灌水量和水的盐度对玉米蒸散量及土壤含水量的影响

葛 鹏，刘 凯

（辽宁省苏家屯区农业技术推广与行政执法中心，沈阳110101）

水是人类社会成长和发展最重要的资源之一［1］。世界范围内农业用水需求量正在增加， 以满足快速增长的人口对粮食的日益增长的需求［2］。对于旱地的作物生产来说，主要的水源是降雨，降雨往往是有限和不稳定的，特别是在半干旱和干旱地区［3］。当使用劣质水，特别是高盐度水进行灌溉时， 将导致作物的产量下降及土壤理化性质发生变化［4］。一般来说，超过耐受限度后，产量会随着土壤盐分的增加而近似线性下降。 在干旱和半干旱地区， 缺水和水质恶化经常同时发生并相互影响［5］。 关于咸水灌溉或亏缺灌溉对玉米的影响，已进行了许多研究。 但关于咸水灌溉和亏缺灌溉对玉米土壤含水量和蒸散发量的交互作用的影响仍然较少。 本文研究目的为：量化不同灌水量和不同水盐条件下玉米蒸发量和土壤含水量的变化，并分析其对玉米生长产生的影响。

1 研究方法

1.1 试验设计

本实验于2017～2019在农业实验站进行。实验区年日照时数超过2800h， 年平均降水量约510mm，地表水蒸发量约1600mm。 土壤剖面中各层的理化性质如表1。

表1 实验前土壤的理化性质

2017，2018，2019 年 的 蒸 散 量 分 别 为412，383，318mm。 本文采用365mm的灌水量作为控制灌溉水平的参考值。 采用3种水平的水盐度进行灌溉：0.65dS·m-1（Z1）、3.2 dS·m-1（Z2）和6.1 dS·m-1（Z3），以及3 种 水平的 灌 水 量：100% ETc365mm（O1）、80%ETc295mm（O2）和60% ETc225mm（O3）。 试验共进行9个灌溉处理。 根据研究区耕作习惯， 灌溉分4次进行，分别为分蘖～拔节、拔节～抽穗、抽穗～灌浆和灌浆～成熟期。 详细的灌溉处理如表2。

表2 不同处理的灌溉方式 单位：mm

每组实验进行3次重复，设置27个小型地块。 地块尺寸为3m×3m。 在地块周围放置0.3m高的围板，以尽量减少水量的水平运动。 盐度为0.65 dS·m-1、3.2 dS·m-1和6.1 dS·m-1的水通过将氯化钠、 硫酸镁和硫酸钙（质量比2∶2∶1）溶解在淡水中人工制备而成。 作物行距为15cm。 作物种植前的施肥量为461.2kg·ha-1NH4h H2PO4、295kg·ha-1CO（NH2）2、65 kg·ha-1K和34 kg·ha-1Zn。

1.2 天气记录和取样方法

研究区设置一个自动气象站， 每小时测量并存储降雨量、相对湿度、风速、最高和最低气温及太阳辐射。在整个生长季节中，每隔10～15d对每种处理的土壤样品进行取样，取样间隔为10～20cm，土壤测量深度为20～120cm，同时每个土壤样本被分为两部分，一部分用于测量土壤含水量， 另一部分用于测量土壤盐分。 使用便携式土壤湿度监测系统每隔3～7d测量土壤深度为110～120cm和120～130cm的土壤体积含水量，以估算土壤深层渗漏。

1.3 计算方法

1.3.1 蒸散发计算

实际蒸散发ETa采用如下水量平衡方程计算：

式中 ETa为作物蒸散发量 （mm）；SWD为玉米生育期土壤深度内的实测土壤耗水量（mm）；R为地表径流量（mm）；D为地下水流量（mm）；P0为玉米生育期的总有效降雨量（≥2.5mm），2017，2018，2019年分别为27.8，25.4，50mm；i为灌水量 （mm）。 土壤耗水量SWD是指0～120cm土壤剖面从播种到成熟期土壤含水量的变化， 土壤水分消耗时为正值， 补给时为负值。 地表径流R假定为零，灌溉水由30cm高的围栏保护。

根据达西定律， 根带底部的土壤水分交换采用如式（2）计算：

式中 q为垂直水通量 （mm·d-1）；t为计算周期；θ为120cm深度处的土壤体积含水量（cm3·cm-3）；gradH为110～130cm间的水头坡度；K（θ）为水力传导函数。

本文日蒸散量ETd是在连续灌溉之间计算的，等于累计蒸散量与一定时期内的天数之比。

1.3.2 统计

本文采用双因素方差分析评价水的盐度、 水量及其交互作用对耗水量的影响。 在P=0.05显著性水平下采用T检验方法检验各灌溉处理间的差异。 用SPSS17.0软件包对数据进行分析。

2 结果分析

2.1 玉米实际蒸散量ETa变化

玉米的耗水量随年份、 灌水量和水的含盐量而变化。 实际蒸散量ETa在2017年为425.9～598.2mm，2018年为397.0～567.0mm，2019年为407.1～571.9mm。ETa的方差分析结果如表3。

