河套灌區(qū)鹽漬化土壤下玉米多水源灌溉模式研究①

潘春洋，楊樹青*，張萬(wàn)鋒,2，韓天凱

河套灌區(qū)鹽漬化土壤下玉米多水源灌溉模式研究①

潘春洋1，楊樹青1*，張萬(wàn)鋒1,2，韓天凱1

(1內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木建筑工程學(xué)院，呼和浩特 010018；2呼倫貝爾市住房保障管理中心，內(nèi)蒙古呼倫貝爾 021000)

為合理有效利用河套灌區(qū)水資源，本研究采用井水(地下水)、渠水(地表水)2種水源聯(lián)合灌溉，研究較適宜的多水源灌溉模式對(duì)玉米生長(zhǎng)特性及土壤水鹽動(dòng)態(tài)的響應(yīng)機(jī)制。試驗(yàn)設(shè)置8個(gè)多水源灌溉模式：井井井(JJJ)、井井渠(JJQ)、井渠井(JQJ)、渠井井(QJJ)、井渠渠(JQQ)、渠渠井(QQJ)、渠井渠(QJQ)、渠渠渠(QQQ)及空白對(duì)照處理。結(jié)果表明：隨著灌溉井水次數(shù)的增加，對(duì)玉米株高和莖粗抑制作用明顯，抑制程度依次為拔節(jié)期>灌漿期>抽雄期；生育期內(nèi)各處理均呈現(xiàn)出不同程度的積鹽現(xiàn)象，耕層積鹽程度大于深層；井水灌溉次數(shù)增加，土壤積鹽程度明顯，QJQ處理的土壤鹽分變化量在玉米耕層均低于其他井灌參與的處理，且與QQQ處理差異較小；拔節(jié)期灌溉渠水能有效淋洗土壤鹽分；灌溉兩次及以上井水比灌溉一次及不灌井水的水分利用效率減少25.77% ~ 31.61%；QJQ處理水分利用效率高于井灌參與的其他處理；收獲指數(shù)和氮肥偏生產(chǎn)力均呈現(xiàn)出QQQ處理最高，其次為QJQ處理，JJJ處理最低的現(xiàn)象，且QQQ與QJQ處理無(wú)顯著差異。綜合土壤水鹽動(dòng)態(tài)和作物指標(biāo)等因素的分析，QJQ處理為適合當(dāng)?shù)赜衩椎妮^優(yōu)多水源聯(lián)合灌溉方案。

多水源；灌溉模式；玉米；鹽分積累；水分利用效率

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)，我國(guó)對(duì)水資源的需求日益增加，面臨水資源短缺的問題也愈發(fā)尖銳。河套灌區(qū)是國(guó)家重要的糧油生產(chǎn)基地，隨著引黃灌溉水量的減少，地表水水資源短缺已成為制約內(nèi)蒙古河套灌區(qū)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。而河套灌區(qū)分布著較為豐富的地下水資源[1-2]。在此背景下，改變傳統(tǒng)灌溉模式，開發(fā)當(dāng)?shù)氐叵滤Y源用于農(nóng)業(yè)灌溉顯得尤為重要。

