银北灌区稻田回归水灌溉对土壤盐分分布及作物产量的影响

施超; 王洪德; 丁继辉; 李博; 孙枭沁; 彭大育; 佘冬立; SHI Chao; WANG Hong-de; DING Ji-hui; LI Bo; SUN Xiao-qin; PENG Da-yu; SHE Dong-li

doi:10.12396/jsgg.2024210

节水灌溉 ›› 2024 ›› (12) : 32-40. DOI: 10.12396/jsgg.2024210

银北灌区稻田回归水灌溉对土壤盐分分布及作物产量的影响

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The Impact of Rice Field Reuse Water Irrigation on Soil Salinity Distribution and Crop Yield in Yinbei Irrigation District

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摘要

银北灌区面临引黄水量锐减挑战的同时，也存在水资源利用效率低，灌溉用水不科学合理，水资源浪费严重等问题。寻求适宜的灌溉模式是减少黄河水依赖、提高水资源利用率以及保证作物产量的重要途径。采用大田试验种植水稻，设置6种不同的灌溉模式，分别为回归水漫灌（T1）、黄河水灌溉（T2）、适量回归水灌溉（T3）、黄河水回归水交替灌溉（T4）、退水再灌（T5）、常规灌溉（T6），研究不同灌溉模式对稻田土壤盐分分布和水稻生长及产量的影响。不同灌溉模式对稻田盐分分布影响显著。全生育期不同灌溉模式都存在表层土壤脱盐，底层土壤积盐的现象，T1处理脱盐深度最大，使盐分累积在土壤60 cm以下，其余处理累积在土壤40 cm以下。土壤脱盐率最大在T1处理，较初始土壤含盐量降低9.58%；根区脱盐率最大出现在T2处理，为27.36%；根区盐分变化量最大为T1处理，水稻生育期内，盐分向下迁移量为4.82 t/hm²。回归水漫灌处理下水稻产量最大，为10 029.42 kg/hm²。T3处理生产单位重量的水稻可节省黄河水0.56 m³/kg，生产一季水稻单位面积可节省黄河水5 003.41 m³/hm²。综上所述，针对宁夏银北灌区，采用适量的回归水进行灌溉，可以在保证作物产量的同时，降低对于引用黄河水灌溉的需求程度。

Abstract

The Yin Bei Irrigation Area is facing a sharp decline in the amount of water diverted from the Yellow River, while also facing problems such as low water resource utilization efficiency, insufficient scientific and reasonable irrigation water use, and serious water resource waste. Seeking suitable irrigation modes is an important way to ensure crop yield, reduce water dependence on the Yellow River, and improve water resource utilization efficiency. Using field experiments to plant rice, six different irrigation modes were set up, namely return flood irrigation (T1), Yellow River water irrigation (T2), moderate return water irrigation (T3), Yellow River water return alternating irrigation (T4), return water irrigation (T5), and conventional irrigation (T6). The effects of different irrigation modes on soil water and salt distribution, rice growth, and yield in rice fields were studied. Different irrigation modes have a significant impact on the distribution of salt in paddy fields. The phenomenon of surface soil desalination and bottom soil salt accumulation exists in different irrigation modes throughout the entire growth period. T1 treatment has the highest desalination depth, causing salt accumulation below 60 cm of soil, while the rest of the treatments accumulate below 40 cm of soil. The maximum soil desalination rate was observed in T1 treatment, which decreased by 9.58% compared to the initial soil salinity; The highest root zone desalination rate occurred in T2 treatment, at 27.36%; The maximum change in salt content in the root zone was observed in T1 treatment, and during the rice growth period, the downward migration of salt was 4.82 t/hm². The maximum rice yield was 10 029.42 kg/hm² under the treatment of flood irrigation with return water. T3 processing can save 0.56 m³/kg of Yellow River water per unit weight of rice production, and producing one season of rice can save 5 003.41 m³/hm² of Yellow River water per unit area. In summary, for the Yin Bei Irrigation Area in Ningxia, using an appropriate amount of return water for irrigation can ensure crop yield while reducing the demand for irrigation using Yellow River water.

