喬冬梅，韓 洋，齊學(xué)斌，黃仲冬，李 平，梁志杰

考慮鹽分累積及冬小麥產(chǎn)量品質(zhì)的井渠結(jié)合灌溉模式優(yōu)選

喬冬梅，韓 洋，齊學(xué)斌※，黃仲冬，李 平，梁志杰

（1. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所，新鄉(xiāng) 453002； 2. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院河南新鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水土環(huán)境野外科學(xué)觀測(cè)試驗(yàn)站，新鄉(xiāng) 453002；3. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)水資源高效安全利用重點(diǎn)開放實(shí)驗(yàn)室，新鄉(xiāng) 453002）

為探究井渠結(jié)合灌區(qū)地表水與地下水適時(shí)適量灌溉模式，以田間小區(qū)為研究尺度，探索不同渠井灌水比例（0、33%、67%、100%）、不同灌水定額（600、900、1 200 m3/hm2）對(duì)2013－2016年冬小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及根層土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化特征的影響。結(jié)果表明：1）不同灌溉定額對(duì)純渠水灌溉模式下冬小麥產(chǎn)量的影響較純井水灌溉模式大。高定額純渠水（灌水定額為1 200 m3/hm2，渠井灌水比例為100%）灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量最大，2015年為9 195 kg/hm2。2）增大灌水定額有利于冬小麥容重、濕面筋和穩(wěn)定時(shí)間的增加，而對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響不明顯。井水有利于蛋白質(zhì)含量、濕面筋和穩(wěn)定時(shí)間的增加，有利于弱化度的降低。在地表水資源相對(duì)充足且追求產(chǎn)量最大化的情況下，可選擇高定額純渠水灌溉模式；在地表水資源不充足的情況下，可選擇中、高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。3）連續(xù)4 a年灌溉后冬小麥根層土壤鹽分有小幅增加趨勢(shì)，純渠水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最小，其次是井水+渠水+渠水灌溉模式，純井水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最大。在地表水量相對(duì)充足且以產(chǎn)量最大化為目標(biāo)的情況下，可選取高定額純渠水灌溉模式。地表水資源不充足的地區(qū)，可選擇高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式，而在水資源緊缺地區(qū)，可選擇中定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

灌溉；地下水；鹽分；冬小麥；渠井灌水比；產(chǎn)量；品質(zhì)

0 引 言

根據(jù)《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015－2030）》中的區(qū)域布局，黃淮海平原是中國重要的農(nóng)業(yè)優(yōu)化發(fā)展區(qū)之一，但其資源環(huán)境與發(fā)展規(guī)劃要求不相適應(yīng)。該地區(qū)可利用淡水資源緊缺，農(nóng)業(yè)用水尤為緊張，供需缺口已超100億m3[1]，地下淺層蘊(yùn)藏的大量咸水資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要的可利用性資源。黃淮海平原土壤鹽漬化由來已久，經(jīng)多年改良雖在一定程度上有所改觀[2]，但其潛在風(fēng)險(xiǎn)仍不容忽視；不合理灌溉導(dǎo)致農(nóng)作物減產(chǎn)、減質(zhì)及土壤次生鹽漬化發(fā)生。因此，開展井渠結(jié)合灌區(qū)糧食安全生產(chǎn)及基于土壤環(huán)境安全性的高效灌溉模式研究，對(duì)于黃淮海區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

