現(xiàn)先下降后上升的規(guī)律，最低值大多出現(xiàn)在40～60 cm。不同深度土壤3個(gè)時(shí)期平均質(zhì)量含水率最高值大多出現(xiàn)在S3L2處理，分別為14.49%(0～20 cm)、13.10%(20～40 cm)、14.99%(40～60 cm)，其中60～100 cm的最高值出現(xiàn)在S2L1處理(26.70%)；最低值出現(xiàn)在S1L1處理，分別為10.33%(0～20 cm)、9.35%(20～40 cm)、4.68%(40～60 cm)和15.59%(60～100 cm)。對(duì)土壤在不同深度的平均質(zhì)量含水率進(jìn)行方差分析及Duncan多重比較(P<0.05)分析可知：微咸水礦化度對(duì)不同土壤深度的平均質(zhì)量含水率均有顯著影響，平均質(zhì)量含水率隨著微咸水礦化度的升高顯著增加；交替灌溉方式對(duì)0～20 cm和40～60 cm土壤深度的平均質(zhì)量含水率有顯著影響，L1交替方式下的平均質(zhì)量含水率顯著低于L2交替方式；微咸水礦化度和交替灌溉方式的耦合對(duì)60～100 cm土壤深度的平均質(zhì)量含水率有顯著影響。

2.2 土壤電導(dǎo)率

表3為各處理在不同生育期不同土壤深度的土壤電導(dǎo)率(EC)?？梢钥闯?，拔節(jié)期和抽穗期各處理的土壤EC最高值大多出現(xiàn)在0～20 cm土層，灌漿期則出現(xiàn)在20～40 cm土層，不同時(shí)期各處理的土壤EC最低值大部分出現(xiàn)在40～60 cm。相比拔節(jié)期，抽穗期0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土層的EC分別增大了19.44%～37.44%、16.22%～43.29%、7.02%～34.50%，除了S1L1處理60～100 cm土層的EC下降了2.06%，其余處理60～100 cm土層的EC增大了2.33%～48.98%；灌漿期20～40 cm、40～60 cm、60～100 cm土層的EC增大了67.37%～141.46%、7.54%～60.09%和8.26%～48.14%，除了S1L2處理0～20 cm土層的EC下降了1.83%，其余處理0～20 cm土層的EC增大了4.26%～37.51%?？梢钥闯?，隨著微咸水和地下水交替灌溉的進(jìn)行，0～20 cm土層的土壤EC增長(zhǎng)率降低，20～100 cm土層的則逐漸提高。3個(gè)時(shí)期在不同深度的平均土壤EC最高值都出現(xiàn)在S3L2處理，分別是542.78 μS/cm(0～20 cm)、534.00 μS/cm(20～40 cm)、299.89 μS/cm(40～60 cm)和413.00 μS/cm(60～100 cm)；最低值出現(xiàn)在S1L1處理,分別是317.45 μS/cm(0～20 cm)、379.45 μS/cm(20～40 cm)、197.40 μS/cm(40～60 cm)，其中60～100 cm的最低值出現(xiàn)在S2L2(341.78 μS/cm)。對(duì)土壤在不同深度的平均EC進(jìn)行方差分析及Duncan多重比較(P<0.05)分析可知：微咸水礦化度對(duì)0～20 cm、20～40 cm、40～60 cm土壤深度的平均EC均有顯著影響，土壤平均EC隨著微咸水礦化度升高顯著升高；交替灌溉方式對(duì)0～20 cm和20～40 cm土壤深度的平均EC有顯著影響，L1交替方式的平均EC顯著低于L2交替方式；微咸水礦化度和交替灌溉方式的耦合對(duì)60～100 cm土壤深度的平均EC有顯著影響，S3L2處理最高。

表2 各處理不同土壤深度的土壤質(zhì)量含水率Tab.2 Mass soil moisture at different depths with different treatments %