关键词

回归水灌溉 / 土壤盐分分布 / 氢氧同位素 / 土壤盐分通量 / 水稻产量 / 灌溉模式

Key words

return water irrigation / soil salt distribution / hydrogen and oxygen isotopes / soil salt flux / rice yield / irrigation mode

基金

国家重点研发计划课题(2022YFD1500502)

国家自然科学基金青年基金项目(42307398)

引用本文

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施超 , 王洪德 , 丁继辉 , 李博 , 孙枭沁 , 彭大育 , 佘冬立. 银北灌区稻田回归水灌溉对土壤盐分分布及作物产量的影响[J].节水灌溉, 2024(12): 32-40 https://doi.org/10.12396/jsgg.2024210

SHI Chao , WANG Hong-de , DING Ji-hui , LI Bo , SUN Xiao-qin , PENG Da-yu , SHE Dong-li. The Impact of Rice Field Reuse Water Irrigation on Soil Salinity Distribution and Crop Yield in Yinbei Irrigation District[J].Water Saving Irrigation, 2024(12): 32-40 https://doi.org/10.12396/jsgg.2024210

0 引言

宁夏银北灌区位于我国西北，耕地资源丰富，但由于该地区土壤易发生盐碱化导致土地利用效率低，制约着农业生产的同时也影响着当地的生态恢复与可持续发展^[1]。根据宁夏第3次国土调查数据，截止2022年末，宁夏回族自治区耕地面积为1 203 899.27 hm²；宁夏水资源公报统计指出宁夏2022年农业取水量达到53.64 亿m³，占总取水量的80.9%；此外河套灌区农业用水主要依靠引黄灌溉，受黄河汛期枯水期影响大，加剧了农业灌溉用水的短缺问题。采用适宜的灌溉方式合理利用回归水资源，提高水资源利用效益，可在一定程度上缓解灌区农业缺水现状。回归水主要来自渠道渗漏，田间退水等，其矿化度与黄河水相比较高，属于一种微咸水。作为农业灌溉中的非常规水源，如何在农业灌溉中合理利用回归水有待研究。ZHANG^[2]等通过为期15 a的棉花微咸水灌溉研究表明，棉花产量随着灌溉水矿化度的增大呈现先增后降趋势。MA^[3]等进行不同灌溉水盐度水平对棉花产量的影响研究，表明灌溉水为3 g/L的处理较CK 2 a内产量分别提高了5.92%和4.76%。MA^[4]等通过设置4种不同灌溉水盐度水平，结果表明番茄收获后土壤中的平均盐浓度明显高于种植前，并且随着盐度水平的增加，这种现象变得更加明显。李金刚^[5]等研究表明，随着再生灌溉水盐度水平的逐渐增加，作物耗水量、干物质量和籽粒产量与灌溉水盐度呈显著二次函数关系(R ²>0.84)，灌溉水盐度为2 g/L时植株干物质量和籽粒产量达到极大值。ZHANG等^[6]研究表明，咸淡水交替灌溉情况下0~40 cm土层土壤盐分累积明显，且土壤平均电导率与咸水灌溉频率呈现正相关关系。郭淑豪等^[7]研究发现咸淡水交替灌溉对土壤水盐有较大影响，在保证作物产量的情况下，能够节约淡水33%~50%。但传统方法针对微咸水灌溉的研究，仅仅停留在微咸水灌溉对于作物的影响以及根层土壤盐分变化等方面，缺少明确的盐分归驱过程，难以确定土壤盐分的源、汇以及在土体中的运移过程^{[8, 9]}。为了研究不同灌溉模式对水稻田土壤盐分动态变化以及水稻产量影响，本研究设置6种不同灌溉模式，创新性地运用氢氧同位素分析土壤盐分动态分布规律，探究不同灌溉模式对水稻产量和节水效果的影响，为当地合理高效利用回归水灌溉提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2023年5月10日至9月28日在宁夏石嘴山市平罗县姚伏镇前进农场三站十五队进行。该地区属干旱大陆性气候，光照充足，年平均气温13.7 ℃，年降水232.9 mm。多年平均风速2.3 m/s，多年平均气压85.65 kPa，多年平均相对湿度50.3%，多年平均日照时数1 856.6 h。试验区域选择在多年水稻田，平均土壤饱和含水率为39.2%，土壤有机质含量为32.07 g/kg，土壤均为中度盐土。回归水全盐量约为1.26 g/L，黄河水全盐量约为0.94 g/L，试验区域土壤基本理化性质及颗粒组成见表1和表2，灌溉用水理化性质见表3。

