考虑盐分累积及冬小麦产量品质的井渠结合灌溉模式优选

乔冬梅，韩 洋，齐学斌，黄仲冬，李 平，梁志杰

考虑盐分累积及冬小麦产量品质的井渠结合灌溉模式优选

乔冬梅，韩 洋，齐学斌※，黄仲冬，李 平，梁志杰

（1. 中国农业科学院农田灌溉研究所，新乡 453002； 2. 中国农业科学院河南新乡农业水土环境野外科学观测试验站，新乡 453002；3. 中国农业科学院农业水资源高效安全利用重点开放实验室，新乡 453002）

为探究井渠结合灌区地表水与地下水适时适量灌溉模式，以田间小区为研究尺度，探索不同渠井灌水比例（0、33%、67%、100%）、不同灌水定额（600、900、1 200 m3/hm2）对2013－2016年冬小麦产量、品质及根层土壤盐分动态变化特征的影响。结果表明：1）不同灌溉定额对纯渠水灌溉模式下冬小麦产量的影响较纯井水灌溉模式大。高定额纯渠水（灌水定额为1 200 m3/hm2，渠井灌水比例为100%）灌溉模式下的冬小麦产量最大，2015年为9 195 kg/hm2。2）增大灌水定额有利于冬小麦容重、湿面筋和稳定时间的增加，而对蛋白质含量的影响不明显。井水有利于蛋白质含量、湿面筋和稳定时间的增加，有利于弱化度的降低。在地表水资源相对充足且追求产量最大化的情况下，可选择高定额纯渠水灌溉模式；在地表水资源不充足的情况下，可选择中、高定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式。3）连续4 a年灌溉后冬小麦根层土壤盐分有小幅增加趋势，纯渠水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最小，其次是井水+渠水+渠水灌溉模式，纯井水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最大。在地表水量相对充足且以产量最大化为目标的情况下，可选取高定额纯渠水灌溉模式。地表水资源不充足的地区，可选择高定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式，而在水资源紧缺地区，可选择中定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

灌溉；地下水；盐分；冬小麦；渠井灌水比；产量；品质

0 引 言

根据《全国农业可持续发展规划（2015－2030）》中的区域布局，黄淮海平原是中国重要的农业优化发展区之一，但其资源环境与发展规划要求不相适应。该地区可利用淡水资源紧缺，农业用水尤为紧张，供需缺口已超100亿m3[1]，地下浅层蕴藏的大量咸水资源是农业生产重要的可利用性资源。黄淮海平原土壤盐渍化由来已久，经多年改良虽在一定程度上有所改观[2]，但其潜在风险仍不容忽视；不合理灌溉导致农作物减产、减质及土壤次生盐渍化发生。因此，开展井渠结合灌区粮食安全生产及基于土壤环境安全性的高效灌溉模式研究，对于黄淮海区域农业可持续发展具有重要的现实意义。

在井渠结合灌区，渠灌用水量、井灌用水量及渠井用水比例是影响作物根层土壤盐分变化和作物产量、品质的重要指标。适宜的渠井用水比例对于调节灌区地下水位、调控作物根层土壤盐分、满足作物用水需求等至关重要，也是农业水资源优化配置与调控的前提。以往相关研究指出，渠井灌水配比是冬小麦干物质量累积的重要影响因素[3]；渠井结合灌溉对地下水埋深会造成直接影响[4]；王璐瑶等[5]基于地下水补给量与开采量之间的均衡方程得出渠井结合比的合理范围为2.3～3.4；代锋刚等[6]研究表明，当渠首有效引水量控制在3.7～4.1亿m3，井渠灌水比例控制在0.35～0.55时，基本可以实现灌区地下水采补平衡；此外，渠首有效引水量介于1.5～2.0亿m3之间，井渠灌水比例控制在0.5～0.7，同样可实现灌区地下水采补平衡；也有类似研究指出，将人民胜利渠灌区井渠用水比例调整为1/0.78，上游调整为1/1.24，中游调整为1/0.85，下游调整为1/0.41，基本可实现该区域地下水采补平衡[7]。长期井渠结合灌溉模式对灌区土壤盐分特别是作物根层土壤积盐、粮食质量安全等方面均产生显著影响[8]。不合理的井渠结合灌溉模式不但会使地下水采补失衡，更易导致根层土壤积盐，危害作物健康，进而严重影响灌区作物产量及生态型灌区的可持续发展。截至目前，围绕灌区渠井结合灌溉模式的一系列相关研究多以实现地下水采补平衡、合理调控地下水位为目标，而针对不同井渠结合灌溉模式对作物产量、品质及土壤盐分动态变化特征的影响研究尚不多见。鉴于此，本研究以冬小麦产量、品质及根层土壤盐分累积为表征指标，探究井渠结合灌区地表水与地下水适时适量灌溉模式，进而寻求地表水与地下水的适宜灌水比例，以期为井渠结合灌区选取绿色生产灌溉模式及灌区水资源联合调度提供数据支持和理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验区概况

