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。     

不同微咸水组合灌溉对土壤水盐分布和冬小麦产量影响的田间试验研究

为了研究不同组合灌溉顺序对土壤水盐分布状况和冬小麦产量的影响,2003年-2005年在河北省中科院南皮生态试验站进行了冬小麦田间微咸水灌溉试验。通过对冬小麦主根区和100 cm深度土壤的水、盐分布状况和冬小麦产量进行分析,结果表明3 g/L的微咸水可以作为冬小麦的灌溉用水,但连续使用会导致土壤发生积盐;拔节期应尽量避免使用微咸水,且不宜连续使用微咸水进行灌溉,组合灌溉最好采用咸淡交替的方式;综合土壤的积盐状况和冬小麦产量分析,淡（拔节水）淡（抽穗水）咸（灌浆水）的组合灌溉顺序为最优方案,该研究为合理开发利用灌区地下微咸水提供了依据。     

微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响

土壤斥水性影响着作物的产量,为了研究微咸水灌溉对斥水土壤水盐运移的影响,进行了室内土柱微咸水入渗试验。对比了不同矿化度和斥水程度对两种土质水盐运移的影响,探讨了微咸水入渗后土壤斥水性的变化特征。结果表明,不斥水土壤的入渗能力随矿化度的增加而增加。亲水和斥水土壤的入渗率均可采用Kostiakov公式简单模拟。斥水土壤入渗能力在矿化度为1?g/L时达到最大,超过1?g/L后则随矿化度的增大而减小。微咸水入渗的累积入渗量与湿润锋推进距离呈良好的线性关系,斥水性土壤中的相同剖面水盐的含量比不斥水的减小。微咸水入渗后土壤产生了一定的斥水性。该研究表明微咸水灌溉对盐渍化土壤的水盐分布和斥水性均有一定程度的影响。     

微咸水灌溉下土壤水盐动态及对作物产量的影响

华北平原农业灌溉用水非常紧缺,水资源日益缺乏与粮食需求日益增多之间的矛盾尖锐。充分利用微咸水资源是缓解这一矛盾的重要途径之一。该文以中国农业大学曲周试验站1997－2005年冬小麦和夏玉米微咸水灌溉田间长期定位试验为基础,研究了充分淡水、充分淡咸水、关键期淡水、关键期淡咸水和不灌溉等5个处理下土壤饱和电导率和含盐量的动态变化,探讨了微咸水灌溉对冬小麦和夏玉米产量的影响。结果表明：土壤水盐动态呈受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动;在正常降雨年份,使用微咸水进行灌溉是可行的,不会导致土壤的次生盐渍化;微咸水灌溉虽然导致冬小麦和夏玉米产量降低10%～15%,但节约淡水资源60%～75%。如果降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理,微咸水用于冬小麦/玉米田间灌溉前景广阔。     

微咸水灌溉对土壤水盐动态与春小麦产量的影响

为了探究合理的微咸水灌溉利用模式,分别于2007年和2008年在宁夏银北惠农引黄灌区开展微咸水灌溉试验,研究了该地区微咸水灌溉对土壤水盐动态、春小麦产量的影响。研究结果表明：表层（0～30 cm）土壤含水率和含盐量变化较大,而30 cm以下土层的含水率和含盐量变化相对较小。渠灌条件下,春小麦全生育期内土壤根区（0～90 cm）处于明显的脱盐状态,而井渠混灌处理即使在相对干旱的年份也可保持根区土壤的盐分平衡,但井灌处理根区则出现明显积盐现象。春小麦耗水量和水分利用效率均随着灌水矿化度的增加而降低。与渠灌相比,井渠混灌模式的春小麦减产较小,而井灌处理的减产为20%～30%。在银北惠农地区,采用井渠1︰1的混灌模式是春小麦的适宜微咸水灌溉利用 模式。     

石膏-微咸水复合灌溉量对土壤水盐分布特征的影响

通过田间试验,研究苏北滩涂区石膏-微咸水复合灌溉量对剖面土壤水盐分布特征的影响,结果表明:灌溉量是石膏-微咸水复合灌溉处理下制约土壤水盐分布特征的决定因素。灌溉量增加,湿润峰垂直运移距离加大,湿润峰内各土层的含水量逐渐增加。高于灌至0～90cm土层田间最大持水量的灌溉量能实现表土脱盐、脱钠,0～20cm土层效果最为显著,脱盐率、脱钠率高达29.0%、26.9%;低于灌至0～60cm土层田间最大持水量的灌溉量,会导致表土积盐、积钠,但随着灌溉量的增加,积累量有所减弱。     

