劉 凱,葛 鵬

(蘇家屯區(qū)農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣與行政執(zhí)法中心,遼寧 沈陽(yáng) 110101)

隨著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)量的增加農(nóng)業(yè)用水量也不斷增加。然而，可用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的淡水在持續(xù)減少[1]。淡水的缺乏限制了干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。與此同時(shí)，灌溉水的水質(zhì)也在發(fā)生著惡化。虧缺灌溉和咸水灌溉在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中普遍被用來(lái)克服干旱和維持作物產(chǎn)量[3]。玉米是世界上消耗最廣泛的作物之一，其生長(zhǎng)在廣泛的氣候帶，大多是在灌溉條件下生長(zhǎng)[4]。很多研究表明灌溉水的鹽度達(dá)到4～8 dS/m可用于玉米生長(zhǎng)，且水的鹽度閾值應(yīng)根據(jù)土壤和氣候條件進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整[4]。作物產(chǎn)量是利用咸水灌溉考慮的重要因素之一[5]。一般來(lái)說(shuō)，超過(guò)耐受限度后，產(chǎn)量會(huì)隨著土壤鹽分的增加而近似線性下降。在干旱和半干旱地區(qū)，缺水和水質(zhì)惡化經(jīng)常同時(shí)發(fā)生并相互影響。關(guān)于咸水灌溉或虧缺灌溉對(duì)玉米的影響，已經(jīng)進(jìn)行了許多研究。但關(guān)于咸水灌溉和虧缺灌溉對(duì)玉米耗水和產(chǎn)量的交互作用的影響仍然較少。本文的研究目的為：(1)量化不同灌水量和不同水鹽條件下玉米的產(chǎn)量；(2)評(píng)價(jià)不同灌水量和水鹽條件下玉米的水分生產(chǎn)率。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)于2017—2019年在農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站進(jìn)行。試驗(yàn)區(qū)年日照時(shí)數(shù)超過(guò)2700 h，年平均降水量約為510 mm。2017年、2018年和2019年的蒸散量分別為412 mm、383 mm和318 mm。本文采用365 mm的灌水量作為控制灌溉水平的參考值。采用3種水平的水鹽度進(jìn)行灌溉：0.65 dS/m(N1)、3.20 dS/m(N2)和6.10 dS/m(N3)，以及3種水平的灌水量：375 mm(M1)、300 mm(M2)和221 mm(M3)。試驗(yàn)共進(jìn)行9個(gè)灌溉處理。根據(jù)研究區(qū)耕作習(xí)慣，灌溉分4次進(jìn)行，分別為分蘗～拔節(jié)、拔節(jié)～抽雄、抽雄～灌漿和灌漿～成熟期。詳細(xì)的灌溉處理見表1。

表1 不同處理的灌溉方式

每組試驗(yàn)進(jìn)行3次重復(fù)，設(shè)置27個(gè)小型地塊。地塊尺寸為3 m×3 m。在地塊周圍放置0.3 m高的圍板，以盡量減少水量的水平運(yùn)動(dòng)。鹽度為0.65 dS/m、3.20 dS/m和6.10 dS/m的水通過(guò)將氯化鈉、硫酸鎂和硫酸鈣(質(zhì)量比為2∶2∶1)溶解在淡水中人工制備而成。作物行距為15 cm。作物種植前的施肥量為461.2 kg/hm2NH4H2PO4、295 kg/hm2CO(NH2)2、65 kg/hm2K和34 kg/hm2Zn。

1.2 蒸散發(fā)計(jì)算

實(shí)際蒸散發(fā)ETa采用式(1)水量平衡方程計(jì)算：

ETa+R+D=P0+I+SMD

(1)