试验在人民胜利渠灌区开展，灌区位于河南省北部，113°31′～114°25′E，35°00′～35°30′N。属暖温带大陆性季风型气候，年均气温14.5 ℃，最高41 ℃，最低−16 ℃；无霜期约210 d，早霜多出现在10月下旬，晚霜出现在3月中、下旬；多年平均水面蒸发量约1 860 mm，降雨量约600 mm，降雨量少且年内分布不均，6－9月降雨量占全年降雨量的70%～80%。因而具有冬春干旱，夏秋多雨，先旱后涝，涝后又旱，旱涝交替的气候特点。试验区土壤质地为粉黏壤，结构不均，0～15 cm土层容重1.52 g/cm3，>15～45 cm容重1.47 g/cm3，>45～100 cm容重1.43 g/cm3。试验区土壤理化性质参考文献[9]。地表水充足的时候灌地表水，地表水不足的时候灌地下水，灌溉方式是大水漫灌，灌溉定额在900～1 200 m3/hm2范围。不同年份人民胜利渠灌区地下水平均埋深见图1a，多年平均地下水埋深为6.13 m，总体呈下降趋势。2013－2016年降雨量如图1b所示。

图1 研究区地下水埋深及降雨量

1.2 试验设计

在当地现行灌溉定额（900～1 200 m3/hm2）的基础上，体现节水，设低、中、高3个灌水定额，分别为600、900、1 200 m3/hm2；2种灌溉水源，即地下水（井水）和地表水（渠水）。2013年各处理设计6次重复，但其中3个重复受边界条件影响，故4 a试验各处理均设3个重复。小区面积为40 m2，小区布置见图2。供试作物为冬小麦（豫麦57），整个生育期灌水3次，2013－2016年4 a试验期间灌水时间一致，均为返青水（3月8日－12日），拔节水（4月19日－22日），灌浆水（5月14日－18日），试验设计见表1。灌溉水质见表2，其中阳离子表面活性剂、硫化物、镉、总砷、铬（六价）、铅、铜、锌、蛔虫卵数均未检出。

保护行 Protection zone A600(1)A900(1)A1200(1)B600(1)B900(1)B1200(1)C600(1)C900(1)C1200(1)D600(1)D900(1)D1200(1) 保护行Protection zone A600(2)A900(2)A1200(2)B600(2)B900(2)B1200(2)C600(2)C900(2)C1200(2)D600(2)D900(2)D1200(2) 保护行Protection zone A600(3)A900(3)A1200(3)B600(3)B900(3)B1200(3)C600(3)C900(3)C1200(3)D600(3)D900(3)D1200(3) 保护行Protection zone

表1 2013－2016年冬小麦渠井灌溉试验设计

表2 冬小麦试验灌溉水质

1.3 指标测定与计算

土壤盐分：冬小麦根层土壤盐分采用电导率（electrical conductivity，EC）来表征，定期取土测定土壤EC值，取土深度为0～100 cm，每10 cm 1层取样，采用1:5的土水比浸提液测定EC值，测定仪器为电导率仪（DDB-303A 型便携式电导率仪，上海雷磁，精度为0.1s/cm）。