在井渠結(jié)合灌區(qū)，渠灌用水量、井灌用水量及渠井用水比例是影響作物根層土壤鹽分變化和作物產(chǎn)量、品質(zhì)的重要指標(biāo)。適宜的渠井用水比例對(duì)于調(diào)節(jié)灌區(qū)地下水位、調(diào)控作物根層土壤鹽分、滿足作物用水需求等至關(guān)重要，也是農(nóng)業(yè)水資源優(yōu)化配置與調(diào)控的前提。以往相關(guān)研究指出，渠井灌水配比是冬小麥干物質(zhì)量累積的重要影響因素[3]；渠井結(jié)合灌溉對(duì)地下水埋深會(huì)造成直接影響[4]；王璐瑤等[5]基于地下水補(bǔ)給量與開采量之間的均衡方程得出渠井結(jié)合比的合理范圍為2.3～3.4；代鋒剛等[6]研究表明，當(dāng)渠首有效引水量控制在3.7～4.1億m3，井渠灌水比例控制在0.35～0.55時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)灌區(qū)地下水采補(bǔ)平衡；此外，渠首有效引水量介于1.5～2.0億m3之間，井渠灌水比例控制在0.5～0.7，同樣可實(shí)現(xiàn)灌區(qū)地下水采補(bǔ)平衡；也有類似研究指出，將人民勝利渠灌區(qū)井渠用水比例調(diào)整為1/0.78，上游調(diào)整為1/1.24，中游調(diào)整為1/0.85，下游調(diào)整為1/0.41，基本可實(shí)現(xiàn)該區(qū)域地下水采補(bǔ)平衡[7]。長期井渠結(jié)合灌溉模式對(duì)灌區(qū)土壤鹽分特別是作物根層土壤積鹽、糧食質(zhì)量安全等方面均產(chǎn)生顯著影響[8]。不合理的井渠結(jié)合灌溉模式不但會(huì)使地下水采補(bǔ)失衡，更易導(dǎo)致根層土壤積鹽，危害作物健康，進(jìn)而嚴(yán)重影響灌區(qū)作物產(chǎn)量及生態(tài)型灌區(qū)的可持續(xù)發(fā)展。截至目前，圍繞灌區(qū)渠井結(jié)合灌溉模式的一系列相關(guān)研究多以實(shí)現(xiàn)地下水采補(bǔ)平衡、合理調(diào)控地下水位為目標(biāo)，而針對(duì)不同井渠結(jié)合灌溉模式對(duì)作物產(chǎn)量、品質(zhì)及土壤鹽分動(dòng)態(tài)變化特征的影響研究尚不多見。鑒于此，本研究以冬小麥產(chǎn)量、品質(zhì)及根層土壤鹽分累積為表征指標(biāo)，探究井渠結(jié)合灌區(qū)地表水與地下水適時(shí)適量灌溉模式，進(jìn)而尋求地表水與地下水的適宜灌水比例，以期為井渠結(jié)合灌區(qū)選取綠色生產(chǎn)灌溉模式及灌區(qū)水資源聯(lián)合調(diào)度提供數(shù)據(jù)支持和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)區(qū)概況

試驗(yàn)在人民勝利渠灌區(qū)開展，灌區(qū)位于河南省北部，113°31′～114°25′E，35°00′～35°30′N。屬暖溫帶大陸性季風(fēng)型氣候，年均氣溫14.5 ℃，最高41 ℃，最低?16 ℃；無霜期約210 d，早霜多出現(xiàn)在10月下旬，晚霜出現(xiàn)在3月中、下旬；多年平均水面蒸發(fā)量約1 860 mm，降雨量約600 mm，降雨量少且年內(nèi)分布不均，6－9月降雨量占全年降雨量的70%～80%。因而具有冬春干旱，夏秋多雨，先旱后澇，澇后又旱，旱澇交替的氣候特點(diǎn)。試驗(yàn)區(qū)土壤質(zhì)地為粉黏壤，結(jié)構(gòu)不均，0～15 cm土層容重1.52 g/cm3，>15～45 cm容重1.47 g/cm3，>45～100 cm容重1.43 g/cm3。試驗(yàn)區(qū)土壤理化性質(zhì)參考文獻(xiàn)[9]。地表水充足的時(shí)候灌地表水，地表水不足的時(shí)候灌地下水，灌溉方式是大水漫灌，灌溉定額在900～1 200 m3/hm2范圍。不同年份人民勝利渠灌區(qū)地下水平均埋深見圖1a，多年平均地下水埋深為6.13 m，總體呈下降趨勢(shì)。2013－2016年降雨量如圖1b所示。

圖1 研究區(qū)地下水埋深及降雨量

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行灌溉定額（900～1 200 m3/hm2）的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)節(jié)水，設(shè)低、中、高3個(gè)灌水定額，分別為600、900、1 200 m3/hm2；2種灌溉水源，即地下水（井水）和地表水（渠水）。2013年各處理設(shè)計(jì)6次重復(fù)，但其中3個(gè)重復(fù)受邊界條件影響，故4 a試驗(yàn)各處理均設(shè)3個(gè)重復(fù)。小區(qū)面積為40 m2，小區(qū)布置見圖2。供試作物為冬小麥（豫麥57），整個(gè)生育期灌水3次，2013－2016年4 a試驗(yàn)期間灌水時(shí)間一致，均為返青水（3月8日－12日），拔節(jié)水（4月19日－22日），灌漿水（5月14日－18日），試驗(yàn)設(shè)計(jì)見表1。灌溉水質(zhì)見表2，其中陽離子表面活性劑、硫化物、鎘、總砷、鉻（六價(jià)）、鉛、銅、鋅、蛔蟲卵數(shù)均未檢出。

保護(hù)行 Protection zone A600(1)A900(1)A1200(1)B600(1)B900(1)B1200(1)C600(1)C900(1)C1200(1)D600(1)D900(1)D1200(1) 保護(hù)行Protection zone A600(2)A900(2)A1200(2)B600(2)B900(2)B1200(2)C600(2)C900(2)C1200(2)D600(2)D900(2)D1200(2) 保護(hù)行Protection zone A600(3)A900(3)A1200(3)B600(3)B900(3)B1200(3)C600(3)C900(3)C1200(3)D600(3)D900(3)D1200(3) 保護(hù)行Protection zone