表3 水的盐度、灌水量、水的盐度×灌水量对玉米ETa、SWD和SWD/ETa的影响

由表3可看出： 灌水量和水的盐度对ETa的交互作用在统计学上并不显著。 在0.05显著性水平下2017年灌溉水的盐度对ETa的影响并不显著，2018年和2019年表现出显著性变化。 2017年3个盐度之间的差异并不明显。 水位O1，O2，O3处的最高ETa值分别为598.2，545.1，445.5mm， 分别通过O1Z2、O2Z3和O3Z2处理获得。 与O1，O2，O3的最高ETa值相比，其他处理的ETa减少量分别为6.3%，2.8%，4.4%。 在2018，2019年，ETa值随着水的盐度的增加而减少。与Z1相比，Z2的ETa值减少并不显著， 但Z3显著，Z2和Z3之间的差异在2018年不显著， 但在2019年显著。 2018年，O1Z2、O2Z2和O3Z2的排放量分别减少了6.6%，4.3%，8.7%，2019年分别减少了2.2%，2.2%，3.6%； 而在2018年，O1Z3、O2Z3和O3Z3的排放量分别减少了8.5%，7.8%，8.1%，2019 年分别减少了6.2%，4.3%，7.7%。 在所有3种水的盐度水平下，玉米的ETa值大小关系为O1>O2>O3，3种水处理间的ETa差异显著。 与O1相比，O2和O3的灌水量分别减少了20%和40%。 然而，与O1Z1、O1Z2和O1Z3相比，2017年O2Z1、O2Z2和O2Z3的ETa分别减少了8.7%，9.8%，2.7%，2018 年 分 别 减 少 了16.9%，14.9%，16.3%，2019年分别减少了14.2%，14.2%，12.5%。 在2017，2018，2019年的生长季，O1处理的ETa水的盐度最高，分别为3.2，6.1 dS·m-1。

2.2 日蒸散量ETd

水的含盐量对ETd各阶段的影响在研究的3年内无统计学意义（p>0.05）。 2019年水的盐度对灌浆期的影响显著（p<0.05）。 在大多数阶段，盐度的影响并不显著。 在大部分生育期，灌水量对ETd的影响显著。2017年，从抽穗期开始，充分灌溉和亏缺灌溉之间的差异显著（p<0.05）。与O1相比，O3灌浆期和成熟期的ETd显著降低， 但O2和O1的ETd差异并不显著。 2018年，从拔节期到灌浆期，三种水分处理间差异显著。此外，在O1和O3之间的ETd差异显著，而在O1和O2之间的差异不显著。 2019年，O3在拔节期、灌浆期和成熟期的ETd显著降低，而O2的ETd仅在灌浆期降低。 研究结果表明：295mm水量用于淡水和咸水灌溉是可行的，大多数阶段的ETd没有显著下降。 此外，从抽穗到灌浆期是玉米对水分最敏感的时期。因此，在这一阶段，应适当增加灌溉水量，降低灌溉水含盐量，或用淡水替代灌溉。

2.3 土壤含水量变化

研究区每年11月进行180mm左右的冬季灌溉，用于蓄水和盐分淋溶。2017，2018，2019年，土壤含水量分别为0.23～0.29、0.23～0.30和0.25～0.32cm3， 土壤含盐量分别为0.6～0.9、0.7～0.9和0.6～0.8g/kg。 各处理之间初始土壤含水量和含盐量的差异并不显著。 土壤含水量和含盐量的初始含量与前一年的灌水量和水的含盐量有关。 因此，在连续田间试验中，灌水量和水的含盐量是影响耗水量和水分生产率的主要因素。 2017，2018，2019年土壤含水量的变化范围分别为162.0～219.5mm，109.0～184.6mm，115.0～169.9mm。SWD/ETa的变化范围分别为28.9%～43.9%，23.4%～42.5%，21.4%～38.5%。 在研究的3年中，水的盐度和灌水量对SWD和SWD/ETa的影响并不显著， 如表3。2017年， 水的盐度对SWD和SWD/ETa的影响并不显著，但在2018年和2019年影响较为显著。 在3个灌水量下， 与Z1相比，Z3的SWD和SWD/ETa显著降低，而Z2则不显著。 在2018年和2019年， 土壤水分消耗占ETa的比列分别为30.0～42.5%和26.3%～38.5%， 在Z1处理中， 其比例仅为23.4%～38.2%， 在Z3处理中为21.4%～33.4%。盐度通过降低土壤中的总水势来限制植物对水的利用。 因此，在水的含盐量较高的灌溉处理中，土壤水分消耗较少。灌水量对SWD的影响在2017年并不显著，在3年中SWD/ETa值的变化总是遵循O3>O2>O1的顺序。在相同的盐度水平下，O1的ETa显著高于O2，但O1和O2之间的SWD差异不显著。 因此，O2的SWD/ETa值高于O1。研究结果表明在咸水灌溉条件下， 减少灌水量可更充分地利用土壤储存水分。 试验中SWD/ETa值大小为O3>O2>O1，表明当灌溉水盐度低于6.1dS·m-1时，225，295mm的水量均有利于土壤贮水水分的利用。

3 结语

本文设置了3种灌水量和3种盐度水平的田间试验，研究了玉米的蒸散量和土壤含水量的变化。研究结果表明：与充分灌溉相比，当灌水量为295mm时，蒸散量显著降低， 但蒸散量的降低在大多数阶段都不显著。随着灌水量的减少，土壤含水量与土壤含水量之比（SWD/ETa）增加，表明灌水量的减少有利于土壤蓄水量的充分利用。咸水灌溉阻碍了水分的吸收，从而降低了土壤含水量、土壤含水量/实际蒸散量和实际蒸散量。 ETa的减少在较低水量时较为显著。