陳素英邵立威孫宏勇張喜英**李彥芬

（1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點實驗室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室　石家莊　050022；2.藁城市農(nóng)技推廣中心　藁城　052160）

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微咸水灌溉對土壤鹽分平衡與作物產(chǎn)量的影響*

陳素英1邵立威1孫宏勇1張喜英1**李彥芬2

（1.中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心/中國科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源重點實驗室/河北省節(jié)水農(nóng)業(yè)重點實驗室石家莊050022；2.藁城市農(nóng)技推廣中心藁城052160）

河北低平原淡水資源短缺，微咸水資源豐富，合理開發(fā)利用微咸水已經(jīng)成為緩解水資源供需矛盾的重要途徑之一。本研究于2011—2015年在河北省滄州市中國科學(xué)院南皮生態(tài)農(nóng)業(yè)試驗站進(jìn)行，以冬小麥和夏玉米一年兩熟種植體系為研究對象，開展了河北低平原區(qū)實施微咸水灌溉對冬小麥及下茬作物夏玉米產(chǎn)量及灌溉對土壤鹽分周年平衡的影響。2013—2014年冬小麥灌溉處理設(shè)雨養(yǎng)旱作處理（CK）、拔節(jié)期淡水灌溉1水（F1）、拔節(jié)期用2g·L-1、3g·L-1、4g·L-1、5g·L-1的微咸水灌溉1次（B21、B31、B41、B51）、拔節(jié)期和灌漿期用淡水灌溉（F2）、拔節(jié)期用3g·L-1的微咸水+灌漿期用淡水灌溉（B31F1）、拔節(jié)期用淡水+灌漿期用3g·L-1微咸水灌溉（F1B31）、拔節(jié)期和灌漿期都用 3g·L-1的微咸水灌溉（B32）、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期都用淡水灌溉（F3）。2014—2015年根據(jù)上年度的試驗結(jié)果對試驗處理進(jìn)行了精簡，冬小麥灌溉處理設(shè)CK、F1、B31、B41、B51、B42（拔節(jié)期和灌漿期都用4g·L-1的微咸水灌溉）。結(jié)果表明，一般年型下冬小麥生育期灌溉2水就能獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，平均產(chǎn)量為6 593.4kg·hm-2。利用小于5g·L-1的微咸水灌溉，與淡水灌溉相比，不會造成冬小麥產(chǎn)量降低，灌溉1次微咸水比雨養(yǎng)旱作處理增產(chǎn)10％～30％，可用微咸水替代1次淡水。微咸水灌溉條件下冬小麥?zhǔn)斋@時土壤鹽分有所積累，表層土壤含鹽量大于1g·L-1，影響下茬玉米的出苗和生長，但夏玉米播種后用675～750m3·hm-2淡水灌溉可滿足耕層淋鹽需求，達(dá)到玉米生長的安全閾值，與淡水灌溉處理的玉米產(chǎn)量相比不減產(chǎn)。利用夏季降雨，可使土壤鹽分得到淋洗，當(dāng)夏季降雨量大于300mm時，冬小麥微咸水灌溉下土壤鹽分達(dá)到周年平衡。滄州地區(qū)73％以上的年份，夏季降雨量大于300mm，為土壤淋鹽創(chuàng)造了條件，保證了微咸水替代一次淡水灌溉的安全性。

微咸水灌溉土壤 冬小麥-夏玉米種植體系 鹽分平衡 作物產(chǎn)量低平原

河北低平原是我國重要的糧棉生產(chǎn)基地之一，糧食生產(chǎn)長期依靠抽提深層地下水實現(xiàn)，導(dǎo)致該區(qū)域地下水位下降，形成了世界上最大的地下水漏斗區(qū)，對農(nóng)業(yè)和社會經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展帶來嚴(yán)重威脅［1］。為了保護(hù)地下水資源，國家對該區(qū)域?qū)嵤┝说叵滤芍卫恚▔翰桑?，?017年，項目區(qū)（河北省滄州市、衡水市、邯鄲市和邢臺市）除生活用水外，基本停采深層承壓水。另一方面，該區(qū)擁有較豐富的地下咸水資源，以黑龍港地區(qū)為例，礦化度2～5g·L-1的地下微咸水分布面積占總面積的67％，儲量約23億m3，而微咸水的利用量僅為2億m3［2］。因此，在淡水資源緊缺的區(qū)域，開發(fā)和利用微咸水資源，是緩解淡水資源緊缺和增加糧食生產(chǎn)的重要措施［3］。