表1 试验区域土壤样本基本理化性质

Tab. 1 Basic Physical and Chemical Properties of Soil Samples in the Experimental Area

土层深度	pH值	全盐量/(g•kg^-1)	八大离子量/(mg•kg^-1)
土层深度	pH值	全盐量/(g•kg^-1)	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO₄ ^2-	CO₃ ^2-	HCO₃ ^-
0~40 cm土壤	8.25	3.12	330.42	20.02	73.62	197.44	236.82	1 791.22	0	9.07
40~100 cm土壤	8.44	1.99	416.61	17.05	60.14	108.27	222.04	1 159.93	0	9.21

表2 试验区域土壤样本容重及颗粒组成

Tab.2 Soil sample bulk density and particle composition in the experimental area

土层深度/cm	容重/(g•cm^-3)	颗粒组成/%			土壤质地
土层深度/cm	容重/(g•cm^-3)	砂粒	粉粒	黏粒	土壤质地
0~20	1.52	11.20	51.68	37.12	粉黏壤土
20~40	1.55	12.55	52.00	35.45	粉黏壤土
40~60	1.47	8.17	51.60	40.23	粉黏土
60~80	1.52	7.38	51.40	41.22
80~100	1.49	3.95	50.85	45.20

表3 试验区域灌溉用水样本理化性质

Tab.3 Physical and chemical properties of irrigation water samples in the experimental area

样本名称	pH值	全盐量/(g•L^-1)	八大离子量/(mg•L^-1)
样本名称	pH值	全盐量/(g•L^-1)	Na⁺	K⁺	Mg²⁺	Ca²⁺	Cl^-	SO₄ ^2-	CO₃ ^2-	HCO₃ ^-
回归水	7.75	1.26	249.84	15.10	72.09	11.53	259.01	334.89	16.01	201.77
黄河水	6.98	0.94	200.29	9.39	53.01	18.21	221.46	288.57	9.60	138.85

1.2 试验材料与方案

供试水稻品种为“长粒型优质粳稻”，播种采用无人机直播的方式，每个小区的直播密度和化肥使用量相同。本试验水稻的生育阶段划分为幼苗期（5月10日至6月15日）、分蘖期（6月16日至7月16日）、拔节期（7月17日至8月9日）、抽穗期（8月10日至9月10日）、黄熟期（9月11日至9月28日）。在育秧方式、密度、施肥等农业技术措施均相同的条件下，水稻分蘖期前采用当地经验灌溉，分蘖期起灌溉采用田间小区对比设计，分别设置回归水漫灌（T1），黄河水灌溉（T2），适量回归水灌溉（T3），黄河水回归水交替灌溉（T4），退水再灌（T5）以及常规灌溉（T6）6种不同处理，其中T6为对照处理，所有处理均为漫灌。根据自治区政府2020年修订的农业用水定额，设置不同灌溉处理技术，要点见表4，实际水稻各生育阶段灌水组成见图1。每一处理田间小区设3个重复，每个重复南北方向长50 m，东西方向宽25 m，处理间隔为1 m，重复间隔为0.5 m，处理间距之间采用塑料防渗膜埋置于地下0.8 m处用以防渗，试验小区布置如图2所示。

表4 各灌溉模式要点

Tab.4 Key points of each irrigation mode

处理编号	灌水方式	试验处理
处理编号	灌水方式	分蘖期前	分蘖期后
T1	回归水漫灌	均采用当地经验灌溉（6月15日之前）	采用回归水漫灌，每次灌溉约300 m³
T2	黄河水灌溉		采用黄河水灌溉，每次灌溉约200 m³
T3	适量回归水灌溉		采用回归水灌溉，每次灌溉约200 m³
T4	交替灌溉		采用黄河水、回归水、回归水的交替灌溉模式，每次灌溉约200 m³
T5	退水再灌		灌溉黄河水后2~3 d排去田间50%的水量，补灌回归水至排水前水深，每次灌溉黄河水约200 m³
T6	常规灌溉		根据上游供水情况，按当地群众灌水经验灌溉，每次灌溉约200 m³

图1 水稻各生育阶段不同灌溉处理灌水组成

Fig.1 Different irrigation treatments at different growth stages of rice and their composition in irrigation water