表1 2013－2016年冬小麥渠井灌溉試驗(yàn)設(shè)計(jì)

表2 冬小麥試驗(yàn)灌溉水質(zhì)

1.3 指標(biāo)測(cè)定與計(jì)算

土壤鹽分：冬小麥根層土壤鹽分采用電導(dǎo)率（electrical conductivity，EC）來表征，定期取土測(cè)定土壤EC值，取土深度為0～100 cm，每10 cm 1層取樣，采用1:5的土水比浸提液測(cè)定EC值，測(cè)定儀器為電導(dǎo)率儀（DDB-303A 型便攜式電導(dǎo)率儀，上海雷磁，精度為0.1s/cm）。

根層土壤鹽分增量：小麥?zhǔn)斋@后土壤0～100 cm EC值平均值減前1 a小麥?zhǔn)斋@后土壤EC值平均值與前1年小麥?zhǔn)斋@后土壤EC值平均值的百分?jǐn)?shù)，%。

冬小麥產(chǎn)量：選取2 m2（1 mí2 m）冬小麥產(chǎn)量為實(shí)際產(chǎn)量，然后換算為單位面積產(chǎn)量，kg/hm2。

冬小麥品質(zhì)：出粉率、形成時(shí)間、吸水量指標(biāo)均采用國家標(biāo)準(zhǔn)方法測(cè)定，蛋白質(zhì)含量采用GB5009.5-2010，容重采用GB/T5498-2013，濕面筋采用GB/T5506.2-2008，穩(wěn)定時(shí)間、弱化度采用GB/T14614-2006。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析方法

應(yīng)用Excel 2010和DPS進(jìn)行數(shù)據(jù)的方差分析；選取95%置信水平，應(yīng)用最小顯著差異法（least significance difference，LSD）進(jìn)行不同處理間的多重比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉模式及灌水定額對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響

不同灌溉模式下冬小麥產(chǎn)量見表3。純渠水灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量最大，2015年為9 195 kg/hm2。低灌溉定額（600 m3/hm2）下，2013－2016年4種灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量差異不顯著（>0.05）。中灌溉定額（900 m3/hm2）下，2014年純渠水灌溉模式下冬小麥產(chǎn)量顯著高于井水+渠水+渠水灌溉模式（<0.05）。高灌溉定額（1 200 m3/hm2）下，2014年純渠水灌溉模式下冬小麥產(chǎn)量顯著高于其他灌溉模式（<0.05）。可見，低灌溉定額下，渠井灌水比例對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響不明顯；而中高灌溉定額下，渠井灌水比例對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響可能較大。

相同灌溉模式不同灌溉定額下冬小麥產(chǎn)量分析表明，純井灌模式下，2013－2016年高灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量與中、低灌溉定額均無顯著差異（>0.05）?！扒?井水+井水”灌溉模式下，2013年高灌溉定額下冬小麥產(chǎn)量顯著高于低灌溉定額（<0.05）；2016年高、中灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量均顯著高于低灌溉定額（<0.05），分別較低灌溉定額提高了22.4%和16.5%；2014－2015年，3種灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量差異不明顯（>0.05）?！熬?渠水+渠水”灌溉模式下，2013－2015年度3種灌溉定額下冬小麥產(chǎn)量差異均不顯著（>0.05），2016年高、中灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量均顯著高于低灌溉定額（<0.05），分別較低灌溉定額提高了36.1%和32.3%。純渠水灌溉模式下，2014年高灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量顯著高于低灌溉定額（<0.05），較之提升25.0%；其他年份中3個(gè)灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量無明顯差異（>0.05）。綜上，灌溉定額對(duì)純渠水灌溉模式下冬小麥產(chǎn)量的影響較純井水灌溉模式大。

表3 不同灌溉處理下冬小麥產(chǎn)量

注：同列不同字母表示不同處理之間存在顯著性差異（<0.05），下同。

Note: Different letters indicate significant difference among treatments (<0.05), same as below.