微咸水灌溉與旱作相比具有一定的增產(chǎn)作用［4-6］。河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗站研究表明，冬小麥生育期用2g·L-1、4g·L-1和6g·L-1的微咸水灌溉冬小麥產(chǎn)量分別較旱作處理增產(chǎn)22.0％、15.4％和0.1％［2］。河北省南皮縣的試驗結(jié)果表明，冬小麥拔節(jié)期用2g·L-1和4g·L-1的微咸水灌溉1水分別比旱作處理增產(chǎn)32.8％和22.1％［6］。微咸水灌溉與淡水灌溉相比一般減產(chǎn)或者持平，隨著灌溉水礦化度的增加，產(chǎn)量減產(chǎn)幅度增大。尚偉等［7］分析了全國103組微咸水灌溉冬小麥的試驗數(shù)據(jù)，在充分灌溉條件下灌溉水礦化度與小麥相對產(chǎn)量之間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著灌溉水礦化度的增加，小麥相對產(chǎn)量逐漸減少。當(dāng)灌溉水礦化度為2～3g·L-1時，小麥的相對產(chǎn)量為0.87～0.93，僅比淡水灌溉減產(chǎn)7％～13％；當(dāng)采用3～5g·L-1的咸水灌溉時，由于受到比較嚴(yán)重的鹽分脅迫，小麥產(chǎn)量受到的影響較大，與淡水灌溉相比減產(chǎn)約13％～24％［7-8］。微咸水灌溉對作物產(chǎn)量的影響不僅與灌溉水礦化度有關(guān)，還與灌溉量有密切的關(guān)系。隨著單位面積鹽分帶入量的增加，小麥相對產(chǎn)量也逐漸降低。毛振強(qiáng)等［9］在中國農(nóng)業(yè)大學(xué)曲周實驗站的研究表明，當(dāng)20～60cm土壤溶液的電導(dǎo)率在8 mS·cm-1以下時，對夏玉米的產(chǎn)量無顯著影響，若電導(dǎo)率長期維持在10～15mS·cm-1之間且當(dāng)季的降雨相對較少時，玉米產(chǎn)量將顯著降低。當(dāng)20～60cm土壤溶液的電導(dǎo)率長期維持在12～15mS·cm-1之間，在灌溉量較大的條件下，鹽分脅迫所造成的冬小麥產(chǎn)量損失一般在10％左右。以往微咸水灌溉條件以充分灌溉為基礎(chǔ)，且以一季作物研究為多，本研究以限水灌溉為試驗條件，研究冬小麥微咸水灌溉對冬小麥和夏玉米一年兩熟種植體系中作物產(chǎn)量和土壤鹽分動態(tài)的影響。

已有研究表明，季風(fēng)氣候條件下，春季干旱季節(jié)抽取淺層地下微咸水灌溉，在雨季前降低地下水位，騰出地下庫容，同時還減少了淺水蒸發(fā)，可防止土壤鹽漬化；雨季汛期的降雨回補，增大了降雨入滲，減少了地表徑流，可促進(jìn)淺層地下水淡化，改善地下水質(zhì)量［10］。國內(nèi)外對微咸水灌溉己經(jīng)進(jìn)行了大量研究，與旱作相比，利用微咸水灌溉可不同程度地增產(chǎn)［11-12］，在特別干旱情況下，微咸水灌溉可以降低土壤溶液濃度和滲透壓，控制土壤根層溶液濃度不超過作物生理極限，滿足作物對水分的需求［13］。然而，微咸水灌溉的同時增加了從灌溉水帶進(jìn)土壤的鹽分，引起土壤鹽分的積累［14-16］。因此，必須把握好滿足作物對水分的需求與控制鹽分危害的關(guān)系，控制根層土壤鹽分不超過作物耐鹽度臨界值，否則會影響作物正常生長，導(dǎo)致產(chǎn)量隨鹽漬度的增加而下降。土壤鹽分受蒸發(fā)和降雨的影響垂直運動劇烈，降雨和灌溉是影響土壤鹽分在土壤剖面分布的重要因素，在降雨較少的干旱季節(jié)土壤鹽分積累，雨季土壤鹽分隨降雨淋洗［14］。本試驗研究了微咸水灌溉對作物產(chǎn)量和土壤鹽分平衡的影響，使作物不減產(chǎn)并且土壤不發(fā)生鹽分的累積，為合理利用和開發(fā)微咸水資源提供科學(xué)依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗設(shè)計