近年來(lái)，學(xué)者們針對(duì)多地區(qū)、多作物等因素，開展了多水源合理開發(fā)利用[3-4]、合理的井渠灌溉用水比例[5-6]、較優(yōu)的咸淡水輪灌模式[7-13]、井渠雙灌下灌溉制度的優(yōu)化[14]和微咸水及鹽漬土對(duì)土壤水鹽及作物的影響[15-17]等方面的研究，并取得了階段性成果。因此，本研究在前人研究的基礎(chǔ)上，以河套灌區(qū)典型糧食作物玉米為研究對(duì)象，探尋多水源灌溉模式對(duì)土壤水鹽及作物的影響，探求一種適宜內(nèi)蒙古河套灌區(qū)玉米種植的井(地下井水)渠(地表水)2種水源聯(lián)合灌溉的優(yōu)化模式，為節(jié)約地表水水資源、保護(hù)生態(tài)平衡提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗(yàn)區(qū)位于內(nèi)蒙古河套灌區(qū)中游巴彥淖爾市臨河區(qū)，隸屬永濟(jì)灌域，位于河套平原腹地，坐落在黃河“幾”字彎上方，南與鄂爾多斯高原隔河相望，北依陰山，東與烏拉特草原緊密相連。臨河深處內(nèi)陸，屬于中溫帶半干旱大陸性氣候，多年年均降水量130 mm左右，平均氣溫6.8 ℃，晝夜溫差大，日照時(shí)間長(zhǎng)，多年日照均值3 229 h。是我國(guó)日照時(shí)數(shù)較長(zhǎng)的地區(qū)之一。光、熱、水同期，無(wú)霜期130 d左右，試驗(yàn)田屬輕度鹽堿地，可用于種植玉米等糧經(jīng)作物。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選取河套灌區(qū)典型糧食作物玉米為供試材料，覆膜種植，5月初開始播種，9月末收割。采用井(地下水)渠(地表水)雙灌的灌溉模式，播種前各處理采用渠灌，一水至三水采用多水源灌溉聯(lián)合灌溉，設(shè)置灌溉模式分別為：井井井(JJJ)、井井渠(JJQ)、井渠井(JQJ)、渠井井(QJJ)、井渠渠(JQQ)、渠渠井(QQJ)、渠井渠(QJQ)、渠渠渠(QQQ)，并設(shè)計(jì)一個(gè)不灌水、不施肥的空白對(duì)照處理(CK)。灌水定額采用河套灌區(qū)多年的節(jié)水灌溉制度研究成果，設(shè)為90 mm，灌溉方式畦灌。施用肥料采用尿素(46% N)和磷酸二銨(18% N，46% P2O5)，其中氮肥施用量為225 kg/hm2，磷肥施用量為235 kg/hm2。試驗(yàn)共設(shè)9個(gè)處理，3次重復(fù)，共27個(gè)小區(qū)，小區(qū)面積為6 m × 12 m = 72 m2，田間管理與當(dāng)?shù)剞r(nóng)戶管理一致。灌溉井(地下水)水礦化度為2.0 ~ 2.5 g/L，灌溉渠水礦化度為0.608 g/L。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案見表1。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案

1.3 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.3.1 土壤含水量和電導(dǎo)率 分別在玉米播種前和每次灌水前、后通過土鉆在田間取土樣，測(cè)定土壤含水量和電導(dǎo)率，取土深度為 100 cm，共分為5層，分別為(0 ~ 20、20 ~ 40、40 ~ 60、60 ~ 80、80 ~ 100 cm)，采用烘干法測(cè)定土壤含水量，使用電導(dǎo)率儀測(cè)定其土水質(zhì)量比 1∶5 浸提液電導(dǎo)率值，其中土壤浸提液電導(dǎo)率與土壤全鹽量之間的關(guān)系為：

=2.591×EC1︰5+0.4682(2= 0.987) (1)

式中：為土壤含鹽量( g/kg)；EC1︰5為土壤浸提液的電導(dǎo)率(mS/cm)。

1.3.2 作物耗水量及水分利用效率 作物耗水量的計(jì)算采用如下公式：

水分利用效率的計(jì)算采WUE公式：

式中：ET為作物耗水量(mm)；Δ為試驗(yàn)初期到末期土壤儲(chǔ)水量的變化量(mm)；為降雨量(mm)；為灌溉量(mm)；g為地下水補(bǔ)給量(mm)；和分別是滲漏水量和地表徑流，由于該區(qū)地下水位較高，地下水補(bǔ)給量遠(yuǎn)大于滲漏水量，因此滲漏水量忽略不計(jì)；試驗(yàn)區(qū)地面平坦，無(wú)明排，可以忽略；WUE為水分利用效率(kg/m3)；為玉米產(chǎn)量(kg/hm2)。

1.3.3 產(chǎn)量 收獲時(shí)，對(duì)玉米進(jìn)行考種，測(cè)量玉米的穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)等指標(biāo)。穗粗、穗長(zhǎng)用游標(biāo)卡尺測(cè)定，測(cè)3次，取均值；對(duì)收獲的果實(shí)進(jìn)行稱量，計(jì)算每顆玉米穗的穗粒數(shù)，并從玉米穗粒中隨機(jī)取3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)100粒，各自稱量并取平均數(shù)計(jì)算百粒質(zhì)量。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[18]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel及 SPSS 20.0進(jìn)行處理分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 多水源灌溉模式對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響

株高和莖粗是衡量玉米株型狀況、植株倒伏及產(chǎn)量的重要指標(biāo)，株高是反映作物生長(zhǎng)狀態(tài)的有效指標(biāo)，莖粗則在很大程度上決定了玉米的抗倒伏能力。本研究對(duì)玉米的株高和莖粗測(cè)量貫穿玉米全生育期，對(duì)各指標(biāo)在生育期內(nèi)的變化規(guī)律進(jìn)行分析，以評(píng)價(jià)各灌溉模式對(duì)其影響。

