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1、渤海海冰水灌溉的作物试验研究摘 要 z渤海海冰的盐度范围在4 编 - 1 1 编， 经过简易处理， 可降至更低的水平. 环渤海地区又是一个严重缺水的地区. 如果海冰水能用来灌溉农田，则可以缓解农业用水之不足，本文基于8 6 3 计划 “ 渤海海冰资源开发与农业综合利用技术研究”中农田试验部分，在河北省临港经济技术开发区1 3 队进行的海冰水农田灌溉试验研究. 试验采用的农作物有 棉花、小麦、玉米、大豆、 酸模、棉花、大白 菜几种作物，采用了C K( 全旱) 、盐度为 1% u , 3 % u , 5 % 0 , 7 %, 9 % 0 的海冰水进行灌溉处理. 观测项目主要有作物的产量指标、土壤分
2、层盐度等. 另外，进行了在室内进行的严格控制的农作物的种子萌发试验. 主要结果如下:( 1 ) 作物种子 ( 小麦玉米棉花)萌发试验结果表明盐度棉花 。美国 在干旱的西南部地区进行了大量的微咸水灌溉实践，灌溉作物包括棉花、甜菜、首r R 等，采用了传统的地面灌、沟灌、和微灌的灌溉方法。实践表明，微灌的棉花产量与传统的淡水灌北京师范大学硕 卜 学位论文一一溉产 量相同 或高 于传统的 灌溉方法川 。以 色列是一个严重缺水的 地区， 咸水和微咸水得到广泛应用。在几乎没有淡水的南部沙漠地区，地下咸水和微咸水矿化度一般在 1 . 2 -5 . 6 g/ L ， 通过 咸水稀释方法用于农田 灌溉， 灌
3、溉方式主要是喷灌和滴灌3 2 。以 色列应 用表 明， 咸水适合于轻或中等质地的土壤。 而重质地土壤利用咸水灌溉需要有良 好的排水系统，即使如此，一些地区也不同程度发生土壤的板结问题。突尼斯没有矿化度小于 1 g/L的淡水，在排水良 好的盐碱地上，用矿化度2 - 5 g/L的咸水进行灌溉，灌溉作物包括海枣、高梁、大麦、首稽、黑麦草等。该地区土壤属于低渗透性重粘土，在作物生长期，土 壤严重板结和开裂， 冬季雨水仅能少量压盐， 在这种不利条件下， 微咸水利用获得成功3 3 0为了 有效利用微咸水资源，突尼斯在 1 9 6 2年成立了咸水灌溉研究中心，就灌溉方法、适宜作物、气候对咸水利用的影响等展开
4、研究。研究结果表明，在微咸水灌溉后4 年土壤化学组成和含量基本稳定，在合理灌溉和管理条件下，作物可以获得高产。印度在一些地区 也利用微咸水进行农田灌溉。由于特殊自 然条件，部分地区降雨属于季风雨，这些降雨为 土壤 盐分淋洗创造了 有利条件。虽然利用微咸水灌溉， 但土壤未发生长期的 积盐现象【川 。埃及是一个极端干早的国家，灌溉是农业的主要水源。由于受到水资源短缺和盐碱地双重压力，因此通过利用排水方式改良盐碱地，并通过利用所排出的微咸水进行农田灌溉。 特别在北三角洲地区，几乎没有淡水资源，主要利用微咸水进行灌概，成功利用微咸水进行灌溉已 长达3 0 多年，土壤质地从砂性土到豁土， 种植作物包括水
5、稻、小麦、甜菜和棉花。应用实践表明:如果选择适宜作物品种，采用合理改良 土壤方法，减少渗漏要求，施有机肥和进行土坡覆盖， 利用排水进行灌溉不会对土壤形成长期的危害. 意大利利用2 -5 g/L的微咸水灌溉己有2 0多年。其它中亚、阿拉伯等国家已利用 3 - 8 g/L 咸水进行农田 灌溉， 都有成功的 事例3 5 0 2 . 1 . 2 国内咸水灌溉实践我国北方干旱半干旱地区利用咸水进行灌溉，最早可以追溯到 8 0多年前。宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、山西、河南、河北、山东、新疆、辽宁等也都不同程度利用微咸水或咸水进行农田灌溉并获得高产。新疆农八师炮台实验站进行了利用微咸水和咸水种植孩茅草的田间试