大田試驗于2013—2015年在中國科學(xué)院南皮生態(tài)試驗站進(jìn)行，該站位于北緯38°00′，東經(jīng)116°40′，海拔11 m。屬于暖溫帶半濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，年均氣溫12.3℃，年均降水量480mm。0～20cm土壤速效鉀含量為104.8mg·kg-1，速效磷17.9mg·kg-1，速效氮88.9mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)14.0～19.0g·kg-1，土壤容重為1.45 g·cm-3，0～100cm土壤平均容重為1.427 g·cm-3。田間持水量為24.1％（W/W）。初始試驗階段含鹽量見表1，試驗土壤為輕度鹽漬化土壤。淺層地下水為微咸水，深層水為淡水。

試驗區(qū)種植制度為冬小麥-夏玉米一年兩熟制。由于冬小麥的耐鹽閾值大于夏玉米，在冬小麥生育期進(jìn)行不同灌溉次數(shù)和不同礦化度微咸水灌溉，夏玉米生育期用淡水灌溉不設(shè)灌水處理，研究冬小麥微咸水灌溉后對冬小麥產(chǎn)量和下茬夏玉米產(chǎn)量及土壤鹽分平衡的影響。冬小麥灌溉處理包括灌溉次數(shù)（旱作、灌1水、灌2水和灌3水）和微咸水（礦化度為2g·L-1、3g·L-1、4g·L-1、5g·L-1）的灌溉1次和2次處理，2013—2014年共設(shè)10個處理，分別為：CK，雨養(yǎng)；F1，灌溉淡水1水；B21，2g·L-1微咸水灌溉1水；B31，3g·L-1微咸水灌溉1水；B41，4g·L-1微咸水灌溉1水；B51，5g·L-1微咸水灌溉1水；F2，灌溉淡水2水；B32，3g·L-1微咸水灌溉2水；F1B31，灌溉淡水1水+ 3g·L-1微咸水灌溉1水；B31F1，3g·L-1微咸水灌溉1 水+灌溉淡水1水；F3，灌溉淡水3次。2014—2015年冬小麥灌溉設(shè)6個處理，分別為CK、F1、B31、B41、B51、B42（4g·L-1微咸水灌溉2水）和F2。各種處理均為平作。灌溉1水處理的灌溉時間為拔節(jié)期，灌溉2水的灌溉時間分別為拔節(jié)期和灌漿期，灌溉3水處理的灌溉時間分別為拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期。小區(qū)面積5m×7 m，4次重復(fù)，隨機(jī)排列。試驗中灌溉用淡水為深井水，礦化度為1.05g·L-1；不同礦化度的微咸水為淺井水加粗鹽（購自河北省黃驊市的大粒天然鹽）在儲水罐中充分混合配制而成。

表1　試驗區(qū)土壤鹽分含量Table 1 Salt constituent of the experimental soil

冬小麥采取15cm等行距種植，2013—2014年和2014—2015年供試冬小麥品種分別為‘石新828’和‘石新688’，播種時間分別為2013年10月13日和2014年10月11日，播種量為225kg·hm-2，收獲時間分別為2014年6月6日和2015年6月10日，冬小麥播種前施用底肥磷酸二銨450kg·hm-2（KH2PO4，98％），尿素（N：46.4％）150kg·hm-2。拔節(jié)期追施尿素375kg·hm-2。供試夏玉米品種為‘鄭單958’，在小麥?zhǔn)斋@后機(jī)械60cm等行距播種，密度為52 500～60 000 株·hm-2，收獲時間為9月30日。

1.2觀測項目和方法

土壤含鹽量：每年小麥?zhǔn)斋@后（6月）、玉米收獲后（9月）用土鉆取樣，取樣深度為0～20cm、20～40cm、40～60cm、60～80cm和80～100cm，每個處理3次重復(fù)。土壤風(fēng)干后，采用絡(luò)合滴定法測定土壤全鹽量和八大鹽分離子含量（Ca2+、Mg2+、HCO3-、Cl-、SO42-、Na++K+）等。

冬小麥產(chǎn)量測定：小區(qū)隨機(jī)選擇40穗小麥考種，考種項目包括穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等。