根层土壤盐分增量：小麦收获后土壤0～100 cm EC值平均值减前1 a小麦收获后土壤EC值平均值与前1年小麦收获后土壤EC值平均值的百分数，%。

冬小麦产量：选取2 m2（1 mÍ2 m）冬小麦产量为实际产量，然后换算为单位面积产量，kg/hm2。

冬小麦品质：出粉率、形成时间、吸水量指标均采用国家标准方法测定，蛋白质含量采用GB5009.5-2010，容重采用GB/T5498-2013，湿面筋采用GB/T5506.2-2008，稳定时间、弱化度采用GB/T14614-2006。

1.4 统计分析方法

应用Excel 2010和DPS进行数据的方差分析；选取95%置信水平，应用最小显著差异法（least significance difference，LSD）进行不同处理间的多重比较分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式及灌水定额对冬小麦产量的影响

不同灌溉模式下冬小麦产量见表3。纯渠水灌溉模式下的冬小麦产量最大，2015年为9 195 kg/hm2。低灌溉定额（600 m3/hm2）下，2013－2016年4种灌溉模式下的冬小麦产量差异不显著（>0.05）。中灌溉定额（900 m3/hm2）下，2014年纯渠水灌溉模式下冬小麦产量显著高于井水+渠水+渠水灌溉模式（<0.05）。高灌溉定额（1 200 m3/hm2）下，2014年纯渠水灌溉模式下冬小麦产量显著高于其他灌溉模式（<0.05）。可见，低灌溉定额下，渠井灌水比例对冬小麦产量影响不明显；而中高灌溉定额下，渠井灌水比例对冬小麦产量的影响可能较大。

相同灌溉模式不同灌溉定额下冬小麦产量分析表明，纯井灌模式下，2013－2016年高灌溉定额下的冬小麦产量与中、低灌溉定额均无显著差异（>0.05）。“渠水+井水+井水”灌溉模式下，2013年高灌溉定额下冬小麦产量显著高于低灌溉定额（<0.05）；2016年高、中灌溉定额下的冬小麦产量均显著高于低灌溉定额（<0.05），分别较低灌溉定额提高了22.4%和16.5%；2014－2015年，3种灌溉定额下的冬小麦产量差异不明显（>0.05）。“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，2013－2015年度3种灌溉定额下冬小麦产量差异均不显著（>0.05），2016年高、中灌溉定额下的冬小麦产量均显著高于低灌溉定额（<0.05），分别较低灌溉定额提高了36.1%和32.3%。纯渠水灌溉模式下，2014年高灌溉定额下的冬小麦产量显著高于低灌溉定额（<0.05），较之提升25.0%；其他年份中3个灌溉定额下的冬小麦产量无明显差异（>0.05）。综上，灌溉定额对纯渠水灌溉模式下冬小麦产量的影响较纯井水灌溉模式大。

表3 不同灌溉处理下冬小麦产量

注：同列不同字母表示不同处理之间存在显著性差异（<0.05），下同。

Note: Different letters indicate significant difference among treatments (<0.05), same as below.

2.2 不同灌溉模式及灌水定额对冬小麦品质的影响

为探究不同灌溉模式的累积效应，本研究以连续灌溉4 a后（2016年）冬小麦品质作为分析指标（表4）。不同处理间冬小麦的出粉率、形成时间、吸水量指标差异均不显著（>0.05），因此仅针对差异显著的指标进行分析。

表4 2016年不同灌溉处理下冬小麦品质

2.2.1 蛋白质含量

食品种类不同对小麦蛋白质含量的要求也不同，蛋白质含量高的小麦适合制作面包，蛋白质含量低的小麦适合制作饼干和糕点。相同灌水定额不同灌溉模式下冬小麦蛋白质含量分析表明：低灌溉定额下，纯井水灌溉模式下的冬小麦蛋白质含量最高，显著高于纯渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），较之分别提高17.4%和15.4%；中灌溉定额下，纯井水灌溉模式下冬小麦蛋白质含量显著高于其他灌溉模式（<0.05），相比分别提升14.3%、23.6%和20.4%；高灌溉定额下，4种灌溉模式下的冬小麦蛋白质含量均无明显差异（>0.05）。总体上，井水有利于冬小麦蛋白质含量的增加，纯井水灌溉模式下的冬小麦蛋白质含量相对较高；相同灌溉模式下灌溉定额对冬小麦蛋白质含量影响均不明显（>0.05）。可见，灌溉水质对蛋白质含量的影响大于灌溉定额对其的影响。