注：同行不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)，下同。

表3 各處理不同土壤深度的土壤電導(dǎo)率Tab.3 Soil EC at different depths with different treatments μS/cm

2.3 玉米根系主要吸水深度的變化

圖2為玉米在各生長(zhǎng)期莖稈水與土壤水的δ18O關(guān)系。通過(guò)直接對(duì)比法，可以初步得出玉米在不同生長(zhǎng)期的主要吸水深度[18]。由直接對(duì)比法可知，拔節(jié)期L1小區(qū)S1、S2、S3處理的玉米主要吸收23.8、23.6、26.1 cm處的土壤水，L2小區(qū)S1、S2、S3處理的玉米主要吸收22.2、20.6、20.1 cm處的土壤水。抽穗期L1小區(qū)中S1處理主要吸收29.9、31.0 cm處的土壤水，S2處理主要吸收27.4、38.1 cm處的土壤水，S3處理主要吸收24.7、39.6 cm處的土壤水；L2小區(qū)中S1處理主要吸收28.4、35.9 cm處的土壤水，S2處理主要吸收24.1、37.8 cm處的土壤水，S3處理主要吸收63.0 cm處的土壤水。灌漿期L1小區(qū)中S1處理主要吸收12.8 cm處的土壤水，S2處理主要吸收37.3、69.2 cm處的土壤水，S3處理主要吸收40.2 cm處的土壤水；L2小區(qū)中S1處理主要吸收16.9、36.0、63.9 cm處的土壤水，S2處理主要吸收11.0、38.7 cm處的土壤水，S3處理主要吸收11.2、39.4 cm處的土壤水。

圖2 玉米在各生長(zhǎng)期莖稈水與土壤水的δ18O關(guān)系Fig.2 Relationship between δ18O characteristics of maize stem water and soil water in different growth periods

圖3 不同生長(zhǎng)期各土壤深度的土壤水對(duì)玉米吸水的平均貢獻(xiàn)率Fig.3 Average contribution rate of soil water from different soil depths to maize water absorption in different growth stages

2.4 不同土壤深度土壤水對(duì)玉米根系吸水的平均貢獻(xiàn)率

圖3為通過(guò)多元線(xiàn)性混合模型(IsoSource)計(jì)算得出的玉米在不同生長(zhǎng)期各土壤深度的土壤水對(duì)植物吸水的平均貢獻(xiàn)率。拔節(jié)期植物主要利用0～20 cm的土壤水，對(duì)L1小區(qū)S1、S2、S3處理的平均貢獻(xiàn)率分別是51.0%、45.7%和33.9%，對(duì)L2小區(qū)S1、S2、S3處理的平均貢獻(xiàn)率分別是50.8%、44.0%和44.4%。抽穗期植物主要利用20～40 cm的土壤水，對(duì)L1小區(qū)S1、S2、S3處理的平均貢獻(xiàn)率分別是83.0%、72.6%和64.4%，對(duì)L2小區(qū)S1、S2、S3處理的平均貢獻(xiàn)率分別是77.1%、66.3%和27.4%。灌漿期植物主要利用0～20 cm的土壤水，對(duì)L1小區(qū)S1、S2、S3處理的平均貢獻(xiàn)率分別是80.6%、33.3%和36.2%，對(duì)L2小區(qū)S1、S2、S3處理的平均貢獻(xiàn)率分別是33.1%、32.8%和32.0%。由圖3可以看出，各處理的植物在不同時(shí)期主要水分來(lái)源的深度保持一致，平均貢獻(xiàn)率在相同交替灌溉方式下由大到小依次為S1、S2、S3，在相同微咸水礦化度下表現(xiàn)為L(zhǎng)1大于L2。