夏玉米產(chǎn)量測定：小區(qū)收獲，測定密度，隨機(jī)取10穗進(jìn)行穗粒數(shù)和千粒重的測定。

1.3數(shù)據(jù)處理方法

試驗數(shù)據(jù)基于SPSS Ver.16.0軟件和Microsoft excel進(jìn)行計算和作圖分析。

2　結(jié)果與分析

2.1不同礦化度微咸水灌溉對作物產(chǎn)量的影響

2.1.1對冬小麥產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成的影響

2013—2014年結(jié)果表明（表2），灌溉1次淡水和灌溉1次微咸水（2～4g·L-1）的冬小麥產(chǎn)量差異不顯著，灌溉2次淡水、灌溉2次微咸水、淡水和微咸水輪灌2水的產(chǎn)量之間差異不顯著。冬小麥生育期灌溉2水，其中1水為3g·L-1微咸水，產(chǎn)量與淡水灌溉2水的產(chǎn)量差異不顯著，3g·L-1的微咸水灌溉2次與淡水灌溉2次的產(chǎn)量差異不顯著。因此，冬小麥生育期用2～4g·L-1的微咸水替代1次淡水灌溉不會造成冬小麥產(chǎn)量降低。與雨養(yǎng)旱作相比，微咸水和淡水灌溉各1次，平均增產(chǎn)13.4％，2次微咸水灌溉增產(chǎn)22.6％。與淡水灌溉1次相比，用1次微咸水與1次淡水輪灌平均增產(chǎn)8.5％。

2014—2015年在上年試驗的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了高礦化度微咸水的灌溉試驗，結(jié)果表明，用3～5g·L-1的微咸水灌溉1水與淡水灌溉1水的產(chǎn)量差異不顯著；用4g·L-1的微咸水灌溉2次與淡水灌溉2水的產(chǎn)量差異不顯著，說明用3～5g·L-1的微咸水灌溉不會造成冬小麥產(chǎn)量降低（表2）。

綜合兩年試驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，冬小麥灌溉1次微咸水比雨養(yǎng)旱作產(chǎn)量增加10％～30％，拔節(jié)期用2～5g·L-1的微咸水灌溉1次，與淡水灌溉相比產(chǎn)量差異不顯著，用微咸水替代1次淡水，不影響產(chǎn)量。冬小麥生育期增加2次微咸水灌溉比不灌溉增產(chǎn)40％以上，拔節(jié)期和灌漿期用2～5g·L-1的微咸水灌溉2次，產(chǎn)量與淡水灌溉2次的產(chǎn)量差異不顯著。用微咸水替代兩次淡水，不減產(chǎn)。

表2　2013—2014年和2014—2015年不同灌溉處理對冬小麥產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 2 Grain yield，yield components of winter wheat under different irrigation treatments of the field experiment in 2013-2014 and 2014-2015

2.1.2對夏玉米產(chǎn)量的影響

微咸水灌溉不僅給土壤帶來了水分同時還帶進(jìn)土壤鹽分，鹽分在土壤中積累會影響下茬作物的生長。在冬小麥和夏玉米一年兩熟種植區(qū)域，夏玉米的耐鹽閾值低于冬小麥，冬小麥生育期用微咸水灌溉存留在土壤的鹽分會對后茬夏玉米的生長產(chǎn)生影響。因此，冬小麥生育期微咸水灌溉一定要考慮對后茬作物的影響。

表3為上茬冬小麥微咸水灌溉后對夏玉米產(chǎn)量的影響。夏玉米播種后均用淡水灌溉1次，減少土壤中鹽分對夏玉米出苗和苗期生長的影響。結(jié)果顯示，冬小麥實施微咸水灌溉后，對下茬夏玉米的產(chǎn)量有一定的影響。2014年結(jié)果表明，冬小麥生育期用2～4g·L-1的微咸水灌溉1次，與淡水灌溉1次相比，平均減產(chǎn)15.9％；冬小麥生育期用3g·L-1的微咸水灌溉2次，與淡水灌溉2次相比，夏玉米減產(chǎn)11.17％，冬小麥生育期灌溉2水條件下，用3g·L-1的微咸水替換1次淡水灌溉，夏玉米平均減產(chǎn)2.19％，其中冬小麥拔節(jié)期用3g·L-1的微咸水灌溉，灌漿期用淡水灌溉處理的夏玉米產(chǎn)量與2次淡水灌溉處理的產(chǎn)量相比不減產(chǎn)，而拔節(jié)期用淡水灌溉灌漿期用微咸水灌溉的夏玉米產(chǎn)量與2次淡水灌溉處理相比減產(chǎn)4.6％。

2015年與2014年夏玉米產(chǎn)量趨勢相似。冬小麥生育期用3～5g·L-1的微咸水灌溉1次與淡水灌溉1次相比，夏玉米平均減產(chǎn)9.5％，冬小麥生育期用微咸水灌溉2次的夏玉米產(chǎn)量與淡水灌溉2次產(chǎn)量差異不顯著。

