谈微咸水灌溉对土壤变化及冬小麦产量影响

2021-01-18吴冰雪

山东水利 2020年12期

关键词：咸水含盐量盐分

潘毅，论攀，吴冰雪

（滨州市水文局，山东滨州256600）

黄河三角洲地区位于山东省东部，取水的水源主要为地表黄河水和农田地下水，地表水水资源相对匮乏，而农田地下水主要以当地的微咸水和其他微咸水资源为主，因此合理充分利用微咸水资源可以进行地下水和农田灌溉，对于缓解当地水资源短缺问题意义非凡。

1 研究区概况

1.1 试验区概况

滨州沾化区下洼镇是本次研究的试验区，年平均蒸降比约为3.22，年平均降水量575.5 mm，蒸发强烈易导致土壤地下水上升，进而可能导致试验区土壤出现盐碱性酸化，土壤的盐渍化较为严重。地下水试验区的土壤中盐分的含量较高，浅表层的地下水多数为矿化度为4～10 g/L[1]咸水。

1.2 试验设计

试验地配备咸水淡化装置一套，主要用于对地下水进行淡化。本次试验设置两套方案，农作物选用冬小麦。方案1 是采用咸水淡化装置处理的淡水进行灌溉，方案2 借助于浓度为3 g/L 的微咸水对耕地进行灌溉，其主要是用淡水和地下水按照既定比例混合而制成的，使用电导仪标定。

在冬小麦各个生长阶段灌溉前后和收割后对耕地土壤中含有的盐分进行检测。采集土壤深度分布为0～20 cm，20～40 cm，40～60 cm，60～80 cm，80～100 cm，5 个不同的层次，涵盖了土壤的水分浓度、含盐量、导电性能、可溶性离子浓度等指标。水分浓度借助于PICO-BT 便携式土壤剖面水流速度测量设备对其单位体积内含有的水分进行检测。使用2 mm 的筛对风干后的土壤筛选，按照水分土壤5∶1 的比例进行时长3 min 的振荡摇匀，完成过滤后对土壤的晶体液体的导电性能、可溶性离子浓度和含盐量等指标进行检测。其导电性能借助于DDS-307 电导率设备进行测量，并转换成为相应的土壤含盐量数值。

冬小麦的发育和产量状况的检测涵盖了收割时植株的高度、枝叶的面积指数、麦穗长度、最终产量、光合反应效率等指标。植株的高度借助于直尺进行测定，每次测定选取植株冬小麦，最后求取平均值作为最终的高度数值。产量借助于整体收割手段，将果实风干后进行称重。枝叶面积指数借助于CI-203 便携式激光叶面积测量设备进行测定求解。叶绿素浓度借助于SPAD-502叶绿素检测设备进行测量。光合反应效率借助于LCpro-SD 便携式光合作用测定设备，主要对冬小麦枝叶的光合速率（Pn）、水分蒸腾速率（Tr）、气孔导通程度（Gs）、细胞间CO2浓度（Ci）等生物学指标进行测定。冬小麦灌浆期选择一个晴朗的天气，在上午8:00 到下午16:00 的时间内每隔2 h对旗叶进行一次测定。

2 土壤水分和土壤盐分运移规律分析

2.1 土壤水分运移规律

如图1 示，借助于微淡水和微咸水两种不同性质的水对农作物进行灌溉，耕地土壤中水分的变化规律大致相同。土壤中含有的水分都是随深度的增加而先增多，深度为40～60 cm 的位置处该数值最大，然后再减小。而灌溉（拔节水3 月11～12 日、抽穗水4 月1～3 日、灌浆水5 月19～20日）和降雨（6 月15 日）前后等不同的阶段土壤含水量的变化较为明显，特别是土壤表层0～20 cm和0～40 cm 处土壤的含水率变化幅度最为明显，并与土层深度成负相关。