2.2 不同灌溉模式及灌水定額對(duì)冬小麥品質(zhì)的影響

為探究不同灌溉模式的累積效應(yīng)，本研究以連續(xù)灌溉4 a后（2016年）冬小麥品質(zhì)作為分析指標(biāo)（表4）。不同處理間冬小麥的出粉率、形成時(shí)間、吸水量指標(biāo)差異均不顯著（>0.05），因此僅針對(duì)差異顯著的指標(biāo)進(jìn)行分析。

表4 2016年不同灌溉處理下冬小麥品質(zhì)

2.2.1 蛋白質(zhì)含量

食品種類不同對(duì)小麥蛋白質(zhì)含量的要求也不同，蛋白質(zhì)含量高的小麥適合制作面包，蛋白質(zhì)含量低的小麥適合制作餅干和糕點(diǎn)。相同灌水定額不同灌溉模式下冬小麥蛋白質(zhì)含量分析表明：低灌溉定額下，純井水灌溉模式下的冬小麥蛋白質(zhì)含量最高，顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），較之分別提高17.4%和15.4%；中灌溉定額下，純井水灌溉模式下冬小麥蛋白質(zhì)含量顯著高于其他灌溉模式（<0.05），相比分別提升14.3%、23.6%和20.4%；高灌溉定額下，4種灌溉模式下的冬小麥蛋白質(zhì)含量均無明顯差異（>0.05）?？傮w上，井水有利于冬小麥蛋白質(zhì)含量的增加，純井水灌溉模式下的冬小麥蛋白質(zhì)含量相對(duì)較高；相同灌溉模式下灌溉定額對(duì)冬小麥蛋白質(zhì)含量影響均不明顯（>0.05）。可見，灌溉水質(zhì)對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響大于灌溉定額對(duì)其的影響。

2.2.2 容重

小麥容重能綜合反映籽粒形態(tài)、整齊度、胚乳質(zhì)地和含水量等指標(biāo)，其值越大，面粉質(zhì)量越好，出粉率越高。相同灌水定額不同灌溉模式冬小麥容重分析表明：低灌溉定額下，純井水灌溉模式下冬小麥容重顯著低于“井水+渠水+渠水”及純渠水灌溉模式（<0.05），相比分別降低2.6%、3.2%；而在中、高灌溉定額下，4種灌溉模式下的冬小麥容重差異均不顯著（>0.05）?？梢?，灌溉模式對(duì)低定額灌溉下的冬小麥容重影響較為明顯；低定額灌溉條件下，渠井灌水比例越大則越有利于冬小麥容重的提升。相同灌溉模式下不同灌溉定額下冬小麥容重分析表明：純井水灌溉模式下，低灌溉定額下的冬小麥容重顯著低于中、高灌溉定額（<0.05），相比降低3.0%、3.3%；“渠水+井水+井水”灌溉模式，低灌溉定額下的冬小麥容重顯著低于高灌溉定額（<0.05），相比降低2.8%；“井水+渠水+渠水”及純渠水灌溉模式下的3種灌溉定額冬小麥容重均差異不明顯（>0.05）?？梢?，渠井灌水比例越小，灌溉定額對(duì)冬小麥容重影響越大，即不同灌溉定額對(duì)純井灌、“渠水+井水+井水”灌溉模式影響較明顯。增加灌溉定額有利于增加冬小麥容重，各種灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥容重最大。

2.2.3 濕面筋

根據(jù)濕面筋含量將面粉分為高筋粉（濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)>30%）、中筋粉（濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)>25%～30%)、中低筋粉（濕面筋含量20%～25%）和低筋粉（濕面筋質(zhì)量分?jǐn)?shù)<20%）4等。不同食品對(duì)面筋含量的要求不同。面包需選用高筋面粉，餅干需選用低筋面粉，面條、饅頭等食品需選用中筋面粉。相同灌水定額不同灌溉模式下冬小麥濕面筋分析表明：低灌溉定額下，不同灌溉模式對(duì)冬小麥濕面筋影響不顯著（>0.05）。中灌溉定額下，純井水灌溉模式下的冬小麥濕面筋含量顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），相比提高74.7%。高灌溉定額下，純井水灌溉模式顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），相比分別提升20.6%和17.9%。相同灌溉模式不同灌溉定額下冬小麥濕面筋分析表明：純井水灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高，顯著高于低灌溉定額（<0.05），較之提升22.9%；“渠水+井水+井水”灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高；“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高，顯著高于中、低灌溉定額（<0.05），較之分別提升19.9%和23.9%；純渠水灌溉模式下，高灌溉定額下冬小麥濕面筋最高，顯著高于低灌溉定額（<0.05），較之提升21.8%。綜上，純井水灌溉模式和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的冬小麥屬于中低筋粉，“井水+渠水+渠水”灌溉模式和純渠水灌溉模式下的冬小麥屬于低筋粉（高定額除外）?？梢姡喔雀欣谔嵘←湞衩娼?；不同灌溉模式下隨灌溉定額的增加，濕面筋量增大。