表3　2014年和2015年冬小麥不同微咸水灌溉對下茬夏玉米產(chǎn)量與產(chǎn)量構(gòu)成的影響Table 3 Effect of brackish water irrigation of winter wheat on yield and yield compositions of the following crop of summer maize in 2014 and 2015

2.2不同礦化度微咸水灌溉對土壤鹽分平衡的影響

冬小麥拔節(jié)期實施微咸水灌溉后，隨著氣溫升高，蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤鹽分隨水分蒸發(fā)上升，表層土壤含鹽量升高。圖1為微咸水灌溉3年后（2013—2015年）冬小麥和夏玉米收獲后土壤含鹽量。圖1a顯示0～60cm土壤含鹽量均高于播種前，隨著灌溉水含鹽量的提高，土壤的含鹽量增高。60～100cm土層的含鹽量變化不大，灌溉2次微咸水的土壤含鹽量平均高于灌溉1次處理的平均。至夏玉米收獲時，微咸水灌溉處理的土壤含鹽量（圖1b）顯示，0～20cm土壤含鹽量較冬小麥?zhǔn)斋@時有所下降，鹽分主要累積在40～80cm。

2014—2015年土壤鹽分變化見圖1c和1d。冬小麥生育期不灌水處理的土壤含鹽量代表冬小麥播種前的土壤含鹽量，冬小麥?zhǔn)斋@時不灌溉和灌溉1～2次淡水處理的土壤含鹽量基本一致，0～60cm土壤含鹽量平均為1.0g·kg-1，低于雨養(yǎng)旱作處理，說明冬小麥生育期用淡水灌溉1～2次對土壤中的鹽分具有淋洗作用。用3～5g·L-1微咸水灌溉的土壤0～ 60cm含鹽量顯著增加，平均為1.4g·kg-1，表層0～20cm土壤含鹽量最高，達(dá)1.6g·kg-1。

夏玉米播種后用淡水灌溉1次，將土壤鹽分淋洗至20cm土層以下，再經(jīng)過夏季集中雨季的淋洗，至夏玉米收獲時，0～80cm以上土層處于脫鹽狀態(tài)。各處理的土壤含鹽量均下降，0～100cm土壤含鹽量平均為1.0g·kg-1，0～60cm的含鹽量均下降至0.9g·kg-1。均低于冬小麥播種前的土壤含鹽量。

兩年的不同微咸水灌溉對土壤鹽分平衡的影響結(jié)果差異較大，主要是兩年的降雨量不同所致。2014年和2015年夏玉米生育期（6—9月）降雨量分別為155.9mm和451.3mm（圖6），2014年夏玉米生育期干旱，鹽分淋洗量很小，在土壤中積累，而 2015年夏季451.3mm的集中降雨，使土壤中的鹽分淋洗量大于累積量，土壤基本脫鹽。

圖1　2013—2014年度（a，b）和2014—2015年度（c，d）不同灌溉處理下冬小麥（a，c）和夏玉米（b，d）收獲后的土壤含鹽量Fig.1 Soil salt contents at harvest of winter wheat（a，c） and summer maize（b，c） under different irrigation treatments in growing seasons of 2013-2014（a，b） and 2014-2015（c，d）

圖2為冬小麥/夏玉米兩個生長季0～20cm和0～100cm 土壤鹽分的動態(tài)變化。結(jié)果顯示，0～20cm 受作物生長和田間管理的影響較大，土壤中的鹽分含量波動也較大，冬小麥?zhǔn)斋@時的土壤含鹽量高于玉米收獲時，主要是因為冬小麥生育后期，隨著氣溫的升高，土壤蒸發(fā)強(qiáng)烈，土壤鹽分隨著水分蒸發(fā)上移。而后經(jīng)過玉米生育期集中降雨，上升的鹽分隨著降雨下移，0～20cm土壤鹽分降低，周而復(fù)始。2015年雨季降雨量大于2014年，對土壤鹽分的淋洗強(qiáng)度較大。與0～20cm相比，0～100cm 土壤鹽分的變化比較平穩(wěn)。由于2015年雨季降雨較多，夏玉米收獲后的土壤含鹽量最低。

2.3灌溉和降雨對土壤鹽分平衡的影響

在冬小麥和夏玉米一年兩熟種植中，冬小麥拔節(jié)期用微咸水灌溉后，土壤鹽分隨著后期土壤蒸發(fā)累積于表層土壤，含鹽量超過夏玉米的耐鹽閾值，會影響夏玉米的正常出苗及苗期生長，造成夏玉米減產(chǎn)。如何消減冬小麥微咸水灌溉后土壤鹽分累積對夏玉米出苗影響是微咸水安全高效利用的重要保證。降雨和增加灌溉淋洗都可以降低土壤表層含鹽量，緩解土壤鹽分對下茬作物的影響（圖3）。圖4為冬小麥?zhǔn)斋@后不同灌溉量對0～20cm土壤含鹽量的影響，結(jié)果表明，地面灌溉用70mm的灌溉量，灌溉后第5 d土壤表層鹽分已經(jīng)降低到玉米生長安全閾值以下（1.0g·kg-1），如果采用局部灌溉措施，可進(jìn)一步減少灌溉水量。