2.2.2 容重

小麦容重能综合反映籽粒形态、整齐度、胚乳质地和含水量等指标，其值越大，面粉质量越好，出粉率越高。相同灌水定额不同灌溉模式冬小麦容重分析表明：低灌溉定额下，纯井水灌溉模式下冬小麦容重显著低于“井水+渠水+渠水”及纯渠水灌溉模式（<0.05），相比分别降低2.6%、3.2%；而在中、高灌溉定额下，4种灌溉模式下的冬小麦容重差异均不显著（>0.05）。可见，灌溉模式对低定额灌溉下的冬小麦容重影响较为明显；低定额灌溉条件下，渠井灌水比例越大则越有利于冬小麦容重的提升。相同灌溉模式下不同灌溉定额下冬小麦容重分析表明：纯井水灌溉模式下，低灌溉定额下的冬小麦容重显著低于中、高灌溉定额（<0.05），相比降低3.0%、3.3%；“渠水+井水+井水”灌溉模式，低灌溉定额下的冬小麦容重显著低于高灌溉定额（<0.05），相比降低2.8%；“井水+渠水+渠水”及纯渠水灌溉模式下的3种灌溉定额冬小麦容重均差异不明显（>0.05）。可见，渠井灌水比例越小，灌溉定额对冬小麦容重影响越大，即不同灌溉定额对纯井灌、“渠水+井水+井水”灌溉模式影响较明显。增加灌溉定额有利于增加冬小麦容重，各种灌溉模式下，高灌溉定额下冬小麦容重最大。

2.2.3 湿面筋

根据湿面筋含量将面粉分为高筋粉（湿面筋质量分数>30%）、中筋粉（湿面筋质量分数>25%～30%)、中低筋粉（湿面筋含量20%～25%）和低筋粉（湿面筋质量分数<20%）4等。不同食品对面筋含量的要求不同。面包需选用高筋面粉，饼干需选用低筋面粉，面条、馒头等食品需选用中筋面粉。相同灌水定额不同灌溉模式下冬小麦湿面筋分析表明：低灌溉定额下，不同灌溉模式对冬小麦湿面筋影响不显著（>0.05）。中灌溉定额下，纯井水灌溉模式下的冬小麦湿面筋含量显著高于纯渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），相比提高74.7%。高灌溉定额下，纯井水灌溉模式显著高于纯渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05），相比分别提升20.6%和17.9%。相同灌溉模式不同灌溉定额下冬小麦湿面筋分析表明：纯井水灌溉模式下，高灌溉定额下冬小麦湿面筋最高，显著高于低灌溉定额（<0.05），较之提升22.9%；“渠水+井水+井水”灌溉模式下，高灌溉定额下冬小麦湿面筋最高；“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，高灌溉定额下冬小麦湿面筋最高，显著高于中、低灌溉定额（<0.05），较之分别提升19.9%和23.9%；纯渠水灌溉模式下，高灌溉定额下冬小麦湿面筋最高，显著高于低灌溉定额（<0.05），较之提升21.8%。综上，纯井水灌溉模式和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的冬小麦属于中低筋粉，“井水+渠水+渠水”灌溉模式和纯渠水灌溉模式下的冬小麦属于低筋粉（高定额除外）。可见，井水灌溉更有利于提升冬小麦湿面筋；不同灌溉模式下随灌溉定额的增加，湿面筋量增大。

