河套灌区盐碱地咸水滴灌食葵适宜播种模式探究

崔光旭，朱文东，李二珍，苗俊侠，李建忠，李伟，李晓彬，万书勤

河套灌区盐碱地咸水滴灌食葵适宜播种模式探究

崔光旭1,2，朱文东1,2，李二珍3，苗俊侠4，李建忠5，李伟6，李晓彬1*，万书勤1

（1.中国科学院 地理科学与资源研究所陆地水循环及地表过程重点实验室，北京 100101；2.中国科学院大学 资源与环境学院，北京 100049；3.五原县农牧业技术推广中心，内蒙古 巴彦淖尔 015100；4.五原县科学与技术服务中心，内蒙古 巴彦淖尔 015100；5.五原县农牧和科技局，内蒙古 巴彦淖尔 015100；6.通辽市气象局，内蒙古 通辽 028000）

【】明确河套灌区盐碱地咸水滴灌条件下适宜的食葵播种深度和造墒水盐调控初次灌水量等关键参数，提出与盐碱地咸水滴灌相适应的食葵种植模式。通过田间试验的方式，布置了4个播种深度（2、4、6 cm和8 cm）和3个造墒水盐调控初次灌水量（21、28 mm和35 mm），分析了以上农艺种植措施对食葵出苗率和幼苗生长状况的影响。①随着播种深度的增加，最终出苗率先增加后降低，播种深度在4 cm时最终出苗率最高，达到93%；随着播种深度的增加，幼苗地上部分生物量逐渐减小，地下部分生物量逐渐增大。②当播种深度为4 cm时，造墒初次灌水量为28 mm和35 mm条件下的最终出苗率相近。随着灌溉水量增加，根系周围土体脱盐效果逐渐提升，21、28 mm和35 mm灌水量0～10 cm土层土壤平均脱盐率分别达到了37.5%、54%和62%。在内蒙古河套灌区水资源匮乏的重度盐碱地区，食葵种植可以采用播种深度为4 cm，初次灌水量为28 mm的种植模式，既能节约水资源又能保证食葵的较高出苗率。

食葵；出苗；播种深度；咸水滴灌；盐碱地

0 引 言

【研究意义】内蒙古河套灌区气候干旱，降水量少，传统的大水漫灌造成地下水埋深较浅。土壤蒸发强烈，导致盐分在表层聚集，土壤次生盐渍化严重[1]。食用型向日葵（食葵）耐盐耐旱，经济效益显著，已成为当地主要种植作物，种植面积达到230 678 hm2，占全国种植面积的38%左右。随着水资源紧缺日益紧张，在干旱半干旱地区，发展节水型现代农业已成为区域农业发展的趋势。近年来，滴灌技术在河套灌区发展较快，尤其是在浅层咸水/微咸水资源的利用方面[2-4]。由于滴灌条件下高频灌溉提高了土壤基质势进而补偿了因盐分的存在而降低的渗透势，盐分淋洗和作物生长效果显著[5-7]，已成为咸水/微咸水灌溉的有效方式。目前，采用滴灌种植食葵的面积越来越大，但由于滴灌条件下土壤水、热、盐变化过程不同于传统漫灌条件，实践中发现传统种植模式不能很好地适配滴灌条件，尤其是利用咸水滴灌，采用传统种植模式存在食葵出苗率普遍偏低的问题，因此开展河套灌区盐碱地咸水滴灌食葵播种模式研究，对于高效利用河套灌区盐碱地资源和缓解淡水资源紧缺的现状具有重要意义。【研究进展】对于滴灌条件下食葵播种关键参数，国内外已有一些研究报道。在播种深度方面，有研究表明播种深度为3～5 cm较适宜[8-9]，也有研究指出播种深度2～3 cm配合表层覆土2 cm[10]和5～7 cm的播种深度较为适宜[11]。在播种后的初次灌水量方面，有研究表明18～22.2 mm的初次灌水量较适宜[12]，也有研究给出22.5～30 mm的适宜初次灌水量[13]。播种深度过深会导致幼苗无法正常出苗，播种深度过浅又会导致幼苗容易风干、不易发芽甚至带壳出土，在灌水量的确定上更多研究指出需要综合考虑土壤质地等因素。【切入点】已有研究提出的相关播种参数存在较大差异，还需要在特定研究区域进行试验验证。目前，在河套灌区盐渍化农田滴灌条件下的食葵播种关键参数的确定方面的研究甚少，尤其是咸水滴灌条件下的食葵适宜播种参数研究较少。【拟解决的关键问题】为促进河套灌区滴灌食葵种植技术的发展，本研究通过研究咸水滴灌条件下不同食葵播种深度和不同造墒初次灌溉水量对食葵出苗的影响，探寻河套灌区盐碱化农田咸水滴灌食葵的适宜播种模式，为河套灌区盐碱地滴灌食葵优质高产提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验区位于内蒙古巴彦淖尔市五原县改盐增草项目示范区。该区为典型温带大陆性气候，降水稀少，蒸发强烈，年降水量一般在130～220 mm之间，多年平均蒸发量为1 900～2 500 mm[14]。土壤为粉质壤土，初始土壤电导率（e）为5.4～11.8 dS/m，属于中重度盐渍土，土壤体积质量为1.45～1.55 g/cm3。试验区地下水埋深受当地春灌影响较大，5月中下旬地下水埋深大约在90～120 cm范围内。

