我国咸水灌溉对作物生长及产量影响研究进展与展望

灌溉水资源的短缺已成为我国干旱半干旱地区农业持续发展的一个重要限制因素,微咸水资源的开发利用可有效的缓解灌溉水源短缺的问题。本文总结了国内咸水灌溉对作物生长与产量影响的研究进展,为合理地利用咸水资源进行灌溉提供指导。从咸水资源灌溉利用现状来看,膜下滴灌为干旱半干旱地区有效的利用微咸水资源以及盐碱地的开发利用提供了有效的手段。但利用膜下滴灌方式进行微咸水灌溉,目前仍存在一些问题,需要进一步研究。此外,如何从流域或区域尺度上评价微咸水灌溉对生态环境的影响,并从更大尺度维持盐分平衡及环境的可持续发展值得深入研究。     

微咸水灌溉与土壤水盐调控研究进展

随着淡水资源短缺的日益加剧,合理开发利用微咸水已成为缓解水资源供需矛盾的重要途径之一。由于微咸水中含有大量盐分,用其灌溉必然增加土壤盐分,影响作物生长和土地质量。因此,采取有效措施调控土壤水盐状况成为微咸水安全利用的基础。本文较详细地回顾了微咸水灌溉条件下土壤水盐运移特征、微咸水入渗模型和水盐运移模型、微咸水灌溉方法、微咸水灌溉对作物生长的影响、土壤水盐调控方法等方面的研究进展,并结合目前研究中关注的核心问题,提出了微咸水安全利用方面需要重点研究的科学和技术问题,为进一步研究微咸水灌溉对土壤和作物生长的影响和其内在机制,以及构建合理利用微咸水灌溉模式提供参考。     

沧州地区虹吸水平井开采浅层弱渗透微咸水技术研究

研究沧州地区虹吸水平井开采浅层弱渗透微咸水技术。在沧州地区成功施工一眼虹吸水平井,它巧妙地利用虹吸作用将浅部弱渗透地层中微咸水低能耗抽出。经长时间抽水试验得出:虹吸水平井水量足、开采成本低,可以作为新型供水水源用于农业灌溉;虹吸水平井长期抽取浅层微咸水水中含盐量逐渐降低,可以改良地下水质;虹吸水平井抽取浅层微咸水影响范围广,有利于大气降雨及地表淡水体的入渗及盐碱地的改良。     

黄河三角洲微咸水灌溉对水稻产量的影响

如何提高黄河三角洲微咸水利用率，节约淡水资源是黄河三角洲盐碱地水稻产业发展的关键问题之一。以多个水稻品种为材料，比较了不同盐度、不同发育时期微咸水灌溉下产量相关性状的变化。结果表明，全生育期3 g/L和5 g/L盐度的微咸水灌溉均影响水稻产量，其中3 g/L微咸水灌溉主要影响了穗粒数和千粒重，而5 g/L微咸水灌溉影响是多方面的；全生育期3 g/L微咸水灌溉产量降低约10%，而5 g/L微咸水灌溉减产超过40%。在插秧返苗期3 g/L微咸水浇灌会降低成苗率，但一定程度上提高水稻的耐盐能力，降低盐胁迫对水稻产量的影响。相对其他时期，仅在分蘖期进行5 g/L微咸水灌溉对水稻产量的影响相对较小；孕穗灌浆期用微咸水灌溉严重影响水稻灌浆。因此，在当地淡水资源短缺的情况下，可以考虑在返苗期和分蘖期使用3 g/L的微咸水进行灌溉，但要适当增加该单位面积内苗数，缓解因成苗率降低造成的产量损失，而分蘖期可以适当采用高盐度微咸水灌溉，但不宜超过5 g/L，孕穗灌浆期微咸水盐度应严格控制在3 g/L以下。黄河三角洲地区微咸水资源的利用能够充分节约淡水资源，具有较好的经济和生态效益。     

中国微咸水灌溉的实践与启示

中国淡水资源日益紧缺,水资源供需矛盾非常突出。利用微咸水进行农业灌溉是一条缓解水资源供需矛盾的重要途径。总结了国内外微咸水利用现状及灌溉方法,归纳了微咸水灌溉对作物生长、土壤环境的影响及水盐运移规律,概括了大量开采微咸水对生态环境造成的影响,并从国内外微咸水灌溉的经验教训中得到了启示。     

