微咸水喷灌对冬小麦光合特性·根系分布及产量的影响

摘要  为了探究合理的微咸水利用方式，因地制宜制定合理的微咸水喷灌策略，依托河北低平原咸水区试验站，通过田间小区试验探究连续2年淡水喷灌、2 g/L和 3 g/L矿化度微咸水喷灌对河北低平原地区冬小麦叶片光合特性、根系分布及产量的影响。结果表明：与淡水喷灌（CK）相比，2、3 g/L矿化度微咸水喷灌处理2020和2021年冬小麦灌浆期叶片净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、叶片水分利用效率（LWUE）和气孔限制值（Ls）均有所降低。与淡水灌溉相比，2 g/L矿化度微咸水处理总体上并未对冬小麦的生长和产量造成显著影响，3 g/L矿化度微咸水处理对冬小麦的生长以及产量造成显著抑制作用，并且盐分的累积进一步加重了次年对冬小麦生长的抑制作用。该研究结果表明在河北低平原淡水资源相对缺乏的地区应用微咸水喷灌可以在一定程度上缓解当地干旱胁迫对冬小麦生产的影响，2 g/L矿化度微咸水喷灌在缓解农业用水紧张的同时可以减缓盐分累积对冬小麦生长和产量的抑制作用，保障正常的农业生产活动。

关键词  微咸水；冬小麦；光合特性；根长密度；产量

中图分类号  S275.5  文献标识码  A  文章编号  0517-6611（2024）09-0170-06

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.09.038

开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Effects of Brackish Water Sprinkler Irrigation on the Photosynthetic Characteristics， Root Distribution and Yield of Winter Wheat

SHI Li-li1， FENG Ya2， WANG Han-bo3， 4 et al

（1.Hebei Water and Soil Conservation Work Station， Shijiazhuang， Hebei 050011;2.Institute of Environment and Sustainable Development in Agriculture， Chinese Academy of Agricultural Sciences， Beijing 100081;3.Hebei Academy of Water Resources， Shijiazhuang， Hebei 050011;4.Hebei Technology Innovation Center of Agricultural Water Saving， Shijiazhuang， Hebei 050011）

Abstract  In order to explore the rational utilization method of brackish water and formulate a reasonable sprinkler irrigation mechanism of brackish water， based on the experimental station in Hebei low-plain salt water area， the effects of freshwater sprinkler irrigation，2 g/L and 3 g/L salinity brackish water sprinkling irrigation on the leaf photosynthesis characteristics， root distribution and yield of winter wheat were studied through two consecutive years of field plot experiment.The results showed that compared with freshwater sprinkler irrigation（CK），the leaf net photosynthetic rate（Pn），transpiration rate （Tr），leaf water use efficiency （LWUE） and limited value of stomatal （Ls） of winter wheat in grain-filling stage in 2020 and 2021 in the brackish water sprinkling irrigation treatments with the mineralization degree of 2 g/L and 3 g/L all decreased than those in freshwater sprinkler irrigation（CK）. Compared with freshwater sprinkler irrigation，2 g/L brackish water treatments had no significant effect on the growth and yield of winter wheat， while 3 g/L saline water treatment significantly inhibited the growth and yield of winter wheat，and the accumulation of salt further inhibited the growth of winter wheat in the second year.The research results indicated that the application of brackish water sprinkler irrigation could alleviate the effects of drought stress on the production of winter wheat in the low-plain areas of Hebei which was lack of freshwater resources to a certain extent. 2 g/L The saline water sprinkler irrigation with the mineralization degree of 2 g/L could relieve the water shortage in agriculture，but it also could reduce the inhibition of salt accumulation on the growth and yield of winter wheat，and ensure normal agricultural production activities.

Key words  Brackish water;Winter wheat;Photosynthetic characteristics;Root lenth density;Yield

基金项目  国家重点研发计划项目（2016YFC0401403）；河北省重点研发计划项目（22374205D）；河北省水利科技计划项目（2016-77，2020-07，2022-20）。

作者简介  石丽丽（1981—），女，黑龙江牡丹江人，高级工程师，博士，从事水土保持与农田水利研究。

*通信作者，高级工程师，博士，从事农田水利及土壤学等方面的研究。

收稿日期  2023-04-27

我国是世界上淡水资源严重缺乏的国家之一。2017年第三次全国农业普查数据显示，我国干旱、半干旱和无灌溉条件的旱作耕地面积超过全国总耕地面积的50%［1］。然而，近年来我国对粮食需求的不断增长以及农业淡水资源的匮乏给我国粮食生产带来了巨大挑战。基于现有农业水资源匮乏的现状，寻求可替代的农业灌溉水是实现我国农业可持续发展的重要举措。河北低平原地区位于河北省东南部，属半干旱季风气候，常年降雨量不足，是华北平原的干旱中心［2］。但是，该地区地下咸水资源比较丰富，约1 700亿m3，主要为2～3 g/L矿化度的微咸水，每年可开采资源量约占总储量的1.3%［3］。因此，合理开发利用当地微咸水资源可以在一定程度上缓解我国农业用水资源短缺的问题，对于维持农业高效生产等具有非常重要的意义。

