引黃灌溉對土壤質地和小麥產量影響的試驗研究

孫耀民,王 勇,王則勛,胡雅琪,趙永安

(1.運城市尊村引黃灌溉服務中心，山西 運城 044000；2.中國水利水電科學研究院，北京 100048；3.太原理工大學，山西 太原 030024)

隨著人口基數的快速增加、水資源需求量不斷增大、土地急速退化，目前的水源情況難以滿足黃河流域生存人口的生活生產及農業生產要求。并且由于受到各種因素的影響，灌區地理位置、黃河來水情況等不同，以至于位于不同地區、不同方位的灌區現狀有所差異。因此，灌溉配置的合理規劃，灌溉方式因地制宜的改良問題成為目前的解決重點。隨著我國引黃灌區的面積逐漸擴大，引黃灌溉在農田灌溉中的比例逐漸上升，甚至占據主要地位。灌溉可以提高土壤有機碳含量[1]，土壤團聚體穩定性會增強[2]，不同的灌溉處理對土壤結構組成影響不同，且這種影響不可忽視。黃河水水源較為充足，并且水中富含大量的懸浮泥沙，這樣利用黃河水灌溉不用擔心水源的匱乏，并且在其灌溉下土壤的物化性質也會有所改善[3]。長時間的地下水灌溉易使土壤板結，使土壤不易于農作物生長，地下水位也會下降。在眾多農作物中，小麥是種植面積最大、分布最廣的作物[4]。對小麥進行產量研究具有重要意義。目前，學者們對黃河流域農業用水做了很多研究工作[5-7]，但有關地下水與黃河水對作物的生長對比研究缺乏詳細的綜述，尤其是關于作物產量、土壤容重，顆粒組成等方面。本文以冬小麥為研究對象，以不同水源灌溉及歷時作為處理，記錄分析作物生長指標，土壤容重及顆粒組成，探究黃河水源對小麥生長的影響。

1 材料與方法

1.1 試驗區概況

本次試驗的調查及試驗地點位于山西運城市尊村引黃灌區，試驗區目前農作物種植面積為8.02×105hm2，其中總面積的85.6%種有糧食作物；耕地面積約達5.56×105hm2，其中52%為水澆地。

山西運城市全年受季風影響劇烈，屬暖溫帶大陸性季風氣候，多年平均降水量525 mm，降水量年際、年內分配極不均勻；年均氣溫13.3 ℃，日照時長2039.5 h；無霜期212 d。運城市年平均水資源利用總量為106 795萬m3，其中地表水資源年均利用量26 177萬m3，提引黃河水16 956萬m3，約占地表水資源的65%。試驗區域內光熱等自然條件豐富，適宜冬小麥生長，冬小麥種植模式主要為(10月初—次年6月初)連作方式。關于試驗區內使用黃河水灌溉歷時10年的土壤機械組成如表 1所示。

表1 試驗區內黃河水灌溉10年的土壤機械組成

1.2 試驗方案

在土壤的物理屬性中，顆粒組成與容重是其中重要的兩項，它們對于土壤結構、水溫狀況、土壤肥力具有顯著的影響[8]。引用黃河水進行灌溉會改變土壤的結構和質地，最為明顯的是改變黏沙土的比例，使土壤溶質發生變化[9]。本次試驗通過利用不同灌溉水源以及歷時的處理方式研究土壤結構的組成比例和溶質狀況；通過測量四類作物指標，麥穗長、麥粒數、千粒重、畝產計算分析小麥產量。

根據引黃灌區糧田水氮時空分布特征，以田間調查的方法研究此次試驗，過程如下：對黃河水和井水取樣，測定在對冬小麥及夏玉米生長期間進行灌水時的水溫、總氮、含沙率及泥沙顆粒數據。在灌溉處理上分別采用黃河水連續澆灌、井水澆灌和黃河水井水交替澆灌；黃河水灌溉處理分別為在10/20/30歷時澆灌下的土壤。每處試驗區分別選取5處測樣點，這樣在對土壤測產時可令不同灌溉水源和歷時下的數據盡量達到最小誤差。

1.3 土壤及作物指標測定

土壤容重測定方法為在測坑中，采用體積為100 cm3的環刀進行取樣，每10 cm深度取一次，每次取樣總深度不小于100 cm；重復三次，共計取30個樣本，每層三個樣本，做好標記，烘干后稱重測量。