2.1.1 多水源灌溉模式對(duì)玉米株高的影響 由表2可知，各處理株高在生育期內(nèi)的變化趨勢(shì)大體相近。株高在玉米整個(gè)生育期按由大到小排序?yàn)镼QQ>QJQ>QQJ>JQQ>QJJ>JJQ>JQJ>JJJ>CK。拔節(jié)期、抽雄期、灌漿期、成熟期均為QQQ處理最高，其次為QJQ處理，且兩處理無(wú)顯著差異。玉米株高在各生育期CK處理最低，其次為JJJ處理，說(shuō)明水分脅迫和鹽分積累會(huì)抑制植株生長(zhǎng)。拔節(jié)期灌溉井水后，JJJ、JJQ、JQJ和JQQ處理的株高分別較CK處理高54.99%、74.35%、56.66% 和75.63%；灌溉渠水后，QJJ、QQJ、QJQ和QQQ處理分別較CK處理高105.19%、102.02%、104.90% 和108.12%，拔節(jié)期QJQ處理的平均生長(zhǎng)速率最快，為5.802 cm/d；抽雄期QQQ處理株高平均增長(zhǎng)速率最快，為4.915 cm/d，其次為QJQ處理，為4.701 cm/d；灌漿期至收獲期，灌水結(jié)束，灌溉兩次及以上井水的處理JJJ、JJQ、JQJ和QJJ處理較CK處理分別高26.82%、40.78%、30.73% 和49.72%；灌溉一次井水及不灌溉井水的處理QQQ、QJQ、QQJ和JQQ處理較空白處理分別高90.89%、88.83%、86.03% 和74.30%。研究表明，灌溉井水次數(shù)的增加，對(duì)玉米株高的抑制作用明顯，且在拔節(jié)期灌溉井水，對(duì)玉米株高有顯著影響(<0.05)，主要是因?yàn)檫@一時(shí)期株高生長(zhǎng)速率較快，在抽雄期后玉米開始生殖生長(zhǎng)，株高變化幅度不大。綜上，在一水時(shí)灌溉渠水可以有效地促進(jìn)植株生長(zhǎng)，為后期玉米的生長(zhǎng)打下良好基礎(chǔ)。

表2 不同處理玉米株高和莖粗隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化

注：表中同列數(shù)據(jù)小寫字母不同表示處理間差異達(dá)<0.05顯著水平，下表同。

2.1.2 多水源灌溉模式對(duì)玉米莖粗的影響 由表2可以看出，多水源灌溉模式對(duì)玉米莖粗和株高的影響有相似趨勢(shì)，在苗期各處理對(duì)莖粗的影響基本一致；拔節(jié)期，JJJ、JJQ、JQJ和JQQ處理的莖粗分別較空白處理高18.37%、53.77%、38.75% 和69.62%；QJJ、QQJ、QJQ和QQQ分別較空白處理高70.74%、74.09%、85.40% 和86.87%，灌溉井水后抑制了玉米莖粗生長(zhǎng)；抽雄期QQQ和QQJ處理莖粗平均增長(zhǎng)速率最快，分別為0.073 mm/d和0.065 mm/d；灌漿期后莖粗變化減緩；成熟期各處理差異顯著(<0.05)，JJJ、JJQ、JQJ和QJJ處理的莖粗分別較空白處理增加11.47%、41.46%、33.59% 和52.99%；JQQ、QQJ、QJQ和QQQ分別較空白處理增加55.27%、59.04%、66.57% 和72.28%，灌溉一次井水的處理中，對(duì)玉米莖粗的影響程度由大到小分別為JQQ、QQJ、QJQ處理，說(shuō)明不同生育期灌溉井水對(duì)玉米莖粗的抑制程度作用由大到小依次為拔節(jié)期、灌漿期、抽雄期，其主要原因是拔節(jié)期玉米較為敏感，且生長(zhǎng)速度較快，鹽分對(duì)玉米莖粗的影響較大。