1.2 试验材料

试验选用的食葵品种为当地农户的主要种植品种SH361，出苗灌溉用的咸水取自当地地下水，pH值为7.94，电导率为7.29 dS/m，矿化度为5.76 g/L。

1.3 试验设计

1.3.1 试验布置

本试验设计食葵播种深度和造墒初次灌水量2个因素的食葵播种模式研究。其中，造墒初次灌水量的确定综合考虑了作物出苗需水量、当地蒸发量和土壤盐分淋洗需求等多方面因素，考虑本地作物高峰期耗水在6～8 mm，结合前期试验研究初步结果确定了该地区食葵滴灌单次灌水量为7 mm为宜，播种后为了快速淋洗盐分和为种子出苗提供适宜土壤墒情条件，本试验确定了灌溉水量为单次灌水量3～5倍。2个因素具体设计为：①播种深度：2 cm（D1）、4 cm（D2）、6 cm（D3）和8 cm（D4）；②造墒初次灌溉水量：21 mm（Q1）、28 mm（Q2）和35 mm（Q3）。共12个处理，如表1所示。

表1 试验处理

本试验每个处理设置2个重复小区，每个小区规格为11 m×2.8 m=30.8 m2。采用垄作覆膜滴灌的种植模式，起垄规格为垄间距80 cm，垄高10 cm，垄面宽40 cm，垄上覆0.08 mm的透明薄膜，膜下垄面中间铺设1条薄壁滴灌带，滴头间距为20 cm，滴头流量为1.38 L/h。采用重力滴灌形式，灌溉设备由储水桶、铜阀、压力表、水表、网式过滤器和管网等组成，储水桶底部距离田面高1.5 m，储满水后桶内水面高0.5 m。由于本研究着重分析食葵出苗和幼苗生长状况，为尽可能增加样本数减少试验系统误差，将本试验处理下的食葵株距由传统大田的40 cm改为5 cm，种穴距离滴灌带5 cm，每穴1粒，每行45粒种子。经查阅《农作物种子检测规程》，向日葵出苗适宜温度在20～30 ℃之间，为保证足够的温度，试验起止日期为2020年5月10—25日，期间最高气温27.9 ℃，最低气温8.2 ℃，日平均气温为16.35 ℃，降水量为1.4 mm。

2020年5月10日，按照试验设计划分小区并起垄覆膜布置灌溉系统，根据不同播种深度处理种植食葵，播种完后当天按照造墒初次灌水量处理进行灌溉，21、28 mm和35 mm处理按照每次灌溉7 mm分别灌溉3、4次和5次，每灌完7 mm后所有处理都立即用土钻取样，每个处理均取样5次。从5月11日开始，每天用原位电导率仪测定土壤盐分，并观察记录食葵出苗情况，直至5月25日试验结束，最后选取有代表性的食葵幼苗测量其生长指标，并调查未出苗原因。

