咸淡水交替灌溉下灌水定額對土壤鹽分及夏玉米生理生長指標(biāo)的影響

張 帆，朱成立，黃明逸，曹磊齊，徐雨琳，周溶慧

咸淡水交替灌溉下灌水定額對土壤鹽分及夏玉米生理生長指標(biāo)的影響

張 帆，朱成立*，黃明逸，曹磊齊，徐雨琳，周溶慧

（河海大學(xué)，南京 210098）

【】探求適宜的咸淡水交替灌溉方式和灌水定額。以夏玉米為研究對象，設(shè)置了4種咸淡水交替灌溉方式（B0：全生育期灌淡水，對照；B1：六葉—抽雄期灌3 g/L微咸水，其余生育期灌淡水；B2：抽雄—吐絲期灌3 g/L微咸水，其余生育期灌淡水；B3：吐絲—成熟期灌3 g/L微咸水，其余生育期灌淡水）和4種灌水定額（W1：0.6c；W2：0.8c；W3：1.0c；W4：1.2c）進行避雨盆栽試驗，研究了咸淡水交替灌溉方式和灌水定額對土壤鹽分及夏玉米生理生長的協(xié)同調(diào)控機制。當(dāng)灌水定額增至1.2c時，咸淡水交替灌溉對土壤鹽分有淋洗作用，其中B1處理淋洗效果較好，1.2c處理0～40 cm土層平均含鹽量比1.0c處理降低了9.9%。生育期末最后1次灌水后，B0處理出現(xiàn)脫鹽現(xiàn)象，其他處理均出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象，相較于處理前的0～40 cm土層，B0處理平均含鹽量降低25.9%～42.6%，B1、B2處理和B3處理平均含鹽量分別升高34.9%～58.5%、73.7%～110.4%和88.7%～128.7%。灌溉微咸水能降低葉片相對含水率，提高鈉鉀比（Na+/K+），削弱光合能力，加劇氧化應(yīng)激反應(yīng)，且微咸水灌溉越早影響程度越大，增加灌水定額能降低鹽分脅迫對B2和B3處理的影響程度，但加劇了B1處理鹽分脅迫危害，B1處理光合受阻嚴重，凈光合速率（n）和氣孔導(dǎo)度（s）較B0處理分別降低了40.5%～69.3%和32.3%～68.0%。越早使用微咸水，根干質(zhì)量密度和傷流量越小，對根系生長越不利，減產(chǎn)幅度越大，隨著灌水定額的增加，B1處理根系生長受阻更嚴重，產(chǎn)量大幅降低，而B2處理和B3處理根系生長及產(chǎn)量均有所改善，尤其是B3處理，產(chǎn)量較同等灌溉水平下B0處理僅降低了1.5%～2.0%。生育前期不宜使用微咸水灌溉，生育后期使用微咸水灌溉時適當(dāng)增加灌水定額，可在實現(xiàn)夏玉米高產(chǎn)的同時降低土壤鹽堿化風(fēng)險。

夏玉米；微咸水；交替灌溉；灌水定額；鹽分；產(chǎn)量

0 引言

【研究意義】在我國，可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的淡水資源日益短缺，此外，我國季風(fēng)氣候顯著，降雨時段與農(nóng)作物需水期不匹配，農(nóng)業(yè)灌溉用水供需矛盾突出。微咸水資源具有巨大開發(fā)利用潛力，利用微咸水代替部分淡水進行農(nóng)田灌溉已經(jīng)成為緩解水資源危機的重要途徑[1]，但長期利用咸水灌溉會給農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、環(huán)境帶來不利影響，如降低作物產(chǎn)量，引起土壤次生鹽堿化等。因此，如何高效安全地利用微咸水灌溉，對緩解我國農(nóng)業(yè)用水危機，促進農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