2.2.4 稳定时间

面粉稳定时间与面粉的适用性密切相关，面包等发酵食品要求稳定时间8 min以上，馒头、面条类食品要求稳定时间3～5 min，糕点食品要求稳定时间小于2.5 min。相同灌水定额不同灌溉模式下冬小麦稳定时间分析表明：低灌溉定额下，纯渠水灌溉下的冬小麦稳定时间最短；中灌溉定额下，纯井水灌溉下的冬小麦稳定时间最长，显著高于其他3种灌溉模式（<0.05）。高灌溉定额下，纯井水灌溉下的冬小麦稳定时间最长，显著高于纯渠水和“井水+渠水+渠水”灌溉模式（<0.05）。相同灌溉模式不同灌水定额下冬小麦稳定时间分析表明：纯井水灌溉模式下，低灌溉定额下冬小麦稳定时间显著低于中、高灌溉定额（<0.05），分别较之缩短了48.4%、45.9%；“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”和纯渠水灌溉模式下，3种灌溉定额冬小麦稳定时间均无明显差异（>0.05）。综合分析，不同灌溉模式下，冬小麦稳定时间均随灌溉定额的增加而增大；冬小麦稳定时间随渠井灌水比例的增加呈降低趋势，纯井水灌溉下冬小麦稳定时间最长，灌溉定额对其影响最大。纯井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的小麦适合制作馒头、面条类食品，井水+渠水+渠水灌溉模式和纯渠水灌溉模式的小麦适合制作糕点食品。

2.2.5 弱化度

弱化度可反映面团在搅拌过程中的破坏速率，也代表面筋强度。弱化度越大，面筋越弱，面团越易流变。相同灌水定额不同灌溉模式冬小麦弱化度分析表明：低灌溉定额下，纯渠水灌溉模式下的冬小麦弱化度显著高于其他3种灌溉模式（<0.05），分别较纯井水、“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”灌溉模式提高了33.7%、20.9%和54.9%；中灌溉定额下，纯井水灌溉下冬小麦弱化度显著低于其他3种灌溉模式（<0.05），分别较“渠水+井水+井水”、“井水+渠水+渠水”、纯渠水灌溉模式降低了41.8%、46.6%和38.5%，其中“井水+渠水+渠水”灌溉模式下弱化度最高，但与“渠水+井水+井水”和纯渠水灌溉模式差异不明显（>0.05）；高灌溉定额下，“井水+渠水+渠水”、纯渠水灌溉下的冬小麦弱化度显著高于纯井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式（<0.05）。相同灌溉模式不同灌水定额冬小麦弱化度分析结果表明：纯井灌模式下，低灌溉定额下弱化度最高，显著高于中灌溉定额（<0.05），较之提升42.8%；“渠水+井水+井水”灌溉模式下，中灌溉定额下弱化度最高，显著高于高灌溉定额（<0.05），较之提升21.1%；“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，低灌溉定额下冬小麦弱化度显著低于中、高定额灌溉（<0.05），分别较之降低34.4%和32.8%；纯渠水灌溉模式下，3种灌溉定额无明显差异（>0.05）。综合分析，冬小麦弱化度随渠井灌水比例的增大有增加的趋势。

2.3 不同灌溉模式和灌水定额下冬小麦根层土壤盐分逐年累积效应

2013－2016年不同灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分累积增量见图3。相同灌溉定额不同灌溉模式对比分析表明：低灌溉定额下，2013年冬小麦根层土壤盐分增量随渠井灌水比例的增加呈逐渐降低趋势；2014－2016年根层土壤盐分增量随渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趋势。中灌溉定额下，2013年冬小麦根层土壤盐分增量随渠井灌水比例的增加呈逐渐降低趋势；2014年根层土壤盐分增量随渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趋势，而2015—2016年根层土壤盐分增量均随渠井灌水比例的增加呈递减趋势。高灌溉定额下，2013年根层土壤盐分增量随渠井灌水比例的增加呈先升高后降低趋势，原因可能是2013年降雨量较小，蒸发蒸腾量较大。2014—2015年根层土壤盐分增量随渠井灌水比例的增加呈逐渐降低趋势。综合分析，纯井水灌溉和“渠水+井水+井水”灌溉模式下的冬小麦根层土壤盐分增量较大，而纯渠水灌溉及“井水+渠水+渠水”灌溉模式下的冬小麦根层土壤盐分增量相对较小；其中2014年纯渠水灌溉模式下根层土壤盐分累积增量均低于其他灌溉模式，且在较高灌溉定额下，“井水+渠水+渠水”和纯渠水灌溉模式下根层土壤盐分累积增量均远低于纯井水和“渠水+井水+井水”灌溉模式，2015年纯渠水灌溉模式下根层土壤盐分增量最低。