我国微咸水灌溉研究进展

灌溉水源短缺是我国农业持续发展面临的重大危机与挑战,如何解决这一问题有着重大的实际意义。微咸水灌溉是一种可行的开源途径,在我国不同地区针对不同农作物已经开展了深入的研究,需要及时而完整地总结相关的经验,以更好地指导未来微咸水利用的实践。以华北平原大田灌溉为基本农业类型,总结了微咸水灌溉成功施行的相关措施,包括可用水源的矿化度阈值、降雨淋溶以及相关农田管理措施对土壤盐分累积状况的影响和改善等,并针对微咸水灌溉实施条件下作物产量和品质方面可能出现的影响进行了总结。有助于人们多角度、从不同方面认识微咸水灌溉问题,为未来微咸水灌溉的实施提供了一些准则。     

河北省邢台市微咸水灌溉研究

对邢台市微咸水资源分布及其开发利用现状进行了分析,并结合微咸水的化学特性,指出利用微咸水进行灌溉,不仅要考虑作物对水分的要求,而且要控制盐分的危害,微咸水灌溉技术涉及到水、土、作物等几个方面。实验结果表明：矿化度小于或低于3g/L的微咸水,对作物和土壤不会产生危害。提出了为缓解邢台市水资源短缺的局面,在通过南水北调工程实施流域调水的同时,利用南水北调淡水资源对本区咸水进行稀释,降低水的矿化度,减少盐份对作物及土壤的危害,使之达到符合国家颁发的灌溉水质标准,满足农业生产需要的新思路。根据南水北调工程为本市农业分配水量,计算出了可以带动本市微咸水的利用量。对引江带动邢台市微咸水利用综合效益进行了分析评价。     

微咸水灌溉对冬小麦光合及荧光动力学参数的影响

以冬小麦为研究对象,通过设计不同微咸水浓度和不同灌水量的灌溉方案,采用桶栽试验,通过叶绿素含量、光响应曲线及荧光动力学参数的变化规律,探究微咸水灌溉下水盐胁迫对冬小麦的影响。结果表明:3 g/L的微咸水对叶绿素含量的影响较小,5 g/L的微咸水则会使得叶片叶绿素含量降低。在拔节期采用3 g/L的微咸水进行灌溉,可以促进冬小麦的生理生长,适当的盐分胁迫会促进作物的光合作用;盐分胁迫会改变作物对有效光辐射的利用方式,采用3 g/L的微咸水灌溉会促进冬小麦对低有效光辐射的利用效率。采用5 g/L的微咸水进行灌溉会影响冬小麦的叶片结构,降低叶片对高有效光辐射的响应,最终导致光合作用下降。另外,盐分胁迫会增加作物的初始荧光,使叶片的最大荧光产量降低,还会降低内禀光能转换效率。3 g/L的微咸水在可以一定程度上缓解作物的水分胁迫,并能增加作物在盐分胁迫下的生理生长。     

微咸水连续灌溉对冬小麦产量和土壤理化性质的影响

为了合理开发和利用黄淮海平原浅层地下微咸水,2003~2005年在中科院河北南皮生态实验站连续以3g/L的微咸水对冬小麦进行田间灌溉试验,分析了微咸水灌溉对土壤含盐量、土壤溶液盐分含量、电导率以及冬小麦产量的长期影响,为建立华北地区冬小麦微咸水灌溉的合理灌溉制度和微咸水的合理利用提供理论依据。结果表明,连续利用3g/L的微咸水灌溉,会造成土壤表层盐分的累积,尤其在降水量偏少的年度会使作物受到盐分胁迫。微咸水灌溉比旱作增产,灌溉三次比灌溉两次产量高,降水量偏少的年份应尽量避免连续用微咸水进行灌溉。     

微咸水连续灌溉对冬小麦产量和土壤理化性质的影响

为了合理开发和利用黄淮海平原浅层地下微咸水,2003～2005年在中科院河北南皮生态实验站连续以3 g/L的微咸水对冬小麦进行田间灌溉试验,分析了微咸水灌溉对土壤含盐量、土壤溶液盐分含量、电导率以及冬小麦产量的长期影响,为建立华北地区冬小麦微咸水灌溉的合理灌溉制度和微咸水的合理利用提供理论依据.结果表明,连续利用3 g/L的微成水灌溉,会造成土壤表层盐分的累积,尤其在降水量偏少的年度会使作物受到盐分胁迫.微咸水灌溉比旱作增产,灌溉三次比灌溉两次产量高,降水量偏少的年份应尽量避免连续用微咸水进行灌溉.     