【研究進展】微咸水灌溉在提供水分的同時將部分鹽分帶入土壤，當(dāng)土壤鹽分超過閾值時，會造成作物生理干旱及離子毒害，導(dǎo)致生長速度和光合能力降低，影響作物產(chǎn)量[2]。朱成立等[3]進行了玉米盆栽試驗，研究表明相較于淡水處理，微咸水處理夏玉米葉片Na+/K+比增加，光合參數(shù)和葉綠素質(zhì)量濃度降低，玉米生長受阻。Shabeer等[4]進行了玉米盆栽試驗，發(fā)現(xiàn)鹽分脅迫下玉米葉片過氧化氫酶等抗氧化酶活性增強，細胞膜受到破壞。陳文嶺[5]進行了大田試驗，發(fā)現(xiàn)微咸水處理下棉花的根長、根比表面積以及根長與根干質(zhì)量比值均小于淡水處理。水鹽聯(lián)合脅迫對作物生長及產(chǎn)量會造成不同程度的影響[6-7]。袁成福等[8]進行了玉米小區(qū)試驗，指出在3種鹽分水平（0.71、3、5 g/L）下，使用3 g/L和2/3c的灌水組合，制種玉米產(chǎn)量減產(chǎn)幅度較小，較充分灌溉減產(chǎn)4.7%。與持續(xù)使用微咸水灌溉相比，咸淡水交替灌溉是一種更為合理的非常規(guī)水利用方式。陸紅飛等[9]進行了番茄的盆栽試驗，研究表明成熟期適當(dāng)?shù)柠}分脅迫可以大幅提高番茄產(chǎn)量，產(chǎn)量較淡水處理高出66.7%，而且可改善產(chǎn)量分配。尉寶龍等[10]進行了小區(qū)試驗，發(fā)現(xiàn)先淡后咸的輪灌方式比先咸后淡的輪灌方式冬小麥、春玉米、棉花分別增產(chǎn)6.6%、4.2%、5.2%。

【切入點】目前，國內(nèi)外對咸淡水交替灌溉的研究有很多，大多集中在咸淡水交替灌溉順序和礦化度對土壤和作物的影響，相關(guān)的田間試驗也多側(cè)重于產(chǎn)量的研究，在作物生理生長方面的研究有所欠缺，不同咸淡水交替灌溉下灌水定額對土壤鹽分及作物的影響機制仍不清楚?！緮M解決的問題】基于此，以夏玉米為研究對象進行盆栽試驗，探究咸淡水交替灌溉方式與灌水定額對土壤鹽分及夏玉米生理生長的協(xié)同調(diào)控機制，明確2種影響因子對土壤鹽分和夏玉米產(chǎn)量的影響，以期為夏玉米的微咸水節(jié)水灌溉模式提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

試驗于2020年6—10月在河海大學(xué)江寧校區(qū)節(jié)水園區(qū)的避雨棚內(nèi)進行，試驗區(qū)（31°86′N，118°60′E）位于江蘇省南京市江寧區(qū)，屬亞熱帶濕潤氣候。試驗期間平均氣溫27.7 ℃，最高氣溫37.8 ℃，最低氣溫20.3 ℃，平均相對濕度為76.5%，日均日照時間5.6 h，平均風(fēng)速2.38 m/s。

1.2 供試材料性質(zhì)

供試土壤為黃棕壤土，取土深度20 cm，體積質(zhì)量1.29 g/cm3，田間持水率30.20%，土壤溶液電導(dǎo)率1:5為235.6 μS/cm，有機質(zhì)量10.2 g/kg，速效磷量10.86 mg/kg，速效鉀量242.73 mg/kg。供試土壤經(jīng)自然風(fēng)干后過2 mm篩，均勻填充到直徑35 cm，高65 cm的圓桶至60 cm處。播種前按照300、150 kg/hm2和150 kg/hm2施用磷酸二銨、尿素和氯化鉀基肥，將其均勻混合到0～20 cm的土壤中。每個圓桶底部配置有聚酯網(wǎng)、5 cm厚礫石層和4個直徑2 cm的排水孔，不排水時排水孔用橡膠塞堵緊避免漏水。節(jié)水園區(qū)自來水礦化度約為0.12 g/L，電導(dǎo)率約為300.2 μS/cm，試驗所用微咸水（3 g/L）根據(jù)取土地區(qū)地下淺層微咸水的鹽分組成，通過NaCl、Na2SO4、CaCl2以及MgCl2化學(xué)試劑與淡水充分溶解至礦化度3 g/L質(zhì)量濃度配置而成，見表1。

表1 微咸水主要性質(zhì)