圖2　不同灌溉處理下不同時期0～20cm（a）和0～100cm（b）土壤鹽分的動態(tài)變化Fig.2 Changes of soil salt contents in 0-20cm（a） and 0-100cm（b） at different times under different irrigation treatments

圖3　降水增加對0～20cm和20～40cm土壤鹽分的影響Fig.3 Soil salt contents in 0-20cm and 20-40cm under irrigation or precipitation after winter wheat harvest in the field experiment

圖4　不同灌水量灌溉1d和灌溉5 d后對0～20cm土壤鹽分的淋溶作用Fig.4 Soil（0-20cm） salt leaching under different irrigation volumes after irrigation one day and five days

圖5為2013年、2014年和2015年小麥播種前0～100cm土壤含鹽量。3個年度0～100cm土壤含鹽量平均為0.93g·kg-1、1.12g·kg-1和0.96g·kg-1，0～60cm土壤含鹽量分別為0.89g·kg-1、1.12g·kg-1和0.84g·kg-1，2013年和2015年冬小麥播種前0～100cm土壤含鹽量均低于1.0g·kg-1，而2014年則大于1.0g·kg-1。圖6為2013年、2014年和2015年夏玉米生長季降雨量，3個年度夏玉米生育期降雨量分別為543.7mm、155.9mm和451.3mm，由于2014年夏玉米生育期降雨量較少，造成鹽分在土壤中累積。

圖5　2013年、2014年和2015年冬小麥播種前土壤含鹽量Fig.5 Soil salt contents before sowing of winter wheat in 2013，2014 and 2015

2.4冬小麥灌溉制度研究

河北低平原冬小麥-夏玉米一年兩熟種植中，冬小麥生育期干旱少雨，降雨不能滿足作物需求，主要依靠灌溉來維持作物正常生長。因此，研究冬小麥的灌溉制度，提出最佳灌溉制度，可緩解淡水資源供需矛盾。試驗設(shè)雨養(yǎng)旱作、拔節(jié)期灌溉1水、拔節(jié)期和抽穗期灌溉2水、拔節(jié)期、抽穗期和灌漿期灌溉3水處理，次灌溉量70～75mm，灌溉水質(zhì)為淡水。圖7為不同灌溉次數(shù)對冬小麥產(chǎn)量的影響。結(jié)果顯示，旱作處理的產(chǎn)量最低，灌溉1水、灌溉2水和灌溉3水處理4個生長季平均產(chǎn)量分別為6 020.5kg·hm-2、6 593.4kg·hm-2和6 510.2kg·hm-2，處理間產(chǎn)量差異不顯著，灌溉2水的產(chǎn)量達(dá)到最高。灌溉1水比旱作平均增產(chǎn)26.2％，最高增產(chǎn)41.1％（2012—2013年），最低增產(chǎn)13.6％（2013—2014年）。灌溉2水比灌溉1水平均增產(chǎn)9.5％，最高增產(chǎn)18.0％（2011—2012年），最低增產(chǎn)4.7％（2013—2014年），灌溉3水與灌溉2水平均產(chǎn)量基本相同，最高增產(chǎn)8.0％（2013—2014年）。隨著灌溉次數(shù)的增加，增產(chǎn)幅度減小，增加灌溉的增產(chǎn)效益減小。因此，在淡水資源緊缺地區(qū)冬小麥生育期灌溉1水比雨養(yǎng)旱作產(chǎn)量提高13.6％～41.1％，灌溉2水可以獲得穩(wěn)定高產(chǎn)。

圖6　2013年、2014年和2015年夏玉米生育期降雨量Fig.6 Rainfall during summer maize seasons in 2013，2014 and 2015

圖7　不同年份不同灌溉次數(shù)對冬小麥產(chǎn)量的影響Fig.7 Effect of irrigation times on winter wheat yields in different years

