DOI: 10.12357/cjea.20220937
高会, 赵亮, 刘斌, 付同刚, 刘金铜. 河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全利用研究[J]. 中国生态农业学报
(中英文), 2023, 31(7): 1102?1109
GAO H, ZHAO L, LIU B, FU T G, LIU J T. Study on shallow mild saline groundwater use safety in winter wheat irrigation based on
the subsurface drainage system in the coastal area of Hebei Province in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2023, 31(7):
1102?1109
河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全
利用研究
高 会1?, 赵 亮1,2?, 刘 斌3, 付同刚1, 刘金铜1
(1. 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心/河北省土壤生态学重点实验室/中国科学院农业水资源重点实验室
石家庄 050022; 2. 中国科学院大学 北京 100049; 3. 山东省大数据局规划发展处 济南 250011)
摘 要: 河北滨海盐碱耕地缺少灌溉水资源, 该区具有丰富的浅层微/轻度咸水资源, 冬小麦生长关键期适当进行微/
轻度咸水灌溉能够缓解该区农田灌溉危机。本文以河北省滨海盐碱地为研究对象, 选择沧州市南大港产业园区马
营村为试验基地, 开展浅层轻度咸水冬小麦农田灌溉试验, 分析咸水灌溉对冬小麦产量和土壤盐分含量变化的影响。
结果表明: 1)河北滨海盐碱地浅层轻度咸水(6 g?L?1)在冬小麦拔节—抽穗期进行一次600 m3?hm?2的灌溉, 产量能
够达到旱作冬小麦的1.5倍以上, 增产效果明显。2)基于暗管排水排盐工程、在雨季保持多年平均降雨量条件下,
2016—2018年雨季后试验地土壤平均含盐量分别为2.86 g?kg?1、1.60 g?kg?1和1.38 g?kg?1, 呈现逐年降低的趋势。
由此得出: 河北滨海盐碱地浅层咸水资源在冬小麦灌溉方面能够实现安全利用。在此基础上, 以河北滨海沧州市为
例分析浅层咸水资源利用前景, 从水资源量上, 1~5 g?L?1的浅层微/轻度咸水资源可以满足冬小麦农田因地下水压采
限采造成的至少1.7×108 m3灌溉水量亏缺, 从耕地资源方面, 扩大一年两熟种植面积, 增加冬小麦种植面积约
131 000 hm2。研究结果可为河北滨海盐碱地咸水资源安全利用、土壤健康和粮食安全提供科学依据。
关键词: 滨海盐碱地; 冬小麦; 咸水灌溉; 土壤盐分; 作物产量; 暗管排盐
中图分类号: S278开放科学码(资源服务)标识码(OSID):
Study on shallow mild saline groundwater use safety in winter wheat irrigation
based on the subsurface drainage system in the coastal area of Hebei Province in
China
GAO Hui1?, ZHAO Liang1,2?, LIU Bin3, FU Tonggang1, LIU Jintong1
(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences / Hebei Key
Laboratory of Soil Ecology / Key Laboratory of Agricultural Water Resources, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China;
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Planning and Development Department of Shandong Provincial
Big Data Bureau, Jinan 250011, China)
河北省重点研发计划项目(22374202D, 20373304D)资助
通信作者: 刘金铜, 主要研究方向为生态工程。E-mail: jtliu@sjziam.ac.cn
? 共同第一作者: 高 会 , 主 要 研 究 方 向 为 盐 碱 地 生 态 系 统 , E-mail: gaohui@sjziam.ac.cn; 赵 亮 , 主 要 研 究 方 向 为 生 态 工 程 , E-mail:
zhaoliang211@mails.ucas.ac.cn
收稿日期: 2022-11-23 接受日期: 2023-02-16
The study was supported by the Key Research and Development Program of Hebei Province (22374202D, 20373304D).