2.5 產(chǎn)量

表4為各處理的玉米產(chǎn)量。由表4可知，產(chǎn)量及其各項(xiàng)性狀的最高值均出現(xiàn)在S1L1處理,分別比出現(xiàn)在S3L2處理的最低值高12.62%(穗長(zhǎng))、6.07%(穗粗)、4.13%(行數(shù))、14.11%(列數(shù))、69.89%(禿尖長(zhǎng))、25.56%(穗質(zhì)量)和26.23%(產(chǎn)量)。對(duì)玉米產(chǎn)量及其各項(xiàng)性狀進(jìn)行方差分析及Duncan多重比較(P<0.05)分析可知：微咸水礦化度對(duì)穗粗和產(chǎn)量有顯著影響，均隨著微咸水礦化度升高顯著減少；交替灌溉方式對(duì)穗粗、禿尖長(zhǎng)和產(chǎn)量有顯著影響，L1交替灌溉方式下的穗粗、禿尖長(zhǎng)和產(chǎn)量顯著高于L2交替灌溉方式；微咸水礦化度和交替灌溉方式的耦合對(duì)產(chǎn)量及其性狀均無(wú)顯著影響。

表4 各處理的玉米產(chǎn)量Tab.4 Yield of maize under different irrigation treatments

注：同列不同小寫(xiě)字母表示處理間差異顯著(P<0.05)。

3 討論

微咸水中含有的鹽分通過(guò)灌溉進(jìn)入土壤，形成鹽分脅迫，阻礙作物根系吸收，提高土壤含水率[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，相同交替灌溉方式下，同一深度土層的土壤含水率隨著微咸水礦化度升高而增加，微咸水礦化度越高，攜帶的鹽分越多，鹽分脅迫越嚴(yán)重，作物難以吸收水分，土壤含水率增高。在相同礦化度微咸水灌溉中，同一深度土層的土壤電導(dǎo)率在“地下水-微咸水-微咸水”交替灌溉方式下較高，這與含水率與鹽分積累成正比的規(guī)律一致。各處理的土壤縱向含水率在不同時(shí)期均呈現(xiàn)先下降后上升的現(xiàn)象，這可能是由于本試驗(yàn)區(qū)的60 cm處是粉砂壤土和粉砂粘壤土的交界處，土質(zhì)變化會(huì)造成水鹽滲透力變差[20]，導(dǎo)致60～100 cm土層水分積累，較難下滲。

長(zhǎng)期的微咸水灌溉和灌溉水礦化度的升高都會(huì)導(dǎo)致鹽分的表聚[21]，鹽分則可能會(huì)隨著灌溉水或降水向下移動(dòng)到作物根區(qū)，從而抑制作物對(duì)水分和養(yǎng)分的吸收[22]。本研究結(jié)果顯示，相同交替灌溉方式下，同一深度土層的土壤電導(dǎo)率隨著微咸水礦化度升高而增加，與之前的研究結(jié)果一致[19,23]，這是由于隨著微咸水礦化度的增高，入滲能力增強(qiáng)，土壤鹽分積累增多[6]。在相同礦化度微咸水灌溉中，同一深度土層的土壤電導(dǎo)率在“地下水-微咸水-微咸水”交替灌溉方式下較高，積鹽現(xiàn)象較為嚴(yán)重，這與吳忠東等[7]的研究結(jié)果一致。“地下水-微咸水”的交替灌溉模式可以在每次微咸水灌溉后進(jìn)行一次淡水灌溉，通過(guò)淋洗作用，可以降低土壤累積含鹽量。隨著作物生育期的推進(jìn)，灌溉次數(shù)增多，土壤電導(dǎo)率增大，各處理在不同時(shí)期的土壤縱向電導(dǎo)率分布規(guī)律一致，但各土層的增長(zhǎng)率不同，最終土壤縱向電導(dǎo)率在拔節(jié)期和抽穗期呈現(xiàn)先下降后上升的現(xiàn)象，灌漿期則是先上升后下降再上升，灌漿期土壤電導(dǎo)率最高值出現(xiàn)在20～40 cm土層，這可能是淋洗作用下鹽分向土壤深層運(yùn)移的結(jié)果，60～100 cm土層的含鹽量在3個(gè)時(shí)期較高，可能也是由于60 cm以下是粉砂粘壤土，鹽分運(yùn)移受阻。