1.3 試驗設(shè)計

試驗以不同咸淡水交替灌溉順序和灌水定額為雙因素進行完全試驗。為了避免降雨的影響，試驗在避雨棚內(nèi)開展，灌溉時，將淡水或者配置好的微咸水倒入相同規(guī)格的噴壺中，由噴壺均勻地噴灑在各個處理的土壤表面。利用Penman-Monteith公式計算作物需水量，計算式為：

c=0×c， （1）

式中：c為作物蒸騰量（mm/d）；0為參考作物蒸騰量（mm/d）；c為作物系數(shù)，此處夏玉米六葉—抽雄期取0.3，抽雄—吐絲期取1.2，吐絲—成熟期取0.6[11]。

供試品種選用當(dāng)?shù)貜V泛種植的蘇玉29，于2020年7月1日播種（每盆播種5粒玉米種子，5 d后出苗，三葉期定苗，每盆留下長勢及在桶中位置大致相同的一株幼苗用于試驗），2020年10月20日收獲，全生育期112 d。根據(jù)以往經(jīng)驗將玉米的生育期均勻劃分為4個階段，即播種—六葉期（0701—0721）、六葉—抽雄期（0722—0815）、抽雄—吐絲期（0816—0919）、吐絲—成熟期（0920—1020）。試驗共設(shè)置4種咸淡水交替灌溉方式和4種灌水定額，4種咸淡水交替灌溉方式：B0（全生育期灌淡水，對照）、B1（六葉—抽雄期灌微咸水，其余生育期灌淡水）、B2（抽雄—吐絲期灌微咸水，其余生育期灌淡水）、B3（吐絲—成熟期灌微咸水，其余生育期灌淡水）；4種灌水定額：W1（0.6c）、W2（0.8c）、W3（1.0c）、W4（1.2c），通過Penman-Monteith公式計算得到累積c為25 mm時開始灌水，各處理乘以相應(yīng)的系數(shù)得到其灌水定額。本試驗共16個處理，每個處理3個重復(fù)，共計48個盆栽進行試驗。具體灌溉制度見表2。

1.4 測定項目與方法

1.4.1 土壤指標(biāo)

含鹽量：在7月22日（開始處理時）、8月13日、9月19日和10月13日測定土壤含鹽量。使用土鉆（直徑2 cm）分層取0～20 cm和20～40 cm原狀土樣，取土后回填鉆孔，土樣經(jīng)自然風(fēng)干、充分研磨后過1 mm篩，按照土水比1∶5配制土壤浸提液，充分震蕩后用離心機離心，提取上層清液，用DS-307A型電導(dǎo)率儀測定土壤電導(dǎo)率1:5，每個處理重復(fù)3次，取平均值。

表2 夏玉米灌溉制度

注 *表示灌溉微咸水。

1.4.2 生理生長指標(biāo)

在每次灌水2 d后測定各生理指標(biāo)，在生育期末最后1次灌水2 d后測定根密度和傷流量，為了體現(xiàn)整個生育期微咸水和淡水交替灌溉的效果，本文采用生育期末最后1次灌水2 d后（10月13日）所測的生理生長指標(biāo)進行分析，每個處理重復(fù)3次，取平均值。

1）葉片相對含水率：每個處理分別取1片從植株基部向上第4片健康葉片稱其鮮質(zhì)量，編號后完全浸沒于去離子水中，24 h后取出并擦干葉片表面的水分，稱其飽和質(zhì)量，后烘干測定其干質(zhì)量[12]，葉片相對含水率=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/（飽和質(zhì)量-干質(zhì)量）×100%[13]。

2）脫落酸（ABA）：采用酶聯(lián)免疫吸附法（ELISA）測定葉片脫落酸質(zhì)量比。

3）葉片離子：玉米葉片離子的測定是將烘干的0.5 g玉米葉片葉中部分磨碎并用10 mL過氧化硫消化，消化后用蒸餾水配置100 mL溶液，用火焰光度法測定Na+和K+物質(zhì)的量，并計算Na+/K+。

4）光合作用交換參數(shù)：光合作用交換參數(shù)在晴朗日的09:00―11:00，采用LI-6800便攜式光合作用測定系統(tǒng)在1 000 μmol/(m2·s)下測量各處理玉米從上往下數(shù)第3片完全展開葉的凈光合速率（n）和氣孔導(dǎo)度（s）。

