不同矿化度微咸水灌溉冬小麦对下季作物产量和周年土壤盐分平衡的影响

冬小麦夏玉米一年两熟是环渤海低平原主要粮食作物种植模式,该区淡水资源匮乏,但浅层微咸水相对丰富,在降水较少的冬小麦生长季,适当利用微咸水代替淡水灌溉对维持冬小麦稳产高产有重要作用。冬小麦季实施微咸水灌溉后土壤盐分累积如何影响下季作物夏玉米生长以及对土壤周年盐分平衡影响,是微咸水能否长期安全利用的关键。为探究上述问题,于2015—2019年连续4年在环渤海低平原中国科学院南皮生态农业试验站进行冬小麦季不同矿化度微咸水灌溉定点试验,共设置含盐量为1 g·L~(-1)淡水(F)、3 g·L~(-1)微咸水(S3)、4 g·L~(-1)微咸水(S4)、5 g·L~(-1)微咸水(S5) 4个梯度,在拔节期灌水1次,灌水量均为70 mm;另以生育期不灌水作为对照(旱作, CK)。结果表明,不同矿化度微咸水灌溉处理间冬小麦产量没有显著差异,但平均比CK显著增产31.6%。同时,冬小麦生长季微咸水灌溉均增加了收获时1 m以上土层的含盐量,并随灌溉水含盐量增加而增加;对1 m以下土层含盐量影响不明显。夏玉米播种时灌溉70 mm淡水不仅解决了土壤墒情不足问题,并可使0～20 cm土层盐分控制在1 g·kg~(-1)以下,保证夏玉米出苗和群体建立,对夏玉米产量没有显著影响。经过夏季降雨的淋洗, S3、S4和S5处理0～40cm土层含盐量降低幅度超过30%,深层土壤含盐量变化不明显,1m以上土层可以实现周年盐分平衡。本研究表明冬小麦-夏玉米一年两季种植,冬小麦耐盐能力较强的特征使其生育期可以通过不大于5g·L~(-1)的微咸水灌溉维持稳产,在保证夏玉米出苗水进行灌溉的条件下,夏玉米季通过雨季降水淋盐维持0～1m主要根层土壤不发生明显积盐过程,可实现长期微咸水灌溉下土壤和作物安全。     

微咸水灌溉对土壤盐分和作物产量影响研究

黄淮海平原部分地区分布着相当大面积矿化度在2～5g/L之间的浅层微咸水,有很大开发利用潜力。如何对其进行安全有效地开发利用是目前急需研究的重要课题。通过微区定位试验,研究了鲁西北低平原地区小麦玉米两熟制下微咸水灌溉对土壤盐分与作物产量的影响以及麦秸覆盖对微咸水灌溉土壤盐分的调控作用。结果表明,麦季利用3～5g/L矿化度的微咸水补充灌溉,两年后没有发生积盐现象,微咸水灌溉带入土体的盐分通过咸淡水轮灌和雨季自然淋洗,1m土体总盐量达到周年平衡。麦秸覆盖能够改善盐分在土体中的垂直分布,使土壤根系分布密集层保持较低盐分水平,缓解盐分对作物的危害,并有显著的增产效果。两年试验结果表明,与淡水灌溉比较,微咸水灌溉配合麦秸覆盖对作物年产量无显著差异,而不配以覆盖则导致减产。     

秸秆还田对微咸水补灌的土壤盐分抑制及作物产量的影响

通过田间小区试验,研究了鲁北低平原地区小麦、玉米两熟制下微咸水补灌对土壤盐分与作物产量的影响以及玉米秸秆还田对微咸水灌溉土壤盐分的调控作用.结果表明:麦季利用2 ～4 g/L矿化度的微咸水补灌1～2次,秸秆还田的小区没有发生明显积盐现象,对粮食产量基本无影响.用4 g/L矿化度的微咸水连续补灌2次,没有秸秆还田的小区土壤耕层明显积盐,对小麦生长产生明显危害并影响产量.秸秆还田后的土壤耕层结构疏松,容重降低,非毛管孔隙度显著增加,能有效抑制土壤盐分表聚,使作物主要根系活动层保持较低盐分水平而不影响作物正常生长.利用咸淡水轮灌压盐、秸秆还田抑盐、雨季降水淋盐综合措施,能使土壤盐分保持周年平衡,保证了微咸水补灌的安全高效.     