6、验，土壤属于轻壤强盐碱地，试验结果表明，微咸水或咸水可以用于碱茅草的 灌溉36 。山 西汾河灌区 利用浅层地下微咸水和咸水进行灌溉试验， 试验土壤为砂质壤土，种植作物为冬小麦、春玉米、棉花等，试验结果表明:咸水灌溉比淡水灌溉减产，但比旱 作增产:37 ) 3 8 。 天津市郊县进行了 微咸水和咸水灌溉大田 试验研究， 结果表明 灌溉比 旱作具 有明 显增产效果3 9 。 张启海和周玉香就我国 利用微咸水情况进行了 分析， 就河北、河南、山东等地区微咸水的灌溉增产效益进行了总结，各地研究结果均表明利用微咸水灌溉比早 作不同 程度的 增产侧 。 辽宁省营口 市就利用微咸水灌溉水稻进行了 试验研究，
7、 研究表明微 咸水氯 离子含量对 水 稻产量有不同 程 度的 影响 4 ” 。 王洪 彬对河北沧州利用地下微 咸水 进行 灌溉 试验情况进行分析， 得出微咸水灌溉比 早作有不同 程度的增产侧。 乔玉辉根据黄淮海北京师范人学硕 卜 学位论义平原田间资料，就微咸水灌溉对盐碱化地区冬小麦生长的影响和土坡坏境效应进行了分 析，结果表明微咸水灌 溉对冬小 麦生长有一定影响4 3 02 . 2 海冰水灌溉利用的理论基础基于水资源和土地资源的有限性，一些国家开始或早已利用各种的咸水进行灌溉，或者在盐碱地上从事农业活动，有关的研究正在进行，而且具有迫切性。研究的内容包括:水盐的运动规律、盐分对土壤理化性质和环
8、境安全的影响，土壤盐分对作物的影响及抗盐品种的选育，咸水灌溉的水质和灌溉方式等研究。2 . 2 . 1 土壤水盐运动规律水盐运动是一种客观存在的自 然现象，是利用含盐水土的研究基础。水盐运动研究主要是在两个领域的三个层次上展开的。即:微观和宏观机理两个领域:土体中水盐运动规律: 田间尺度和流域尺度的区域水盐运动规律研究。土体中水盐运动理论研究起源于 D a r c y定律: 而固体热传导方程的问世为土壤溶质运 移提供了 依 据川 。 经过一 系列的 科学 家的 努力， 各 种定量 描述土壤水盐运动的模拟模型也相继问。 B r e s l e r 总结了有关盐分运动的原理和模型， 代表当时国际上
9、在盐分运移方面的流 观点和研究动向4 6 0 7 0 年代初开始， 电 子计算机技术的迅速发展使人们对复杂的田间情况下水盐运动进行定量化研究成为可能。生产实际中存在的排水、灌溉、盐碱地改良等问题也促使着水盐运动的研究转向田间。 N e u m a n , B r e s l e r 等学者经研究发现田间模拟计算结果 与实际观测结果相差甚远， 特别是对非饱和流土壤水盐运动的 研究结果更是如此4 6 (4 7 。 其原因是由于土壤的物理性质在空间上的不均匀性、土壤水盐运动过程的复杂性与输入水盐运动系统各激励变量的随机性造成的。大规模的区域性旱涝和土壤盐渍化综合治理，推动了区域水盐运动研究的进展。即
10、在一个流域的大范围内，对水盐运动的过程及其规律进行宏观性研究，以作为区域综合治理和水盐调控的科学依据。区域水盐运动以降水、蒸发和径流为循环方式，以地表径流为主要形式，土壤和含水层是调蓄场，水是盐的天然溶剂，水分在不断的运转中，溶解和携带着多种矿物质盐类构成一个运动着的、统一的物质流。 水盐运动有着它自 身运动规律和特点，其中 水运动起着主导和决定性的作用 。在水盐运移模型的研究中，国内外学者通过认识溶质在土壤的物理过程、根据不同土壤、不同环境、不同研究目的和不同溶质迁移理论，建立了多种多样的数学模型。以研究区域尺度分类，可概括为土壤水盐运移模型、田间水盐运移模型以及区域水盐运移模型。D h a
11、 n a p a l a利用土壤水平衡模型模拟了斯里兰卡干旱区红土壤上种植玉米的土壤水分平衡，结果很令人满意;同时他还阐述了在斯里兰卡使用计算机模拟模型计算了土壤水分规律， 在 作物土壤 水分 平衡 研究 中 是一 个新发 展1 叫 ( D h a n a n p a l .a ) 。 石元春等系统 研究了 半湿润季风气候区黄淮海平原的水 ti 动态特点，提出了黄淮海平原的水均衡方程和模型，从宏观和刃北京师范大学硕士学位论文战略上探讨了这个地区早涝盐碱综合治理中的水盐调节问题，并提出了小流域或县级为单 位划分区 域水盐运动类型的 原则、 方法和不同 条件下的 水盐调节管理模式侧 。 2 . 2