图3 2013－2016年不同灌溉处理下土壤0～100 cm土壤盐分增量

相同灌溉模式不同灌水定额对比分析表明：纯井水灌溉模式下，不同灌水定额下冬小麦根层土壤盐分增量在各年份间的变化规律不尽相同。2013年根层土壤盐分增量随灌溉定额的增加呈递减趋势，2014年盐分增量随灌溉定额的增加呈递增趋势，而2015－2016年盐分增量随灌溉定额的增加呈先升高后降低趋势。“渠水+井水+井水”灌溉模式下，2013年根层土壤盐分增量随灌溉定额的增加呈递增趋势，其中高定额灌溉下根层土壤盐分增量最大；2014年根层土壤盐分增量随灌溉定额的增加呈先升高后降低趋势，中定额灌溉下根层土壤盐分增量最大，相比高、低定额分别增加9.7%和12.8%；2015年3种定额灌溉下根层土壤盐分含量均有所下降，且盐分减幅随灌溉定额的增大而增大；2016年中定额灌溉下根层土壤盐分增量最大，相比高、低定额分别提升116%和102%。“井水+渠水+渠水”灌溉模式下，2014年根层土壤盐分增量随灌溉定额的增加呈递减趋势；2015年根层土壤盐分含量均有所下降，其中低定额灌溉下盐分降幅最大，随着灌溉定额的提高，盐分降幅逐渐降低，2016年根层土壤盐分增量随灌溉定额的增加呈递减趋势。纯渠水灌溉模式下，2013年高定额灌溉下根层土壤盐分含量有所下降，而中、低定额灌溉下盐分存在一定累积；2014年低定额灌溉下盐分含量有所降低，而中、高定额灌溉下盐分累积增幅相当；2015年3种定额灌溉下根层土壤盐分含量均大幅度降低，且随着灌溉定额的提高，盐分减幅呈递减趋势；至2016年，3种定额灌溉下根层土壤盐分含量又表现为轻度回升，中定额灌溉下盐分增量最小。

总之，连续4 a灌溉后冬小麦根层土壤盐分有小幅增加趋势，其中纯渠水灌溉模式（D）下冬小麦根层土壤盐分增量最小，其次是“井水+渠水+渠水”灌溉模式（C），纯井水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最大（A）。相对而言，高定额灌溉模式下盐分累积较小。因此，在地表水资源相对充足的地区可选择高定额纯渠水灌溉模式，地表水资源相对不充足的地区，可选择高定额井水+渠水+渠水灌溉模式，而在水资源紧缺地区，可选择中定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

3 讨 论

充足的土壤水分条件是灌区作物高产稳产的基础。在一定范围内，冬小麦产量与灌水量呈正相关[10-11]；但灌水过度则易导致冬小麦产量显著下降[12]，过度的水分亏缺同样会严重抑制冬小麦生长，致使其产量降低[13]。本研究结果表明，灌溉定额对纯渠水灌溉模式下的冬小麦产量的影响较纯井水灌溉模式大，高灌溉定额下的冬小麦产量显著高于低灌溉定额，原因可能是渠水当中氮、磷等营养物质含量远高于井水，不同渠灌灌水量输入土壤中的营养物质含量差异较大，因而对冬小麦产量影响差异明显。以往研究表明，相同灌溉定额条件下，纯渠水灌溉下冬小麦产量高于纯井水灌溉及渠井结合灌溉[3]。本研究结果表明，低灌水定额下，渠井灌溉模式对冬小麦产量的影响不明显；随着灌溉定额的提高，不同渠井灌溉模式下的冬小麦产量差异性逐渐增大，其中纯渠水灌溉模式下的冬小麦产量最大，与以往研究结果相似。一方面，渠水相比井水富含多种营养成分，更有利于促进冬小麦增产；另一方面，与井水相比，渠水温度更接近于冬小麦根系层温度，可提供更适宜冬小麦根系生长的温度和养分条件。此外，长期井水灌溉易造成土壤积盐，对土壤微生物量、有机质等土壤生化指标均存在一定的负面影响，不利于作物生长[14-16]。高定额纯渠水灌溉模式下的冬小麦产量最大；因此，在地表水量相对充足且以产量最大化为目标的情况下，可选取高定额纯渠水灌溉模式。