微咸水非充分灌溉对冬小麦生长发育及夏玉米产量的影响

为实现微咸水替代淡水, 缓解环渤海地区淡水资源紧缺的目的, 采用桶栽和大田试验相结合的方法,研究了不同矿化度咸水非充分灌溉对冬小麦产量、产量构成、生理指标及其后茬玉米产量的影响。桶栽试验表明, 小麦产量灌2 水>灌1 水>旱作, 产量差异主要由千粒重变化引起;两种灌水处理中灌水的矿化度对产量无明显影响。大田冬小麦试验设越冬后不灌水(A0), 越冬后拔节期灌淡水(A1)、2 g·L^-1 微咸水(A2)和4 g·L^-1 微咸水(A3)4 个处理。结果表明, 微咸水灌溉降低了小麦离体叶片的失水速率, 提高了小麦的比叶重;微咸水灌溉引起了小麦千粒重降低, 但对穗粒数和穗数无显著影响;不同处理小麦产量为A2>A3>A1>A0。微咸水灌溉增加了0~40 cm 土壤含盐量; 随着灌溉水矿化度的增加, 土壤含盐量呈增加趋势, 且主要增加了0~40 cm 土层的K⁺+Na⁺含量。虽然后茬玉米季未进行微咸水灌溉, 但土壤积累的盐分对玉米形成了减产效应, A2 和A3 处理的玉米产量比A1 分别降低11.8%和18.8%, A3 比A2 处理的玉米减产8.0%;全年产量为A2>A1>A3>A0。因此, 在冬小麦-夏玉米一年两熟种植区, 利用2 g·L^-1 及以下的微咸水灌溉小麦, 对全年产量无显著影响。     

微咸水灌溉对土壤盐分和作物产量的影响研究

为探讨微咸水灌溉利用模式,在天津市静海县进行了微咸水灌溉试验,研究了微咸水灌溉对土壤盐分动态与作物产量的影响.结果表明,微咸水灌溉下,施用改良剂能提高土壤渗透性,降低土壤pH值和土壤电导率(EC),降低了土壤含盐量,同时在试验周期0 60 cm的土层内未出现积盐现象.此外,微咸水灌溉时,施用改良剂可显著增加小麦穗数和玉米穗粒数,提高作物产量.采用3.7 g/L微咸水灌溉配合施用改良剂是该地区适宜的微咸水灌溉模式.     

地下水作用下微咸水灌溉对土壤及作物的影响

随着微咸水灌溉面积逐年增加,不合理的灌溉对土壤环境造成了不同程度的污染。该文采用大型蒸渗仪研究不同地下水埋深条件下微咸水灌溉夏玉米对土壤-作物系统环境因子的影响。研究结果表明：在地下水水位低于3 m地区进行微咸水灌溉,0～100 cm的土层内不会形成严重的积盐现象。当灌水水质为4 g/L时,灌水水质对土壤盐分环境的影响大于地下水埋深对其的影响。地下水埋深越深,夏玉米叶面积指数、株高及产量越小,且随灌溉水盐分水平的增加而减小,地下水埋深对夏玉米形态指标的影响大于盐分水平对其的影响。     