式中：ETa為作物蒸散發(fā)量，mm；SMD為玉米生育期土壤深度內(nèi)的實(shí)測(cè)土壤耗水量，mm；R為地表徑流量，mm；D為地下水流量，mm；P0為玉米生育期的總有效降雨量，≥2.5 mm，2017年、2018年和2019年分別為27.8 mm、25.4 mm和50.0 mm；I為灌水量，mm。土壤耗水量(SMD)是指0～120 cm土壤剖面從播種到成熟期土壤含水量的變化，土壤水分消耗時(shí)為正值，補(bǔ)給時(shí)為負(fù)值。地表徑流(R)假定為零，灌溉水由30 cm 高的圍欄保護(hù)。

1.3 生產(chǎn)力指數(shù)

水分利用效率WUE計(jì)算方法如式(2)所示：

(2)

灌溉水利用效率IWUE計(jì)算方法如式(3)所示：

(3)

式中：Y為作物產(chǎn)量，kg/hm2。

2 結(jié)果分析

2.1 玉米產(chǎn)量

表2給出了每種處理的玉米產(chǎn)量，可以看出：玉米產(chǎn)量在2017年為5246～7432 kg/hm2，2018年為6402～7223 kg/hm2，2019年為 5633～7140 kg/hm2。在3年內(nèi)通過(guò)充足的淡水灌溉(M1N1)獲得的產(chǎn)量最大,M3N3在2017年和2018年的產(chǎn)量最低，M1N3在2019年的產(chǎn)量最低。表3中的方差分析結(jié)果表明，灌溉水量和鹽分對(duì)產(chǎn)量的交互影響在統(tǒng)計(jì)學(xué)上不顯著(p>0.05)。2017年和2018年，鹽度對(duì)產(chǎn)量的影響并不顯著。N1和N2、N2和N3、N1和N3之間的產(chǎn)量差異顯著。灌水量對(duì)玉米產(chǎn)量的影響在2017年和2019年顯著(p<0.05)，但在2018年不顯著(p<0.05)。2017年，在淡水和咸水灌溉下，玉米產(chǎn)量因水量減少而下降。這種減少僅在M3顯著。M1和M2之間的產(chǎn)率差異被限制在7.0%以內(nèi)。2018年，在淡水灌溉條件下，充分灌溉獲得的產(chǎn)量最高，盡管M1N1、M2N1和M3N1三種水分處理之間的差異不顯著。但在咸水灌溉條件下，產(chǎn)量表現(xiàn)為M2>M1>M3，M1N2和M1N3的玉米產(chǎn)量分別比M2N2和M2N3低2.9%和6.8%。表明第二年咸水灌溉開始影響玉米產(chǎn)量對(duì)水位的響應(yīng)規(guī)律。2019年，淡水灌溉玉米產(chǎn)量保持M1N1>M2N1>M3N1的順序。然而，N2和N3的最高產(chǎn)量是通過(guò)M2處理獲得的。與M2N2和M2N3相比，M1N2和M1N3的產(chǎn)量分別降低了6.7%和11.1%。此外，在相同鹽度水平下，咸水灌溉M1的產(chǎn)量低于M3，其與2018年的結(jié)果不同。M1N2和M1N3的產(chǎn)量都在6.5%左右，低于M3N2和M3N3。結(jié)果表明，在咸水灌溉條件下，充足的供水不是獲得最高產(chǎn)量的必要條件。水的鹽度越高，獲得最高產(chǎn)量所需的水就越少。

表2 2017年、2018年和2019年每種處理的玉米產(chǎn)量

2.2 水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)