2.2 多水源灌溉模式下土壤剖面含水量變化規(guī)律

由圖1可知，不同處理土壤含水量變化規(guī)律不同，播種前，各處理土壤含水量均較高，一水前，由于蒸發(fā)劇烈且無(wú)降雨，土壤含水量明顯降低；二水前，土壤含水量增加；三水前，正值八月初，土壤蒸發(fā)劇烈，各處理土壤含水量降低，至秋澆前土壤含水量達(dá)到生育期內(nèi)最小值，秋澆后土壤含水量升高。從圖中可以看出，0 ~ 20 cm土層各處理土壤含水量變化范圍是80 ~ 380 g/kg，由于土壤表層水分蒸發(fā)強(qiáng)烈，因此生育期內(nèi)土壤含水量較低。秋澆后期土壤表層開始結(jié)冰，含水量較高，20 ~ 60 cm土層含水量的變化幅度在100 ~ 410 g/kg，60 ~ 100 cm深層土壤的變化幅度在110 ~ 750 g/kg，由于60 ~ 80 cm土層為偏砂性土壤，且80 ~ 100 cm土層為粉砂壤土，減緩上層水繼續(xù)入滲，土壤含水量較高。在0 ~ 40 cm土層中JJJ、JJQ、JQJ、QJJ、JQQ和QQJ處理不同時(shí)期變化幅度較大，QJQ、QQQ和CK處理變化幅度較小。40 ~ 80 cm土層中各個(gè)處理變化幅度均較大，80 ~ 100 cm土層不同處理的變化幅度較小，其中JJJ、JQJ、QJJ、JQQ、QJQ和CK處理在60 ~ 80 cm土層均達(dá)到峰值。JJJ、JQJ、QJJ、JQQ、QJQ和CK處理在0 ~ 80 cm土層均表現(xiàn)為增大趨勢(shì)，而80 ~ 100 cm土層表現(xiàn)為減小趨勢(shì)；QQJ和QQQ處理表現(xiàn)為持續(xù)增大趨勢(shì)。并且在100 cm土層不同時(shí)期的土壤含水量基本趨于一致。CK處理在各個(gè)土層土壤含水量均低于其他處理。

圖1 不同處理下不同時(shí)期土壤含水量的變化規(guī)律

不同土層各個(gè)時(shí)期土壤平均含水量有所差異，0 ~ 20 cm土層JQJ處理土壤平均含水量最大，其次為JJQ處理，QQQ處理最低；20 ~ 40 cm土層JJJ處理土壤平均含水量最大，其次為JJQ處理，QJQ處理最低；40 ~ 60 cm土層JJJ處理土壤平均含水量最大，其次為JJQ處理，QJQ處理最低；60 ~ 80 cm土層QJQ處理土壤平均含水量最大，其次為QJJ處理，JJQ處理最低；80 ~ 100 cm土層QQQ處理土壤平均含水量最大，其次為QQJ處理，JJQ處理最低。通過以上分析可知，0 ~ 60 cm土層灌溉兩次及以上井水的處理在0 ~ 60 cm土層土壤平均含水量較大，這是由于采用井水灌溉后，鹽分離子進(jìn)入土壤后會(huì)引起細(xì)毛管比例的增加，大孔隙減少，導(dǎo)致土壤的導(dǎo)水能力下降，降低了土壤水勢(shì)，又因鹽分離子引起土壤水分入滲受到抑制，鹽分聚集區(qū)積水能力強(qiáng)，鹽分變化越大的地方，土壤含水量變化也越大，同時(shí)這也跟土壤的物理性質(zhì)有關(guān)。各井灌參與的處理土壤含水量變化差異不同于渠水灌溉，有些土層灌水后土壤含水量變化大，有些變化小，這是由于長(zhǎng)時(shí)期的地表蒸發(fā)提鹽與井水淋洗的共同作用，加之各鹽分離子的溶解性不同，經(jīng)不均勻淋洗分布不均勻，致使水分聚集在高鹽區(qū)。因此運(yùn)用井水灌溉應(yīng)考慮到鹽分離子對(duì)土壤結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響，盡量控制對(duì)作物的水分利用效率的影響。

2.3 多水源灌溉模式對(duì)土壤耕層鹽分累積的影響

為分析土壤耕層鹽分積累情況，僅考慮玉米生育期內(nèi)土壤鹽分變化，計(jì)算不同土層內(nèi)的土壤鹽分，方程為：

式中：Δ為生育期內(nèi)土壤鹽分的變化量(g/kg)；2表示生育期末土壤鹽分(g/kg)；1表示初始土壤鹽分(g/kg)。Δ＞0 說(shuō)明生育期土壤積鹽，Δ＜0 說(shuō)明生育期土壤脫鹽。