水分调控降低盐分对夏玉米的影响

环渤海低平原冬小麦夏玉米一年两作种植系统中,冬小麦季微咸水灌溉造成土壤含盐量增加,影响下茬玉米正常出苗。通过水分调控消减根层土壤盐分是有效可行的途径,并利于冬小麦夏玉米一年两作的微咸水安全利用。该研究通过盆栽与田间试验相结合的方法,研究玉米出苗对土壤水盐阈值的响应以及玉米播后灌水对出苗、生长、根层水盐和产量的影响。盆栽试验结果表明:1)玉米在低土壤盐分含量(全盐含量0.8g·kg–1)下,60%田间持水量即可达到正常出苗;2)在高土壤盐分含量(全盐含量3.5 g·kg–1)下,出苗时间延长,出苗率降低;3)土壤盐分对出苗的影响,随着土壤含水量降低而越趋严重。因此在较高的盐分条件下,维持出苗期间一定土壤含水量,更利于缓解土壤盐分对玉米出苗的影响。大田试验中灌溉水盐分梯度为淡水(对照)、3g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1。田间试验结果表明:1)随着灌溉水盐分浓度增加冬小麦收获时0~20 cm土壤盐分含量明显增加;2)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1灌溉冬小麦,收获期0~20 cm土壤盐分含量分别为1.0 g·kg–1、1.3g·kg–1、1.6 g·kg–1、2.0 g·kg–1;3)夏玉米播种后立即灌溉一次75 mm淡水,玉米出苗期耕层土壤含水量维持在田间持水量的70%以上,土壤含盐量下降到1.0 g·kg–1左右,夏玉米生长进程和产量不受影响。2年(2015年和2016年)淡水、3 g·L–1、4 g·L–1和5 g·L–1微咸水拔节期灌溉冬小麦,下茬夏玉米产量分别为9 510.4 kg·hm–2、9 913.6 kg·hm–2、9 910.6 kg·hm–2、9 986.0 kg·hm–2和9 621.8 kg·hm–2、9 455.3 kg·hm–2、9 460.2 kg·hm–2、9 221.4kg·hm–2,产量差异不显著。考虑该地区降水的时间分布,与玉米生长同期的充足夏季降水的淋洗作用,微咸水灌溉小麦的积盐可得到很好淋洗。因此,该地区在冬小麦生长季实施不超过5 g·L–1微咸水灌溉,利用冬小麦夏玉米关键生育期水分调控,可消减微咸水灌溉土壤盐分积累对玉米出苗影响,结合夏玉米出苗水管理和雨季淋盐,实现周年稳产和水盐平衡,根层土壤不积盐。     

微咸水造墒对油葵生长及土壤盐分分布的影响

为了研究微咸水造墒对油葵生长及土壤盐分分布状况的影响,采用盆栽试验与田间小区试验相结合的方式,将底墒水矿化度划分为5个级别,分别为淡水（＜2 g/L）、3、4、5、6 g/L。结果表明：不同矿化度的微咸水造墒对油葵的出苗率及出苗时间有着不同程度的抑制作用;当底墒水矿化度相同时,与盆栽相比较,小区各处理的出苗率较低,出苗时间较长;利用3 g/L的微咸水造墒对油葵的生长非但不会造成抑制,反而还有一定的促进作用,使其株高、叶面积指数、根冠比等参数均大于淡水处理;3 g/L处理盘粒数、百粒重均超过淡水处理,空壳率降低19.7%,增产8.1%,4 、5、6 g/L处理与淡水处理相比分别减产7.0%、14.8%、23.9%;生育期结束时,淡水及各微咸水处理0～20 cm土层土壤平均含盐量均达到底墒水前的初始值附近,无显著的脱盐与积盐现象;20～40 cm及40～120 cm土层土壤均处于不同程度的积盐状态,随着底墒水矿化度的增大,积盐程度逐渐增大,且土层越深积盐量越大。     

微咸水非充分灌溉对土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为了实现高效用水,缓解北方地区水资源紧缺的状况,根据河北省中科院南皮生态农业试验站2003－2005年的冬小麦微咸水非充分灌溉田间试验资料,研究了微咸水非充分灌溉对土壤含盐量、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响。结果表明,从拔节前到麦收后的冬小麦主根区土壤含盐量随着生育期的发展呈明显升高趋势;随着缺水阶段的后移,0～100 cm深度土壤积盐程度逐渐增大;穗粒数对缺拔节水敏感程度最高,缺抽穗水对单位面积穗数的影响最大,缺灌浆水对千粒重的负效应最大;总的来说产量随着缺水阶段的后移,水分胁迫的负效应逐渐减小,水分利用效率随着缺水阶段的后移有所提高,微咸水非充分灌溉的灌水优先顺序应为拔节水、抽穗水和灌浆水。该研究为黄淮海地区冬小麦在微咸水非充分灌溉下的适宜灌溉次数和灌溉水量的确定提供了科学依据,有利于合理开发利用当地微咸水资源。     