5）丙二醛（MDA）：采用TBA法測定葉片丙二醛量。

6）過氧化氫酶（CAT酶）活性：采用紫外線吸收法測定過氧化氫酶活性[14]。

7）根干質(zhì)量密度：用環(huán)刀（體積100 cm3）以植株主根處為中心取0～10 cm土層的原狀土樣，將每個環(huán)刀中的根挑出，用流水沖洗干凈，放在80 ℃的烘箱烘48 h至恒質(zhì)量。根干質(zhì)量密度=根干質(zhì)量/土塊體積。

8）傷流量：在測量日的18:00用小刀在距地面10 cm處快速割斷植株，套上已稱質(zhì)量（1）的裝有脫脂棉的塑料袋，用皮筋扎口密封，12 h后收集傷流液稱質(zhì)量（2），傷流量（g/（株·12 h））=2-1。

1.4.3 產(chǎn)量指標(biāo)

玉米收獲時進行測產(chǎn)，將玉米植株裝入密封袋在105 ℃烘箱內(nèi)殺青2 h，然后75 ℃烘干至恒質(zhì)量，確定地上干物質(zhì)量、每株籽粒數(shù)、百粒質(zhì)量和籽粒產(chǎn)量等產(chǎn)量指標(biāo)，每個處理3次重復(fù)，取平均值。

1.5 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)利用Excel進行記錄和整理，運用SPSS25進行方差分析，采用Duncan法進行多重比較（=0.05），通過Origin 2018軟件制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 咸淡水交替灌溉下灌水定額對土壤鹽分的影響

圖1為不同處理下0～40 cm土層鹽分變化。由圖1可知，咸淡水交替灌溉方式和灌水定額以及二者的交互作用對土壤含鹽量均有顯著影響（＜0.05）。圖1（a）—圖1（d）中，咸淡水交替灌溉明顯提高了0～40 cm土層平均含鹽量，且灌水定額越大含鹽量變化越劇烈。圖1（b）中，B1處理（＜0.05）灌溉微咸水后0～40 cm土層含鹽量急劇升高。圖1（c）中，B2處理（＜0.05）灌溉微咸水后0～40 cm土層含鹽量升高，且上升幅度最大，B2W1、B2W2、B2W3處理和B2W4處理比灌溉微咸水前分別上升114.6%、174.5%、200.5%和188.3%，而B1處理含鹽量比8月13日降低。圖1（d）中，B3處理（＜0.05）灌溉微咸水后0～40 cm土層含鹽量升高，B1處理和B2處理土壤含鹽量比9月19日降低；與圖1（a）0～40 cm土層相比，B0處理出現(xiàn)脫鹽現(xiàn)象，含鹽量降低25.9%～42.6%，B1、B2處理和B3處理出現(xiàn)積鹽現(xiàn)象，含鹽量分別升高34.9%～58.5%、73.7%～110.4%和88.7%～128.7%。圖1（b）—圖1（d）中，0～40 cm土層含鹽量隨微咸水灌水定額的增加而升高，但增至1.2c時，含鹽量比W3處理（1.0c）有所降低，其中B1處理淋洗效果較好（圖1（b）），B1W4處理比B1W3處理含鹽量降低9.9%。

圖1 不同處理下0～40 cm土層平均鹽分變化

2.2 咸淡水交替灌溉下灌水定額對玉米葉片相對含水率、ABA質(zhì)量比和ωNa+/ωK+的影響

表3為不同處理下玉米葉片水鹽狀態(tài)情況。由表3可知，咸淡水交替灌溉方式和灌水定額以及二者的交互作用對葉片相對含水率、ABA質(zhì)量比和Na+/K+存在顯著影響（＜0.05）。微咸水灌溉使葉片相對含水率降低，Na+/K+和ABA質(zhì)量比升高。B1、B2處理和B3處理葉片相對含水率較B0處理分別降低7.7%～25.6%、4.1%～4.8%和0.9%～1.5%，增加灌水定額使B2處理和B3處理降低幅度有所減小。隨著灌水定額增加，B1處理葉片相對含水率降低，而B2處理和B3處理升高。B1、B2處理和B3處理Na+/K+較B0處理分別升高96.8%～109.9%、37.9%～57.1%和4.6%～10.2%，灌水定額的增加使B1處理Na+/K+升高，B2處理和B3處理Na+/K+從小到大依次為W1處理＜W2處理＜W4處理＜W3處理。葉片ABA質(zhì)量比對咸淡水交替灌溉方式的響應(yīng)規(guī)律與Na+/K+相似，對灌水定額的響應(yīng)規(guī)律與葉片相對含水率相反。