微咸水喷灌是将天然咸水和淡水按照一定的比例混合成不同矿化度的微咸水进行喷灌的农业节水技术。微咸水喷灌在缓解农业用水供需矛盾的同时，对粮食作物的生理性状及产量也有一定影响。冬小麦是我国北方重要的粮食作物之一，其耐盐阈值为6.0 dS/m，属于中度耐盐作物［4］。探究冬小麦对盐分胁迫的耐受度，对于我国北方干旱半干旱地区实施微咸水灌溉具有重要的参考依据。陈芝芸［5］研究表明在河北中东部干旱地区应用咸水与淡水混合浇灌技术配以雨季排水洗盐可使小麦平均产量增加60%以上。张余良等［6］在天津干旱地区开展的小区试验结果表明，微咸水灌溉能够提高冬小麦的生物产量和经济产量，灌浆期使用矿化度4.5 g/L的混合水灌溉可使小麦产量提高14.21%。龚雨田等［7］在天津地区的试验表明矿化度1、2 g/L微咸水灌溉提高了小麦产量，矿化度4、5 g/L微咸水灌溉大幅度降低了小麦产量。由此可见，灌溉区土壤环境与微咸水矿化度对冬小麦的产量具有显著影响。这主要归因于不合理的微咸水灌溉导致土壤盐分累积，造成土壤盐渍化，进而改变作物根系的形成与分布，影响其生长发育和产量。研究表明，使用矿化度3 g/L的微咸水灌溉显著增加了根层土体含盐量［8］，降低了小麦的根长密度［9］，阻碍了根系对营养元素的吸收［10］，损害了冬小麦的叶片结构，最终导致冬小麦早熟和减产［11］。大量研究表明，合理矿化度的微咸水作为农业灌溉用水，可在不影响土壤和作物的前提下起到节约淡水资源的作用。庞桂斌等［12］在黄河三角洲黄灌区的研究表明，采用矿化度3 g/L的微咸水灌溉会降低冬小麦叶片的气孔导度和蒸腾速率，但其对冬小麦叶片的净光合速率没有明显影响，并能实现粮食增产11.2%～11.4%。因此，探究河北低平原地区微咸水喷灌处理下冬小麦叶片光合特性、根系分布及产量对于该地区合理高效利用微咸水资源、保障粮食正常生产具有实际意义。

笔者选择冬小麦作为研究对象，连续2年进行微咸水喷灌田间试验，通过探究不同矿化度的微咸水灌溉对冬小麦叶片光合特性、地下0～60 cm根系分布和产量的影响，寻求适合当地冬小麦灌溉的微咸水矿化度，以期为河北低平原地区咸水资源的开发利用以及灌溉农业的可持续发展提供参考依据。

1  材料与方法

1.1  试验地概况

试验于2019—2021年在黑龙港流域中部平原区（河北省衡水市深州市榆科镇东四王村）衡水灌溉试验站冬小麦-夏玉米连续微咸水灌溉长期定位试验基地（115°38′33″E，37°59′09″N，海拔26 m）进行，该地区浅层地下水埋深在10 m左右。气象资料从该站点小型气象站（天圻智慧型气象站ET007）获取，该地多年平均气温12.8 ℃，年降水量512.5 mm，其中夏季 6—8月降水量占全年降水量的70%左右，年蒸发量为 1 785.4 mm。试验地土壤为潮土类黏壤，0～40 cm土壤含盐量0.04％，>40～120 cm土壤含盐量 0.05％，属于非盐渍化水平。0～20 cm耕作层土壤的基本理化性质如下：有机质含量11.79 g/kg，pH 8.26，土壤电导率176 μS/cm，碱解氮、硝态氮和铵态氮含量分别为58.94、9.86和4.21 mg/kg。

1.2  试验设计

该试验所用冬小麦品种为当地主推的石家庄8号，该品种在此前的微咸水灌溉试验中表现突出［13］，且具有抗旱、节水等优点，适宜在黑龙港流域麦区、冀中北等地区大范围种植［14］。播种时间分别为2019年10月12日和 2020年10月13日，收获时间分别为2020年6月3日和2021年6月7日，农业技术措施同当地大田。

根据《农田灌溉水质标准》，将当地开采的地下咸水和淡水按照一定比例混合后进行喷灌，根据不同矿化度设置淡水喷灌（CK，矿化度0.5 g/L）、2 g/L矿化度微咸水喷灌和3 g/L矿化度微咸水喷灌3个处理，每个处理9个重复，随机区组布置。在冬小麦播种前配置水肥一体化设备，每个处理施肥量一致。根据实验站天气情况，当土壤田间持水量低于70%时进行灌水，2020年3月15日和2021年3月19日进行喷灌处理，每次灌水量定额700 m3/hm2。

1.3  测定指标与方法