咸水沟灌对土壤水盐变化与棉花生长及产量的影响

为持续高效利用咸水资源,在棉花长期定位咸水沟灌试验(始于2006年)的基础上,研究了不同矿化度(1、2、4、6、8、10 g/L)咸水连续灌溉第10年土壤水盐分布与棉花生长响应以及历年土壤盐分和籽棉产量的变化特征。结果表明:1)年际间,各处理0～100 cm土层土壤盐分受灌溉和降水影响而波动,但未随灌溉年限的增加而逐渐累积,灌溉水矿化度≤4 g/L处理可基本维持土壤盐分周年补排平衡。单个棉花生长季(2015年),各处理沟底部位的土壤含水率大于垄上,灌溉水矿化度≥6 g/L时主根层土壤含水率高于1 g/L处理;土壤盐分随灌溉水矿化度增加而增大,随棉花生育期的推进先增大后降低,灌水沟剖面土壤盐分呈向垄上和深层运移的趋势;与播种时比,棉花收获后各处理主根层土壤盐分均未出现累积。2)低矿化度咸水沟灌对棉花成苗率、株高和叶面积指数影响不明显,超过一定限值后3项指标显著下降,与1 g/L处理相比,当灌溉水矿化度达到6 g/L时棉花成苗率和叶面积指数显著降低,当灌溉水矿化度达到8 g/L时株高显著降低;咸水沟灌对棉花纤维品质影响较小,5项品质指标在处理间差异均不显著。3)适量浓度的咸水灌溉对籽棉产量影响较小,与1 g/L灌水处理相比,2和4 g/L处理对历年籽棉产量(2006-2015年)无显著影响,大于6 g/L时历年籽棉产量显著降低。在该研究灌溉制度下,推荐试验区咸水沟灌棉花的灌溉水矿化度阈值为4 g/L。     

长期咸水灌溉对土壤理化性质和土壤酶活性的影响

为了分析咸水灌溉的可行性,试验于衡水市开展连续多年的大田定位咸水灌溉试验。以2012年棉花生长季为例,研究采用不同矿化度咸水灌溉后,不同灌水技术对土壤理化性状、土壤酶活性和棉花产量的影响。结果表明,咸水畦灌和沟畦轮灌均造成土壤积盐,其中沟畦轮灌处理在沟灌时的脱盐效果比畦灌处理好。随灌溉水矿化度的增加,0-20cm土层的土壤盐度、容重和pH表现出增加的趋势;畦灌处理的土壤盐度和pH整体高于相应的沟畦轮灌处理,但土壤容重较低。畦灌处理的土壤有机质含量在试验初期和结束时分别比相应的沟畦轮灌处理高8.9%~16.0%和13.8%~19.4%。2种处理土壤转化酶的恢复能力表现最强,脲酶相对稳定;在相同的土壤盐度水平下,畦灌处理的土壤酶活性整体高于沟畦轮灌处理。随土壤盐度的增加,畦灌处理的籽棉产量先增加后减少,而沟畦轮灌处理线性降低。当土壤盐度低于0.8dS/m时,畦灌处理的籽棉产量高于沟畦轮灌处理,反之则低。由以上分析可知,咸水灌溉导致土壤积盐、土壤酶活性受抑、pH和表层土壤容重增加;与畦灌相比,沟畦轮灌处理的土壤盐度水平更低,且具有更好的脱盐效果,但是因种植方式差异导致耕层土壤容重增加,有机质含量和土壤酶活性降低,籽棉产量低于畦灌处理。     

不同矿化度咸水造墒灌溉对棉花生长发育和产量的影响

采用裂区设计, 灌溉量作为主处理, 灌溉水的矿化度作为副处理, 研究了播前不同灌溉量下不同矿化度咸水对棉花生长发育及产量的影响。研究结果表明, 不同矿化度咸水灌溉对棉花出苗时间和出苗率的影响差异较大, 随灌溉水矿化度的增大, 棉花出苗速度变缓, 出苗率降低, 其中4 g·L^-1 以下的咸水灌溉处理棉花出苗率在90%以上, 6 g·L^-1 矿化度处理平均出苗率仍可达85%左右, 但出苗时间推迟。播种前咸水灌溉量以22.5~34.0 mm 为宜。灌溉水矿化度对棉花生长发育的影响程度前期大于后期, 前期大于4 g·L^-1 矿化度处理表现出明显的抑制生长作用, 后期大于6 g·L^-1 矿化度处理才表现出明显的抑制生长作用。从产量上看, 棉花的咸水矿化度计算阈值为3.38 g·L^-1, 即在矿化度小于3.38 g·L^-1 时, 咸水灌溉的棉花产量与淡水灌溉产量差异不明显, 高于此矿化度阈值时, 棉花产量呈直线下降趋势; 但低于8 g·L^-1 咸水灌溉的棉花产量均显著高于纯旱地的棉花产量。     