微咸水灌溉对土壤水盐分布及冬小麦生长的影响

水资源短缺成为制约黄河三角洲地区社会经济发展的主要瓶颈和突出问题,合理开发利用该区的地下微咸水资源,利用微咸水进行农田灌溉已成为缓解该区域水资源短缺的重要策略之一。以黄河三角洲盐渍化典型地区为例,通过野外田间灌溉试验探讨了微咸水对土壤水盐分布特征及冬小麦生长、产量、光合作用特性的影响,并提出了土壤水盐调控措施。结果表明:(1)冬小麦生长期微咸水灌溉(淡水-微咸水-微咸水组合灌溉)增加了试验田土壤的含盐量,特别是表层0—20cm增加量达0.9g/kg;随后的雨季降水使土壤盐分得到淋洗进而避免盐分过多积累,至下一季冬小麦播种前0—20cm土壤盐分增加量减至0.12g/kg;(2)受微咸水灌溉的影响,冬小麦灌浆期的蒸腾速率显著下降(p0.05),但光合速率和气孔导度等差异不显著(p0.05);(3)微咸水灌溉和淡水灌溉的冬小麦产量分别为9 767,10 455kg/hm~2,微咸水灌溉下冬小麦略有减产,但无显著性差异(p0.05),千粒重均为44.9g,2种灌溉条件下冬小麦生长期的叶面积指数和叶绿素含量差异不显著(p0.05)。在当地淡水资源短缺的情况下,可以考虑使用3g/L的微咸水与淡水进行合理的组合灌溉,节约淡水资源,具有较好的社会经济效益,但从微咸水长期安全使用和土壤可持续利用来讲,需要采取一定的水盐调控措施并长期监测土壤盐分动态。     

微咸水灌溉对冬小麦叶片抗干热风能力的影响

干热风是华北地区冬小麦生产的主要气象灾害之一,同时该区农业用水资源严重短缺,为缓解灌溉水资源不足,华北地区开展了微咸水灌溉应用技术,而微咸水灌溉对冬小麦抗干热风能力的影响尚无定论。为此,在中国科学院禹城综合试验站设置1 g·L–1(淡水对照)、3 g·L–1和5 g·L–1 3个矿化度微咸水在返青—拔节期和开花—灌浆期分别对冬小麦进行灌溉处理,在灌浆期进行干热风模拟试验,观测冬小麦叶片光合速率、蒸腾速率、气孔导度等生理参数。综合4年(2016—2019年)4次试验结果,发现:1)与1 g·L–1矿化度微咸水灌溉相比, 3 g·L–1和5 g·L–1矿化度微咸水灌溉可以显著降低冬小麦叶片光合速率32.2%和59.3%、蒸腾速率29.2%和51.9%、气孔导度30.7%和54.8%。2)干热风可以显著降低叶片光合速率35.4%～86.6%、蒸腾速率35.6%～67.5%、气孔导度36.4%～69.4%。3)在1 g·L–1、3 g·L–1和5 g·L–1矿化度微咸水灌溉下,叶片光合速率干热风胁迫指数4年均值分别为0.55、0.45和0.74;叶片标准化蒸腾速率(蒸腾速率/水汽压饱和差)热风胁迫指数4年均值分别为0.54、0.26和0.41;气孔导度干热风胁迫指数4年均值分别为0.56、0.28和0.43。这些结果表明:1)微咸水灌溉的生理胁迫作用与干热风的生理胁迫作用对叶片光合蒸腾和气孔行为产生的影响具有相似性;2)3g·L–1矿化度微咸水灌溉比淡水提高了叶片对干热风的生理适应能力,证明适量微咸水灌溉可以提高冬小麦叶片适应干热风的能力。     

再生水灌溉对冬小麦和夏玉米产量及品质的影响

食作物是利用再生水灌溉的主要农作物之一,产量和品质是决定其再生水灌溉可行性的重要因素,该文系统研究了再生水灌溉对典型粮食作物——冬小麦、夏玉米产量与品质的影响规律,为粮食作物再生水安全灌溉提供科技支撑。通过田间试验得出：再生水灌溉处理与清水处理相比,冬小麦和夏玉米平均增产6.49%和5.42%,再生水灌溉对冬小麦和夏玉米产量没有显著影响（α＝0.05）;再生水灌溉对冬小麦和夏玉米籽粒中的粗蛋白、可溶性总糖、粗灰分、粗淀粉和还原型Vc含量等主要品质指标无显著性影响（α＝0.05）;再生水灌溉处理的冬小麦籽粒中全氮质量分数平均增加10.2%、夏玉米籽粒中全氮、全磷质量分数平均增加10.40%和16.40%,冬小麦籽粒中全磷、全钾含量和夏玉米籽粒中的全钾含量没有明显变化。该研究成果对于推动再生水灌溉利用具有积极意义。     