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图2 试验小区布置

注：回归水漫灌T1-1、T1-2、T1-3；黄河水灌溉T2-1、T2-2、T2-3；适量回归水灌溉T3-1、T3-2、T3-3；黄河水回归水交替灌溉T4-1、T4-2、T4-3；退水再灌T5-1、T5-2、T5-3；常规灌溉T6-1、T6-2、T6-3。

Fig.2 Layout of experimental area

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1.3 指标测定及方法

1.3.1 土壤体积含水率及电导率

分别在20、40、60、80、100 cm深度处安装TDR时域反射探头，监测不同深度土壤体积含水率和电导率。将TDR探头测值X ₁与实际土壤EC值Y进行标定，其结果为：

Y = 0.372 X_{1} - 28.906 X_{2} + 1 434.389 R^{2} = 0.623

（1）

式中：X ₁为TDR EC测值，μS/cm；X ₂为TDR土壤含水率，%；Y为实际土壤EC值，μS/cm。

1.3.2 土壤全盐量

土壤全盐量SC可由土壤电导率EC推导得出，本试验中采用实际土壤EC拟合值进行推导：

S C = 2.037 \times 0.001 E C + 0.380 7 R^{2} = 0.903 9

（2）

1.3.3 土壤脱盐率

土壤脱盐率SDE（Soil Desalinization Efficiency）是衡量灌溉淋洗效果的主要指标之一，其计算式为：

S D E = (1 - \frac{S S F}{S S I}) \times 100 %

（3）

式中：SSI为生育期初土壤含盐量，g/kg；SSF为生育期末土壤含盐量，g/kg。

1.3.4 氢氧同位素分析方法

水样采集：每个水稻生育阶段取水样1次，包括各处理的田间水、地下水以及20、40、60、80、100 cm深度土壤水，过滤后用液态水同位素仪(DLT-100，Los Gatos Research Inc．，LGR)分析土壤水、田间水以及地下水中同位素比率(

δ

D和

δ

¹⁸O)。

氢氧同位素组成的

δ

表示法：

δ = (\frac{R_{s a}}{R_{s t}} - 1) \times 1 000 ‰

（4）

式中：R_sa 是样品中元素的重轻同位素丰度之比；R_st 是国际通用标准物(H、O稳定同位素采用维也纳国际原子能组织同位素实验室配置的V-SMOW标准物) 稳定同位素丰度之比。

氢氧同位素混合模型：通过对比不同水体的同位素值，运用二端元模型计算不同水体来源比例^[10]。根据质量平衡方程和浓度平衡方程可得二端元混合模型如下：

Q_{m} = Q_{1} + Q_{2}

（5）

Q_{m} δ_{m} = Q_{1} δ_{1} + Q_{2} δ_{2}

（6）

式中：Q为流量；

δ

为同位素组分或示踪剂浓度；下标m、1、2分别代表2来源混合后的水体和水体来源1、水体来源2。

为了量化垂直方向的盐分交换，将水源分为7种类型，分别为Q _0~20、Q _20~40、Q _40~60、Q _60~80、Q _80~100、Q _田间以及Q _地下，不同水源之间的相互贡献通过公式（7）、（8）计算：

\frac{Q_{1}}{Q_{m}} = \frac{δ_{2} - δ_{m}}{δ_{1} - δ_{2}}

（7）

\frac{Q_{2}}{Q_{m}} = \frac{δ_{1} - δ_{m}}{δ_{1} - δ_{2}}

（8）

盐分通量模型：根据计算出的不同水源间相互贡献率，即可确定不同生育阶段不同土层深度之间的盐分通量^[11]式(9)，累加不同生育阶段土壤盐分通量得到土壤盐分通量累计量。

S_{i} = 10 (\begin{matrix} c_{i - 20 ~ i} θ_{i - 20 ~ i} ρ_{i - 20 ~ i} H_{i - 20 ~ i} \frac{Q_{i - 20 ~ i}}{Q_{i ~ i + 20}} - \\ c_{i ~ i + 20} θ_{i ~ i + 20} ρ_{i ~ i + 20} H_{i ~ i + 20} \frac{Q_{i ~ i + 20}}{Q_{i - 20 ~ i}} \end{matrix}) d