1.3.2 观测项目及方法

1）食葵出苗情况。于每天08:00、12:00和16:00分别调查并记录各处理的出苗数，直至试验结束，并按照以下公式[15]计算相关指标。

2）生长指标。等出苗试验基本结束时，每个处理选取4株有代表性的幼苗，共48株，连根挖出，清洗干净后测量地上和地下部分的长度和生物量。

3）土壤盐分。每个处理选取适当的位置，每灌完1倍水（7 mm）后立即用45 mm直径土钻取土，水平方向在距离滴头0、5、10、15 cm和20 cm出取土，垂直方向取0～5 cm和5～10 cm土层土样。土样风干，研磨过1 mm孔径筛，制成饱和泥浆，然后离心（4 000 r/min，32 min）获取上层清液，利用电导率仪测定土壤饱和泥浆提取液电导率（e）。

2 结果与分析

2.1 土壤盐分变化

图1为5月10日不同造墒灌水量和播种深度处理下当日距离滴头横向0～20 cm、纵向0～10 cm土壤剖面盐分（e）变化情况。试验开始前，不同处理0～10 cm土层土壤e均值为11.2 dS/m，经过咸水滴灌以及随着灌溉结束后时间的增加，各处理土壤e均明显降低，且都在滴头附近形成低盐区。考虑到食葵幼苗位于距离滴灌带5 cm处，重点分析了距滴头水平方向0～10 cm土壤盐分的变化。当灌水量为21 mm时，纵向0～5 cm土层土壤平均e为5.42 dS/m，平均脱盐率为40%，5～10 cm平均e为5.56 dS/m，平均脱盐率为35%；灌水量为35 mm时，纵向0～5 cm土层土壤平均e为3.88 dS/m，平均脱盐率为65%，5～10 cm平均e为4.28 dS/m，平均脱盐率为59%。总的来说，灌水量越大，土体脱盐率越高，表层0～5 cm相比5～10 cm土层土壤脱盐率更高。

5月10日后用原位电导率仪对0～10 cm土层盐分进行了原位测量，造墒灌水后当日土壤盐分快速降低，随后3 d内各处理土壤e变化不大，至第15天试验结束，已出苗的食葵幼苗生长状况良好，没有明显盐分胁迫现象。

注 红框内有灌水处理，红框外未进行灌水，每灌完一倍水后所有处理都进行了取土，每个处理均取样5次，每次取样为灌溉完1次水之后立即取样，Q1处理灌溉完3倍后和Q2处理灌溉完4倍后的取样时间与Q3处理灌溉完4、5倍后取样时间同步。

2.2 食葵出苗情况

表2为各处理食葵出苗情况。造墒初次灌水量为21 mm时，随播种深度的增加，出苗指数和日平均出苗率明显降低，平均出苗时间先增加后趋于平缓；造墒初次灌水量为28 mm和35 mm处理的出苗指标变化趋势相同，都表现为随着播种深度的增加，出苗指数和日平均出苗率先小幅度增加，播种深度为4 cm时达到最大，随后减小。

由表2可知，播种深度为4 cm时，灌水量为28 mm和35 mm最终出苗率最高，接近93%。播种深度为8 cm时，灌水量为21、28 mm和35 mm的最终出苗率分别为23%、37%和45%，仅为其他播种深度相同灌水量出苗率的28.4%～48.3%。不同播种深度对出苗的影响存在显著性差异（<0.05），而不同造墒初次灌水量对出苗影响不显著。对低出苗率处理的田间调查发现，食葵不能出苗的主要原因是播种过深，造成幼苗无法正常生长到地面，田间揭开未出苗的表层土后发现食葵已发芽但幼苗因未能顶破表层土而枯萎，经统计随着播种深度的增加，食葵幼苗无法顶出土层的比例越来越大，最高达到60%。