各處理的水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)見表4。由表4可知，水分利用效率變化范圍為1.19～1.64 kg/m3。由表3方差分析結(jié)果，M2處理在相同鹽度水平下具有最高的WUE值，3種水處理間的差異不顯著。2018年，灌水量對(duì)WUE的影響顯著(p<0.05)，而3種水分處理之間的差異仍然不顯著(p>0.05)。N1和N2的最高WUE值1.64 kg/m3均通過(guò)M3處理獲得，而N3的WUE值1.63 kg/m3通過(guò)M2處理獲得。表明當(dāng)用鹽水灌溉時(shí)，WUE通過(guò)適當(dāng)減少水量而增加。與M1N2和M1N3相比，M2N2和M2N3灌溉水量減少20.0%，但產(chǎn)量分別增加3.0%和7.3%，WUE分別增加21.4%和28.8%。2019年，玉米的WUE受灌水量和水礦化度的影響顯著。在相同鹽度水平下，WUE大小為M3>M2>M1的順序，而在水位M1和M2，WUE大小為N1 > N2 > N3的順序。M3N2處理的最高WUE值為 1.56 kg/m3。M2N2和M2N3比M1N2和M1N3分別高出22.3%和22.2%，產(chǎn)量分別高出6.7%和11.1%。與M2N2和M2N3相比，M3N2和M3N3的WUE產(chǎn)量較高。當(dāng)水的鹽度為3.20 dS/m和6.10 dS/m時(shí)，295 mm的水量有利于提高玉米產(chǎn)量和WUE。IWUE(1.50～3.16 kg/m3)高于WUE(1.05～1.64 kg/m3)。2017年,灌水量對(duì)IWUE的影響顯著，與WUE不同。在相同的鹽度水平下，2017年IWUEM2和M3之間的差異不顯著，M3和M2的減產(chǎn)程度和減水程度大致相當(dāng)。2018年和2019年，隨著灌水量的減少，IWUE在相同鹽度水平下顯著增加，M1、M2和M3之間的差異顯著。應(yīng)用咸水灌溉時(shí)，M2的產(chǎn)量高于M1，但M3的產(chǎn)量在2018年僅比M1低3.0%，2019年比M1高?？梢钥闯?，即使在咸水灌溉條件下，通過(guò)減少灌水量，IWUE也顯著增加。鹽度對(duì)WUE和IWUE的影響在2019年才顯著(p<0.05)。N3中的WUE和IWUE明顯少于N1和N2，然而，在N1和N2之間沒有觀察到顯著差異。因此，鹽度3.20 dS/m對(duì)WUE和IWUE的影響不明顯，但鹽度6.10 dS/m可降低IWUE。與N1相比，在水位M1、M2和M3時(shí)，N3的IWUE減少了21.1%、10.2%和10.7%。方差分析結(jié)果表明，灌溉水量和鹽度對(duì)WUE和IWUE的交互影響在3年內(nèi)都沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 水的鹽度、灌水量、水的鹽度×灌水量對(duì)玉米產(chǎn)量、水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE)影響的F檢驗(yàn)及顯著性分析

表4 各處理的水分利用效率(WUE)和灌溉水利用效率(IWUE) kg·m-3

3 結(jié) 論

本文以田間試驗(yàn)為基礎(chǔ)，研究了3個(gè)灌水量和3個(gè)鹽度水平下玉米的生產(chǎn)力和耗水量，研究結(jié)果表明：灌水量的影響在研究的3年內(nèi)占主導(dǎo)地位；玉米產(chǎn)量對(duì)灌水量的響應(yīng)不同于對(duì)耗水量的響應(yīng)。當(dāng)使用淡水時(shí)，產(chǎn)量與灌水量成正比。2017年咸水灌溉對(duì)產(chǎn)量的影響不明顯；隨著土壤鹽分的增加,2018年和2019年，咸水灌溉下的最高產(chǎn)量與最大灌水量不一致；WUE在2018年和2019年以及IWUE在2017年、2018年和2019年通過(guò)減少灌水量得到了提高，但是WUE在2017年不同灌水量處理之間的差異不明顯，適當(dāng)?shù)牡澣惫喔扔兄诟纳芖UE和IWUE。與淡水灌溉相比，3.20 dS/m鹽度下的產(chǎn)量和WUE分別下降了8.0%和12.0%，降幅不顯著。可以得出結(jié)論，水的鹽度3.20 dS/m對(duì)玉米產(chǎn)量和水分生產(chǎn)率沒有顯著影響。