2.2.4 穩(wěn)定時(shí)間

面粉穩(wěn)定時(shí)間與面粉的適用性密切相關(guān)，面包等發(fā)酵食品要求穩(wěn)定時(shí)間8 min以上，饅頭、面條類食品要求穩(wěn)定時(shí)間3～5 min，糕點(diǎn)食品要求穩(wěn)定時(shí)間小于2.5 min。相同灌水定額不同灌溉模式下冬小麥穩(wěn)定時(shí)間分析表明：低灌溉定額下，純渠水灌溉下的冬小麥穩(wěn)定時(shí)間最短；中灌溉定額下，純井水灌溉下的冬小麥穩(wěn)定時(shí)間最長，顯著高于其他3種灌溉模式（<0.05）。高灌溉定額下，純井水灌溉下的冬小麥穩(wěn)定時(shí)間最長，顯著高于純渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05）。相同灌溉模式不同灌水定額下冬小麥穩(wěn)定時(shí)間分析表明：純井水灌溉模式下，低灌溉定額下冬小麥穩(wěn)定時(shí)間顯著低于中、高灌溉定額（<0.05），分別較之縮短了48.4%、45.9%；“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”和純渠水灌溉模式下，3種灌溉定額冬小麥穩(wěn)定時(shí)間均無明顯差異（>0.05）。綜合分析，不同灌溉模式下，冬小麥穩(wěn)定時(shí)間均隨灌溉定額的增加而增大；冬小麥穩(wěn)定時(shí)間隨渠井灌水比例的增加呈降低趨勢(shì)，純井水灌溉下冬小麥穩(wěn)定時(shí)間最長，灌溉定額對(duì)其影響最大。純井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的小麥適合制作饅頭、面條類食品，井水+渠水+渠水灌溉模式和純渠水灌溉模式的小麥適合制作糕點(diǎn)食品。

2.2.5 弱化度

弱化度可反映面團(tuán)在攪拌過程中的破壞速率，也代表面筋強(qiáng)度。弱化度越大，面筋越弱，面團(tuán)越易流變。相同灌水定額不同灌溉模式冬小麥弱化度分析表明：低灌溉定額下，純渠水灌溉模式下的冬小麥弱化度顯著高于其他3種灌溉模式（<0.05），分別較純井水、“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”灌溉模式提高了33.7%、20.9%和54.9%；中灌溉定額下，純井水灌溉下冬小麥弱化度顯著低于其他3種灌溉模式（<0.05），分別較“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”、純渠水灌溉模式降低了41.8%、46.6%和38.5%，其中“井水+渠水+渠水”灌溉模式下弱化度最高，但與“渠水+井水+井水”和純渠水灌溉模式差異不明顯（>0.05）；高灌溉定額下，“井水+渠水+渠水”、純渠水灌溉下的冬小麥弱化度顯著高于純井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式（<0.05）。相同灌溉模式不同灌水定額冬小麥弱化度分析結(jié)果表明：純井灌模式下，低灌溉定額下弱化度最高，顯著高于中灌溉定額（<0.05），較之提升42.8%；“渠水+井水+井水”灌溉模式下，中灌溉定額下弱化度最高，顯著高于高灌溉定額（<0.05），較之提升21.1%；“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，低灌溉定額下冬小麥弱化度顯著低于中、高定額灌溉（<0.05），分別較之降低34.4%和32.8%；純渠水灌溉模式下，3種灌溉定額無明顯差異（>0.05）。綜合分析，冬小麥弱化度隨渠井灌水比例的增大有增加的趨勢(shì)。

2.3 不同灌溉模式和灌水定額下冬小麥根層土壤鹽分逐年累積效應(yīng)

2013－2016年不同灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分累積增量見圖3。相同灌溉定額不同灌溉模式對(duì)比分析表明：低灌溉定額下，2013年冬小麥根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈逐漸降低趨勢(shì)；2014－2016年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趨勢(shì)。中灌溉定額下，2013年冬小麥根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈逐漸降低趨勢(shì)；2014年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趨勢(shì)，而2015—2016年根層土壤鹽分增量均隨渠井灌水比例的增加呈遞減趨勢(shì)。高灌溉定額下，2013年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趨勢(shì)，原因可能是2013年降雨量較小，蒸發(fā)蒸騰量較大。2014—2015年根層土壤鹽分增量隨渠井灌水比例的增加呈逐漸降低趨勢(shì)。綜合分析，純井水灌溉和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的冬小麥根層土壤鹽分增量較大，而純渠水灌溉及“井水+渠水+渠水”灌溉模式下的冬小麥根層土壤鹽分增量相對(duì)較??；其中2014年純渠水灌溉模式下根層土壤鹽分累積增量均低于其他灌溉模式，且在較高灌溉定額下，“井水+渠水+渠水”和純渠水灌溉模式下根層土壤鹽分累積增量均遠(yuǎn)低于純井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式，2015年純渠水灌溉模式下根層土壤鹽分增量最低。