表2 食葵出苗情况

注 每组内同列不同小写字母表示各处理差异显著（＜0.05）。

2.3 播种模式与食葵出苗的关系

图2为不同播种深度和造墒初次灌水量与出苗的关系。当造墒初次灌水量为21 mm时，随着播种深度的增加出苗率逐渐降低，播种深度为2 cm时出苗率最高；当造墒初次灌水量为28 mm和35 mm时，随着播种深度的增加，出苗率先增加后降低，深度为4 cm时出苗率最高。而随播种深度的增加，最终出苗率均呈先增高后降低的趋势，播种深度为4 cm左右时出苗率最高。通过对最终出苗率与播种深度拟合的二次函数求导，得出当灌水量为21、28 mm和35 mm时获得最高最终出苗率的播种深度分别为4.16、2.83 cm和3.70 cm。当播种深度超过6 cm时，最终出苗率快速降低，根据拟合关系得出播种深度每增加1 cm时最终出苗率将会下降16%，播种深度每增加2 cm最终出苗率将会下降21%。

从图2还可知，造墒初次灌水量从21 mm增加到35 mm时，食葵出苗率呈增加趋势，当播种深度未超过4 cm时，28 mm和35 mm造墒初次灌水量的出苗率最高且相近，当播种深度大于4 cm时，造墒初次灌水量为35 mm的出苗率更高。由于播种深度对出苗率的影响占主导地位，不同造墒初次灌水量，随着播种深度的增加对出苗率的影响趋势基本一致。

图2 不同播种深度和造墒灌水量与出苗关系

2.4 食葵幼苗生长分析

表3为试验结束时各处理食葵幼苗生长状况。咸水滴灌下食葵播种深度对食葵幼苗地上与地下部分长度与生物量影响显著（<0.05），均表现为地上部分长度和生物量随播种深度的增加而减少，地下部分长度和生物量则随播种深度增加而增大，对比播种深度为2 cm和8 cm的食葵幼苗地上与地下部分发现占比显著不同（图3），这可能是由于播种深度增加时，幼苗生长到地面所需的时间和空间增加，地下部分长度则随之增加。

图3 不同播种深度食葵幼苗的差异

表3 食葵幼苗生长状况

注 每组同列不同小写字母表示各处理差异显著（＜0.05）。

3 讨 论

在大田生产过程中，保证较高的出苗率是获得作物高产的基础。影响出苗的因素有很多，包括温度、水分、盐分、土壤结构、作物种类等。众多研究表明，在作物整个生育期内，出苗阶段是对盐分最为敏感的时期[16-17]，为了在实践中保证产量，该生育阶段常采用淡水灌溉以提高作物出苗率[18]，而对咸水灌溉下造墒出苗的研究很少，个别研究是基于盆栽试验[19-20]，很少有大田尺度的试验研究。滴灌具有小流量、高频率、长时间的灌溉特点，这种灌溉方式不仅对盐分有很好的淋洗效果，而且更容易维持种子周围土壤长时间处于较高基质势，从而弥补由于土壤和灌溉水中含盐量过高造成的渗透势降低，为种子萌发创造有利环境[5-7]。

研究发现，当播种深度为4 cm时，食葵出苗率最高，这与杨金霞等[8]、马那提·拜沙汗等[9]、张洪浩等[10]结果基本一致。灌水量不低于28 mm时，食葵出苗率较高，这与刘曼双等[13]研究结果相近。当播种深度大于6 cm时，幼苗无法顶出地面的比率明显增加，因此建议在播种前要尽可能深耕土壤，疏松土层，减少因土壤板结而影响出苗的风险。研究还发现，食葵正常出苗为7～10 d，而本试验中最终出苗率（15 d后出苗率）要明显高于出苗率（10 d后的出苗率）的原因可能是试验期间1.4 mm的降水造成的降温（温度降低至8.2 ℃）对出苗产生了延缓作用。本试验研究最终确定了适宜的盐渍化农田食葵咸水滴灌模式下的播种深度和造墒初次灌水量等关键技术参数，食葵出苗率高达85%～90%，相比当地常规模式下70%～80%的食葵出苗率显著提高，具有重要的生产指导意义。

4 结论

在河套灌区重度盐碱地咸水（5.76 g/L）滴灌条件下，采用垄作覆膜覆沙滴灌种植模式下，随着播种深度的增加，食葵最终出苗率先增加后降低，幼苗地上部分生物量逐渐减小，地下部分逐渐增大，播种深度加深增加幼苗不能顶出土面的比例，当播种深度为8 cm时，幼苗很难正常生长到地面。