咸水畦灌棉花耐盐性鉴定指标与耐盐特征值研究

为了充分利用浅层地下咸水,通过5 a的咸水畦灌播前造墒大田试验,分析了不同程度盐分胁迫(1(对照)、2、4、6、8、10 g/L)与棉花生长指标和籽棉产量的响应关系,得出不同矿化度咸水播前造墒条件下棉花的耐盐性鉴定指标及耐盐特征值。结果显示,相对出苗率、相对株高、相对叶面积、相对地上部干物质质量、相对果枝数、相对成铃数和相对蕾花铃最大值均可以作为棉花的耐盐性鉴定指标,其中相对株高易于观测,盐害指示效果好,因此作为推荐使用耐盐性鉴定指标。同时,灌溉水矿化度控制在5.48 g/L以下时,咸水造墒连续灌溉5 a后,在产量与对照相比不减产。     

适宜咸水滴灌提高棉花水氮利用率

通过田间试验研究了不同灌溉水盐度和灌溉量对棉花水氮利用效率的影响。试验设置三种灌溉水盐度（电导率EC）：0.35（淡水）、4.61（微咸水）和8.04 dS/m（咸水）,分别以FW、BW和SW表示;两个灌溉量405和540 mm,分别以I405、I540表示。结果表明微咸水灌溉棉花干物质质量最高,其次是淡水灌溉,咸水灌溉最低。咸水灌溉棉花的氮素吸收量、产量显著降低,但微咸水与淡水灌溉差异不显著。农田蒸散量随灌溉水量的增加而增加,随灌溉水盐度的增加而降低。微咸水灌溉对滴灌棉田蒸散量和水分生产率影响不大,但咸水灌溉导致蒸散量和水分生产率显著降低。15N同位素标记试验结果表明,三种灌溉水盐度下,高灌量处理（540 mm）较低灌量处理（405 mm）棉花15N回收率平均增加7.51%,土壤15N回收率降低13.20%,15N淋洗损失率增加29.47%。不同灌溉水盐度处理棉花15N回收率为47.02%～59.86%,微咸水灌溉棉花15N回收率与淡水灌溉差异不大,但咸水灌溉棉花15N回收率较淡水和微咸水灌溉分别降低了10.17%和15.23%。不同灌溉水盐度对土壤15N残留率的影响较小,为16.75%～22.41%。15N的淋洗损失率为1.56%～4.71%,表现为随灌溉水盐度的增加而显著增加,咸水和微咸水灌溉15N淋洗损失率平均较淡水灌溉分别增加了80.53%和136.00%。上述结果说明适宜盐度和灌溉量的微咸水滴灌对棉花生长、产量以及水氮利用率影响不大,但高盐度咸水灌溉会导致棉花减产,水氮利用率显著降低。滴灌条件下,氮素的淋洗损失也是氮肥损失的重要途径,尤其是咸水和微咸水灌溉会加剧氮肥的淋洗损失风险。因此,咸水微咸水灌溉条件下减少氮肥的淋洗损失是提高氮肥利用率的重要方面。     

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。     

苏北滩涂区水盐调控措施对土壤盐渍化的影响研究

苏北沿海滩涂区具有大面积存在盐渍化风险的可利用耕地。近年来不合理的开发利用使该地区土壤盐渍化程度加重。通过微区定位试验,对该区典型滩涂盐渍化土壤进行微咸水灌溉结合农艺处理的试验研究,探讨了利用水盐调控措施防控该地区土壤盐渍化程度的可能性。结果表明,在低矿化度(3 g/L左右)的微咸水灌溉条件下,石膏处理和秸秆覆盖处理均可以有效降低各层土壤SAR值,降低耕层土壤盐分含量,并且促进作物生长;当灌溉水矿化度达到6 g/L时,石膏处理仍具有一定控盐效果,但覆盖处理已不能控制土壤表层盐分含量的升高,作物的生长开始受到影响;当灌溉水矿化度达到10 g/L时,各处理耕层均显著积盐,作物生长受到显著影响。因此,6 g/L及以上矿化度的咸水不能用于该地区的灌溉,6 g/L以下浓度的咸水灌溉须配合石膏和秸秆覆盖处理使用。该研究为苏北滩涂区农田管理提供一定的参考依据。     

