微咸水灌溉对冬小麦产量及农艺性状的影响

龚雨田，孙书洪，闫宏伟

(1.天津农学院 农学与资源环境学院，天津 300348；2.天津农学院 水利工程学院，天津 300384)

随着经济社会的快速发展，水资源供需不平衡的矛盾日益加剧，因此，传统农业用水观念应向高效安全的现代农业节水灌溉转型。为了弥补淡水资源匮乏，合理利用微咸水及咸水已经成为解决这一难题的重要措施。据统计，我国微咸水资源约为200 亿m3/a，而且大部分存在于地表以下10～100 cm处，每年能够开采利用的微咸水为130 亿m3[1]，其中华北平原的微咸水资源高达75 亿m3，占整个华北平原地下水面积的45%，西北地区(甘肃、新疆、陕西、陕西、宁夏等部分地区) 地下微咸水资源为88.7 亿m3[2,3]。西北地区展开的微咸水灌溉试验表明，微咸水灌溉与旱作相比能够有效地增加产量[4-9]。目前，天津地区大部分仍采用淡水大量漫灌，农业用水消耗量大，灌水定额高，灌排不均衡，不利于农业健康可持续发展。因此，天津地区应开发非常规水源，使其高效利用，对天津地区农业现代化有重要意义。试验在天津农学院节水研究中心试验基地进行，试验针对冬小麦进行研究，冬小麦在农业生产中作为耗水大的作物,其生长期正处于降雨缺少的季节,利用不同矿化度微咸水对冬麦“小偃60”，在拔节期、抽穗期、灌浆期，成熟期进行微咸水灌溉试验，同期间与淡水灌溉和旱作进行比较。对冬小麦的农艺性状、产量的不同进行研究，制定适应天津地区的微咸水灌溉制度。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

本试验设计为小区试验,地点在天津农学院西校区的试验田,该试验田的位置:经度 116°57′, 纬度 39°08′,海拔高度 5.494 m(大沽高程),年均蒸发量1 440 mm。试验田地形平整,土壤质地为中壤土,60 cm 土层的平均干容重为 1.42 g/cm3,土壤田间持水量为 22%～23%,凋萎含水量为9% (以上均为重量含水量)。试验小区设计为长6 m，宽2 m。

1.2 试验设计

试验材料选用‘小偃60’小麦，该品种小麦具有返青早、抗病耐旱等特点。试验在三叶期之前利用淡水充分供水,保证出苗。本试验将冬小麦的全生育期划分为 5个阶段:返青、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期,此研究主要是针对返青期以后的阶段进行研究。试验共设置6个处理,1个对照，3次重复。

处理1(S1)：以矿化度为1 g/L的微咸水在小麦拔节期、抽穗期、灌浆期进行灌溉。

处理2(S2)：以矿化度为2 g/L的微咸水在小麦拔节期、抽穗期、灌浆期进行灌溉。

处理3(S3)：以矿化度为3 g/L的微咸水在小麦拔节期、抽穗期、灌浆期进行灌溉。

处理4(S4)：以矿化度为4 g/L的微咸水在小麦拔节期、抽穗期、灌浆期进行灌溉。

处理5(S5)：以矿化度为5 g/L的微咸水在小麦拔节期、抽穗期、灌浆期进行灌溉。

CK：小麦生长期间利用淡水灌溉。

1.3 测定内容及方法

播种前取土，用烘干法测基础含水量，测定最大土壤含水率。每个小区选取10株冬小麦，从拔节期开始，每隔3 d测定小麦株高、叶面积等。叶面积用LA-S叶面积仪测定，采用PR2 仪对土壤剖面进行水分测定。冬小麦成熟后，在室内进行考种，称量粒重。

1.4 灌水定额

冬小麦在2014年10月8日播种，2015年3月10日进入返青期，4月15日进入拔节期，5月8日进入抽穗期，5月22日灌浆，6月10日进入成熟期。在此期间，利用工业NaCl配置不同矿化度微咸水，制定灌溉定额。为保证冬小麦正常生长发育，在返青前期、返青期均采用淡水灌溉，灌水定额为120 mm(见表1)。

表1 灌水定额 mm

1.5 数据处理

利用IBM SPSS Statistics 19 及Excel软件进行统计和相关分析。

2 结果与分析

2.1 不同矿化度微咸水对冬小麦耗水量的影响

冬小麦不同生育期耗水情况如图1所示，冬小麦在抽穗期耗水强度最大，小麦进入灌浆期、成熟期后耗水强度逐渐减少。在冬小麦拔节期进行微咸水灌溉后，微咸水矿化度对小麦耗水强度的影响并不明显，其平均耗水强度为4.42 mm/d。随着小麦的生长发育进入抽穗期后，小麦需水量逐渐增加，耗水强度随微咸水矿化度的升高而降低，相对于CK组处理，S1、S2、S3、S4、S5分别下降了4.86%、9.18%、16.39%、18.59%、23.29%。由此可见，冬小麦在拔节期，不同矿化度微咸水对作物耗水强度影响并不明显，但随着小麦耗水强度的增加，特别进入抽穗期后，不同矿化度微咸水对作物耗水强度表现出明显差异，其表现为S1>S2>S3>S4>S5，主要是由于灌水矿化度增加，带入进土壤的盐分增多，在盐分胁迫下对作物的耗水量起到抑制作用。