表3 不同處理下玉米葉片相對含水率、ABA質(zhì)量比和ωNa+/ωK+

注 數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準差。每列數(shù)值后不同小寫字母表示差異顯著（<0.05），下同

2.3 咸淡水交替灌溉下灌水定額對玉米葉片光合參數(shù)及氧化應(yīng)激指標(biāo)的影響

表4為不同處理下玉米葉片光合參數(shù)和氧化應(yīng)激指標(biāo)。從表4可以看出，咸淡水交替灌溉方式和灌水定額以及二者的交互作用對夏玉米葉片n、s、MDA量和CAT酶活性存在顯著影響（＜0.05）。微咸水灌溉減弱了光合作用，促進MDA的積累，提高CAT酶活性。B1、B2處理和B3處理n較B0處理分別降低40.5%～69.3%、23.0%～24.7%和14.5%～15.2%，s分別降低32.3%～68.0%、29.2%～31.1%和13.7%～14.5%，MDA量分別升高47.1%～146.0%、34.9%～38.8%和13.5%～15.2%，CAT酶活性分別升高74.2%～163.2%、47.1%～56.4%和13.0%～16.0%，隨著灌水定額的增加，B2和B3處理的n和s的降低幅度及MDA量和CAT酶活性的升高幅度均有所減小，而B1處理的變化幅度卻有所增大。n和s在B1處理中隨灌水定額的增加而降低，在B2處理和B3處理中隨灌水定額的增加呈升高趨勢，MDA量和CAT酶活性對灌水定額的響應(yīng)規(guī)律與n和s相反。

表4 不同處理下玉米葉片光合參數(shù)和氧化應(yīng)激指標(biāo)

2.4 咸淡水交替灌溉下灌水定額對玉米根系生長和產(chǎn)量及其構(gòu)成因子的影響

表5為不同處理下玉米根系生長情況和產(chǎn)量及其構(gòu)成因子，咸淡水交替灌溉方式和灌水定額以及二者的交互作用對夏玉米根干質(zhì)量密度、傷流量和產(chǎn)量以及其構(gòu)成因子存在顯著影響（＜0.05）。與淡水灌溉相比，咸淡水交替灌溉能抑制上層根系生長，灌水定額相同時，根干質(zhì)量密度和傷流量從小到大依次為B1處理＜B2處理＜B3處理＜B0處理，與相同灌水定額下B0處理相比，增加灌水定額減小了B2處理和B3處理根干質(zhì)量密度和傷流量的降低幅度，卻增大了B1處理降低幅度。微咸水的使用降低了夏玉米的地上干物質(zhì)量、籽粒數(shù)、百粒質(zhì)量以及籽粒產(chǎn)量，產(chǎn)量及其構(gòu)成因子從小到大依次為B1處理＜B2處理＜B3處理＜B0處理，增加灌水定額加劇了B1處理減產(chǎn)程度，但使B2處理和B3處理減產(chǎn)幅度有所減小，尤其是B3處理，產(chǎn)量較相同灌水定額下淡水灌溉僅降低了1.5%～2.0%。對于籽粒數(shù)和籽粒產(chǎn)量，B1處理和B2處理與B0處理差異顯著，百粒質(zhì)量只有B1處理顯著降低，較B0處理降低了8.9%～24.8%。