3　討論

河北低平原冬小麥-夏玉米一年兩熟種植制度中，冬小麥生長在較干旱的冬春季節(jié)，降雨量不能滿足正常生長發(fā)育需求，補充灌溉對增加冬小麥產(chǎn)量具有決定性作用。然而本區(qū)地下水嚴(yán)重超采，國家在該區(qū)域?qū)嵤┑叵滤畨翰珊螅拗屏说Y源的開采，微咸水資源成為灌溉的主要水源。研究表明，冬小麥微咸水灌溉的閾值高于夏玉米，并且作物不同生育階段耐鹽性不同，將冬小麥生長期分為播種-返青期、返青-拔節(jié)期、拔節(jié)-抽穗期和抽穗-成熟期，各個生長階段土壤鹽分的影響指數(shù)分別為0.142 6、0.327 0、0.026 5和0.01 2，小麥返青期前后較大，是生長發(fā)育的低耐鹽力階段，小麥拔節(jié)期后值較小，是生長發(fā)育的耐鹽階段，是微咸水灌溉的適應(yīng)期［17］。本研究發(fā)現(xiàn)，冬小麥拔節(jié)期用小于5g·L-1的微咸水灌溉具有明顯的增產(chǎn)作用，即拔節(jié)期用微咸水灌溉1次可以替代淡水灌溉，并保證冬小麥獲得較高產(chǎn)量。研究結(jié)果與其他報道的微咸水灌溉對冬小麥產(chǎn)量的影響一致［18-19］。

然而，微咸水灌溉冬小麥后引起的土壤積鹽對下茬玉米產(chǎn)生負(fù)作用，造成夏玉米產(chǎn)量的降低。Ma等［1］和Pang等［3］在河北省開展的研究結(jié)果與本研究結(jié)果一致。本文進(jìn)一步研究了夏玉米播種后用70mm左右的淡水灌溉可以將0～20cm土壤鹽分降低到夏玉米的閾值之下，緩解由于冬小麥生育期用微咸水灌溉造成的夏玉米產(chǎn)量降低，并且與當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)管理需求一致。因為冬小麥生育后期隨著氣溫的升高，土壤蒸發(fā)和作物蒸騰劇烈，導(dǎo)致冬小麥?zhǔn)斋@時土壤水分幾乎耗盡，夏玉米播種后必須灌溉才能保證出苗及苗期生長。因此，此時進(jìn)行淡水灌溉，即可滿足夏玉米出苗需水需求，又可以消減上茬小麥微咸水灌溉積累的鹽分。

陳秀玲等［20］研究表明，在河北省滄州地區(qū)，微咸水灌溉累積的土壤鹽分，主要靠雨季集中降雨的淋洗，而淋洗脫鹽的效果主要取決于雨季降雨量、次降雨量等因素。一般次降雨量大于25mm可以起到淋洗作用，6—9月份降雨量大于300mm時，基本保證土壤鹽分平衡。分析滄州地區(qū)1996—2014年降雨量和夏季（6—9月）降雨量變化（圖8），年降雨量平均為533.4mm，夏季降雨量平均為395.3mm，其中73％的年份夏季降雨量大于300mm，57％以上的年份大于400mm，為土壤淋鹽和脫鹽創(chuàng)造了條件。

圖8　河北省南皮縣1996—2014年降雨量變化Fig.8 Change of rainfall in Nanpi County，Hebei Province from 1996 to 2014

4　結(jié)論

開發(fā)利用微咸水資源進(jìn)行灌溉，在一定程度上可以緩解淡水資源短缺的矛盾，但是微咸水灌溉，容易造成土壤鹽分的升高。因此，確保微咸水灌溉對作物和環(huán)境的安全，對保證農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展具有重要意義。通過研究得出以下結(jié)論：

河北低平原區(qū)冬小麥-夏玉米一年兩熟制中，冬小麥一般年份在拔節(jié)期和抽穗揚花期灌溉2水即可獲得穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)。利用不大于5g·L-1的微咸水替代其中一次淡水灌溉可保證作物不減產(chǎn)，微咸水在拔節(jié)期灌溉的效果優(yōu)于在抽穗揚花期灌溉。冬小麥微咸水灌溉后，由于其生長期間耗水量大，鹽分在土壤表層的積累明顯，超過了下茬夏玉米的耐鹽閾值，玉米播種后用675～750m3·hm-2的淡水灌溉，能將0～20cm的土壤鹽分淋洗至夏玉米耐鹽閾值之下，不影響夏玉米苗期生長，夏玉米生育期又逢雨季，夏季降雨量小于300mm，土壤有積鹽，降雨量超過300mm，由于降雨的洗鹽作用，可達(dá)到周年不積鹽，使土壤淋洗脫鹽［16］，為實施微咸水安全灌溉和糧食增產(chǎn)提供了技術(shù)支撐。但是微咸水灌溉后會對土壤和環(huán)境產(chǎn)生長期影響，應(yīng)進(jìn)行長期的監(jiān)測和驗證。