图1 不同时期小麦耗水强度

2.2 不同矿化度微咸水对土壤体积含水率的影响

根据图2和图3可知,不同处理下土壤体积含水率变化基本一致，0～20 cm土层含水率较低，随后出现增大趋势，特别在40 cm土层。而40～60 cm土层土壤含水率降低，主要是小麦的主要吸水根系在40～60 cm土层上，60～100 cm土层，土壤含水率变化趋势较为平稳。不同处理下，各阶段土壤体积含水率略有差异，在 S3、S4、S5处理中，40～60 cm土层土壤平均含水率较高，相比于CK处理土壤体积含水率分别增加了5.34%、5.69%、7.04%，主要原因是微咸水灌溉下，土壤含盐量增加，土壤水势降低，对小麦产生一定的胁迫，影响小麦主要根系对土壤水分的吸收，从而增加了土壤含水率。在小麦拔节期进行补灌后到小麦抽穗结束，这一阶段土壤含水率迅速降低，主要是小麦株高增长，叶面积增加，对水分需求量较大。这一阶段小麦在S3、S4、S5处理下，土壤平均含水率相比于CK同样较高，分别相差29.63%、30.21%、31.50%。根据试验得出，在不同矿化度微咸水灌溉下，土壤各层水分含量差异较大，呈现出随着矿化度的增加，土壤含水率增大的趋势。

图2 不同处理下土壤剖面体积含水率分布

图3 不同处理下土壤平均含水率动态

2.3 不同矿化微咸水对冬小麦农艺性状影响

2.3.1 不同矿化度微咸水对冬小麦株高的影响

不同矿化度微咸水灌溉均使小麦株高减低。开花前后，小麦株高达到最大。进入抽穗期后，株高增长呈现平稳趋势，且在灌浆期至成熟期之间株高略有下降。由图4和图5可见，在淡水灌溉下，小麦从拔节期开始直至抽穗期，平均相对生长速率较快。CK组平均相对生长速率为0.038 cm/d，在S1、S2、S3处理下相对于CK组生长速率略有减小，分别为0.036、0.035、0.032 cm/d。S1、S2、S3处理中相对于CK平均株高分别下降5.38%、9.27%、13.38%。而S4、S5相对生长速率明显降低分别为0.025、0.019 cm/d，相对于CK组，S4、S5处理下平均株高降低17.68%、23.84%。研究结果表明，微咸水矿化度对小麦株高变化有较大的影响，小麦株高随微咸水盐分增加而降低。尤其在小麦拔节期，较高盐分的微咸水对小麦生长速率影响较大。

图4 小麦株高变化

图5 不同处理下小麦最大株高

2.3.2 不同矿化度微咸水对冬小麦叶面积及比叶重影响

如图6所示，小麦叶面积变化与株高变化有相类似的情况，均表现出随矿化度升高叶面积减小的趋势。叶面积在拔节期快速增长，抽穗期叶面积达到最大，不同处理组表现均相同。在抽穗期灌水一周后表现出，矿化度越高，小麦叶片越出现萎蔫及叶片变黄，并且小麦叶片衰老速度也快。以抽穗期为例，S1、S2处理下与CK组差异不明显，并且没有出现叶片变黄现象，其叶面积相对下降1.53%、4.58%，叶面积变化差异并不明显。S3、S4、S5灌溉条件下均出现叶片变黄现象，与CK灌溉组相比，其叶面积相对降低13.06%、29.12%、36.31%。对比后得出，灌溉矿化度为1、2 g/L的微咸水对叶面积影响较小，且不会出现叶片快速衰老变黄的现象。灌溉矿化度3、4、5 g/L的微咸水后，其叶面积生长速度减慢，底层叶片均出现不同程度变黄，对叶面影响较大。

虽然小麦叶面积呈现出随微咸水矿化度增高而减小的趋势，但是比叶重表现出先增加后下降的趋势。如图7所示，CK组比叶重为5.42 cm2/g，而矿化度在1、2、3 g/L的微咸水灌溉相比于CK组分别增加3.87%、7.75%、11.25%。矿化度4、5 g/L的微咸水相比于CK组下降了1.11%与7.75%。结果表现出，虽然叶面积下降，但叶重量有升高趋势，而矿化度在4、5 g/L的微咸水灌溉后叶面积与比叶重均有影响。