（9）

式中：S_i 为i深度处土壤盐分通量，t/hm²；

c_{i ~ i + 20}

为土层i~i+20 cm土壤全盐量，g/kg；

ρ_{i ~ i + 20}

为土层

i ~ i + 20

cm土壤容重，g/cm³；

H_{i ~ i + 20}

为土层高度，均为20 cm；d为对应生育阶段天数；i为20、40、60、80 cm。

1.3.5 作物生长发育及产量

黄熟期随机在各小区收获1 m×1 m粳稻进行测产，根据质量均值法选取有代表性的样穗，测量有效穗、穗粒数、千粒质量以及单位面积产量等指标。

1.3.6 不同灌溉模式可节约黄河水水量

不同灌溉模式可节约黄河水水量可由公式（10）~（13）计算得出：

单位 产量 回归 水水 量 = \frac{灌水 回归 水总 量}{水稻 产量}

（10）

单位 产量 黄河 水水 量 = \frac{灌水 黄河 水总 量}{水稻 产量}

（11）

X 处理 单位 产量 可替 代黄 河水 水量 = T 2 处理 单位 产量 黄河 水水 量 - X 处理 单位 产量 黄河 水水 量

（12）

可替 代黄 河水 水量 = 单位 产量 可替 代黄 河水 水量 \times 水稻 产量

（13）

1.4 数据统计与分析

采用Microsoft Office Excel 2021处理数据，利用Orgin 2018与Excel进行作图，运用SPSS 24进行单因素方差分析。

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式土壤剖面盐分分布及脱盐率

不同灌溉模式下不同深度土壤全盐量随时间变化如图3所示，各时期不同深度土壤盐分含量差别较大。土壤初始全盐量随土层深度增加而降低。根区土壤（0~40 cm）初始全盐量较高，介于2.21~3.90 g/kg，各处理之间初始含盐量差异不显著；深层土壤（40~100 cm）初始全盐量介于1.58~2.66 g/kg，整体处于较低水平。分蘖期与拔节期，浅层土壤全盐量降低较为显著，不同灌溉模式处理下土壤分层全盐量差异较为显著，T4、T6处理土壤全盐量显著高于其他处理。水稻种植前泡田产生的淋溶效应，使水稻根区土壤全盐量明显降低，盐分向下迁移。随着水稻生育期用水量增加，各处理40~80 cm深度土壤全盐量存在先降低后升高的趋势，在60 cm深度处土壤全盐量最小。

图3 各生育阶段土壤含盐量

Fig.3 Soil salinity at different growth stages

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图4（a）为不同灌溉模式下全生育期土壤脱盐率随深度变化图，其中负值代表土壤积盐，正值代表土壤脱盐。土壤最大脱盐率出现在T3处理20 cm处，土壤全盐量较初始减少38.9%，最大积盐率出现在T6处理80 cm处，土壤全盐量较初始增加71.6%。T1处理全生育期脱盐深度最大，达到60 cm深度，T2、T4处理洗盐深度可达到40 cm，其余处理仅在20 cm深度存在土壤脱盐现象。6种灌溉模式0~100 cm及根区土壤脱盐率见图4（b）。不同灌溉模式对于土壤0~100 cm脱盐率影响不同。0~100 cm土壤脱盐率变化范围为-12.70%~9.58%。最大为T1处理，0~100 cm土壤全盐量共降低9.58%，根区土壤(0~40 cm)脱盐率最大出现在T2处理，根区土壤全盐量共降低27.36%，T3处理土壤剖面脱盐率达到6.82%，次于T1、T2处理，根区脱盐率为21.93%，分别较T1、T2处理降低2.63%、5.43%。

图4 生育期土壤脱盐率随深度变化、0~100 cm及根区土壤脱盐率

Fig.4 Soil Desalination Efficiency during the growth period varies with depth from 0~100 cm and root zone Soil Desalination Efficiency

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2.2 不同灌溉模式土壤盐分运移平衡分析

通过测得的

δ

¹⁸O同位素计算土壤盐分垂向运移，得到各处理土壤盐分平衡如图5所示，不同灌溉模式土壤盐分平衡差异显著。全生育期盐分在灌水后均出现向下迁移现象，T1处理盐分通量最大值出现在60 cm处；T2、T4处理盐分通量在40 cm处出现极大值；T3、T5、T6处理土壤盐分通量随深度逐渐降低。由图5可知，T1、T3、T5处理浅层盐分向下迁移，大部分累积在土壤60~80 cm区域，盐分来源于灌溉水、上层土壤盐分和下层土壤盐分，T3处理0~20 cm土壤盐分变化最大，向下迁移3.90 t/hm²；T2、T4、T6处理盐分在40 cm以下分布较为平均，主要来自灌溉水与上层土壤盐分，受下层土壤影响较小，T6处理0~20 cm土壤盐分变化量仅有-0.76 t/hm²。另一方面，由表5可以看出，对于根区盐分变化，T6处理最低，仅有-0.61 t/hm²，T1处理的盐分变化最大，为-4.82 t/hm²，T3处理根区盐分变化量为-2.82 t/hm²，仅次于T1处理。