灌溉水质、灌水量及灌水时间等因素对冬小麦品质的影响错综复杂，土壤水分条件不仅制约冬小麦产量，同时也会影响土壤中的养分释放，进而影响冬小麦品质。研究表明，井矿水灌溉一定程度上不利于冬小麦产量的提升，但对小麦品质的负面影响较小甚至可改善其品质[17]。本研究中，井水灌溉更有利于提升冬小麦蛋白质与湿面筋含量，纯井水灌溉模式下的小麦蛋白质与湿面筋含量最高，稳定时间最长，其次为“渠水+井水+井水”灌溉模式。以往研究表明，土壤中绝大部分盐分离子与小麦籽粒蛋白质含量之间呈正相关；灌溉水及土壤中的盐分离子浓度越高，越有利于促进小麦籽粒蛋白质含量的提升[18]。此外，小麦蛋白质含量、湿面筋含量、稳定时间三者间均具有显著正相关性[19-21]。与渠水相比，井水中的盐分离子浓度更高，因而更有利于提升冬小麦籽粒中蛋白质和湿面筋含量，延长其稳定时间。冬小麦产量和品质是基因与外界环境因素互作下的综合体现，只有将二者有机结合才能实现粮食优质与高产相统一。综合分析不同灌溉处理下的冬小麦产量与品质特征，在地表水资源相对充足且追求产量最大化的情况下，可选择中或高定额纯渠水灌溉模式；在地表水资源不充足的情况下，可选择中、高定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式；此2种情况下的冬小麦生产用途应主要集中于制作饼干、糕点等农副产品。在地表水资源紧缺且不追求产量最大化的情况下，可选择中定额纯井水或“渠水+井水+井水”灌溉模式，该种情况下的冬小麦生产用途应主要集中于制作馒头、面条等传统主食类产品。

微咸水灌溉会导致土壤积盐及作物减产，而咸水与淡水交替组合灌溉效果较为理想[22-23]；咸、淡水组合灌溉下土壤盐分累积量与淡水灌溉相比差异较小，显著低于纯咸水灌溉[24]；在地下水矿化度稳定的条件下，不同咸、淡水组合灌溉模式下土壤盐分含量由大到小分别为淡淡咸、淡咸淡、咸淡淡[25]。本研究中冬小麦根层土壤盐分累积增量随渠井灌水比例的增加而降低，原因可能是渠井灌水比例高的灌溉模式，尤其是在高定额灌溉下，渠水灌溉对冬小麦根层土壤盐分的淋洗效果明显，根层土壤盐分随水而下[26]，导致纯渠水高定额灌溉下土壤盐分累积较小。土壤盐分长期累积效应的影响因素较复杂，灌溉水矿化度[27]、灌溉制度[28-29]、土壤耕作方式[30-31]及土壤结构空间异质性[32]等多重因素均会在不同程度上影响土壤积盐规律，在不同因素交互作用下，土壤盐分累积特征差异较大[33]。

4 结 论

1）灌溉定额对纯渠水灌溉模式下冬小麦产量的影响较纯井水灌溉模式大。高定额纯渠水灌溉模式下的冬小麦产量最大。

2）增大灌溉定额有利于冬小麦容重、湿面筋和稳定时间的增加，而对蛋白质含量的影响不明显。井水有利于蛋白质含量、湿面筋和稳定时间的增加，有利于弱化度的降低。在地表水资源相对充足的情况下，可选择高定额纯渠水灌溉模式；在地表水资源不充足的情况下，可选择中、高定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式；此2种情况下的冬小麦生产用途主要用于制作饼干、糕点等农副产品。在地表水资源紧缺的情况下，可选择中定额纯井水或“渠水+井水+井水”灌溉模式，该种情况下的冬小麦生产用途应主要用于制作馒头、面条等传统主食类产品。

3）2013－2016年盐分累积情况，冬小麦根层土壤盐分有小幅增加趋势，其中纯渠水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最小，其次是“井水+渠水+渠水”灌溉模式，纯井水灌溉模式下冬小麦根层土壤盐分增量最大。从冬小麦根层土壤盐分调控的角度出发，在地表水资源相对充足的地区可选择高定额纯渠水灌溉模式，地表水资源不充足的地区，可选择高定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式，而在水资源紧缺地区，可选择中定额“井水+渠水+渠水”灌溉模式。