圖3 2013－2016年不同灌溉處理下土壤0～100 cm土壤鹽分增量

相同灌溉模式不同灌水定額對(duì)比分析表明：純井水灌溉模式下，不同灌水定額下冬小麥根層土壤鹽分增量在各年份間的變化規(guī)律不盡相同。2013年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞減趨勢(shì)，2014年鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞增趨勢(shì)，而2015－2016年鹽分增量隨灌溉定額的增加呈先升高后降低趨勢(shì)?！扒?井水+井水”灌溉模式下，2013年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞增趨勢(shì)，其中高定額灌溉下根層土壤鹽分增量最大；2014年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈先升高后降低趨勢(shì)，中定額灌溉下根層土壤鹽分增量最大，相比高、低定額分別增加9.7%和12.8%；2015年3種定額灌溉下根層土壤鹽分含量均有所下降，且鹽分減幅隨灌溉定額的增大而增大；2016年中定額灌溉下根層土壤鹽分增量最大，相比高、低定額分別提升116%和102%?！熬?渠水+渠水”灌溉模式下，2014年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞減趨勢(shì)；2015年根層土壤鹽分含量均有所下降，其中低定額灌溉下鹽分降幅最大，隨著灌溉定額的提高，鹽分降幅逐漸降低，2016年根層土壤鹽分增量隨灌溉定額的增加呈遞減趨勢(shì)。純渠水灌溉模式下，2013年高定額灌溉下根層土壤鹽分含量有所下降，而中、低定額灌溉下鹽分存在一定累積；2014年低定額灌溉下鹽分含量有所降低，而中、高定額灌溉下鹽分累積增幅相當(dāng)；2015年3種定額灌溉下根層土壤鹽分含量均大幅度降低，且隨著灌溉定額的提高，鹽分減幅呈遞減趨勢(shì)；至2016年，3種定額灌溉下根層土壤鹽分含量又表現(xiàn)為輕度回升，中定額灌溉下鹽分增量最小。

總之，連續(xù)4 a灌溉后冬小麥根層土壤鹽分有小幅增加趨勢(shì)，其中純渠水灌溉模式（D）下冬小麥根層土壤鹽分增量最小，其次是“井水+渠水+渠水”灌溉模式（C），純井水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最大（A）。相對(duì)而言，高定額灌溉模式下鹽分累積較小。因此，在地表水資源相對(duì)充足的地區(qū)可選擇高定額純渠水灌溉模式，地表水資源相對(duì)不充足的地區(qū)，可選擇高定額井水+渠水+渠水灌溉模式，而在水資源緊缺地區(qū)，可選擇中定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

3 討 論

充足的土壤水分條件是灌區(qū)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的基礎(chǔ)。在一定范圍內(nèi)，冬小麥產(chǎn)量與灌水量呈正相關(guān)[10-11]；但灌水過度則易導(dǎo)致冬小麥產(chǎn)量顯著下降[12]，過度的水分虧缺同樣會(huì)嚴(yán)重抑制冬小麥生長，致使其產(chǎn)量降低[13]。本研究結(jié)果表明，灌溉定額對(duì)純渠水灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量的影響較純井水灌溉模式大，高灌溉定額下的冬小麥產(chǎn)量顯著高于低灌溉定額，原因可能是渠水當(dāng)中氮、磷等營養(yǎng)物質(zhì)含量遠(yuǎn)高于井水，不同渠灌灌水量輸入土壤中的營養(yǎng)物質(zhì)含量差異較大，因而對(duì)冬小麥產(chǎn)量影響差異明顯。以往研究表明，相同灌溉定額條件下，純渠水灌溉下冬小麥產(chǎn)量高于純井水灌溉及渠井結(jié)合灌溉[3]。本研究結(jié)果表明，低灌水定額下，渠井灌溉模式對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響不明顯；隨著灌溉定額的提高，不同渠井灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量差異性逐漸增大，其中純渠水灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量最大，與以往研究結(jié)果相似。一方面，渠水相比井水富含多種營養(yǎng)成分，更有利于促進(jìn)冬小麥增產(chǎn)；另一方面，與井水相比，渠水溫度更接近于冬小麥根系層溫度，可提供更適宜冬小麥根系生長的溫度和養(yǎng)分條件。此外，長期井水灌溉易造成土壤積鹽，對(duì)土壤微生物量、有機(jī)質(zhì)等土壤生化指標(biāo)均存在一定的負(fù)面影響，不利于作物生長[14-16]。高定額純渠水灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量最大；因此，在地表水量相對(duì)充足且以產(chǎn)量最大化為目標(biāo)的情況下，可選取高定額純渠水灌溉模式。