图5 不同灌溉模式盐分平衡图

注：每个分图左侧框内为对应深度的土壤盐分累计通量以及土壤对应区域盐分变化量Δ；每个分图右边各方框内为土壤0~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm、田间水、地下水

δ

¹⁸O同位素组成以及不同灌溉模式下的贡献率；每个分图左图中的土壤盐分通量以向下为正，向上为负，盐分变化量以增加为正，减小为负；每个分图右图中的正值代表贡献率，对应的负值代表

δ

¹⁸O同位素组成。

Fig.5 Salt balance figure for different irrigation modes

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表5 不同灌溉模式土壤盐分平衡结果 (t/hm²)

Tab.5 Soil salt balance results under different irrigation modes

处理	灌溉带入量	根区盐分变化量	60 cm以下盐分变化量
T1	15.67	-4.82	28.13
T2	11.19	-1.61	14.45
T3	13.80	-2.82	4.54
T4	12.44	-1.49	28.06
T5	11.98	-2.37	1.98
T6	11.82	-0.61	31.91

2.3 不同灌溉模式对水稻产量的影响以及节水效果

试验结束后，水稻产量及构成因素见表6。不同灌溉处理对水稻千粒重没有显著影响（p＞0.05），各处理千粒重变化范围为24.73~26.38 g，最大值最小值分别出现在T2、T6处理。不同处理对水稻有效穗数、穗粒数和产量有显著影响（p＜0.05），有效穗最大值最小值分别出现在T4（80.95穗）、T6（56.01穗），T6与其余处理存在显著差异（p＜0.05）；穗粒数最大值最小值分别出现在T6（567.84粒）、T4（441.02粒），T4与其余处理存在显著差异（p＜0.05）；产量最大值最小值分别出现在T1（10 029.42 kg/hm²）、T6（8 239.22 kg/hm²），T6与其余处理存在显著差异（p＜0.05）。水稻产量大小顺序为：T1＞T3＞T2＞T4＞T5＞T6。T1、T3处理水稻产量分别较T2处理高6.8%、4.0%，T4、T5、T6处理水稻产量分别较T2低1.0%、4.0%、12.2%。

表6 不同灌溉模式的产量及构成因素

Tab.6 The yield results and constituent factors of different irrigation modes

处理	穗粒数/粒	有效穗数/穗	千粒重/g	产量/(kg•hm^-2)
T1	73.98±4.87a	498.64±19ab	25.99±1.08a	10 029.42±444.98a
T2	77.8±13.08a	443.44±65.24b	26.38±0.48a	9 388.72±510.66ab
T3	76.46±5.08a	482.08±14.01b	25.32±0.25a	9 766.34±331.22a
T4	80.95±2.06a	441.02±33.52b	24.88±1.14a	9 298.14±529.35ab
T5	67.87±6.13ab	502.59±24.92ab	25.27±0.18a	9 014.21±490.41ab
T6	56.01±1.01b	567.84±6.52a	24.73±0.29a	8 239.22±176.69b

不同灌溉模式可节约黄河水水量结果见表7。T3对于黄河水的替代率最高，生产单位重量的水稻可节省黄河水0.56 m³/kg，可替代黄河水水量达到5 003.41 m³/hm²；T5对于黄河水的替代率最低，生产单位重量的水稻仅可节省黄河水0.13 m³/kg。各处理黄河水替代率大小顺序为：T3＞T1＞T4＞T6＞T5。T1单位可替代黄河水水量较T3降低19.8%，黄河水在全生育期灌水量中占比的提高，虽提高了单位产量，但拉低了黄河水的生产效率，单位产量可替代黄河水水量也随之降低。