在内蒙古河套灌区等水资源匮乏的重度盐碱地区域，咸水滴灌条件下食葵种植可以采用播种深度为4 cm，初次灌水量为28 mm的种植模式，既能节约水资源又能保证食葵高出苗率。

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Suitable Drilling Depth of Sunflower Seeds in Saline-alkali Soil Drip-irrigated with Saline Water in Hetao Irrigation District

CUI Guangxu1,2, ZHU Wendong1,2, LI Erzhen3, MIAO Junxia4, LI Jianzhong5, LI Wei6, LI Xiaobin1*, WAN Shuqin1

(1.Key Laboratory of Water Cycle and Related Land Surface Processes, Institute of Geographical Sciences and Natural Resources Research, CAS, Beijing 100101, China; 2.University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;3.Wuyuan County Agriculture and Animal Husbandry Technology Promotion Center, Bayannur 015100, China;4.Wuyuan County Science and Technology Service Center, Bayannur 015100, China;5.Wuyuan County Agriculture and animal Husbandry and science and Technology Bureau, Bayannur 015100, China;6.Tongliao Meteorological Bureau, Tongliao 028000, China)

【】Crops grown in saline-alkali soil are vulnerable to salinity during its germination and seedling stages, and the seed drilling depth hence has a significant impact on plant establishment. Taking sunflower as an example, this paper experimentally investigated the combined effects of sowing depth and pre-sowing irrigation on germination and seedling development in a saline-alkali soil in Hetao Irrigation district.【】We drilled the sunflower seeds into four depths: 2, 4, 6 cm and 8 cm of the soil that was irrigated with 21, 28 cm and 35 mm of water prior to the sowing. In each treatment, we measured emergence rate of the seedling and its subsequent development.【】①With the increase in sowing depth, the seedling emergence rate increased first followed by a decrease, and the highest seedling emergence rate was 93%, reached when the sowing depth was 4 cm. Increasing the sowing depth led to an increase in below-ground biomass at the expense of the above-ground biomass. ②When the sowing depth was 4 cm, pre-sowing irrigation with 28 mm and 35 mm of water did not have a noticeable difference in their impact on the seedling emergence rate. Increasing irrigation amount improved soil desalination, especially in the 0～10 cm soil. When irrigation amount was increased from 21 to 35 cm, the desalination rate of the top 10 cm soil increased from 37.5% to 62%.【】In Hetao Irrigation district and areas where water resource is scarce and saline water is used as a supplementary irrigation source, combining ridge tillage with mulching by irrigating 28cm of water prior to drilling the sunflower seeds to the depth of 4 cm is a suitable cultivation to ensure seed germination and the subsequent seedling establishment.

sunflower; seeding emergence; drilling depth; saline water irrigation; saline-alkali soil

1672 - 3317（2022）03 - 0010 - 07

S275.6；S352.4

A

10.13522/j.cnki.ggps.2021354

崔光旭,朱文东,李二珍,等.河套灌区盐碱地咸水滴灌食葵适宜播种模式探究[J]. 灌溉排水学报, 2022, 41(3): 10-16.

CUI Guangxu, ZHU Wendong, LI Erzhen, et al. Suitable Drilling Depth of Sunflower Seeds in Saline-alkali Soil Drip-irrigated with Saline Water in Hetao Irrigation District[J]. Journal of Irrigation and Drainage, 2022, 41(3): 10-16.

2021-08-06

国家重点研发计划课题（2016YFC0501305）；国家重点研发计划课题（2016YFC0501304）；中国科学院前沿科学重点研究项目（QYZDJ-SSW-DQC028）

崔光旭（1996-），男。硕士研究生，主要从事农田水循环与节水灌溉研究。E-mail: cuigx.19s@igsnrr.ac.cn

李晓彬（1986-），男。副研究员，主要从事盐碱地治理与咸水/微咸水资源安全高效利用研究。E-mail: lixb@igsnrr.ac.cn

责任编辑：韩 洋