Corresponding author, E-mail: jtliu@sjziam.ac.cn
? Equivalent contributors
Received Nov. 23, 2022; accepted Feb. 16, 2023
中国生态农业学报 (中英文) ?2023年7月 ?第?31?卷 ?第?7?期
Chinese?Journal?of?Eco-Agriculture,?Jul.?2023,?31(7):?1102?1109
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Abstract: There is a shortage of irrigation water resources in the coastal saline-alkali land of Hebei Province, which is rich in shal-
low saline water resources. Appropriate saline irrigation during the critical period of winter wheat growth could alleviate the irriga-
tion crisis in this area. In this study, the coastal saline-alkali land of Hebei Province was selected as the research object, and the Ma-
ying Village of Nandagang Industrial Park, located in Cangzhou City, was selected as the test base. An experiment of shallow mild
saline water irrigation of winter wheat was conducted to analyze the effects of saline irrigation on winter wheat yield and soil salt con-
tent. The results indicated that:1) mild saline water irrigation in the joint to heading stage of winter wheat increased the yield of winter
wheat in the coastal saline-alkali land of Hebei Province, which was more than 1.5 times that of dry wheat. 2) Based on the subsur-
face drainage system, mild saline water irrigation did not cause salt accumulation in the soil surface layer. When the rainfall was
maintained at multi-year average rainfall level in the rainy season, the average soil salt contents after the 2016?2018 rainy seasons
was 2.86, 1.60, and 1.38 g?kg?1, and the degree of soil salinization was reduced year by year after two consecutive years of salt water
irrigation. Shallow saline water resources in the coastal saline-alkali land of Hebei Province can be safely utilized to irrigate winter
wheat. Based on this, we considered the coastal region of Cangzhou City of Hebei Province as an example. The analysis of shallow
salt water resource prospects showed that: only winter wheat water demand was considered in Cangzhou City, irrigation water de-