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Effect of brackish water irrigation on soil salt balance and yield of both winter wheat and summer maize*

CHEN Suying1，SHAO Liwei1，SUN Hongyong1，ZHANG Xiying1**，LI Yanfen2
（1.Center for Agricultural Resources Research，Institute of Genetics and Developmental Biology，Chinese Academy of Sciences / Key Laboratory of Agricultural Water Resources，Chinese Academy of Sciences / Hebei Key Laboratory of Agricultural Water-saving，Shijiazhuang 050022，China；2.The Insttute of Agricultural Technology Spreading of Gaocheng County，Gaocheng 052160，China）

There is rich brackish water and a shortage of fresh water in the coastal low plains of Hebei Province.The reasonable exploitation and utilization of brackish water has become an important way of meeting the conflict between water supply and demand in the region.An experiment was conducted in Nanpi Eco-Agricultural Station of Chinese Academy ofSciences in 2011-2015.The objective of the experiment was to study the effect of brackish water irrigation during winter wheat growth period on the yield of winter wheat and the following crop，summer maize.The study also investigated soil salinity balance in winter wheat/summer maize double cropping system.The irrigation treatments in 2013-2014 included CK（rainfed farming），F(xiàn)1（one fresh water irrigation at jointing stage），B21（one brackish water irrigation of 2g·L-1at jointing stage），B31（one brackish water irrigation of 3g·L-1at jointing stage），B41（one brackish water irrigation of 4g·L-1at jointing stage），B51（one brackish water irrigation of 5g·L-1at jointing stage），B32（two brackish water irrigations of 3g·L-1at jointing and grain-filling stages），F(xiàn)2（two fresh water irrigations at jointing and grain-filling stages），F(xiàn)3（three fresh water irrigations at jointing，heading and grain-filling stages），F(xiàn)1B31（one fresh water irrigation at jointing stage and one brackish water irrigation of 3g·L-1at grain-filling stage），and B31F1（one brackish water irrigation of 3g·L-1at jointing stage and one fresh water irrigation at grain-filling stage）.The irrigation treatments in 2014-2015 were CK，F(xiàn)1，B31，B41，B51 and B42（two brackish water irrigations of 4g·L-1at jointing and grain-filling stages）.The results showed that higher winter wheat yield was obtainable under irrigation at jointing stage and grain-filling stage，with an average yield of 6 593.4kg·hm-2.Irrigation of brackish water with less than 5g·L-1salinity at joining stage did not reduced winter wheat yield compared with fresh water irrigation.Winter wheat yield increased by 10％-30％ under brackish water irrigation at joining stage compared with that under CK.It was possible to replace fresh water irrigation with brackish water irrigation during winter wheat growth.However，soil salt content in the 0-20cm topsoil was more than 1g·L-1in brackish water irrigation treatments，which affected summer maize germination and growth during early growth stage.If irrigated with 600-750m3·hm-2of fresh water after summer maize planting，the yield of summer maize did not reduce obviously.There was a heavy leaching of soil salt driven by precipitation in June through September.Over 300mm rainfall during summer season could keep the soil salt balance for winter wheat and summer maize double cropping system.As over 73％ of summer precipitation in Cangzhou region exceeded 300mm，it ensured the safety of the brackish water irrigation instead of fresh water irrigation one time during winter wheat growth period.

Jan.19，2016；accepted Mar.23，2016

Brackish water irrigation；Soil；Winter wheat/summer maize double cropping system；Salt balance；Crop yield；Hebei low plain

S158.2

A

1671-3990（2016）08-1049-10

10.13930/j.cnki.cjea.160075

*國家科技支撐計劃項目（2013BAD05B02，2013BAD05B05）和河北省渤海糧倉科技示范工程專項資助

**通訊作者：張喜英，主要從事農(nóng)田節(jié)水機(jī)理和技術(shù)研究。E-mail：xyzhang@sjziam.ac.cn

陳素英，主要從事農(nóng)田節(jié)水機(jī)理和技術(shù)研究。E-mail：csy@sjziam.ac.cn

2016-01-19接受日期：2016-03-23

*This research was supported by the National Key Technology Research and Development Program of China（2013BAD05B02，2013BAD05B05）and Hebei S&T Special Fund for “Bohai Granary” Project.

**Corresponding author，E-mail：xyzhang@sjziam.ac.cn