施用有机肥对咸水灌溉农田耕层土壤有机质及水稳性团聚体的影响

为探索施用有机肥对咸水灌溉农田耕层土壤水稳性团聚体的调控效应,在麦玉两熟制农田咸水灌溉(1,2,4,6 g/L)配施有机肥(OF)和未施有机肥(NOF)长期定位试验的基础上,研究了2018-2019年不同处理对农田耕层0-20 cm土壤盐度(EC_1:5)、土壤有机质(SOM)含量和水稳性团聚体稳定性的影响。结果表明:咸水灌溉有增加耕层土壤盐度,降低SOM含量和水稳性团聚体稳定性的趋势,随灌溉水矿化度的升高,SOM含量、>0.25 mm水稳性大团聚体质量分数(WR_0.25)、团聚体平均重量直径(MWD)和几何平均直径(GMD)逐渐减小,土壤EC_1:5和分形维数(D_m)逐渐增大,其中4,6 g/L与1 g/L灌水处理间的差异达显著水平。增施有机肥可降低咸水灌溉农田0-20 cm土壤EC_1:5,当灌溉水矿化度 ≥ 2 g/L时,OF处理的耕层土壤EC_1:5较NOF处理降低4.64%~48.29%;施用有机肥显著提高农田SOM含量、WR_0.25、MWD和GMD,各灌水处理的提高幅度分别为80.75%~127.32%,10.36%~90.44%,12.90%~129.11%和11.88%~81.57%。在该研究条件下, ≥ 4 g/L咸水灌溉会显著增加土壤盐度,降低有机质含量,破坏土壤团粒结构,应谨慎使用;施用有机肥能促进耕层土壤盐分淋洗,降低盐分对土壤环境的负面影响,有助于实现咸水资源安全高效利用。     

咸水灌溉对麦—玉两熟制农田土壤水稳性团聚体的影响

为探明咸水灌溉对麦—玉两熟轮作农田土壤团聚体的影响效应,在长期定位咸水灌溉试验(始于2006年)的基础上,研究了不同矿化度咸水连续灌溉第13~14年农田土壤盐分(EC e)及水稳性团聚体分布和稳定性指标的变化规律。试验设置5个灌溉水矿化度处理,分别为1,2,4,6,8 g/L。结果表明,0—40 cm土层土壤EC e随灌溉水矿化度增加而增大,4,6,8 g/L灌水处理与1 g/L处理间差异达显著水平。咸水灌溉改变土壤水稳性团聚体的粒级分布,灌溉水矿化度≤4 g/L时,0—40 cm土壤水稳性团聚体以大团聚体(>0.25 mm)为优势粒级,随灌溉水矿化度增加,大团聚体质量分数降低,微团聚体(0.053~0.25 mm)和粉+黏团聚体(<0.053 mm)质量分数增大,当灌溉水矿化度达到6 g/L时,粉+黏团聚体占比最大。咸水灌溉降低土壤水稳性团聚体的稳定性,随灌溉水矿化度的增加,土壤团聚体平均重量直径和几何平均直径减小,分形维数增大,但2 g/L与1 g/L灌水处理间无显著差异。在该研究灌溉制度下,≥4 g/L咸水灌溉显著增加土壤盐分,破坏土壤团粒结构,应谨慎使用。     

冬季咸水结冰灌溉下滨海重盐碱地土壤水盐动态及对棉花出苗和产量的影响

在河北省滨海区,连续3年对当地的盐碱地进行了冬季咸水结冰灌溉,并对土壤的耕层水盐动态、棉花出苗和产量以及植株的盐离子状况进行了观测。结果表明:利用矿化度为8.15~14.27 g.L 1、灌水量为180mm的地下咸水,对滨海盐碱地进行冬季结冰灌溉,后期结合地膜覆盖可显著降低土壤盐分含量和提高土壤含水量。咸水结冰灌溉处理2009—2011年棉花播种期土壤盐分含量分别为0.32%、0.29%和0.17%,土壤含水量分别为26.2%、25.0%和24.2%,保证了棉花正常出苗,3年的棉花出苗率均达到85%以上。结冰灌溉年限越长越有利于土壤盐分的淋洗。苗期棉花根、茎和叶片Na+含量比对照降低57.6%~64.5%,而相应的K+和Ca2+含量显著高于对照(不灌溉不覆膜处理)棉苗,避免了对苗期棉花的单盐伤害。随着当地雨季的来临,棉田耕层土壤可实现周年脱盐,保证了棉花的正常生长,籽棉产量达到2 643.8~3 607.7 kg.hm 2,并且3年的产量呈逐年上升趋势,实现了滨海重盐碱区水土资源的高效利用和棉花丰产。     