mand deficit was at least 1.7 × 108 m3. The shallow saline water resources of 1?5 g·L?1 in Cangzhou City are abundant, meeting the
deficit in terms of water resources. The feasibility of mild saline water irrigation for winter wheat makes the planting mode of one
crop of spring maize a year in some cultivated land change to the planting mode of two crops of winter wheat-summer maize a year.
The sown area of winter wheat can be increased by at least 131 000 hm2 in Cangzhou. The results provide a scientific basis for the
safe utilization of mildly saline coastal water resources, guaranteed grain yield, and sustainable soil development in the coastal area of
Hebei Province.
Keywords: Coastal saline-alkali land; Winter wheat; Saline water irrigation; Soil salt content; Crop yield; Subsurface drainage
system
全球水资源的70%用于农业生产, 未来随着工
业发展和城市化, 农业可供水量逐渐减少[1]。中国农
业灌溉用水需求量巨大, 水资源供需矛盾日益突出[2]。
环渤海低平原是我国水资源极为短缺地区之一, 人
均和单位耕地面积占有水资源都远低于全国平均值,
粮食生产长期依靠抽取深层地下水来实现[3]。河北
滨海地区由于长期超采地下水, 致使地下水降落漏
斗面积不断扩大, 引发了一系列环境地质问题[4]。
2014年水利部《关于推进河北省地下水超采综合治
理试点的意见》中建议, 深层承压水除了满足人民
群众基本生活需水外, 应全部停止开采, 沧州市是治
理试点之一。河北滨海盐碱地因近10年来采取的
地 下 水 压 采 限 采 措 施 而 几 乎 无 灌 溉 条 件, 冬 小 麦
(Triticum aestivum)基本是雨养条件种植, 因缺水造成
严重减产甚至绝收。该地区具有丰富的可更新浅层
微/咸水资源, 将微/咸水资源安全利用于农业灌溉,
可缓解该地区农业用水危机, 有利于该地区灌溉农
业持续健康地发展。
国内外利用咸水和微咸水进行农田灌溉已有研
究。曹彩云等[5]研究发现, 相对于淡水灌溉处理,
2 g?L?1、4 g?L?1和6 g?L?1咸水灌溉下小麦产量分别
下降 12.1%、36.4%及64.5%。苏寒等[6]研究表明小
麦产量随咸水质量浓度的增加而下降, 3 g?L?1咸水灌
溉下冬小麦的减产率均在10%以下, 7 g?L?1咸水灌
溉下小麦的减产率在 50%以上, 3~5 g?L?1为小麦咸
水灌溉的质量浓度阈值。微/咸水灌溉不仅对冬小麦
当年产量有影响, 使用不当会造成土壤持续积盐, 造
成后续年份作物减产。吴忠东等[7]认为冬小麦灌溉
3 g?L?1咸水比旱作增产幅度非常明显, 但连续利用咸
水灌溉, 造成土壤表层盐分的累积, 尤其在降水量偏
少的年度会使后续作物受到盐分胁迫, 冬小麦有可
能出现减产。杨莉琳等[8]通过试验证明滨海重盐碱
柽柳(Tamarix chinensis)地第1次直接灌溉矿化度为
8.02~9.34 g?L?1咸水, 0~30 cm土壤盐分显著下降, 但
连续 3 年灌溉咸水柽柳地0~30 cm土层盐分平均上
升 11.9%~33.6%, 土壤次生盐渍化的风险明显增加,
后续可能会危害柽柳的生长。相比淡水灌溉, 微咸
水灌溉将盐分带入土壤中, 当土壤中的盐分达到一
定程度后, 会影响土壤环境和作物的正常生长[9-10]。
因此, 调控土壤水盐分布是合理利用微/咸水农业灌
溉的关键, 尤其是对盐碱地的微/咸水农业灌溉。水
文地质学上把矿化度<1 g?L?1的水划分为淡水, 矿化
度1~3 g?L?1的水划分为微咸水, 矿化度3~10 g?L?1的
水划分为咸水[11]。目前, 咸水灌溉的矿化度基本<6
g?L?1[12], 本研究将3~6 g?L?1的咸水定义为轻度咸水,
6~10 g?L?1的咸水定义为咸水。