咸淡轮灌和生物炭对滨海盐渍土水盐运移特征的影响

为利用滨海地区微咸水改良盐渍土,进行了不同咸淡水轮灌(淡淡、淡咸、咸淡、咸咸)和施用生物炭(0、15、30 t/hm2)的室内入渗试验,探讨了咸淡轮灌和生物炭施用下滨海盐渍土水盐运移过程.结果表明:滨海盐渍土水分运动主要受初始入渗水质的影响,先咸后淡的轮灌方式更有利于土壤水分入渗,入渗速率增加了8.2％～46.9％,并...     

生物炭添加量对冬小麦花后干物质积累及转运的影响

【目的】提高微咸水灌溉效率并降低土壤盐渍化风险。【方法】以冬小麦为研究对象,设计避雨条件下不同微咸水-生物炭处理(CK,淡水;B0,5 g/L微咸水;B15,5 g/L微咸水及15 t/hm²生物炭;B30,5 g/L微咸水及30 t/hm²生物炭;B45,5 g/L微咸水及45 t/hm²生物炭)的田间试验,探讨了微咸水灌溉下生物炭添加量对土壤特性和冬小麦花后干物质积累及转运的影响机制。【结果】生物炭添加后土壤表层(0~20 cm)体积质量降低了2.27%~8.33%,总孔隙度增加了4.52%~13.47%,有机质量增加了30.02%~111.12%,土壤表层(0~20 cm)及主根区(0~40 cm)钠吸附比降低了23.88%~33.27%和22.34%~30.80%;15 t/hm²能够促进盐分淋洗,降低了微咸水灌溉下土壤含盐量,然而高剂量时将加剧盐分累积。单独微咸水灌溉下冬小麦生长受抑,最终产量下降了12.04%。生物炭能够缓解盐胁迫下叶片早衰,促进光合作用能力,并增加花前干物质转运量及花后干物质积累量,进而获取了更高的籽粒质量和收获指数。B15、B30、B45处理的最终产量较B0处理分别增加9.18%、7.73%、2.74%。【结论】15 t/hm²添加量的生物炭效果最佳,可促进微咸水资源的农业利用。     

夹心结构水盐运移及分布规律

为探究滴灌条件下地膜覆盖-耕作层-犁底层形成的夹心结构水盐运移及时空分布特征,采用土柱试验,设计耕作层深度为30 cm,设置入渗和蒸发条件下3个灌水量处理（SW1：2 L,SW2：3 L,SW3：5 L）和相同灌水量下3种土体构型处理（SW3：夹心结构;LW3：不覆膜有犁底层;CK：均质土壤）.结果表明：入渗过程中,采用单因素方差法对单一耕作层和土柱整体土壤含水率进行对比分析,发现夹心结构下3个灌水量处理耕作层土壤剖面含水率差异具有统计学意义（P<0.01）;夹心结构SW3处理和不覆膜有犁底层LW3处理之间差异不具有统计学意义,但与CK处理差异均具有统计学意义（P<0.05）.夹心结构中水分入渗速率减缓,入渗时间延长,耕作层土壤含水率提高了22.52%~29.33%,盐分被淋洗至犁底层处,淋洗效果劣于均质土壤.蒸发过程中,夹心结构对土壤表层盐分抑制率最高达88.65%,水分抑制率达57.65%,夹心结构抑蒸和抑盐效果最优.该研究可为节水条件下改良和利用盐碱地,防止盐分表聚提供理论参考.     