表5 不同處理下玉米的根系生長情況和產(chǎn)量及其構(gòu)成因子

3 討論

微咸水灌溉可導(dǎo)致土壤含鹽量升高，引起土壤積鹽，限制作物吸收水分，造成減產(chǎn)。朱成立等[15]進行了夏玉米咸淡水交替灌溉盆栽試驗，發(fā)現(xiàn)“淡咸淡”處理土壤含鹽量增幅最大。本研究中，抽雄—吐絲期灌溉微咸水0～40 cm土層含鹽量較灌溉前增幅最大，與前人研究結(jié)果[15]一致，可能是抽雄—吐絲期天氣炎熱，蒸散發(fā)量比較大，玉米需水量大，灌溉水量較多使得帶入土壤的鹽分較多。此外，微咸水灌水定額增加時土壤含鹽量隨之升高，但增至1.2c時，土壤含鹽量明顯低于1.0c處理，這可能是因為灌水定額增加至1.2c時有利于鹽分淋洗，鹽分隨水分向土壤深層轉(zhuǎn)移。朱槿槿等[16]開展了咸淡水交替灌溉的室內(nèi)土柱試驗，提出咸淡交替灌溉的平均土壤含鹽量小于淡咸交替灌溉。本研究中，生育期末，六葉—抽雄期灌溉微咸水土壤積鹽程度較低，可能是由于灌溉微咸水時期較早，生育中后期長時間的淡水灌溉將土壤鹽分淋洗到深層；抽雄—吐絲期和吐絲—成熟期灌溉微咸水土壤積鹽程度較高，前者可能是因為抽雄—吐絲期灌溉微咸水較多，而之后淡水淋洗不充分，后者可能是因為生育期末未經(jīng)淡水淋洗，大量鹽分殘留在上層土壤，由此可見，使用微咸水灌溉后需要進行大量淡水灌溉以降低土壤鹽分，與前人提出的觀點一致[16]。

Munns[17]提出鹽脅迫對植物生長影響分為2個階段，即滲透脅迫和離子毒害。已有研究表明，鹽分脅迫能抑制光合作用過程[18]，造成較強的過氧化脅迫[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，越早灌溉微咸水，玉米葉片相對含水率越低，更易受Na+毒害，葉片老化脫落速度越快，光合作用受阻越嚴重，膜脂過氧化產(chǎn)物MDA量和CAT酶活性越高，增加灌水定額在一定程度上能降低抽雄—吐絲期和吐絲—成熟期灌溉微咸水時鹽分脅迫危害程度，而在六葉—抽雄期使用微咸水灌溉各生理指標(biāo)對灌水定額的響應(yīng)規(guī)律與其他灌溉方式不同，一方面，六葉—抽雄期玉米正處于營養(yǎng)生長階段，耐鹽性較弱[19]，此時灌溉微咸水會加劇鹽分脅迫，對玉米造成不可逆?zhèn)?，且微咸水灌水定額越大鹽分脅迫越劇烈；另一方面，六葉—抽雄期灌溉微咸水時期較早，且后期淡水未將玉米根系土壤鹽分淋洗完全，這使得玉米受鹽分脅迫時間增長。此外，朱成立等[3]通過夏玉米盆栽試驗提出由于玉米在營養(yǎng)階段對Na+抗斥能力差，所以在壯苗期和拔節(jié)抽雄期灌溉微咸水更易產(chǎn)生離子脅迫，葉片鈉鉀比比較高。本研究發(fā)現(xiàn)六葉—抽雄期灌溉微咸水時灌水定額的增加會大幅提高葉片的Na+/K+，這與前人研究一致[3]，抽雄—吐絲期和吐絲—成熟期灌溉微咸水葉片Na+/K+也會有所增加，當(dāng)灌水定額增至1.2c時，Na+/K+有所降低，可能是因為灌水定額為1.2c時咸淡水交替灌溉對土壤鹽分有淋洗作用，Na+向土壤深層轉(zhuǎn)移。