咸水灌溉必然造成土壤盐分积累[13-14], 若无及时
的盐分淋洗, 长期盐分积累会造成土壤盐渍化。咸
水灌溉安全利用的前提必须做好土壤水盐调控, 避
免引起土壤盐渍化, 或者造成土壤盐渍化加重。因
此咸水农业灌溉利用研究在分析咸水灌溉对农作物
影响的同时, 咸水灌溉后如何改善土壤盐渍化也需
第 7 期 高 会等 : 河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全利用研究 1103
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要研究。盐碱地改良措施主要有物理改良、化学改
良、水利工程措施以及生物改良[15]。暗管排水排盐
(水利工程措施)在滨海高水位盐碱地治理措施中应
用最广泛[16-17]。刘慧涛等[18]通过试验证明, 在雨季关
键时间点进行暗管排水可有效降低高水位地区的土
壤盐分。于淑会等[19]研究表明基于暗管排水工程的
高水位盐碱地在冬小麦拔节 ?抽穗期不同矿化度咸
水灌溉对冬小麦都有增产效果, 冬小麦收获后通过
雨季暗管淋洗排盐, 可以消除周年内咸水灌溉所积
累的盐分带来的次生盐渍化危害。因此, 暗管排水
排盐工程能够使高水位盐碱地咸水灌溉给土壤带来
的盐分及时排出, 而不造成土壤盐渍化加重。
本文以河北滨海盐碱地为研究对象, 针对地下
水压采限采政策造成的灌溉水量亏缺问题, 选择沧
州市南大港产业园区马营村为试验基地, 以保产增
产和咸水灌溉不积累盐分的生态安全为目的, 开展
基于暗管排水排盐工程的浅层轻度咸水冬小麦生长
关键期农田灌溉研究。基于此, 以河北滨海沧州市
为例, 分析浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉的安全利
用前景。研究结果可为河北滨海区轻度咸水资源安
全利用、土壤健康和粮食安全提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 研究区概况
沧 州 市 位 于 河 北 省 滨 海 区 域 , 东 临 渤 海
(115°42′~117°50′E、37°29′~38°57′N)。该区属于暖
温带大陆性季风气候, 雨热同期。年均气温12.5 ℃,
雨季集中在7 ?9月, 年均降雨量为581 mm。沧州
市主要粮食作物为小麦和玉米(Zea mays), 经济作物
主要有油料作物、棉花(Gossypum spp.)以及蔬菜等。
该区地下浅层咸水资源丰富, 地下咸水矿化度一般
为1~5 g?L?1, 沿海地区>5 g?L?1, 埋深较浅, 大部分区
域埋深<10 m。该区域分布大量的盐碱地, 土壤盐渍
化程度高。
1.2 数据来源及处理
1.2.1 政府统计年鉴或公报
沧州市冬小麦和玉米播种面积数据来源于沧州
统计年鉴, 河北省耕地有效灌溉面积数据来源于河
北统计年鉴, 河北省农业用水量以及河北省主要供
水源数据来源于河北省水资源公报。沧州市浅层地
下水埋深数据来源于河北省水资源公报。
1.2.2 研究数据处理
1)沧州市浅层地下水资源评估。由沧州市浅层
地下水矿化度数据[20], 结合浅层地下水埋深数据, 利
用ArcGIS软件进行矢量化, 得到沧州市浅层地下水
不同矿化度的水资源空间分布图。
2)沧州市冬小麦灌溉缺水量估算。根据河北省
2014?2020年耕地平均有效灌溉面积和年均农田用
水量, 估算得到河北省每公顷农田用水量为2581 m3。
假设农田用水量仅用于冬小麦灌溉, 利用河北省每
公顷农田用水量数据, 根据沧州市冬小麦的年均种
植面积(373 928 hm2), 估算出冬小麦灌溉用水量为
9.65×108 m3。冬小麦从稳产且增效的角度看, 灌溉定
额为200~250 mm限水灌溉方案表现最佳[21], 那么冬
小麦至少需要灌溉量为11.2×108 m3, 最多需要灌溉
量为14.0×108 m3, 理论上沧州市冬小麦灌溉缺水量
至少为1.7×108 m3, 最多为4.5×108 m3。
1.3 试验设计
1.3.1 试验地基本情况
试验区在南大港产业园区马营村的试验基地,
位于河北滨海沧州市东部, 面积约为5000 m2。浅层
轻度咸水资源冬小麦灌溉, 必然带来盐分积累, 进而
造成冬小麦生产的农业生态安全与环境问题, 因此
盐分积累必须消除。实践证明, 暗管排水排盐技术
是地下水浅埋深地区的根本措施。因此, 试验区埋
设有暗管排水排盐系统。暗管排水排盐工程于2016
年5月施工完成, 渗水管采用直径10 cm的带孔波纹
管, 外包15 cm砂石滤料, 坡降比0.2%, 渗水管南北
向铺设, 北高南低, 暗管埋深为1.4 m, 间距10 m, 暗
管排水排盐通过坡降比自流入南边排水沟, 最终通
过扬水站排入渤海。