微咸水混灌对土壤理化性质及冬小麦产量的影响

根据中科院南皮生态农业试验站2002～2005年的冬小麦微咸水混灌田间试验资料,以淡水为对照研究了矿化度分别为3、4、5 g/L的微咸水混灌对土壤积盐率、土壤饱和浸提液钠吸附比（SAR）、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响,从而确定适宜的灌溉水矿化度上限。结果表明,微咸水灌溉后土壤积盐程度与灌溉水矿化度呈正相关;微咸水灌溉会使土壤饱和浸提液的SAR升高,且影响深度因灌溉水矿化度而异。通过对冬小麦产量和产量构成因素的分析可得,在非偏旱年利用微咸水灌溉的矿化度不宜超过3 g/L,偏旱年不宜采用微咸水进行灌溉,或灌溉后应采取措施缓解盐分胁迫,水分利用效率与灌溉水矿化度呈负相关,综合各种因素可以认为3 g/L是当地微咸水灌溉的矿化度的上限。     

西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型

为了定量计算微咸水膜下滴灌对土壤水盐和西葫芦产量的影响,根据微咸水膜下滴灌土壤水盐运移特点和西葫芦生长试验,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移模型和水盐生产函数,并将二者联立,建立了西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐运移对产量影响的预测模型。利用西葫芦微咸水膜下滴灌水盐试验数据对模型进行验证,结果表明模型计算的西葫芦微咸水膜下滴灌土壤含水率和土壤含盐量与实测土壤含水率和土壤含盐量的变化趋势一致,模型计算土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的均方根误差分别为0.049 cm~3/cm~3、0.065 g/kg和3.83 t/hm~2,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均相对误差分别为5.17%、7.42%和5.84%,土壤含水率、土壤含盐量和西葫芦产量的平均绝对误差分别为0.047 cm~3/cm~3、0.062 g/kg和3.95 t/hm~2。所建的模型具有较高的模拟精度,可用于模拟西葫芦微咸水膜下滴灌土壤水盐动态和西葫芦产量。     

华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因分析

秸秆覆盖是减少农田棵间蒸发和提高水分利用效率的措施之一。冬小麦/夏玉米一年两作种植中, 秸秆资源非常丰富, 随着机械化作业的发展, 小麦秸秆覆盖夏玉米技术在同类地区得到成功应用和推广。但夏玉米秸秆覆盖冬小麦后对冬小麦的生长发育产生了一些不利影响, 造成了冬小麦不增产或减产, 限制了该项技术的推广。秸秆覆盖造成冬小麦穗数的降低是冬小麦产量降低的主要原因, 其次是千粒重的降低。大部分研究表明秸秆覆盖小麦地表后, 使根区土壤温度白天最高温度低于不覆盖处理, 夜间的最低温度高于不覆盖处理, 土壤温度的日较差减小。秸秆覆盖下根区温度的变化可能是引起小麦生长发育滞后和产量降低的主导因素。本文综述了华北平原秸秆覆盖冬小麦减产原因, 为实现两熟区冬小麦秸秆覆盖提供理论依据。     

冬小麦灌溉制度对土壤贮水利用的影响

足墒条件下冬小麦播种时200cm土体总贮水量为619.6mm,有效贮水量为329.5mm。冬小麦播种～拔节期主要消耗0～100cm土层内土壤有效贮水;由于有效贮水能满足作物需水,因此拔节期不出现土壤水分亏缺。拔节～开花期对照(CK)耗水深度为200cm土层,起身期灌1水(Ⅰ-1)处理为160cm,其他处理为130cm;至开花期CK和Ⅰ-1处理0～60cm土层内已呈现一定程度的水分亏缺。开花～成熟期各处理200cm 土体内土壤有效水含量均呈不同程度下降,但主要供水层为0～130cm土层;冬小麦成熟期除春后起身～孕穗～灌浆期(Ⅲ-1)、拔节～开花～灌浆期(Ⅲ-2)灌3水和起身～拔节～开花～灌浆期(Ⅳ)灌4水处理外,大部分处理0～80cm或0～60cm土层内均呈明显的水分亏缺。随灌水次数或灌水量的增加,土壤贮水利用率呈明显下降趋势。