12、 . 2 盐分对土壤理化性质和环境安全的影响适宜作物生长的土壤应该是具有良 好的传导水分、空气的能力，同时耕作层应适宜作物根系生长发育。世界灌溉实践表明，渗透性较少和耕作层作物根系生长发育程度的降低是灌溉土壤存在的主要问题。 S h a i n b e r g 和S i n g e r 就揭批和电解溶液组成对入渗特征的影响进行了田间和室内研究。结果表明:高浓度咸水灌溉与低浓度咸水灌溉相比，土壤入渗 能力增加了2 -3 个数量级5 “ o G a r d n e r e t a l , 曾 经报道，具有低钠百分含量 ( 小于 1 5 )的交换性复合体中，当浓度自2 增加到 1 0 0 毫克当量/
13、 升时，土壤渗透性不过增加 2 倍; 而在高 钠 含量时， 在浓度相似的 变化的 情况下， 其渗透性增加几个数量级5z 1 . F r e i g e n指 出 灌溉水中的 盐分对土壤的影响， 主要表现在对土壤交换性钠和电 导率的影响“ 3 o F r e n k e l将灌溉水对土壤化学组成和浓度影响分为两个阶段，即瞬时阶段和平衡阶段，瞬时阶段土 壤化学 特征的 变化比 平衡阶段 要迅 速54 。 在高p H 值、高 钠吸附比S A R 的 情况下， 尤其是 灌溉水的矿化度也较低时，土壤的团粒结构破坏，勃粒膨胀和分散导致土壤大空隙减少，渗透性降低。灌溉水的高矿化度可以增加土壤胶体的絮凝作用而
14、减少砧粒的膨胀和分散，从而减轻高交换性钠百分率E S P 对土壤物理性质的不利影响。因此，在高含盐量和高E S P的情况下，土壤并不明显出现高E S P 的危害，只有在土壤盐分被淋洗之后，高E S P 的危害 才 表 现 出 来 55 0咸水灌溉会造成盐分在土壤中的累积。P a s t e r n a k在利用淡水和微咸水调查玉米的耐 盐 度时， 发现 两年试验土壤盐分主要 集中 在上层3 0 c m 土壤中 5s 7 o M a g a r i t z 和 A l d e r 等研究了以色列半干旱区咸水灌溉的土壤中可溶性盐分的积累状况。研究的结果表明:大部分灌入盐分累积在非饱和层。 对于耕作
15、了6 - 1 2 年的黄土母质农田， 随灌溉水进入土壤中7 0 - 9 0 % 的 硫酸根 离子、 钠离 子和氯离 子沉积在剖面上部 2 - 4米的区 域57 。 许多 其他的 研究也表明: 咸水灌溉导致土壤中盐分的累积，其程度与灌水的水质和水量有关;盐分累积深 度与降 水 量、 灌水方式、 灌水 制 度和土壤 性质等密切相关58 。 然而， H a k s 等人的 研究也表明，利用美国犹他州的废水灌溉，在各个小区底层不透水的情况下，作物根系层土壤电导 率并没有高于淡水处理者， 并证明 这是灌水盐分和土壤反映的结果5 9 。肖 振华在中 科院封丘农业生态试验战的非盐渍化土壤中，利用分次灌水湿润
16、的办法，就微咸水对土壤化学特征和作物生长的影响进行了研究，结果表明，灌溉水带入盐分在土壤中累积和淋溶交替进 行。当 灌 溉水矿化度小于3 g / L 时， 土壤剖面处于平衡状态， 否则土壤发生积盐6 0 1 0.另外，一些学者结合土壤质地，对咸水灌溉下的土壤的理化性质进行了研究。P a d o l e和B h a l k a r 研究表明，在勃性土壤上，灌溉水电导率和土壤电导率，灌水钠吸附比和土壤钠吸附比、可交换性钠百分率和 p H值呈正相关;而土壤可交换性钠百分率与土壤最大持水力、空隙度、入渗率呈负相关。因此，咸水灌溉可以提高土壤钠吸附比、可交换性钠百北京师范大学硕士学位论文分率、 p H 值和含盐量6 1 o Z a r t m a n 和G i c h u r u 研究了 咸水灌溉条 件下的 佛罗 里达州砂质石灰性土壤理化性质的变化。灌溉四年后，土壤溶液的电导率从 0 . 4 d S / m 增加到6 . O d S / m ,可溶性钠、钙