直接對(duì)比法可以得出玉米水分來(lái)源的具體深度，各處理在各個(gè)時(shí)期的具體吸水深度范圍分別是20.1～26.1 cm(拔節(jié)期)、24.1～63.0 cm(抽穗期)和11.0～63.9 cm(灌漿期)。除了拔節(jié)期，抽穗期和灌漿期大部分處理的水分來(lái)源出現(xiàn)了多個(gè)吸收深度。WANG等[24]認(rèn)為，植物生長(zhǎng)期內(nèi)根系吸收的水分可能不是來(lái)自于單獨(dú)的某一層土壤水，也有可能是幾種同位素組成不同的水源按照一定比例形成的混合物。多元線(xiàn)性混合模型(IsoSource)是基于同位素質(zhì)量守恒原理的多元分析方法，可以計(jì)算不同土壤深度水源的貢獻(xiàn)率，更為準(zhǔn)確地判斷玉米的主要水分來(lái)源和吸水深度。研究結(jié)果顯示，玉米在拔節(jié)期的主要吸水深度是0～20 cm，各處理的平均貢獻(xiàn)率為33.9%～51.0%；抽穗期的主要吸水深度是20～40 cm，平均貢獻(xiàn)率為27.4%～83.0%；灌漿期的主要吸水深度是0～20 cm，各處理的平均貢獻(xiàn)率為32.0%～80.6%，呈現(xiàn)出“淺-深-淺”的規(guī)律，這與之前的研究結(jié)果保持一致[25]，說(shuō)明灌溉水的礦化度和灌溉方式對(duì)不同時(shí)期玉米的主要吸水深度沒(méi)有影響。微咸水灌溉對(duì)作物危害最直接的部位是根系[26]，根系是作物吸收水分和養(yǎng)分最活躍的器官[27]。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水率隨著微咸水礦化度的升高而升高，且“地下水-微咸水-微咸水”灌溉方式下的土壤含水率更高。當(dāng)土壤層持有更多水分時(shí)，能夠增加根系水分吸收率和吸水量[28-29]，因此在不同時(shí)期的主要吸水深度，灌溉水礦化度和土壤水分平均貢獻(xiàn)率呈正比，“地下水-微咸水-微咸水”灌溉方式下的平均貢獻(xiàn)率偏大，但這與本研究通過(guò)IsoSource計(jì)算得出的結(jié)果相反。可能是由于在鹽分非均勻分布的情況下，高鹽度區(qū)根系對(duì)水分和養(yǎng)分吸收會(huì)減少，而低鹽度區(qū)根系的吸收明顯增加[30]。