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。     

微咸水灌溉对华北平原冬小麦根际微生物的影响

针对我国华北平原淡水资源短缺这一现状,合理利用其地下微咸水进行农业灌溉是缓解水资源供需矛盾的有效途径。持续5年的田间定位试验,开展微咸水灌溉对冬小麦根际微生物影响的研究,试验共设置5个试验处理:雨养(NI)、淡水和微咸水交替灌溉(FS)、淡水灌溉(FF)、微咸水灌溉(SS)、微咸水和淡水交替灌溉(SF)。研究结果表明:FS和SS处理导致土壤表层(0～10 cm)EC值显著增加29.9%～52.4%,并且SS处理对冬小麦造成了盐胁迫。但微咸水灌溉(FS、SS、SF)较FF处理未对根际微生物Alpha多样性和群落结构造成显著影响,仅SS处理显著增加了部分属生物标记物如噬冷菌属(Algoriphagus)和有害菌壳球孢属(Macrophomina)等的相对丰度。较雨养而言,灌溉处理(FS、SS、FF、SF)导致表层土壤含水量(SWC)和pH分别增加42.4%～56.2%和3%～5.2%;硝态氮(NO^3--N)和铵态氮(NH4+-N)含量分别减少52.7%～65.2%和27.5%～43.2%。SWC值是影响根际细菌多样性的主要因子,因此,灌溉处理显著增加了根际细菌Alpha多样性;但未对真菌多样性造成显著影响。同时,根际微生物群落结构均受土壤pH值和NO^3--N含量影响,因此灌溉处理和NI处理群落结构存在差异,显著增加了纤维弧菌属(Cellvibrio)和有益菌角菌根菌属(Ceratobasidium)等属生物标记物的相对丰度。以上研究表明,长期使用3 g·L-1微咸水灌溉未对根际微生物多样性及群落结构造成显著影响,但是会改变部分属生物标记物相对丰度。这些研究结果为华北平原冬小麦微咸水灌溉的推广应用提供科学依据和理论基础。     

海水入侵区地下微咸水补充灌溉冬小麦的研究

庄莱州湾海水入侵地区较严重的山东省莱州市沿岸内陆,利用高矿化水灌溉耐盐性植物大田试验的基础上,于2003年lo月～2004年6月进行了海水入侵区微咸水补充灌溉冬小麦的田间大面积试验,并对灌区地下水时空分布进行初步观测,结果表明：(1)海水入侵地区大面积种植冬小麦,返青后期的关键生育期,采用2．4～3．2g／L和3．2～5．0g／L微咸水与咸水,适时、适量地进行补充灌溉,其产量比雨养种植的小麦增产35．87％～38．43％．获得较高经济产量。(2)微咸水补充灌溉二次后,60cm土体盐分累积比雨养种植处理(不灌溉)增加了28．5％和72．3％,随着作物的生理耗水和生态耗水作用的加强,土壤盐分随水分的蒸发而主要积累于40cm以上的土层．季节性降雨使土壤盐分下降,雨量偏小或季节性干旱,土壤盐分仍然存在于上层土体。然而,微咸水灌溉冬小麦,增加了土壤水的体积容量,及时补充因干旱缺水而造成植物的生理耗水量,确保植株干物质的积累,取得较高的生物产量。     

不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响

为探究不同矿化度咸水结冰灌溉对重度盐碱地土壤水分入渗和盐分运移的影响。采用室内有机玻璃土柱模拟试验,设置3个梯度灌水水质(蒸馏水、3 g/L微咸水、10 g/L咸水)和2种灌溉方式(结冰灌溉、直接灌溉)的6种不同处理,对土壤的水分入渗特性及脱盐效果进行对比分析研究。结果表明:(1)3个梯度灌水水质下,结冰灌溉方式的土壤初始入渗速率分别是直接灌溉方式的8.2,4.6,5.8倍。结冰灌溉方式下,灌溉水矿化度越高,土壤入渗速率越快;(2)Kostiakov模型适合拟合不同矿化度咸水结冰灌溉方式下的土壤水分入渗过程,Horton模型适合拟合不同矿化度咸水直接灌溉方式下的土壤水分入渗过程;(3)3个梯度灌水水质下,直接灌溉方式0—60 cm土层土壤含水率较结冰灌溉方式分别提高1.4%～6.3%,1.6%～3.6%,0.9%～7.6%;(4)各处理下0—30 cm土层土壤脱盐效果较为显著,盐分不断向土层60 cm处迁移,各处理土壤脱盐率逐渐降低。0—30 cm土层处,淡水直接灌溉方式下土壤脱盐率最大(93%～97%),3 g/L微咸水结冰灌溉的脱盐率次之(87%～91%)。50—60 cm土层处,淡水结冰灌溉方式下土壤脱盐率最高(13.3%),其次为3 g/L微咸水结冰灌溉方式(9.1%)。综合考虑,3 g/L微咸水结冰灌溉能够提高土壤水分入渗速率,有效降低0—60 cm土层的土壤盐分含量。     

