再生水灌溉对冬小麦生长生理特性及产量的试验研究

李海军

（山西省水利水电科学研究院 太原 030002）

1 概述

再生水也称为中水，一般是指经过城市污水处理厂二级处理后的排出水。由于淡水资源严重紧缺，再生水将逐渐成为农业灌溉的一个重要水源，在农业用水中所占比重越来越大。2010年，天津市再生水利用量将达到6.84亿m3，其中近80%用于农业灌溉，接近农业总用水量的1/3.北京市再生水利用率达到60%，约11.3亿m3，其中超过一半的再生水主要用于农业灌溉，占到农业用水量的1/4.2004年山西全省城市、县城污水排放总量为9.37亿m3，2010年污水排放总量达到14.7亿m3.由此可见，再生水灌溉将是都市型农业用水的一个重要组成部分。回用过程中，再生水灌溉的安全性、对农作物的影响成为了再生水回灌领域的热点问题，其中国内的主要研究内容包括再生水灌溉对土壤－作物系统中重金属分布的影响，对土壤理化性质的影响，对种子萌发及幼苗生长的影响以及对籽粒品质的影响。相对于国内而言，国外在再生水灌溉对农作物的影响研究方面起步较早，研究成果较为系统，研究内容往往同时包含再生水灌溉对农作物生长、产量形成、土壤环境质量、土壤水分分布以及籽粒或果实品质的影响，并深入到机理研究。

我省在再生水灌溉对农田氮素、作物生长生理特性及产量的影响等方面研究较少，因此，针对山西省粮食作物面积大，且对再生水灌溉研究薄弱的现状，2008年，山西省水利厅立项“再生水灌溉农田氮素监测与灌溉施肥模式研究”开展再生水灌溉的试验研究，研究时间为2008年6月到2010年12月。项目选择太原市小店区和山西省汾河灌溉管理中心试验站两个地点，对冬小麦、玉米、豆子等大田作物，采用井水、汾河水、再生水不同水源，开展不同的灌溉水平和不同施肥量的多个处理的对比试验研究，目的是为我省的再生水灌溉提供最佳的灌溉施肥模式，为丰富再生水灌溉研究的理论体系、保障再生水灌溉的安全利用提供可靠的科学依据。

文章根据该项目2年的试验观测资料，只对再生水灌溉与井水灌溉相比较，对冬小麦的生长生理特性及产量的影响进行了分析。

2 田间试验

2.1 试验区概况

试验地点位于太原市小店区刘家堡乡东里解，经度116°57′，纬度 39°08′，海拔高程 785.49 m；属暖温带大陆性气候，多年平均降水量520 mm，多年平均水面蒸发量1812.7 mm（20 cm蒸发皿），多年平均气温11℃，平均日照时数2672 h；无霜期为169天，最大冻土深度1 m，地下水位变幅在3.70～1.06 m之间；该试点作物根系层土壤质地为中壤土，土壤容重为1.42 g/cm3，0-0.6 m土壤硝态氮3.87 g/kg，土壤铵态氮3.05 g/kg.土壤有机质含量较低，平均为0.96%左右，土壤pH值在8.5左右，属碱性土壤，田间持水量26%（重量百分比）。

2.2 试验设计及方法

本项目田间试验在农户地块进行，试验设置1个处理，重复3次。每个小区长30 m，宽20 m，面积600 m2.试验布置图见表1，试验设计灌溉水量按农户的实际灌溉进行，全生育期灌2水，灌水定额900 m3／hm2，灌水方式为管道输水，地面灌溉，灌溉水为清水灌溉、再生水灌溉，试验所用再生水水源为太榆退水渠水，清水取自当地地下水。同时设置施用不同施肥量对照，施底肥“施尔旺”，清水灌溉、再生水灌溉施量均为750 kg/hm2，4月17日施追肥尿素，再生水灌溉施量为300 kg/hm2，井水灌溉施量为750 kg/hm2，除灌水类型和施肥不同外，其余田间管理措施均相同。试验设计方案见表2.

表1 试验田间布置示意

表2 试验设计方案

试验时期为两年。2009年度试验于2008年10月6日播种，于2009年6月19日收获，品种为“京9428”，播量为300 kg/hm2.全生育期灌水两次，2009年4月4日和5月15日灌水两次，每次灌水量900 m3/hm2。2010年度试验于2009年10月15日播种，于2010年6月28日收获，品种、灌水等与2009年相同。

2.3 试验观测内容及方法

本项目针对当地农户种植情况、灌水和施肥情况进行土壤水分土壤养分和灌水施肥情况的测试。每个测点的测试深度：0～20，20～40，40～60，60～80，80～100，100～120，120～140，140～160cm.养分、水分测试深度相同。水分以含水量表示（水分占干土重的%）。养分以硝态氮和铵态氮表示，用室内常规测试方法测试。