作物產(chǎn)量是實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)中的主要考慮因素。本研究結(jié)果顯示，在相同交替灌溉方式下，隨著微咸水礦化度的升高，作物產(chǎn)量減少，這與已有的研究保持一致[6,19,22]；在相同微咸水礦化度下，“地下水-微咸水”交替灌溉方式下的玉米產(chǎn)量大于“地下水-微咸水-微咸水”。WEI等[31]于2017—2018年研究了與本試驗(yàn)相同試驗(yàn)條件下的地下水(礦化度為1.1 g/L)和不同礦化度(2.0、3.5、5.0 g/L)微咸水對(duì)土壤特性、N2O排放量和玉米產(chǎn)量的影響，王帥杰等[32]在2017年研究了與本試驗(yàn)相同試驗(yàn)條件下的溫室氣體排放量和玉米產(chǎn)量(圖4)。相比WEI等[31]在2018年采取地下水進(jìn)行灌溉得到的產(chǎn)量，本研究各處理減產(chǎn)12.27%～30.49%，減產(chǎn)最少的處理是2.0 g/L微咸水結(jié)合“地下水-微咸水”交替方式；相同微咸水礦化度下，本研究在“地下水-微咸水”交替方式下的產(chǎn)量比WEI等[31]的研究結(jié)果高1.84%～16.79%，“地下水-微咸水-微咸水”交替方式下采用2.0 g/L微咸水灌溉的產(chǎn)量減少了4.34%，采用3.5 g/L和5 g/L微咸水灌溉的產(chǎn)量分別增加了5.12%和1.42%；說(shuō)明交替灌溉相比于一直采用微咸水進(jìn)行灌溉對(duì)產(chǎn)量的影響較小，其中“地下水-微咸水”交替方式下減產(chǎn)更小。本研究發(fā)現(xiàn)微咸水礦化度和交替灌溉方式對(duì)玉米產(chǎn)量的影響和王帥杰等[32]的發(fā)現(xiàn)一致。相比2017年王帥杰等[32]的研究結(jié)果，本研究采取“地下水-微咸水”交替方式處理的玉米增產(chǎn)1.67%～5.28%；采取“地下水-微咸水-微咸水”交替方式處理的玉米產(chǎn)量中，只有礦化度2.0 g/L微咸水的處理增產(chǎn)0.73%，其余均減產(chǎn)?？赡苁怯捎谙嗤V化度下，長(zhǎng)期“地下水-微咸水-微咸水”交替方式處理的鹽分脅迫較為嚴(yán)重，抑制作物的生長(zhǎng)。因此，“地下水-微咸水”交替方式的農(nóng)業(yè)可持續(xù)性更高。

圖4 2017—2018年微咸水與地下水交替灌溉下的產(chǎn)量Fig.4 Yield under alternate irrigation between saline water and groundwater in 2017 and 2018

4 結(jié)論

(1)土壤含水率在不同時(shí)期和不同處理間表現(xiàn)出相似的規(guī)律：同一土壤深度，微咸水礦化度和土壤含水率成正比，“地下水-微咸水-微咸水”交替灌溉方式下的土壤含水率較高；土壤縱向含水率均呈現(xiàn)先下降、后上升的趨勢(shì)。

(2)土壤電導(dǎo)率在不同處理間表現(xiàn)出相似的規(guī)律：同一土壤深度的土壤電導(dǎo)率隨著微咸水礦化度的升高而升高，“地下水-微咸水-微咸水”交替灌溉方式下的土壤電導(dǎo)率較高；土壤縱向電導(dǎo)率在拔節(jié)期和抽穗期表現(xiàn)出先下降、后上升的規(guī)律，在灌漿期則表現(xiàn)出上升、下降、再上升的規(guī)律，這是在淋洗作用下鹽分向土壤深層運(yùn)移的結(jié)果。

(3)玉米在不同時(shí)期的水分利用情況不同，但是各處理間的規(guī)律一致，拔節(jié)期的主要吸水深度是0～20 cm(平均貢獻(xiàn)率為33.9%～51.0%)，抽穗期的主要吸水深度是20～40 cm(平均貢獻(xiàn)率為27.4%～83.0%)，灌漿期的主要吸水深度是0～20 cm(平均貢獻(xiàn)率為32.0%～80.6%)，表現(xiàn)出“淺-深-淺”的規(guī)律。隨著微咸水礦化度的升高，主要吸水深度的平均貢獻(xiàn)率減小，“地下水-微咸水-微咸水”交替灌溉方式下的平均貢獻(xiàn)率較小。

(4)本試驗(yàn)條件下，礦化度2.0 g/L微咸水與地下水在“地下水-微咸水”交替灌溉方式下可以得到最高產(chǎn)量(1.54 kg/m2)，相比于最低產(chǎn)量高26.23%，此時(shí)穗長(zhǎng)、穗粗、行數(shù)、列數(shù)、禿尖長(zhǎng)和穗質(zhì)量均達(dá)到最大值。