土壤酶活性对微咸水与再生水混合滴灌的响应与评估

为了探讨淡水资源不足地区微咸水与再生水的合理利用方式,通过盆栽试验,以当地地下水灌溉为对照(CK),研究了3种不同比例微咸水与再生水混合灌溉(再生水灌溉T1,5 g/L微咸水与再生水等量混合灌溉T2,5 g/L微咸水灌溉T3)对土壤水盐、水溶性离子离子以及土壤酶活性的影响,并利用第2代生物综合响应(IBRv2)指数法评估土壤酶活性对微咸水与再生水混合灌溉效应的响应.结果表明,(1)随着微咸水与再生水混合液中微咸水占比提升,土壤含水率和含盐量越高.(2)微咸水-再生水混合灌溉处理对土壤酶活性的影响不同,土壤碱性磷酸酶和脲酶活性较微咸水和再生水灌溉处理均有所提升,土壤蔗糖酶活性较再生水灌溉略低,但却高于微咸水灌溉.(3)基于IBRv2指数法,与CK相比较,处理T1引起的酶活性偏差最低,IBRv2值为2.12;处理T2次之,值为2.42;处理T3最高,值为2.92.处理T3中S-AKP/ALP,S-SC,S-UE活性均受到抑制;处理T2对S-AKP/ALP,S-UE活性具有诱导作用,但对S-SC略有抑制;处理T1对S-AKP/ALP,S-SC活性具有诱导作用,但对S-UE活性具有一定的抑制.因此,基于IBRv2,并综合考虑土壤酶活性指标以及再生水资源量量大、日排放量小等自身局限性,在干旱缺水地区,可以考虑用再生水与微咸水配合使用.     

咸淡水交替灌溉对土壤盐分分布及夏玉米生长的影响

为了研究不同咸淡交替灌溉制度对各层土壤盐分含量、夏玉米生长的影响,采用3种矿化度(1、3、5 g/L)微咸水和3种不同生育期(壮苗期、拔节期、灌浆期)咸淡交替灌溉方式("咸淡淡"、"淡咸淡"、"淡淡咸")开展避雨盆栽试验研究。结果表明,全生育期灌溉淡水处理(CK)各层土壤盐分含量最低,随着灌溉微咸水矿化度增加,各层土壤盐分含量增大,相同矿化度下,同一深度土壤盐分含量由大到小依次为"淡淡咸"、"淡咸淡"、"咸淡淡"。3 g/L和5 g/L"淡淡咸"处理的土壤含盐量由大到小依次为下层、上层、中层,其他处理由大到小依次为下层、中层、上层。不同生育期灌溉微咸水对夏玉米的株高、叶面积及产量的抑制程度由大到小依次为拔节期、壮苗期、灌浆期,即"淡咸淡"、"咸淡淡"、"淡淡咸",抑制作用随灌溉微咸水矿化度增加而增大,5 g/L"淡咸淡"处理与CK相比减产最多,减产率为34.85%。在滨海地区进行夏玉米种植,应考虑在生育后期灌溉微咸水,同时利用非生育期淡水灌溉降低土壤次生盐碱化的风险。     

基于土壤湿度参数的自动化节水灌溉装置在草坪绿地上的应用

草坪建植和养护需要消耗大量水资源，而我国人均淡水量仅有2 240 m3，是世界平均淡水拥有水平的1/4，因此，草坪业在我国发展缓慢，群众接受度较低。基于土壤湿度参数的绿地草坪自动化节水灌溉装置由控制器、传感器、电磁阀及中央控制器构成，理论核心是草坪调亏灌溉理论。装置通过在草坪土层中安装测定土壤持水量的传感器，采集土壤湿度信息，将数据反馈给控制终端，控制终端结合草坪草的性质及传感器反馈的信息，确定出该草坪所处的水分需求状态，从而通过控制电磁阀开闭来控制灌溉量，对灌溉进行有效调控。该装置具备数据采集、灌溉控制、参数设置和数据处理等功能，可以精准控制土壤湿度，减少草坪耗水量、提高水分利用率，并设置适当水分胁迫，使草坪在更低的耗水量下长势更优。该文论述了装置的组成及运行原理，并结合市场现有灌溉装置进行对比与分析。结果表明，该装置实现了对草坪需水程度的实时监测与智能调控，减少无效灌溉，提升灌溉效率，可以发展出以减少灌溉定额、提升草坪质量为目的的新型灌溉模式，降低草坪养护成本。      