①作物生长动态观测：株高、叶面积、干物质。

②土壤水分观测：各小区土样取3个点。观测时间：播前、灌水前后、较大降雨（大于30 mm）后、收获时，生长期内对应作物生长动态观测时间为拔节、抽穗、扬花、灌浆。

③土壤养分：播前测试土壤有机质、全氮、速效磷、速效钾、全盐量、硝态氮、铵态氮。生长期只测试硝态氮。测试时间、深度与土壤水分测试时间对应。

④水质：灌水时取样，按灌溉水质标准测试。

⑤考种、测产：单位面积株数、干物质重，籽粒产量。在收获时取样。

⑥其它观测：土壤质地、田间持水量、土壤容重、土壤类型。降雨量、蒸发量、气温、日照、风速、湿度（取最近气象站资料）逐日值。

3 结果分析

3.1 再生水水质检测

灌溉用再生水为太榆渠退水，即城市生活和工业排放的污水处理后进行灌溉，对再生水水质检测结果如表3：从水质监测结果看，得到灌溉水质标准。

3.2 再生水灌溉农田氮素时空变化规律

分析确定农田氮素时空变化规律，这里时间变化是指单点农田氮素随时间的变化。空间变化包括了水平和垂直两个方向的变化，即农田氮素沿土壤垂直剖面的运移规律和农田氮素沿地面平面上的变化规律（见图1）。

由图1可见，再生水灌溉后氮素在土壤中的浓度分布增加的十分突出，以表层土壤变化最为明显，越往下层变化逐渐减小。

3.3 再生水灌溉对作物株高、叶面积的影响

利用不同质量的水灌溉的冬小麦，其株高、叶面积表现不同，在拔节期、井水灌溉的植株最高，而经过灌溉后，在抽穗、灌浆、收获期再生水灌溉的植株均大于井水灌溉，这表明再生水灌溉能够促进作物的生长（见图2）。

表3 灌溉用水水质监测结果表 单位：mg/L

图1 不同水质灌溉对土壤中硝态氮的影响

图2 不同水质灌溉对作物株高、叶面积的影响

叶片是冬小麦进行光合、蒸腾和呼吸作用的重要器官，叶面积的消长和叶绿素的含量是衡量作物个体和群体生长发育好坏的重要标志。叶面积的大小和叶绿素含量直接影响到作物的光合面积的大小和光合效率最终影响到产量的高低。实验结果表明：再生水灌溉使叶面积提高了20%左右。说明再生水中含有较多的N、P等对植物有益的营养物质，所以在再生水灌溉缓解作物旱情的同时，为农田注入了一定量的N、P营养物质，可有效地提高作物产量。

3.4 再生水灌溉对作物产量构成因素的影响

冬小麦在灌水两次时（拔节水900 m3/hm2，灌浆900 m3/hm2），再生水灌溉在施肥量比井水灌溉的减少450 kg/hm2的情况下（再生水灌溉施追肥尿素，施量为300 kg/hm2，井水灌溉施追肥尿素，施量为750 kg/hm2），平均穗长、千粒重和产量均高于井水灌溉的冬小麦（见表4）。

表4 不同水质灌溉对冬小麦产量构成因素的影响

3.5 结语

综上所述，城市污水经传统二级处理后，虽然大部分悬浮固体和有机物被去除，但还残留有难生物降解的有机物、氮和磷的化合物、不可沉淀的固体颗粒、致病微生物以及无机盐等污染物质。含有这些污染物质的处理水，如排放湖泊、水库等缓流水体会导致水体的富营养化。采用再生水灌溉农田或绿地后，在缓解作物旱情的同时，为农田注入了一定量的N、P营养物质，植物可以吸收再生水中的N、P等营养物质，对作物生长能够起到一定的促进作用，从而也减少了可能进入水体的污染物质。但是，在大量使用再生水灌溉的同时，也必须加强对农田氮素动态变化过程的监测，并据此适量调整减小施肥数量，避免农田氮素过量而导致对水体的污染。

另外，再生水对冬小麦生长及产量的影响研究涉及到水文、气象、农田水利、生态、土壤、植物生理等众多领域，且再生水灌溉对冬小麦生长和产量的影响受到施肥量、灌水量、水质状况、灌水次数、土壤状况和降雨量等众多因素的影响，因此其综合作用机理有待于进一步深入研究；尤其从光合、蒸腾、气孔活动等水分生理因子对再生水灌溉响应的角度，有待于深入研究和揭示再生水灌溉对冬小麦生长以及光合产物生成及分配的影响机制。本文仅探讨了收获时冬小麦根系分布对再生水灌溉的响应，其他生育阶段的根系发育特征对再生水灌溉的响应效果有待于深入研究。此外，应该加强再生水灌溉对冬小麦品质的影响研究，把地下水—土壤－植物作为整体，从系统的角度进行全面研究；加强流域宏观再生水利用研究力度，最终为再生水安全回用提供充分可靠的科学依据。