1.3.2 轻度咸水冬小麦农田灌溉试验
淡水灌溉水源取自试验区附近村庄的坑塘水,
淡水资源的矿化度约1 g?L?1。
咸水资源考虑到便于技术的推广应用, 充分利
用本地资源, 就地取材, 直接取自试验区的浅层地下
咸水。经测定, 本试验区浅层咸水资源矿化度约6
g?L?1, 属于轻度咸水。轻度咸水比咸水更能减少灌溉
所带来的盐分积累, 利于生态安全[22]。
试验于2016 ?2018年间冬小麦两个生长季进
行, 供试冬小麦品种为‘小偃60’。考虑到多次灌溉会
造成较多盐分积累的可能危害, 轻度咸水冬小麦灌
溉只在需水最关键的拔节 ?抽穗期进行1次。试验
为单因素随机区组试验设计, 即不灌溉(NI)、淡水灌
溉(FI)和轻度咸水灌溉(SI) 3个处理, 每个处理设3
次重复, 共计9个小区, 每个小区面积为4 m×4 m, 随
机分布在试验基地内, 灌水方式为大水漫灌, 每个小
区灌水量为0.96 m3, 相当于600 m3?hm?2的传统农田
灌溉水量。
1104 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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产量测定。冬小麦收获时, 各小区选取长势均
匀、面积为1 m2的小区进行测产。
为了研究暗管埋设下, 轻度咸水灌溉处理是否
引起周年内土壤积盐, 以及雨季暗管淋洗盐分的效
果, 暗管埋设雨季后(2016年10月9日)、第1年轻
度咸水灌溉处理雨季后(2017年10月8日)、第2年
轻度咸水灌溉处理雨季后(2018年10月9日)利用
田间网格方法对试验基地取样, 取土深度为45 cm,
分3层取样, 分别为0~15 cm、15~30 cm、30~45 cm,
所取土样带回实验室测定土壤含盐量。取3层土样
的平均值作为取样点的盐分含量, 利用ArcMap 10.2
软件中地统计学模块的普通克里格插值方法得到试
验基地盐分空间分布。
以上数据利用IBM SPSS 25.0 软件对数据进行
统计分析, 利用Microsoft Excel 2016作图。
2 结果与分析
2.1 冬小麦浅层轻度咸水灌溉的作物增产效应
在埋设有暗管排水排盐系统的试验基地进行冬
小麦轻度咸水灌溉试验表明: 2017年不灌溉处理的
冬小麦产量显著低于灌溉处理的冬小麦产量, 产量
仅 为 淡 水 灌 溉 和 轻 度 咸 水 灌 溉 处 理 的60.08%和
65.33%, 淡水灌溉和轻度咸水灌溉之间无显著性差
异。2018年冬小麦淡水灌溉和轻度咸水灌溉的产量
分别是不灌溉处理的1.91倍和1.65倍(图1)。不灌
溉处理的冬小麦产量显著低于灌溉处理的冬小麦产
量, 淡水和轻度咸水灌溉处理之间无显著性差异。
综上所述, 河北滨海区在冬小麦拔节 ?抽穗期
进行一次600 m3?hm?2浅层轻度咸水灌溉可以保证冬
小麦产量, 2017年轻度咸水灌溉冬小麦产量是不灌
溉的1.53倍, 2018年轻度咸水灌溉冬小麦产量是不
灌溉的1.65倍, 增产效果明显。
2.2 冬小麦浅层轻度咸水灌溉的土壤安全效应
从土壤盐分空间分布来看, 试验地2017年的冬
小麦轻度咸水灌溉后, 经过雨季淋洗, 2017年10月
95%面积的土壤盐分含量较2016年10月呈明显降
低的趋势, 只有东北部分区域有略微增加的趋势。
2018年经过第2年的冬小麦轻度咸水灌溉后, 90%
面积的土壤盐分含量降低(图2)。从土壤含盐量的
平均值来看, 暗管埋设后(2016年10月)、第1年轻
度咸水灌溉后(2017年10月)和第2年轻度咸水灌
溉后(2018年10月)试验地土壤平均含盐量分别为
2.86 g?kg?1、1.60 g?kg?1和1.38 g?kg?1, 呈逐年降低的
趋势。
根据“盐随水来, 盐随水走”原理, 浅层轻度咸水
资源冬小麦灌溉会给土壤带来盐分, 造成土壤生态
0
1300
2600
3900
5200
6500 a
a
b
a
a
b
2017 2018
产量
Yield (kg?hm
?2
)
灌溉处理 Irrigation treatment
FI SI NI FI SI NI
图 1 2017年和2018年轻度咸水灌溉对冬小麦产量的影响
Fig. 1 Effects of mild saline water irrigation on winter wheat
yield in 2017 and 2018
FI: 淡水灌溉(1 g?L?1); SI: 轻度咸水灌溉(6 g?L?1); NI: 不灌溉。FI:
fresh water irrigation (1 g?L?1); SI: mild saline groundwater irrigation (6 g?L?1);
NI: non-irrigation.