各處理不同土層玉米生育期內(nèi)的鹽分變化如表3所示，從表3可以看出，在0 ~ 20 cm土層，各處理生育末期均有積鹽現(xiàn)象，全部灌溉井水以及灌溉兩次井水的處理土壤鹽分變化幅度范圍為40.23% ~ 54.63%，其中QJJ處理積鹽程度低于JQJ、JJQ處理，JJJ處理積鹽程度達(dá)到最高；全部灌溉渠水以及灌溉一次井水的處理土壤鹽分變化幅度范圍為16.83% ~ 36.80%；其中QQQ處理積鹽程度最低為16.83%，略低于QJQ處理，與QQJ、JQQ處理差異較大；在20 ~ 40 cm土層，QQQ處理積鹽程度最低，與QJQ處理差異較小，且明顯低于其他處理；在40 ~ 60 cm土層，全部灌溉井水以及灌溉兩次井水的處理土壤積鹽程度由低到高依次為：QJJ、JJQ、JQJ、JJJ；分別為34.02%、35.90%、39.38%、43.92%，QJJ和JJQ處理差異相對(duì)較小；全部灌溉渠水以及灌溉一次井水的處理土壤積鹽程度由低到高依次為：QQQ、QJQ、JQQ、QQJ，分別為25.63%、27.96%、13.87%、9.68%，QQJ和JQQ處理差異相對(duì)較??；在60 ~ 100 cm土層，各處理土壤鹽分變化率均低于20 ~ 60 cm土層。

表3 不同處理下的土壤含鹽量

在生育期內(nèi)，多水源灌溉模式下均呈現(xiàn)出了不同程度的積鹽現(xiàn)象，其中全部井水灌溉的處理積鹽最嚴(yán)重，CK處理呈積鹽現(xiàn)象。說(shuō)明在當(dāng)?shù)剡x取多水源灌溉模式，對(duì)土壤鹽分變化的影響較為明顯。玉米根系主要分布在0 ~ 40 cm耕層，就該土層整體分析，各處理鹽分累積量從小到大依次為：QQQ、QJQ、JQQ、CK、QQJ、QJJ、JJQ、JQJ、JJJ處理，變化范圍為14.77% ~ 60.52%；0 ~ 100 cm土層不同處理鹽分累積量從小到大依次為：QQQ、QJQ、QQJ、CK、JQQ、QJJ、JQJ、JJQ、JJJ處理，變化范圍為11.68% ~ 46.32%。說(shuō)明耕層積鹽程度大于深層，主要原因?yàn)橥寥浪终舭l(fā)會(huì)導(dǎo)致土壤鹽分表聚，且井水灌溉會(huì)帶入一定量鹽分，井水灌溉次數(shù)增加，土壤鹽分累積程度越高。分析可得井水參與灌溉的處理土壤積鹽程度會(huì)大于不做處理的空白土壤。QJQ處理的土壤鹽分變化量在玉米耕層均低于其他井灌參與的處理，且與QQQ處理差異較?。辉诠喔染螖?shù)相同的情況下，拔節(jié)期灌溉井水的積鹽程度比較嚴(yán)重；因此在條件允許的情況下，建議選用灌溉一次井水的水源灌溉模式，而且在拔節(jié)期最好灌溉渠水，這樣既可以滿足作物對(duì)水分的需求，又可以避免土壤發(fā)生積鹽，使土地可持續(xù)利用，同時(shí)還可節(jié)約一次渠水資源，綜上，在河套灌區(qū)采用QJQ處理灌溉玉米是合理的。

2.4 多水源灌溉模式對(duì)玉米收獲指標(biāo)的影響

表4列出了多水源灌溉模式下玉米的穗部性狀(平均穗長(zhǎng)、平均穗粗、穗行數(shù)和行粒數(shù))和收獲指數(shù)。通過對(duì)玉米穗部性狀進(jìn)行分析可知，井水灌溉導(dǎo)致玉米減產(chǎn)情況在玉米穗部性狀上有所體現(xiàn)，穗長(zhǎng)、穗粗刻畫玉米穗的大小，灌溉井水使玉米果穗變短變細(xì)，同QQQ處理的差異均達(dá)顯著水平(<0.05) 。其中灌溉一次井水或不灌井水與灌溉兩次及以上井水差異顯著(<0.05)，灌溉兩次及以上處理對(duì)平均穗長(zhǎng)、平均穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)4個(gè)產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響程度由小到大分別為QJJ、JJQ、JQJ和JJJ，灌溉一次井水及不灌溉井水處理的影響程度由小到大分別為QQQ、QJQ、QQJ和JQQ，由此可以得出拔節(jié)期灌溉井水對(duì)玉米穗的外觀形態(tài)影響最大，其次為灌漿期，抽雄期灌溉井水對(duì)玉米穗的外觀形態(tài)影響最?。欢嗨垂喔确绞綄?duì)玉米平均穗長(zhǎng)和行粒數(shù)影響顯著(<0.05) ，而穗粗和穗行數(shù)無(wú)顯著差異。QQQ處理收獲指數(shù)最高，灌溉兩次及以上井水處理的收獲指數(shù)與QQQ處理差異顯著(<0.05)，QJQ處理收獲指數(shù)略低于QQQ處理，分別高于QQJ和JQQ處理4.41% 和4.93%，且差異不顯著。井水參與灌溉的各處理收獲指數(shù)均比QQQ處理收獲指數(shù)低，整體表現(xiàn)為灌溉井水次數(shù)增加，玉米收獲指數(shù)減小。一水灌溉渠水，可對(duì)土壤鹽分進(jìn)行淋洗，三水灌溉渠水可保證玉米灌漿期根區(qū)含鹽量相對(duì)較低，為玉米果實(shí)灌漿提供了基礎(chǔ)，保證玉米灌漿期根區(qū)含鹽量相對(duì)較低。