不同砂石覆盖量对土壤水分及冬小麦生长过程的影响

为探讨不同砂石覆盖量对土壤水分运动和冬小麦生长的影响,进行了2014—2015年和2015—2016年遮雨棚下4种砂石覆盖量(0,23,46,69kg/m~2)的土箱试验研究。采用精度较高的重力传感器建立小型蒸渗仪观测系统,测定土壤水分动态变化。无麦和有麦情况下砂石覆盖量从0~69kg/m~2的处理名分别记为NW0、NW23、NW46、NW69及W0、W23、W46、W69。结果表明:(1)土壤贮水量随着砂石覆盖量的增加而增大,逐月土壤蒸发量、逐月蒸腾量、累积土壤蒸发量和累积蒸发蒸腾量均随砂石覆盖量的增加而减小。有麦的各处理土壤贮水量整体比无麦的低,有麦的各处理逐月蒸发蒸腾量比无麦的逐月土壤蒸发量高,累积蒸发蒸腾量亦比无麦的累积土壤蒸发量高。无麦情况下,第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的累积土壤蒸发量分别减少了11.6%~18.1%和28.5%~47.5%;有麦情况下,累积蒸发蒸腾量分别减少了2.2%~3.7%和0.7%~3.6%。(2)冬小麦的株高、叶面积指数、有效穗数、产量及水分利用效率均随着砂石覆盖量的增加而增大。第一、二年度3个覆盖处理比不覆盖处理的最大株高分别增长了5.3%~17.2%和1.0%~5.8%,最大叶面积指数分别增大了17.9%~74.6%和7.9%~28.2%,产量分别增大了6.6%~14.2%和12.3%~44.6%,水分利用效率分别增大了8.0%~16.2%和15.6%~67.1%。最适宜冬小麦生长的砂石覆盖量为69kg/m~2。进行砂石覆盖能够将冬小麦生长前期增加的土壤储水有效用于生长后期,从而对提高冬小麦产量和水分利用效率做出了重要贡献。     

咸水畦灌条件下土壤水盐运移规律

在环渤海地区采用咸水播前造墒方式,研究不同土层的水盐运移规律以及土壤含盐量周年变化,为确定合理的灌溉指标提供理论依据和技术参数。结果表明：在不同的土壤含水量条件下,土壤剖面的水分和盐分分布呈现显著差异,其中0-60cm和0-40cm土层分别是土壤水分和盐分的易变层;土壤含盐量不仅和土壤水分存在密切关系,而且随着灌溉水矿化度的增加而增加;为实现土壤可持续的生产力水平,土壤盐渍化状况应控制在轻度水平,从这个意义上讲,灌溉水矿化度最好控制在6g/L以下。咸水播前造墒方式有效扩大了咸水的可利用范围。     

咸水结冰灌溉对盐化潮土盐基离子剖面迁移规律的影响

利用土柱模拟试验,设置淡水、咸水灌溉、咸水结冰和咸水结冰覆盖4个灌溉方式,研究咸水结冰灌溉条件下盐分运移及盐基离子Cl^-、SO4^2-、HCO^3-、Na^＋、Mg^2＋、K^＋和Ca^2＋的土层剖面迁移规律。结果表明：咸水直接浇灌使各土层土壤盐度提高,且盐分具有明显表层聚集特性,而咸水结冰后灌溉则显著降低表层0-40 cm土层的盐分盐度,配合秸秆覆盖措施则使表层的脱盐率进一步提高,特别是0-10 cm土层,土壤盐度仅为0.15 dS/m,与淡水处理尚未达显著性差异（P〉0.05）。咸水结冰灌溉显著改变盐基离子Cl^-、SO4^2-、HCO^3-、Na^＋、Mg^2＋、K^＋和Ca^2＋的土壤剖面分布特征,但不同离子的响应方式和影响程度存在差异。咸水结冰灌溉显著（P〈0.05）降低表层危害性较高的Na^＋、SO4^2-和Cl^-浓度,而对危害性较小的Mg2＋、K＋和Ca2＋则影响较小。咸水结冰灌溉可促进表层土壤的脱盐作用,淋洗主要危害性离子Na^＋、Cl^-等,保持土壤根系分布密集层较低盐分水平和盐基离子平衡,缓解或消除盐分和盐基离子对作物生长的危害,配合秸秆覆盖则效果更加明显。     