图6 不同生育期叶面积

图7 比叶重变化

2.3.3 不同矿化度微咸水对冬小麦籽粒的影响

由表2可见，在S1、S2处理下，小麦穗粒数及千粒重出现递增趋势，相比于CK组，其穗粒数增加2.43%、6.70%，千粒重增加2.07%、4.16%。CK组与S2处理下小麦穗长相比差异不显著，其余各试验组呈现显著差异(p<0.05)。在灌1、2 g/L的微咸水后，小麦穗粒数略有增加，灌3 g/L的微咸水后，穗粒数呈现下降趋势。不同处理下平均千粒重为S5

表2 不同矿化度微咸水对小麦穗部及产量的影响

注：Spss19.0采用Duncan检验，不同字母表示处理间差异显著(p<0.05)。

2.4 不同矿化度微咸水对冬小麦产量及水分利用率的影响

由图8可见，小麦的产量和呈现出先增后减的趋势；相对于CK组，S1与S2产量分别增加了1.26%与7.88%，但随着咸水矿化度的上升，小麦产量呈现出下降趋势S3、S4、S5相对淡水灌溉分别下降了3.24%、19.23%、20.93%。可能是适当的盐分胁迫使得土壤渗透势提高，促进作物根系对土壤水分的吸收，并且在一定的盐胁迫下，使得干物质向小麦籽粒中转移，从而提高了小麦产量，而随着盐分进一步的升高，当灌溉4与5 g/L的微咸水后，小麦产量大幅度降低。

微咸水矿化度与产量关系为：

y=-113.95x2+ 515.01x+ 5 509.2R2=0.888 7

(1)

水分利用效率与产量呈现出相同趋势，淡水灌溉下其水分利用率为1.16 kg/m3，在S1与S2处理下水分利用率可提高到1.28 kg/m3，随着盐水矿化的增加，S3、S4、S5相对于CK分别降低3.45%、7.76%、11.21%，其中S5处理下水分利用率仅为1.03 kg/m3。根据产量与水分利用率可以得出，适当的咸分处理可以增加小麦土壤水消耗量，提高小麦土壤水分利用率，增加产量，但随着灌溉咸水在4、5 g/L下，土壤水消耗量减小，水分利用率降低，产量减小。

图8 小麦产量及水分利用率

2.5 不同矿化度微咸水对土壤影响

由图9可见，土壤含盐量最大值出现在40 cm土层，0～40 cm土层为主根区，CK组土壤含盐量为0.55 g/kg，相比于S1、S2、S3、S4、S5处理下分别增加了25.57%、25.0%、55.17%、57.24%、60.12%。从数据中看出，其基本规律是土壤盐分随微咸水矿化度及生长期呈现出升上趋势，主根区在3个生育期进行微咸水灌溉下，会出现积盐现象。S1与S2处理下表现基本相同，对土壤积盐并不明显。

图9 冬小麦收获前土壤含盐量

图10是夏玉米收获后土壤含盐量的变化。冬小麦收获后，该试验地种植夏玉米，夏玉米生长期间进行淡水灌溉，生长期降水量为361 mm，矿化度在1、2 g/L微咸水灌溉下，各土层含盐量没有明显变化，3～5 g/L微咸水灌溉下均低于下麦收获前土壤含盐量。冬小麦-夏玉米轮种，在夏玉米生长期进行淡水灌溉，且灌水量较大，可降低土壤中含盐量的积累，对冬小麦的种植不会产生影响，减小次生盐渍化的出现。

图10 夏玉米收获后土壤含盐量

3 结 语

(1)不同盐浓度微咸水对冬小麦农艺性状均有影响，总体上呈现出，小麦株高、叶面积随微咸水矿化度的增高而减小的趋势，其中4与5 g/L的微咸水灌溉下影响显著，小麦株高减少17.68%、23.84%，叶面积减小29.12%、36.31%。不同处理下冬小麦比叶重出现先增加后减小的趋势，主要由于3 g/L以下的微咸水可以使叶片厚度增加。

(2)微咸水矿化度的增高，使耗水强度呈现出变弱趋势，但在1与2 g/L盐水胁迫下，使得土壤渗透势提高，促进作物根系对土壤水分的吸收，并且在一定的盐胁迫下，使得干物质向小麦籽粒中转移，从而提高了小麦产量，而随着盐分进一步的升高，当灌溉4与5 g/L的微咸水后，小麦产量大幅度降低。

(3)在不同灌水矿化处理中，小麦生育期内连续灌溉使得土壤盐分不断累积，在配合夏玉米种植过程中，进行大水压盐，及灌溉处理后，土壤盐分积累明显降低，在实际生活中可以避免盐分对土壤破坏，降低对作物伤害。

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