表4 不同處理對(duì)玉米收獲指標(biāo)的影響

2.5 多水源灌溉模式對(duì)水分利用效率及肥料偏生產(chǎn)力的影響

圖2為多水源灌溉模式下農(nóng)田水分利用效率計(jì)算結(jié)果，水分利用效率反映作物對(duì)水分的吸收和利用過程，多水源灌溉模式下，QQQ處理水分利用效率最高，其次為QJQ處理，兩處理間無(wú)顯著差異(> 0.05)；隨著灌溉井水次數(shù)的增加，水分利用效率呈降低趨勢(shì)，灌溉兩次及以上井水相對(duì)于灌溉一次及不灌井水的水分利用效率減少25.77% ~ 31.61%；其中灌溉兩次及以上井水的處理中QJJ處理水分利用效率最大，分別比JJQ、JQJ和JJJ處理高3.35%、11.11% 和13.40%，灌溉一次井水的處理中QJQ處理水分利用效率最高，分別比QQJ和JQQ處理高18.28% 和19.07%，QQQ、QJQ、QQJ、JQQ、QJJ、JJQ、JQJ和JJJ處理分別比空白處理高111.15%、110.64%、78.08%、76.90%、67.36%、61.93%、50.62% 和47.59%。產(chǎn)生這種趨勢(shì)的主要原因是隨著灌溉井水的次數(shù)增加，土壤中的鹽分增多，造成根區(qū)土壤鹽分積累，玉米吸收水分受到一定的抑制，對(duì)玉米水分利用效率影響較大。

由圖3可以看出，多水源灌溉模式對(duì)氮肥的吸收利用有一定影響，各個(gè)處理下的氮肥偏生產(chǎn)力差異顯著(<0.05)；整體變化規(guī)律與水分利用效率相似，灌溉兩次及以上井水處理的氮肥偏生產(chǎn)力變化范圍為25 ~ 30 kg/kg；其中QJJ處理氮肥偏生產(chǎn)力最大，分別比JJQ、JQJ和JJJ處理高4.20%、13.14% 和20.12%。灌溉一次及不灌井水處理的氮肥偏生產(chǎn)力變化范圍為：32 ~ 40 kg/kg，其中QQQ處理氮肥偏生產(chǎn)力最高，分別比QJQ、QQJ和JQQ處理高0.57%、21.00% 和21.47%。產(chǎn)生這種趨勢(shì)的主要原因是多水源灌溉模式對(duì)土壤鹽分積累及玉米生長(zhǎng)影響不同，因此對(duì)氮肥的吸收利用產(chǎn)生影響，其中QJQ處理與全渠水(QQQ)處理無(wú)顯著差異，為適宜當(dāng)?shù)氐墓嗨Ｊ健?/p>

(圖中小寫字母不同表示處理間差異達(dá)P<0.05顯著水平，下圖同)

圖3 不同處理氮肥偏生產(chǎn)力

3 結(jié)論

1)通過對(duì)玉米生長(zhǎng)指標(biāo)的分析可知：隨著灌溉井水次數(shù)的增加，對(duì)玉米株高的抑制作用明顯，且在拔節(jié)期灌溉井水，對(duì)玉米株高有顯著影響(<0.05)。不同生育期灌溉井水對(duì)玉米莖粗的抑制程度由小到大依次為拔節(jié)期、灌漿期、抽雄期。在一水時(shí)灌溉渠水可有效促進(jìn)植株生長(zhǎng)，為后期玉米的生長(zhǎng)打下良好基礎(chǔ)。