灌水矿化度及土壤含盐量对南疆棉花出苗率的影响

为获知新疆棉花苗期耐盐度阀值及其影响因素,该文进行了不同灌水矿化度单因素及不同灌水矿化度和土壤含盐量2种组合因素对棉花出苗的耐盐性试验研究,结果表明,灌水矿化度及土壤含盐量均与棉花相对出苗率呈线性负相关;而灌水矿化度则随土壤盐碱程度的不同而改变,当土壤盐质量分数在0.33%以下,灌水矿化度不超过5 g/L,土壤盐质量分数在0.33%～0.5%之间灌水矿化度不超过3 g/L,土壤盐质量分数大于0.5%时,则应采用淡水灌溉;从对比这2种因素对出苗率的影响来看,在中度及以下盐渍土壤中,灌水矿化度的影响较土壤含盐量的大;同时结合大田出苗率调查,则表明在轻度盐碱土中灌水矿化度的临界值为4.28 g/L,而对土壤而言棉花苗期的耐盐阀值则为0.58%。该研究为进一步研究棉花耐盐性提供参考,对指导新疆棉花生产具有重要意义。     

滴灌模式对棉花根系分布和水分利用效率的影响

理解膜下滴灌参数对土壤盐分运移和作物生长的影响是制定科学滴灌制度、合理利用水资源的重要环节。毛管布置方式和滴灌水质是膜下滴灌的重要参数,为研究其对土壤盐分变化、棉花根系分布及水分利用效率的影响,设计了2种毛管布置方式（一管四行（Ms）和一管两行（Md））和3个滴灌水质水平（淡水0.24?dS/m、微咸水4.68?dS/m、咸水7.42?dS/m）。结果表明,滴管布置方式对土壤盐分变化和根系分布有显著影响。在相同滴灌水质条件下,Ms处理有利于降低棉花根区土壤含盐量。所有处理根系主要分布于0～40?cm土层内,矿质水滴灌时Md中根系受抑制程度明显高于Ms,但其主要影响根系密度δR＞0.5?kg/m3区域的分布范围,对δR＞0.2?kg/m3区域范围分布无明显影响。生育期内棉花总耗水量随滴灌水矿化度的上升而降低,与滴管布置无关。相对淡水滴灌而言,矿质水滴灌时Ms处理产量有所降低,但其水分利用效率随灌水矿化度上升而升高;而Md处理产量和水分利用效率均随灌水矿化度上升而下降。     

微咸水滴灌对绿洲棉田水盐运移特征及棉花产量的影响

在南疆绿洲棉田,以河水为对照(CK),利用咸水与河水混合方式,设置矿化度为3,5g/L的微咸水,研究微咸水滴灌对棉田水盐运移特征及棉花产量的影响。结果表明:矿化度为3,5g/L处理的土壤含水量、含盐量在整个生育期呈上升趋势,且随矿化度增加而增大,盛花期(7月21日)前土壤含水量差异不显著,CK的土壤含盐量最高,盛花期后土壤含盐量5g/L3g/LCK,差异显著(p0.05)。垂直方向,土壤深度增加土壤含水量增大,且随着微咸水矿化度增加土壤含水量呈增大趋势,不同处理在盛花期以后差异显著;随土壤深度的增加土壤含盐量呈下降趋势,滴灌次数越多处理间差异越大,至盛铃期(8月4日)达显著水平。水平方向,距离滴头越远土壤含水量越小,且随着矿化度增加土壤含水量逐渐增大;3,5g/L土壤含盐量在盛花期前低于CK,盛花期后距离滴头越远土壤含盐量下降越小,且与矿化度呈正相关。与CK相比,3g/L皮棉产量下降2.1%,差异不显著,5g/L则下降9.6%,差异显著,产量下降主要原因是单株结铃数和单铃重显著下降,而对衣分影响不显著。因此,棉花盛花期前可利用微咸水进行滴灌,且微咸水矿化度不宜超过3g/L。     