图1 冬小麦生长期淡水和微咸水灌溉处理土壤含水率的变化

2.2 土壤盐分分布规律

如图2 示，试验初始阶段深度为0～20 cm，20～40 cm 位置处的土壤含盐量数值分别为1.4 g/kg，1.9 g/kg，盐渍化程度较轻，同时土壤表层的含盐量数值超过了底层的数值，表层聚集较为突出。而在返青—拔节灌水之前这一阶段，耕地的含水量一直较低，同时地下水深度较浅（2.3～2.5 m），土壤中的水分蒸发突出，这使得含有的盐分表现出一定的表层聚集效应。

图2 冬小麦生长期淡水和微咸水灌溉处理土壤含盐量的变化

总而言之，因为表层土壤通常会受到灌溉和水分蒸发等因素的影响，使得深度为0～20 cm，20～40 cm 的土壤中含有的盐分变化较为显著，深度在40 cm 以下的土壤中盐分含量的变化幅度较小。借助于淡水对耕地进行灌溉时，土壤中含有的盐分呈现出先降低后增加的变化趋势，在浇灌结束后，土壤中的含盐量会随着水在土壤中的渗透而向下转移，土壤中含有的盐分会出现整体的降低趋势。如在拔节期首次实施灌溉，使用的水为淡水，这样就保证了含盐量的降低，实现了土壤中排除盐分的效果；灌溉完成之后受到光照的影响而出现水分蒸发增强的问题，导致土壤中的含盐量再次增大，尤其是深度为0～20 cm 的土壤中含盐量的增大较为显著。抽穗期实施第2 次灌溉，使用微咸水，这使得土壤中含有的盐分增多，在深度为0～20 cm 的土壤中盐分的含量从1.4 g/kg 增大到2.4 g/kg，而深度为20～40 cm 的土壤中盐分的含量从0.9 g/kg 增大到1.3 g/kg，其他土壤分层中盐分的含量变化幅度较小。用淡水进行灌溉可以有效降低土壤含盐量，并能起到显著的淋洗效果。灌浆期实施第3 次灌溉，使用微咸水，这使得土壤中盐分的含量持续增大，盐分主要集中在深度为0～20 cm，20～40 cm 的土壤分层中，盐分含量分别增大到3.1 g/kg，2.2 g/kg，土壤分层的其他深度含盐量变化并不显著[2]。

小麦收割后该区域进入降雨量较大的雨季，这使得土壤中的盐分含量显著降低，深度为0～20 cm，20～40 cm 的土壤分层中的变化幅度最大，其盐分含量数值分别从3.1 g/kg 减小到2.3 g/kg，2.2 g/kg 减小到2.0 g/kg。由此可见，借助于微咸水对耕地实施灌溉尽管会引起土壤中盐分含量的增大，但是之后只要保证足够的降雨或者实施淡水灌溉就可以使土壤含盐量降低。这对于土壤中盐分的过量沉积起到了一定的缓解作用。尤其是在降雨量较小的年份，要适当加大淡水灌溉的力度，保证土壤中的盐分能够得到有效的淋洗。

2.3 微咸水灌溉对冬小麦植株生长和产量的影响

微咸水和淡水灌溉的冬小麦的平均产量分别为9 670 kg/hm2和10 233 kg/hm2，使用两种水灌溉的冬小麦年均产量无明显不同（p＞0.05）。

用淡水灌溉处理时，冬小麦拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟收割期4 个时期株高增加程度分别为1.6 cm，59.0 cm，74.0 cm，74.0 cm；微咸水做同样处理4 个时期株高增加程度分别为1.6 cm，59.0 cm，68.3 cm，76.0 cm；可见两种灌溉条件下数据差异并不明显（p＞0.05）。

叶面积和营养生长指数是冬小麦营养是否合理的一个重要参考因素，与产量成正相关。比较淡水灌溉与微咸水灌溉情况下的冬小麦的叶面积营养生长指数，拔节期为0.9 和1.0，灌浆期分别为6.0 和6.4，成熟收割期分别为3.0 和3.8。

将实验所得的数据进行分析，两种灌溉情况下的冬小麦生长和产量等方面并无明显差异。结合冬小麦的生长、产量等情况分析得出，使用矿化度为3 g/L 的微咸水用于田间淡水灌溉是可行的。但是矿化度最大值不得高于3 g/L，否则就会出现冬小麦产量减少等问题。