2)在生育期內(nèi)，多水源灌溉模式下均呈現(xiàn)出了不同程度的積鹽現(xiàn)象，其中全部井水灌溉的處理積鹽最嚴(yán)重。耕層積鹽程度大于深層，與前人研究結(jié)果[13]一致；井水灌溉次數(shù)增加，土壤積鹽程度明顯；渠井渠(QJQ)處理的土壤鹽分變化量在玉米耕層均低于其他井灌參與的處理，且與渠渠渠(QQQ)處理差異較小。建議采用QJQ處理灌溉模式，在一水時(shí)灌溉渠水，既可以滿足作物對(duì)水分的需求，又可以避免土壤發(fā)生積鹽，這與前人對(duì)咸淡水輪灌枸杞的研究所得結(jié)論[19]一致。

3)在灌水量一致的情況下，增加井水灌溉次數(shù)，易導(dǎo)致玉米穗部變細(xì)變短，產(chǎn)量下降，水分利用效率顯著降低。井灌參與的處理中，灌溉兩次及以上井水相對(duì)于灌溉一次及不灌井水的玉米水分利用效率減少25.77% ~ 31.61%；QJQ處理水分利用效率高于井灌參與的其他處理；通過分析收獲指數(shù)和氮肥偏肥料生產(chǎn)力，均呈現(xiàn)出QQQ處理最高，其次為QJQ 處理，井井井(JJJ)處理最低的現(xiàn)象，且QQQ與QJQ 處理無(wú)顯著差異(<0.05)。綜上所述，在參考玉米生理及收獲指標(biāo)、土壤脫鹽率、水分利用效率和氮肥偏生產(chǎn)力等因素的基礎(chǔ)上，河套灌區(qū)選用QJQ灌溉模式，既有利于土地的可持續(xù)利用，還可節(jié)約一次地表水資源，該模式為適合當(dāng)?shù)氐妮^好灌溉模式。

[1] 鄭九華. 咸水灌溉[M]. 北京: 中國(guó)水利水電出版社, 2010: 17–18.

[2] 田東生, 任樹梅, 楊培嶺, 等. 咸淡水交替溝灌對(duì)土壤鹽分及玉米產(chǎn)量的影響[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2006, 22(S2): 292–298.

[3] Bruas N, 魯靜. 地表地下水系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管理[J]. 水文地質(zhì)工程地質(zhì)譯叢, 1993(2): 1-7.

[4] Khare D, Jat M K, Ediwahyunan. Assessment of counjunctive use planning options: A case study of Sapon irrigation command area of Indonesia[J]. Journal of Hydrology, 2006, 328(3–4): 764–777.

[5] Awan U K, Anwar A, Ahmad W, et al. A methodology to estimate equity of canal water and groundwater use at different spatial and temporal scales: a geo-informatics approach[J]. Environmental Earth Sciences, 2016, 75(5): 409.

[6] Dai F G, Cai H J, Liu X M, et al. Analysis of suitable irrigation water ratio of well to channel based on groundwater model[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2012, 28(25): 45-51.

[7] 閔勇, 朱成立, 舒慕晨, 等. 微咸水-淡水交替灌溉對(duì)夏玉米光合日變化的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2018, 37(3): 9–17.

[8] 鄭君玉, 朱成立, 翟亞明. 微咸水-淡水交替灌溉對(duì)玉米生長(zhǎng)指標(biāo)及產(chǎn)量的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2017, 36(4): 37–41.

[9] 蘇瑩, 王全九, 葉海燕, 等. 咸淡輪灌土壤水鹽運(yùn)移特征研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2005, 24(1): 50–53.

[10] 米迎賓, 屈明, 楊勁松, 等. 咸淡水輪灌對(duì)土壤鹽分和作物產(chǎn)量的影響研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2010, 29(6): 83–86.

[11] 朱成立, 舒慕晨, 張展羽, 等. 咸淡水交替灌溉對(duì)土壤鹽分分布及夏玉米生長(zhǎng)的影響[J]. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào), 2017, 48(10): 220–228, 201.

[12] 劉小媛, 高佩玲, 楊大明, 等. 咸淡水間歇組合灌溉對(duì)鹽堿耕地土壤水鹽運(yùn)移特性的影響[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2017, 54(6): 1404–1413.

[13] 王瑞萍, 白巧燕, 王鵬, 等. 咸水淡水輪灌模式及施肥量對(duì)玉米生長(zhǎng)和土壤鹽分的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2017, 36(1): 69–73.