灌溉水質(zhì)、灌水量及灌水時(shí)間等因素對(duì)冬小麥品質(zhì)的影響錯(cuò)綜復(fù)雜，土壤水分條件不僅制約冬小麥產(chǎn)量，同時(shí)也會(huì)影響土壤中的養(yǎng)分釋放，進(jìn)而影響冬小麥品質(zhì)。研究表明，井礦水灌溉一定程度上不利于冬小麥產(chǎn)量的提升，但對(duì)小麥品質(zhì)的負(fù)面影響較小甚至可改善其品質(zhì)[17]。本研究中，井水灌溉更有利于提升冬小麥蛋白質(zhì)與濕面筋含量，純井水灌溉模式下的小麥蛋白質(zhì)與濕面筋含量最高，穩(wěn)定時(shí)間最長，其次為“渠水+井水+井水”灌溉模式。以往研究表明，土壤中絕大部分鹽分離子與小麥籽粒蛋白質(zhì)含量之間呈正相關(guān)；灌溉水及土壤中的鹽分離子濃度越高，越有利于促進(jìn)小麥籽粒蛋白質(zhì)含量的提升[18]。此外，小麥蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量、穩(wěn)定時(shí)間三者間均具有顯著正相關(guān)性[19-21]。與渠水相比，井水中的鹽分離子濃度更高，因而更有利于提升冬小麥籽粒中蛋白質(zhì)和濕面筋含量，延長其穩(wěn)定時(shí)間。冬小麥產(chǎn)量和品質(zhì)是基因與外界環(huán)境因素互作下的綜合體現(xiàn)，只有將二者有機(jī)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)糧食優(yōu)質(zhì)與高產(chǎn)相統(tǒng)一。綜合分析不同灌溉處理下的冬小麥產(chǎn)量與品質(zhì)特征，在地表水資源相對(duì)充足且追求產(chǎn)量最大化的情況下，可選擇中或高定額純渠水灌溉模式；在地表水資源不充足的情況下，可選擇中、高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式；此2種情況下的冬小麥生產(chǎn)用途應(yīng)主要集中于制作餅干、糕點(diǎn)等農(nóng)副產(chǎn)品。在地表水資源緊缺且不追求產(chǎn)量最大化的情況下，可選擇中定額純井水或“渠水+井水+井水”灌溉模式，該種情況下的冬小麥生產(chǎn)用途應(yīng)主要集中于制作饅頭、面條等傳統(tǒng)主食類產(chǎn)品。

微咸水灌溉會(huì)導(dǎo)致土壤積鹽及作物減產(chǎn)，而咸水與淡水交替組合灌溉效果較為理想[22-23]；咸、淡水組合灌溉下土壤鹽分累積量與淡水灌溉相比差異較小，顯著低于純咸水灌溉[24]；在地下水礦化度穩(wěn)定的條件下，不同咸、淡水組合灌溉模式下土壤鹽分含量由大到小分別為淡淡咸、淡咸淡、咸淡淡[25]。本研究中冬小麥根層土壤鹽分累積增量隨渠井灌水比例的增加而降低，原因可能是渠井灌水比例高的灌溉模式，尤其是在高定額灌溉下，渠水灌溉對(duì)冬小麥根層土壤鹽分的淋洗效果明顯，根層土壤鹽分隨水而下[26]，導(dǎo)致純渠水高定額灌溉下土壤鹽分累積較小。土壤鹽分長期累積效應(yīng)的影響因素較復(fù)雜，灌溉水礦化度[27]、灌溉制度[28-29]、土壤耕作方式[30-31]及土壤結(jié)構(gòu)空間異質(zhì)性[32]等多重因素均會(huì)在不同程度上影響土壤積鹽規(guī)律，在不同因素交互作用下，土壤鹽分累積特征差異較大[33]。

4 結(jié) 論

1）灌溉定額對(duì)純渠水灌溉模式下冬小麥產(chǎn)量的影響較純井水灌溉模式大。高定額純渠水灌溉模式下的冬小麥產(chǎn)量最大。

2）增大灌溉定額有利于冬小麥容重、濕面筋和穩(wěn)定時(shí)間的增加，而對(duì)蛋白質(zhì)含量的影響不明顯。井水有利于蛋白質(zhì)含量、濕面筋和穩(wěn)定時(shí)間的增加，有利于弱化度的降低。在地表水資源相對(duì)充足的情況下，可選擇高定額純渠水灌溉模式；在地表水資源不充足的情況下，可選擇中、高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式；此2種情況下的冬小麥生產(chǎn)用途主要用于制作餅干、糕點(diǎn)等農(nóng)副產(chǎn)品。在地表水資源緊缺的情況下，可選擇中定額純井水或“渠水+井水+井水”灌溉模式，該種情況下的冬小麥生產(chǎn)用途應(yīng)主要用于制作饅頭、面條等傳統(tǒng)主食類產(chǎn)品。