Numerical evaluation of subsurface trickle irrigation with brackish water

In this study, an assessment for a proposed irrigation system in the El-Salam Canal cultivated land, Egypt, was conducted. A numerical model (HYDRUS-2D/3D) was applied to investigate the effect of irrigation amount, frequency, and emitter depth on the wetted soil volume, soil salinity levels, and deep percolation under subsurface trickle irrigation (SDI) of tomato growing with brackish irrigation water in three different soil types. The simulations indicated that lower irrigation frequency increased the wetted soil volume without significant increase in water percolates below the plant roots. Deep percolation decreased as the amount of irrigation water and emitter depth decreased. With the same amount of irrigation water, the volume of leached soil was larger at lower irrigation frequency. The salinity of irrigation water under SDI with shallow emitter depth did not show any significant effect on increasing the soil salinity above tomato crop salt tolerance. Based on the results, it appears that the use of SDI with brackish irrigation water is an effective method for growing tomato crop in El-Salam Canal cultivated land especially with shallow emitter depth.     

盐碱地枸杞节水高效利用技术集成研究

为了改良并高效利用盐碱地、有效推动平罗盐碱地枸杞产业的发展,开展枸杞沟灌、覆盖黑膜、优化施肥技术集成研究已成为宁夏引黄灌区盐碱地农业可持续发展的迫切需要。研究结果表明:沟灌+覆膜+优化施肥技术集成下,节水、抑盐、抑制杂草效果极为显著,有效节约水分的同时土壤根层含水量充足、盐分下降12.3%,土壤养分得以改善、微生物活性增强,枸杞生长发育及品质良好、产量较农民习惯种植增产68%、获得纯收入增加93%。该技术集成的研究对于指导盐碱地枸杞高产高效发展有重要意义。     

Effect of brackish water irrigation and straw mulching on soil salinity and crop yields under monsoonal climatic conditions

Fresh water shortages are severally restricting sustainable agriculture development in the North China Plain. The scarcity of fresh water has forced farmers to use brackish water from shallow underground sources, which helps to overcome drought and increase crop yields but also increases the risk of soil salinization. To identify safe and effective ways of using brackish water in this region, field experiments were conducted to evaluate the effect of brackish water irrigation and straw mulching on soil salinity and crop yield in a winter wheat-summer maize double cropping system. The experiment was in a split-plot design. Six rates of straw mulching (0, 4.5, 6.0, 7.5, 15.0 and 30.0 Mg/ha) were assigned to the main plots and two irrigation water qualities (i.e. brackish water with salt content of 3.0-5.0 g/L and fresh water with only 1.27 g salt/L) were applied to subplots. The brackish water irrigation significantly increased the salt content at different soil depths in the upper 1 m soil layer during the two growing seasons. Straw mulching affected the vertical distribution of salt in the brackish water irrigation plots and the average salt content of straw mulch treatments (4.5, 6.0, 7.5, 15.0 and 30.0 Mg/ha) within the 0-20, 20-40 and 0-100 cm soil depths was 10.2, 14.0 and 1.8% lower than that without straw mulch (A₀). No salt accumulation occurred to a depth of 1 m in the brackish water irrigation plots and there was no correlation between the value of SAS (salt accumulated in 1 m of soil) and straw mulch rate. In 2000 and 2001, the salt content within the 0-40 cm soil layer in brackish water irrigation plots increased due to high evaporation rates during April-June, and then decreased up to September as salts were leached by rain. For the fresh water irrigation plots, the salt content remained relatively stable. Straw mulching affected the salt content in the 0-40 cm soil layer in brackish water irrigation plots in different periods of 2000 and 2001, but no correlation between salt content and straw mulch rates was observed except in September of 2000. Unlike for wheat, the yield of maize increased as the straw mulch rate increased according to the equation, y = 0.1589x + 5.3432 (R² = 0.6506). Our results would be helpful in adopting brackish water irrigation and straw mulching in ways that enhance crop yields and reduce the risk of soil salinization. However, long-term effects of brackish water irrigation and straw mulching on soil salinity and crop yield need to be further evaluated for sustainability of the system.