[14] 田德龍, 郭克貞, 鹿海員, 等. 河套灌區(qū)井渠雙灌條件下主要作物灌溉制度優(yōu)化[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2015, 34(1): 48–52.

[15] 馬潔, 朱珠, 姚寶林, 等. 阿拉爾灌區(qū)微咸水滴灌對(duì)土壤水鹽分布影響的試驗(yàn)研究[J]. 節(jié)水灌溉, 2010(5): 40–42, 45.

[16] 孫林, 羅毅, 楊傳杰, 等. 不同灌溉量膜下微咸水滴灌土壤鹽分分布與積累特征[J]. 土壤學(xué)報(bào), 2012, 49(3): 428–436.

[17] 李芙榮, 楊勁松, 吳亞坤, 等. 不同秸稈埋深對(duì)蘇北灘涂鹽漬土水鹽動(dòng)態(tài)變化的影響[J]. 土壤, 2013, 45(6): 1101–1107.

[18] 余衛(wèi)東, 馮利平, 胡程達(dá), 等. 苗期澇漬對(duì)黃淮地區(qū)夏玉米生長(zhǎng)和產(chǎn)量的影響[J]. 生態(tài)學(xué)雜志, 2015, 34(8): 2161–2166.

[19] 蘇瑞東, 楊樹青, 唐秀楠, 等. 鹽漬化土壤條件下枸杞咸淡水輪灌模式試驗(yàn)研究[J]. 灌溉排水學(xué)報(bào), 2015, 34(6): 77–82.

Effects of Irrigation Patterns of Multi Water Sources on Maize Growth and Water and Salt Accumulation in Saline Soil in Hetao Irrigation Area

PAN Chunyang1, YANG Shuqing1*, ZHANG Wanfeng1,2, HAN Tiankai1

(1 College of Water Conservancy and Civil Engineering, Inner Mongolia Agricultural University, Hohhot 010018, China; 2 The Management Center of Hulunbuir Housing Security, Hulunbuir, Inner Mongolia 021000, China)

In order to find the optimal irrigation pattern and reasonably and effectively utilize the water resources of Hetao Irrigation Area, joint irrigation patterns with two kinds of water sources, well water (groun dwater) and canal water (surface water) was adopted to study their effects and mechanism on the growth of corn and water and salt accumulation in soil. Nine different irrigation patterns were designed, which included: well-well-well(JJJ), well-well-canal(JJQ), well-canal-well(JQJ), canal-well- well(QJJ), well-canal-canal(JQQ), canal-canal-well(QQJ), canal-well-canal(QJQ), canal-canal-canal(QQQ), and CK (no irrigation and fertilization).The results showed that with increase of well irrigation time, the inhibition became more obvious to the plant height and stem diameter of corn, and the inhibition degree was in an order of the jointing stage > filling stage > heading stage. Salt accumulation happened under all treatments but with different degrees during the growth period of corn. Salt was accumulated more in the tilling layer than in the deep layer. Soil salt accumulation became more evident with the increase of well irrigation times. The change of soil salt content in the tillage layer was lower under QJQ treatment than under other well irrigation treatments, and was near to QQQ treatment. Canal irrigation at the jointing stage could effectively wash soil salt. Well irrigated twice or more decreased water use efficiency by 25.77%-31.61% than those of well irrigated one time and irrigation without well water. Water use efficiency of QJQ treatment was higher than those of other treatments with well irrigation. QQQ treatment had the highest harvest index and nitrogen fertilizer partial productivity, followed by QJQ treatment, while JJJ treatment was the lowest, and no significant difference was found in harvest index and nitrogen fertilizer partial productivity between QQQ and QJQ treatments. Comprehensive analysis the dynamics of water and salt in soil and crop index and so on, QJQ treatment is recommended as the optimal multi-water irrigation scheme for local maize in the study area.

Multi-source; Irrigation pattern; Corn; Salt accumulation; Water use efficiency

S274.1

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.03.026

潘春洋, 楊樹青, 張萬(wàn)鋒, 等. 河套灌區(qū)鹽漬化土壤下玉米多水源灌溉模式研究. 土壤, 2020, 52(3): 603–610.

“十三五”國(guó)家科技支撐項(xiàng)目( 2016YFC0400205) 和國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51469021)資助。

(nmndysq@126.com)

潘春洋( 1993—)，女，吉林農(nóng)安人，碩士研究生，主要從事農(nóng)業(yè)水土資源利用與水土環(huán)境調(diào)控研究。E-mail: 1299861034@qq.com