顆分粒徑測量儀器采用馬爾文激光粒度儀-2000，通過測定可以得到所取樣本粒徑數據，進而區分土壤中不同粒徑所占的比例。

小麥產量測定是選取1m2大小的小麥田，通過計算麥粒數量、千粒重量、麥穗長度以及所選單位面積的小麥產量，統計出小麥畝產。

2 結果與分析

2.1 不同水源與歷時對土壤容重的影響

土壤容重是在一定條件下孔隙度的自重反映，通過影響土壤的水氣比例，進而影響土壤內的化學生物學過程，同時也可作為土壤熟化程度等物理性狀的重要指標[10]。利用不同水源進行灌溉，其灌溉質地會有所不同，為研究這種影響程度，采用圓柱形環刀測量五種類型下的土壤表層容重，環形刀體積為100 cm3，高為10 cm。如圖 1所示，可以看出尊村引黃灌區的土壤剖面存在明顯的犁底層，即從土壤深度可以看到，深度為0～20 cm的土壤表層的容重要小于深度為20～40 cm的土壤容重。造成這種差異的原因可能是灌區的機械化設施的應用以及灌區土壤翻新程度不同。另外可以看出在土壤深度為0～10 cm處使用井水灌溉方式的土壤容重要高于其他的灌溉方式作用下的土壤容重，分析原因可能與井水本身的屬性有關，井水中含有大量礦物質、鈣元素、重金屬等。井水屬于硬水，長時間用其灌溉或澆水會對土壤產生一些不利影響，如會使得土壤孔隙度減少，土壤板結等。除0～10 cm土層外，其他土層的容重呈現交替變化的規律，可能受到的因素有土壤干濕狀況不一，耕地背景不同等，其中的規律難以詳細解釋。

圖1 不同灌溉水源與歷時下土壤容重

2.2 黃河水灌溉對土壤顆粒組成的影響

土壤顆粒的組成會受到母質土壤以及其他外來物質影響，這些影響會對土壤產生結構和性質上的變化。從表 1可以看出，利用黃河水灌溉并且深度在0～40 cm處，土壤質地以粉砂質黏壤土為主，其中在含量方面：粉粒>黏粒>砂粒；深度在40～100 cm處，土壤主要組成部分是黏土，重黏土或粉砂質黏土，其中含量方面為：黏粒>粉粒>砂粒。這種情況的原因可能有兩方面，一方面是水中懸移質泥沙以粉粒為主，對土壤具有改善作用，使其壤性提高、黏性降低；另一方面可能與自然背景及土地利用有關[5]。其他情況下的土壤顆粒情況還需進一步探討。

2.3 不同灌溉水源和歷時對小麥產量的影響

本次試驗對象為冬小麥，分析調查的指標分別是作物產量、麥粒數、千粒重、畝產及麥穗長。其中作物產量即畝產可以直接反映出作物的生長環境狀況，對作物的生長起正作用還是負作用。試驗控制因素為不同灌溉水源及歷時。

將數據整理，可以得到如圖 2所示的小麥產量表。觀察數據可以得知處于不同灌溉水源及歷時下的土壤所產出的作物產量是有所不同的。

圖 2(a)，在五種不同的灌溉處理下，麥穗的生長范圍居于8.0～9.0 cm之內，對其進行排列比較可知麥穗長度：20年>30年>混澆>10年>井水澆灌，差異并不明顯。由圖2(b)可知，平均在每個麥穗上的麥粒在38～43粒之間，30年>20年>10年>混澆>井水澆灌，可以看出黃河水澆灌的麥粒數要多于混澆以及井水澆灌，黃河水澆灌麥粒數相較于井灌麥粒數要增加5粒左右。由圖 2(c)可知，在這五種澆灌處理下，其千粒重范圍為50～56 g之間，澆灌方式大小排序為20年>30年>混澆>10年>井水澆灌，可以看出最高千粒重出現在黃河水灌溉方式中，最低千粒重出現在井水灌溉中。由圖2(d)可知，小麥畝產在400～500 kg 之間，井水灌溉黃河水灌溉10年井黃混澆黃河水灌溉20年黃河水灌溉30年，根據畝產數據分析可知，井黃灌溉相較于井水灌溉，畝產量提高13.9%，黃河水灌溉相較于井水灌溉，10年灌溉歷時產量提高12.7%，20年灌溉歷時產量提高15.2%，30年灌溉歷時產量提高17.1%，因此可以提出在提高農作物產量方面，引用黃河水灌溉方式要優于井水灌溉，對提高產量明顯的效果。

圖2 小麥產量

3 結 論

為了研究在不同灌溉水源及歷時下，土壤指標及農作物生長狀況的差異及其所受影響，此次研究地點為運城市尊村的引黃灌區，研究包括五種灌溉處理，探究其下土壤性質及小麥的生長指標，如小麥產量，土壤顆粒等，研究得出以下結論：

相比于井水，黃河水含有更多的作物所需元素，如氮元素，元素含量隨灌水量的不同而不同；水溫隨時間變化較大；一般時期水中懸浮顆粒主要是粉粒，但也會隨著時期而變化。

土壤存在分層情況，并且存在犁底層，深度大約在30～40 cm處；黃河水連續灌溉相較于井水灌溉，表層土質會優于底部土壤，表層黏性要低于底部土壤黏性，土壤具有不易板結、容重不易加大，通透性較高的優點。在不同水源及歷時灌溉下，小麥生長狀況不同，千粒重、麥穗長、粒數以及畝產都具有一定差異，值得注意的是相較于其他水源灌溉，黃河水灌溉對小麥具有約10%的增產效果，因此利用黃河水灌溉可以在不同程度上增加畝產，提高小麥產量。