种植方式和灌溉定额对碱化盐土及紫穗槐生长的影响

针对甘肃白银碱化盐土表层土壤盐分高、植物生长困难的生产问题,在统一施用脱硫石膏18t/hm^2的基础上,通过2 a田间试验,在起垄沟植和未起垄种植2种种植方式下设置3个灌溉定额:8 250、9 750和11 250 m^3/hm^2,研究不同种植方式及灌溉定额对土壤pH值、碱化度、含盐量及紫穗槐生长的影响。试验结果表明:1)各处理均显著降低了土壤pH值、碱化度和含盐量;起垄沟植方式下垄沟内可汇集灌溉水和降水,提高土壤含水率;在0~40 cm土层起垄处理的土壤盐分比未起垄处理低15.7%,起垄沟植处理可以形成"高水低盐"的水盐环境,从而使紫穗槐的成活率、株高、冠幅均高于未起垄处理;2)2种种植方式下,随灌水量增加脱盐效果越显著,紫穗槐的成活率、株高、冠幅指标随灌水量增加而增加;灌溉定额为9 750和11 250 m^3/hm^2时,紫穗槐生长指标无显著差异。考虑到研究区地处干旱区,水资源有限,灌水量过多不仅浪费水资源还会增加发生次生盐渍化的风险,因此,施用脱硫石膏并起垄沟植适宜于甘肃白银碱化盐土紫穗槐种植,且适宜灌溉定额为9 750 m^3/hm^2。     

冬季咸水结冰灌溉对河套重盐碱地改良效果研究

采用田间大区试验,连续3年在河套重盐碱区开展了冬季咸水结冰灌溉试验研究,设置冬季咸水结冰灌溉(FSWI)和无灌溉对照(CK)两个处理,其中FSWI处理的灌水量为180 mm,矿化度为6.79～7.97 g·L~(–1),种植作物为青贮玉米,以分析不同处理下土壤水盐和钠吸附比(SAR)的周年动态以及对作物生长的影响,探究冬季咸水结冰灌溉对河套重盐碱地的改良效果。结果表明:与CK相比,FSWI处理显著改变了春季土壤水盐和SAR动态。0～20 cm土层,春季FSWI处理的土壤含水量显著高于CK处理,玉米苗期, FSWI处理的土壤含水量平均为24.3%,显著高于CK的21.6%; FSWI处理的春季土壤含盐量和SAR显著低于CK处理,其中, FSWI处理的土壤含盐量由灌溉前的33.86 g·kg~(–1)降低至玉米苗期的5 g·kg~(–1)以下,而CK处理土壤含盐量逐渐升高至玉米苗期的34.2 g·kg~(–1); FSWI处理土壤SAR由灌溉前的21.9降低至玉米苗期的9.86, CK土壤SAR则逐渐升高至玉米苗期的25.00。后续地膜覆盖和夏季降雨使FSWI处理的土壤含水量维持在23.0%以上,土壤含盐量保持在5 g·kg~(–1)以下,土壤SAR保持在9左右。20～40 cm土层与0～20 cm土层的土壤水盐和SAR变化趋势与表层一致,但没有表层变化剧烈。此外,随着灌溉年限的延长,同时期土壤含盐量和SAR呈逐年降低的趋势。FSWI处理玉米出苗率在70%以上,干物质产量为9～12t·hm~(–2),而CK处理由于土壤含水量较低(21.0%),并且土壤含盐量和SAR均较高,造成玉米出苗率极低,进而导致绝收。因此冬季咸水结冰灌溉改变了土壤水盐动态过程,变春季积盐为脱盐,显著降低了土壤SAR,并补充了土壤水分,保证了饲用玉米的正常种植和生长,这为该地区盐碱地改良和饲料作物种植提供了技术支持。     

利用作物水盐生产函数和土壤水盐动态模型制定咸水灌溉制度

Using a crop-water-salinity production function and a soil-water-salinity dynamic model, optimal irrigation scheduling was developed to maximize net return per irrigated area. Plot and field experiments were used to obtain the crop water sensitivity index, the salinity sensitivity index, and other parameters. Using data collected during 35 years to calculate the 10-day mean precipitation and evaporation, the variation in soil salinity concentrations and in the yields of winter wheat and cotton were simulated for 49 irrigation scheduling that were combined from 7 irrigation schemes over 3 irrigation dates and 7 salinity concentrations of saline irrigation water （fresh water and 6 levels of saline water）. Comparison of predicted results with irrigation data obtained from a large area of the field showed that the model was valid and reliable. Based on the analysis of the investment cost of the irrigation that employed deep tube wells or shallow tube wells, a saline water irrigation schedule and a corresponding strategy for groundwater development and utilization were proposed. For wheat or cotton, if the salinity concentration was higher than 7.0 g L^-1 in groundwater, irrigation was needed with only fresh water; if about 5.0 g L^-1, irrigation was required twice with fresh water and once with saline water; and if not higher than 3.0 g L^-1, irrigation could be solely with saline water.