表7 不同灌溉模式可节约黄河水水量

Tab.7 Different irrigation modes can save water in the Yellow River

编号	灌水总量/（m³•hm^-2）	单位产量回归水水量（m³•kg^-1）	单位产量黄河水水量（m³•kg^-1）	单位产量可替代黄河水水量（m³•kg^-1）	可替代黄河水水量（m³•hm^-2）
T1	14 080	0.86	0.68	0.45	4 126.98
T2	11 387	0.20	1.13	0.00	0
T3	12 289	0.81	0.57	0.56	5 003.41
T4	11 679	0.56	0.82	0.32	2 675.36
T5	11 638	0.41	1.00	0.13	1 076.97
T6	11 102	0.60	0.88	0.25	1 897.80

3 讨论

3.1 不同灌溉模式对土壤盐分分布的影响

土壤盐分含量除取决于灌溉水质外，还与灌溉水量以及灌溉具体措施有关。本研究表明不同灌溉模式均可以对浅层土壤产生盐分淋洗效应，但效果不尽相同。与黄河水相比，虽然回归水具有较高矿化度，但采用回归水参与灌溉的灌溉模式，洗盐效果更佳，能够保证水稻根区土壤水盐平衡，维持作物产量^{[12, 13]}。回归水漫灌相较黄河水灌溉，能够在保持根区脱盐率的同时拥有更大的脱盐深度。退水再灌的灌溉模式能够浸出根层盐分^[14]，并随田间水退去，相较黄河水灌溉更有效地减少根区土壤盐分。回归水黄河水交替灌溉较黄河水灌溉根层土壤盐分略有累积，原因可能是在灌溉水量大致相同，淋洗强度一致^[15]的前提下，交替灌溉引入了外来盐分，累积在根层。本研究通过氧同位素(

δ

¹⁸O)对不同灌溉模式下土壤盐分通量进行分析表明，回归水漫灌相较其他灌溉模式，60 cm以上土层均表现为脱盐状态，60~80 cm土层出现盐分累积，其土壤累积盐分主要来源于灌溉水、上层土壤盐分和下层土壤盐分，而其他处理土壤盐分在40 cm以下土壤盐分分布较为平均，盐分主要来自灌溉水与表层土壤。回归水灌溉影响土壤盐分分布主要来自2方面：一方面，虽然回归水漫灌的模式引入了更多的外来盐分，但其更大的灌水量增强了对土壤盐分的淋洗效果^[16]，土壤脱盐深度随入渗水量的增加而增加，根区土壤平均含盐量随累计入渗量的增加而减少^{[17, 18]}；另一方面，采用回归水的灌溉模式将更多的Na⁺离子带入土壤中，促进土壤颗粒的絮凝，形成团粒结构使土壤大孔隙数量增加^[19]，增大土壤水径流面积，增强土壤渗透性能^{[20, 21]}，促进水携带盐分向土壤深层迁移。

3.2 不同灌溉模式对水稻产量以及灌溉节水效果的影响

不同灌溉模式可以形成不同的水盐胁迫条件，影响水稻生长及最终的产量。水稻产量与分蘖数、穗粒数、有效穗以及结实率等多方面因素相关^[22]，其他灌溉模式相较回归水漫灌产量低，原因为根系水分胁迫的增加，引起水稻分蘖数减少，导致有效穗数降低的同时，穗粒数也有所下降^[23]。较低盐度微咸水灌溉会降低水稻有效穗数、穗粒数以及千粒重^[24]，其中受盐胁迫影响水稻穗数降低是导致水稻减产的主要原因^[25]；高盐度微咸水灌溉则会显著降低产量^[26]。

本研究基于当地供水现状以及传统耕作方式，设置了6种不同的水稻灌溉模式，探究利用回归水进行水稻灌溉的适用性，以期在保障水稻产量的同时，减少黄河水灌溉需求量，降低黄河供水压力。适量采用回归水进行灌溉的灌溉模式相较于单一采用黄河水的灌溉模式更高产，虽其洗盐效果相较回归水漫灌较差，但从提高用水效率的角度来考虑，采用适量回归水进行灌溉生产1 kg水稻可节约黄河水水量0.56 m³/kg，大于回归水漫灌的0.45 m³/kg。黄河水回归水交替灌溉与退水再灌也可有效降低表层土壤含盐量，适量回归水灌溉的灌溉模式是一种适宜当地生产条件的灌溉模式，对该地区节水农业以及区域社会经济的可持续发展提供了理论指导。