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Optimization of well-canal irrigation mode considering salt accumulation and winter wheat yield and quality

Qiao Dongmei, Han Yang, Qi Xuebin※, Huang Zhongdong, Li Ping, Liang Zhijie

(1.,,453002,; 2.,,453002,; 3.,453002,)

Huang-Huai-Hai Plain is one of the most important agricultural development zones in China. A large number of saline water resources in shallow underground layer are important available resources for agricultural production. It is of great practical significance for the sustainable development of agriculture in Huang-Huai-Hai region to study the efficient irrigation mode of well-canal irrigation area. In order to explore the suitable irrigation mode of surface water and groundwater in well-canal irrigation area, the effects of different irrigation proportion (0, 33%, 67%, 100%) and different irrigation quota (600, 900, 1 200 m3/hm2) on the winter wheat yield, quality and dynamic change characteristics of salinity in root soil of winter wheat from 2013 to 2016 were studied on the scale of field plots. The results showed that: 1) The effect of different irrigation quotas on winter wheat yield under pure channel irrigation mode was greater than that under pure well water irrigation mode. Winter wheat yield under high quota pure channel irrigation (The irrigation quota was 1 200 m3/hm2and the proportion of canal and well irrigation was 100%) was the highest, the yield of winter wheat under this irrigation treatment was 9 195 kg/hm2. 2) Higher irrigation quota was beneficial to the increase of bulk density, wet gluten and stable time of winter wheat, but had no obvious effect on protein content. Well water was beneficial to the increase of protein content, wet gluten and stabilization time, and to the decrease of weakening degree. In the case of relatively sufficient surface water resources and the pursuit of maximum yield, high-quota pure channel irrigation mode was suggested; in the case of insufficient surface water resources, medium-quota and high-quota “well water, canal water, canal water” irrigation mode was to be selected; In these 2 cases, winter wheat mainly was well to make biscuits, pastries and the other agricultural by-products. In the case of shortage of surface water resources and no pursuit of maximum yield, medium-quota pure well water or “canal water, well water, well water” irrigation mode was to be selected. In this case, the production of winter wheat should mainly make steamed bread, noodles and the other traditional staple food products. 3) The soil salinity of winter wheat root layer increased slightly after 4 years of irrigation. The soil salinity increment of winter wheat root layer under pure channel water irrigation mode was the smallest, followed by irrigation mode “well water, channel water, channel water”, and the soil salinity increment of winter wheat root layer under pure well water irrigation mode was the largest. For those areas with relatively sufficient surface water aiming at maximizing yield, high quota pure channel irrigation mode could be selected. In areas with insufficient surface water resources, the irrigation mode “high quota well water, canal water, canal water” could be selected. In the area of water shortage, the irrigation mode of well water + canal water + canal water with medium quota can be selected. It is of great practical significance for the sustainable development of agriculture in Huang-Huai-Hai region to carry out well-canal combined irrigation area food security production and efficient irrigation mode based on soil environmental security.

irrigation; groundwater; salinity; winter wheat; percentage of channel and well water; yield; quality

乔冬梅，韩 洋，齐学斌，黄仲冬，李 平，梁志杰. 考虑盐分累积及冬小麦产量品质的井渠结合灌溉模式优选[J]. 农业工程学报，2019，35(18)：78－85.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010 http://www.tcsae.org

Qiao Dongmei, Han Yang, Qi Xuebin, Huang Zhongdong, Li Ping, Liang Zhijie. Optimization of well-canal irrigation mode considering salt accumulation and winter wheat yield and quality[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2019, 35(18): 78－85. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010 http://www.tcsae.org

2019-06-06

2019-08-10

国家自然科学基金面上项目（51879268）；“十二五”公益性行业（农业）科研专项经费项目（201203077）；中国农业科学院基本科研业务费专项（FIRI2016-11）

乔冬梅，博士，副研究员，主要从事农业水资源与水环境研究。Email：qiaodongmei78@163.com

齐学斌，研究员，博士生导师，研究方向为水资源与水环境。Email：qxb6301@yahoo.com.cn

10.11975/j.issn.1002-6819.2019.18.010

S274; S153.5

A

1002-6819(2019)-18-0078-08