3）2013－2016年鹽分累積情況，冬小麥根層土壤鹽分有小幅增加趨勢(shì)，其中純渠水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最小，其次是“井水+渠水+渠水”灌溉模式，純井水灌溉模式下冬小麥根層土壤鹽分增量最大。從冬小麥根層土壤鹽分調(diào)控的角度出發(fā)，在地表水資源相對(duì)充足的地區(qū)可選擇高定額純渠水灌溉模式，地表水資源不充足的地區(qū)，可選擇高定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式，而在水資源緊缺地區(qū)，可選擇中定額“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

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Optimization of well-canal irrigation mode considering salt accumulation and winter wheat yield and quality

Qiao Dongmei, Han Yang, Qi Xuebin※, Huang Zhongdong, Li Ping, Liang Zhijie

(1.,,453002,; 2.,,453002,; 3.,453002,)

Huang-Huai-Hai Plain is one of the most important agricultural development zones in China. A large number of saline water resources in shallow underground layer are important available resources for agricultural production. It is of great practical significance for the sustainable development of agriculture in Huang-Huai-Hai region to study the efficient irrigation mode of well-canal irrigation area. In order to explore the suitable irrigation mode of surface water and groundwater in well-canal irrigation area, the effects of different irrigation proportion (0, 33%, 67%, 100%) and different irrigation quota (600, 900, 1 200 m3/hm2) on the winter wheat yield, quality and dynamic change characteristics of salinity in root soil of winter wheat from 2013 to 2016 were studied on the scale of field plots. The results showed that: 1) The effect of different irrigation quotas on winter wheat yield under pure channel irrigation mode was greater than that under pure well water irrigation mode. Winter wheat yield under high quota pure channel irrigation (The irrigation quota was 1 200 m3/hm2and the proportion of canal and well irrigation was 100%) was the highest, the yield of winter wheat under this irrigation treatment was 9 195 kg/hm2. 2) Higher irrigation quota was beneficial to the increase of bulk density, wet gluten and stable time of winter wheat, but had no obvious effect on protein content. Well water was beneficial to the increase of protein content, wet gluten and stabilization time, and to the decrease of weakening degree. In the case of relatively sufficient surface water resources and the pursuit of maximum yield, high-quota pure channel irrigation mode was suggested; in the case of insufficient surface water resources, medium-quota and high-quota “well water, canal water, canal water” irrigation mode was to be selected; In these 2 cases, winter wheat mainly was well to make biscuits, pastries and the other agricultural by-products. In the case of shortage of surface water resources and no pursuit of maximum yield, medium-quota pure well water or “canal water, well water, well water” irrigation mode was to be selected. In this case, the production of winter wheat should mainly make steamed bread, noodles and the other traditional staple food products. 3) The soil salinity of winter wheat root layer increased slightly after 4 years of irrigation. The soil salinity increment of winter wheat root layer under pure channel water irrigation mode was the smallest, followed by irrigation mode “well water, channel water, channel water”, and the soil salinity increment of winter wheat root layer under pure well water irrigation mode was the largest. For those areas with relatively sufficient surface water aiming at maximizing yield, high quota pure channel irrigation mode could be selected. In areas with insufficient surface water resources, the irrigation mode “high quota well water, canal water, canal water” could be selected. In the area of water shortage, the irrigation mode of well water + canal water + canal water with medium quota can be selected. It is of great practical significance for the sustainable development of agriculture in Huang-Huai-Hai region to carry out well-canal combined irrigation area food security production and efficient irrigation mode based on soil environmental security.

irrigation; groundwater; salinity; winter wheat; percentage of channel and well water; yield; quality

喬冬梅，韓 洋，齊學(xué)斌，黃仲冬，李 平，梁志杰. 考慮鹽分累積及冬小麥產(chǎn)量品質(zhì)的井渠結(jié)合灌溉模式優(yōu)選[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2019，35(18)：78－85.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010 http://www.tcsae.org

Qiao Dongmei, Han Yang, Qi Xuebin, Huang Zhongdong, Li Ping, Liang Zhijie. Optimization of well-canal irrigation mode considering salt accumulation and winter wheat yield and quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(18): 78－85. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010 http://www.tcsae.org

2019-06-06

2019-08-10

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（51879268）；“十二五”公益性行業(yè)（農(nóng)業(yè)）科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)項(xiàng)目（201203077）；中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)（FIRI2016-11）

喬冬梅，博士，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)水資源與水環(huán)境研究。Email：qiaodongmei78@163.com

齊學(xué)斌，研究員，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樗Y源與水環(huán)境。Email：qxb6301@yahoo.com.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010

S274; S153.5

A

1002-6819(2019)-18-0078-08