4 结论

（1）各灌溉处理全生育期土壤脱盐率最大为T1处理，土壤含盐量降低9.58%，；根区脱盐率最大出现在T2处理，为27.36%；最大洗盐深度为T1处理，达到60 cm，其余处理仅在0~20 cm区域洗盐效果显著。

（2）通过

δ

¹⁸O同位素计算土壤盐分垂向运移结果表明，根区盐分变化量最大为T1处理，向下迁移4.82 t/hm²，在60~80 cm发生盐分累积现象，盐分主要来源于灌溉水、上层土壤盐分和下层土壤盐分。

（3）水稻产量方面，6种灌溉模式产量结果差异显著（p＜0.05），表现为回归水漫灌＞适量回归水灌溉＞黄河水灌溉＞交替灌溉＞退水再灌＞常规灌溉。其中回归水漫灌产量最高，为10 029.42 kg/hm²。综合6种灌溉模式，适量回归水灌溉对于提高回归水利用效率最高，其生产单位重量的水稻可节省黄河水0.56 m³/kg，生产一季水稻单位面积可节省黄河水5 003.41 m³/hm²。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序

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摘要
Abstract
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基金
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0 引言
1 材料与方法
1.1 试验地概况
表1 试验区域土壤样本基本理化性质
表2 试验区域土壤样本容重及颗粒组成
表3 试验区域灌溉用水样本理化性质
1.2 试验材料与方案
表4 各灌溉模式要点
图1 水稻各生育阶段不同灌溉处理灌水组成
图2 试验小区布置
1.3 指标测定及方法
1.3.1 土壤体积含水率及电导率
1.3.2 土壤全盐量
1.3.3 土壤脱盐率
1.3.4 氢氧同位素分析方法
1.3.5 作物生长发育及产量
1.3.6 不同灌溉模式可节约黄河水水量
1.4 数据统计与分析
2 结果与分析
2.1 不同灌溉模式土壤剖面盐分分布及脱盐率
图3 各生育阶段土壤含盐量
图4 生育期土壤脱盐率随深度变化、0~100 cm及根区土壤脱盐率
2.2 不同灌溉模式土壤盐分运移平衡分析
图5 不同灌溉模式盐分平衡图
表5 不同灌溉模式土壤盐分平衡结果 (t/hm2)
2.3 不同灌溉模式对水稻产量的影响以及节水效果
表6 不同灌溉模式的产量及构成因素
表7 不同灌溉模式可节约黄河水水量
3 讨论
3.1 不同灌溉模式对土壤盐分分布的影响
3.2 不同灌溉模式对水稻产量以及灌溉节水效果的影响
4 结论
参考文献

收稿日期	接受日期	出版日期
2024-05-27	2024-08-11	2024-12-10
发布日期
2024-12-16

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1 材料与方法

1.1 试验地概况

表1 试验区域土壤样本基本理化性质

表2 试验区域土壤样本容重及颗粒组成

表3 试验区域灌溉用水样本理化性质

1.2 试验材料与方案

表4 各灌溉模式要点

图1 水稻各生育阶段不同灌溉处理灌水组成

图2 试验小区布置

1.3 指标测定及方法

1.3.1 土壤体积含水率及电导率

1.3.2 土壤全盐量

1.3.3 土壤脱盐率

1.3.4 氢氧同位素分析方法

1.3.5 作物生长发育及产量

1.3.6 不同灌溉模式可节约黄河水水量

1.4 数据统计与分析

2 结果与分析

2.1 不同灌溉模式土壤剖面盐分分布及脱盐率

图3 各生育阶段土壤含盐量

图4 生育期土壤脱盐率随深度变化、0~100 cm及根区土壤脱盐率

2.2 不同灌溉模式土壤盐分运移平衡分析

图5 不同灌溉模式盐分平衡图

表5 不同灌溉模式土壤盐分平衡结果 (t/hm2)

2.3 不同灌溉模式对水稻产量的影响以及节水效果

表6 不同灌溉模式的产量及构成因素

表7 不同灌溉模式可节约黄河水水量

3 讨 论

3.1 不同灌溉模式对土壤盐分分布的影响

3.2 不同灌溉模式对水稻产量以及灌溉节水效果的影响

4 结 论

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参考文献

0 引言

表5 不同灌溉模式土壤盐分平衡结果 (t/hm²)

3 讨论

4 结论