作物根系的生長與土壤水分狀況密切相關(guān)，并會影響作物生長及產(chǎn)量。灌溉微咸水降低了土壤溶液滲透勢，使根系吸水愈發(fā)困難，上層根系的生長受到抑制。李逸[20]進行了關(guān)于灌水量對夏玉米根系影響的小區(qū)試驗，研究表明，隨著灌水量的增加，表面根密度逐漸增大，原因是灌溉量的增加導(dǎo)致較粗的根主要集中在上部土壤中。本試驗中，除六葉—抽雄期灌溉微咸水的灌水方式以外，根質(zhì)量密度隨灌水定額的減少而降低，與前人研究結(jié)果[20]一致，這是由于生育中后期玉米植株耐鹽性增強但對水分較為敏感，根系生長受灌水定額的影響較大。傷流量的多少在一定意義上代表根系活性的強弱[21]，其變化規(guī)律與根干質(zhì)量密度相似，說明減少灌水定額（除了六葉—抽雄期灌溉微咸水的灌水方式）和提早使用微咸水能降低根系活力。葉片相對含水率的降低、Na+/K+的升高、光合作用的減弱以及根系受限的生長情況對夏玉米生長和產(chǎn)量造成了不利影響。與持續(xù)灌溉淡水相比，灌溉微咸水存在減產(chǎn)風(fēng)險，灌水定額相同時，不同咸淡水交替灌溉方式下地上干物質(zhì)量、籽粒數(shù)、百粒質(zhì)量以及籽粒產(chǎn)量均呈下降趨勢，在六葉—抽雄期和抽雄—吐絲期灌溉微咸水玉米的籽粒產(chǎn)量降幅較大?！皫煸础崩碚撌欠治鲎魑锂a(chǎn)量的重要方法，作物高產(chǎn)離不開“庫源”關(guān)系的協(xié)調(diào)發(fā)展[22]。六葉—抽雄期和抽雄—吐絲期灌溉微咸水玉米籽粒數(shù)顯著降低，屬于“庫”型限制，可能是因為抽雄—吐絲期是夏玉米形成籽粒的關(guān)鍵時期，在此時或者早期進行微咸水灌溉會降低酸轉(zhuǎn)化酶活性，造成籽粒流產(chǎn)，降低成粒率[23]。對于百粒質(zhì)量，只有在六葉—抽雄期灌溉微咸水的灌水方式顯著降低，屬于“源”型限制，這是由于在鹽分敏感的營養(yǎng)階段灌溉微咸水，嚴重抑制了作物生長，夏玉米植株矮小，葉片光合作用弱，光合產(chǎn)物不足以充分供給灌漿期籽粒形成。此外，與相同灌水定額持續(xù)淡水灌溉相比，除在六葉—抽雄期灌溉微咸水的灌水方式以外，灌水定額的增加減小了夏玉米產(chǎn)量的下降幅度，尤其是在吐絲—成熟期使用微咸水灌溉，較大灌水定額使其實現(xiàn)了高產(chǎn)，這可能是因為抽雄—吐絲期和吐絲—成熟期植株耐鹽性能增強[19]，但對水分的敏感程度加深，水分虧缺會造成不同程度的減產(chǎn)，需增加灌水定額保證其產(chǎn)量，這與路振廣等[24]通過大田玉米試驗提出的需水關(guān)鍵期缺水對玉米產(chǎn)量影響較大而非需水關(guān)鍵期缺水對作物產(chǎn)量影響不大這一結(jié)論一致。

綜上，咸淡水交替灌溉下灌水定額的大小影響土壤含鹽量和夏玉米的生長及產(chǎn)量。生育中后期灌溉微咸水土壤積鹽嚴重，使用較大的灌水定額可以降低土壤含鹽量，減小土壤鹽堿化風(fēng)險。微咸水使用時間越早對夏玉米葉片越不利，在抽雄—吐絲期和吐絲—成熟期灌溉微咸水時，增加灌水定額能降低這一影響程度，但在六葉—抽雄期灌溉微咸水時增加灌水定額加劇了鹽分脅迫。微咸水使用時間提前會抑制夏玉米上層根系生長，降低產(chǎn)量，在抽雄—吐絲期和吐絲—成熟期灌溉微咸水時灌水定額的增加改善了根系生長情況和產(chǎn)量，尤其是在吐絲—成熟期灌溉微咸水的灌水方式，在吐絲—成熟期使用較大的灌水定額使夏玉米實現(xiàn)了高產(chǎn)，有利于保障農(nóng)業(yè)的正常穩(wěn)定生產(chǎn)。本研究建立在1 a盆栽試驗的基礎(chǔ)上，主要研究作物生理生長對咸淡水交替灌溉方式和灌水定額的響應(yīng)機理，后續(xù)研究仍需要進行田間試驗進一步驗證咸淡水交替灌溉方式和灌水定額對土壤鹽堿化及作物生產(chǎn)的長期影響。

4 結(jié)論

1）生育中后期灌溉微咸水0～40 cm土層積鹽較為嚴重，比初始土壤含鹽量分別升高73.7%～110.4%和88.7%～128.7%，而灌水定額為1.2c時咸淡水交替灌溉具有一定的淋洗效果，尤其是在六葉—抽雄期灌溉微咸水，1.2c處理0～40 cm土層含鹽量比1.0c降低9.9%。

2）微咸水灌溉時間越早，玉米葉片受影響程度越大，增加灌水定額加劇了B1處理鹽分脅迫危害，但可以緩解B2處理和B3處理葉片受影響的程度，有利于夏玉米的生長。

3）越早使用微咸水對夏玉米上層根系生長及產(chǎn)量的影響程度越大，增加灌水定額可以促進B2處理和B3處理夏玉米根系生長，減小產(chǎn)量降低幅度，尤其是B3處理，產(chǎn)量較相同灌水定額下淡水灌溉僅降低了1.5%～2.0%。