不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐运动的影响

为了探究不同秸秆还田方式对滨海盐渍土水盐调控机制,设置4种处理方式:秸秆覆盖（P）,秸秆深埋（S）,秸秆覆盖+深埋（T）,常规耕作（CK）,以CK为对照,通过大田试验研究不同处理下冬小麦生育期内土壤水盐运动及其对冬小麦产量的影响。结果表明:秸秆还田增加了土壤储水量,P,S和T处理0-70 cm土层生育期储水量均值高于CK处理8.28 mm,6.86 mm和13.76 mm;冬小麦前中期对0-30 cm土层保墒效果明显,随生育期的推移各处理间差异及土壤含水率均逐渐减小。秸秆还田抑制了土壤盐分表聚,T处理可显著降低0-50 cm土层土壤含盐量,生育期含盐量均值低于P,S和CK处理41.24%,32.08%和52.77%,淡化土壤耕层效果明显;S处理对0-30 cm土层脱盐效果优于P处理。秸秆还田改善土壤水盐状况,显著增加了冬小麦产量,产量表现出T > P > S > CK的顺序。T处理改善土壤水盐状况和提高产量表现较优,为试验的最佳处理方式。     

冬小麦高产咸水灌溉制度的田间试验研究

通过田间咸水灌溉试验,研究在不同咸水灌溉条件下,运城盆地湖区灌区土壤水盐运移规律及其对农作物产量的影响,进一步探讨咸水灌溉冬小麦适宜的灌溉制度。研究结果表明:灌区咸水适宜的灌溉定额为825～975³/hm²,灌区上游矿化度小于3g/L的微咸水适宜的灌水次数为4次;灌区中游矿化度3～5g/L的咸水适宜的灌水次数为2～3次;灌区下游矿化度5～7g/L的咸水灌水次数最多不能超过1次。该研究结果为灌区土壤盐渍化的防治和地下咸水的合理开发利用提供了依据。     

不同灌水条件下分层施肥对冬小麦产量和水分利用效率的影响

为了明确分层施肥在不同灌水条件下对冬小麦产量、耗水特性和水分利用效率的影响,为黄淮海地区小麦高产高效生产实践提供理论依据。结合当地冬小麦灌溉制度采用水肥2因素裂区试验,水分为主区,施肥方式为副区,设置3个灌溉处理:春季不灌水(W_0)、春季拔节期灌水(W_1)、春季拔节期灌水+开花期灌水(W_2),灌水量90 mm/次;2种施肥方式处理:常规施肥处理(F_1)和分层施肥处理(F_2),分析了不同灌水与施肥模式下冬小麦产量、耗水特性和水分利用效率的特点。结果表明:与F_1相比,F_2处理40—120 cm土层土壤贮水消耗量、冬小麦拔节期—开花期耗水强度和农田耗水量显著增加,其中以W_2F_2处理农田耗水量最高。分层施肥处理冬小麦水分利用效率较常规施肥提升14.2%～3.0%,其中以W_1F_2处理水分利用效率最高。在3种灌水条件下,分层施肥处理较常规施肥显者增加了冬小麦的单位面积穗数,产量增加19.8%～6.4%,其中W_(2 )F_2产量最高。因此,建议在水分充足地区,采取小麦春季灌溉拔节水和开花水结合底肥分层施用的管理方式;在水资源短缺地区,采取小麦春季灌溉拔节水结合底肥分层施用的管理方式。     

微咸水膜下滴灌不同灌水下限对盐碱地土壤水盐运移及玉米产量的影响

为了研究盐碱地上微咸水膜下滴灌不同灌水下限对土壤水盐运移和玉米产量的影响,在长胜试验站开展了微咸水膜下滴灌玉米的大田试验。试验采用负压计指导灌溉,控制滴头下20cm深处的土壤基质势下限分别为-10,-20,-30,-40kPa,每个处理重复3次,按随机区组布置。结果表明:膜下滴灌湿润体形状在垂直于滴灌带的滴头所在竖直剖面上近似为半椭圆形,随着灌水下限的增大,湿润层土体含水率增大;玉米根部附近均出现盐分低值区,膜外表层均出现盐分高值区;-20kPa和-30kPa灌水下限适中,既能较充分淋洗膜内表层土壤盐分,又不会造成微咸水中的盐分滞留累积;在玉米生育期内,膜内、膜外地下100cm土体均积盐;-10kPa和-20kPa下限处理对应的湿润体垂直深度约为60cm;玉米收获后,地下100cm土体均积盐,需要进行秋浇或春汇,大量淋洗土壤盐分,保证耕地盐分不逐年累积;试验条件下,玉米产量随着灌水下限的降低而减少。     

微咸水入渗条件下碱土和盐土水盐运移特征分析

通过微咸水入渗实验结果和入渗模型分析实验资料方法研究了碱土、盐土在微咸水入渗条件下土壤水盐运移特性。结果表明：当矿化度在一定范围,相同入渗时间内两种土壤的累积入渗量、湿润锋随入渗水矿化度的增加而增加;不同SAR的微咸水入渗对盐土、碱土入渗能力影响不大,特别是盐土。碱土的水分和盐分运移与入渗水矿化度均呈正相关关系,盐土则不然。