4）夏玉米生育前期不宜使用微咸水灌溉，生育后期使用微咸水灌溉并適當(dāng)增加灌水定額是較理想的咸淡水交替灌溉方式，既能降低土壤鹽堿化風(fēng)險，又能實現(xiàn)高產(chǎn)。

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The Effects of Alternate Saline and Fresh Water Irrigation on Soil Salinity and Physiological Traits of Summer Maize

ZHANG Fan, ZHU Chengli*, HUANG Mingyi, CAO Leiqi, XU Yulin, ZHOU Ronghui

(Hohai University, Nanjing 210098, China)

【】The lack of freshwater is a main limiting factor in agricultural production in northern China. As a mitigation, brackish waters including saline groundwater and treated wastewater have been tipped as a supplementary source for irrigation. Since brackish waters are rich in dissolved salts, it is critical to assess the impact of long-term brackish water irrigation on soil quality and its consequence for crop growth. The purpose of this paper is to fill this knowledge gap by systematically studying the influence of alternate fresh and saline water irrigation on soil salinity and crop growth.【】The pot experiments were conducted under rain-proof conditions with summer maize used as the model plant. We compared four irrigation amounts: 60% (W1), 80% (W2), 100% (W3) and 120% (W4) of the potential evapotranspiration (c). Saline water with concentration of 3 g/L was irrigated at the cob development-pollination stage (B1), pollination stage-kernel development stage (B2), and pollination-harvest stage (B3), respectively. For each irrigation amount, freshwater irrigation in the whole growth season was taken as the control. In each treatment, we measured soil salt content, physiological traits and ultimate yield of the maize.【】①For irrigation amount W4, alternate fresh and saline water irrigation desalinated the soil, especially B1 where the average salt content in 0～40 cm soil was 9.9% lower than that in W3. After harvest, B0 reduced initial salt content in 0～40 cm soil by 25.9%～42.6% depending on irrigation amounts, while B1, B2 and B3 resulted in salt accumulation with the salt content in the top 0～40 cm soil increased by 34.9%～58.5%, 73.7%～110.4% and 88.7%～128.7%, respectively, compared with the initial salt content. ②Irrigating with the saline water too early had a detrimental effect on leaves. It was found that B1 hindered photosynthesis with the net photosynthetic rate (n) and stomatal conductance (s) reduced by 40.5%～69.3% and 32.3%～68.0%, respectively, compared to that in B0. ③Irrigating with the saline water too early as in B1 hampered root development thereby reducing its water and nutrient uptake, which led to a yield reduction. In contrast, delaying the saline water irrigation as in B2 and B3 only marginally comprised the yield, with the yield reduction in B3 being 1.5%～2.0% compared with the control with freshwater irrigation.【】Irrigating summer maize using saline water at concentration of 3 g/L does not considerably compromise its yield only when implementing at its late growth stage. An appropriate increase in irrigation amount can further reduce the risk of soil salinization and achieve high yield.

summer maize; brackish water; alternate fresh and saline water irrigation;irrigation quota soil salinity; yield

1672 - 3317（2021）12 - 0061 - 09

S275

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021198

張帆, 朱成立, 黃明逸, 等. 咸淡水交替灌溉下灌水定額對土壤鹽分及夏玉米生理生長指標(biāo)的影響[J]. 灌溉排水學(xué)報, 2021, 40(12): 61-69.

ZHANG Fan, ZHU Chengli, HUANG Mingyi, et al. The Effects of Alternate Saline and Fresh Water Irrigation on Soil Salinity and Physiological Traits of Summer Maize[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2021, 40(12): 61-69.

2021-05-12

國家重點研發(fā)計劃項目（2020YFD0900701）；江蘇省博士后科研資助計劃項目（2021K598C）

張帆（1997-），女。碩士研究生，主要從事高效灌排理論與技術(shù)研究。E-mail: zhangffhhu@163.com

朱成立（1966-），男。教授，博士，主要從事水土資源規(guī)劃、高效灌排理論與技術(shù)研究。E-mail: clz@hhu.edu.cn

責(zé)任編輯：陸紅飛