土壤含盐量变化
Soil salt content
2016 2017
?8.04~?3.78
?3.78~?1.63
?1.63~?0.54
?0.54~0
0~0.28
0.28~0.84
N
S
0 510 20 30 40 m
EW
2017—2018
change (g·kg ?1 )
图 2 2016—2018年暗管排盐下浅层轻度咸水灌溉试验区土壤盐分时空变化分布图
Fig. 2 Spatial and temporal distribution of soil salt content changes under mild saline groundwater irrigation of the experimental
area with subsurface drainage system
第 7 期 高 会等 : 河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全利用研究 1105
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安全问题。要解决土壤盐分积累这个生态安全问题,
盐碱地改良措施必不可少。暗管排水排盐技术是最
适合河北滨海高水位盐碱地改良的措施[17]。河北滨
海区缺少淡水资源进行盐分淋洗, 只能依靠雨季雨
水进行盐分淋洗。暗管埋设下轻度咸水灌溉的土壤
盐分变化分析表明, 利用浅层轻度咸水灌溉在增产
的前提下, 土壤不发生积盐的条件包括以下2个方
面: 一是需要暗管排水排盐这项措施辅助盐分淋洗。
二 是 降 雨 量 要 满 足 淋 洗 需 求 。 试 验 区2017年 和
2018年的雨季(6 ?9月)降雨量分别为451.8 mm和
468.6 mm (图3), 从上述分析的两年盐分淋洗结果看,
这两年的降雨量能满足盐分淋洗的要求。马凤娇等[23]
分析了河北滨海盐碱区1961 ?2005年多年平均降
雨量, 降水主要集中在6 ?9月, 多年总量平均值为
454.1 mm, 由此可见, 降雨量达到多年平均降雨量就
能够满足淋洗水量要求。
综上所述, 基于暗管排水排盐工程、雨季达到
多年平均降雨量条件下, 轻度咸水冬小麦农田灌溉
不会造成土壤耕层盐分积累, 且土壤盐渍化程度逐
年减轻, 从土壤方面, 实现了轻度咸水资源的农田灌
溉安全利用。
2.3 浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉的安全利用前景
2.3.1 河北滨海区沧州市微/咸水资源利用潜力大
河北滨海区沧州市浅层地下水资源很丰富, 除
沧 州 西 部 极 少 地 区 浅 层 地 下 水 埋 深 大 于 10 m,
其余浅层地下水埋深都小于10 m。浅层地下水基本
是微咸水和咸水, 仅靠近滨海的区域矿化度>5 g?L?1
(图4)。浅层水埋深小于5 m的含水层厚度约7 m,
5~10 m的含水层厚度约3 m[20], >10 m的浅层地下水
由于灌溉利用条件限制, 本研究不考虑。根据浅层
地下水埋深、矿化度空间分布, 结合其含水层厚度
评估, 沧州市浅层地下水总计623.33×108 m3, 其中淡
水 资 源2.89×108 m3, 1~5 g?L?1的 微/轻 度 咸 水 资 源
455.68×108 m3 (1~2 g?L?1的微咸水27.83×108 m3, 2~3
g?L?1的微咸水337.47×108 m3, 3~5 g?L?1的轻度咸水
0
50
100
150
200
6 7 8 9
月份 Month
2017
2018
降雨量
Ra
infa
ll (m
m)
图 3 2017年和2018年研究区雨季降雨量
Fig. 3 Rainy season rainfall in the study area in 2017 and
2018
116°0′0″E
115°40′0″E
0~5
0 4 10 20 30 40
km5~1010~20
20~50
浅层地下水埋深
Shallow groundwater depth (m)
Salinity contour line (g?L?1 )
39°0′0″N
38°40′0″N
38°20′0″N
38°0′0″N
37°40′0″N
37°40′0″N
38°0′0″N
38°20′0″N
38°40′0″N
116°20′0″E 117°0′0″E116°40′0″E
116°0′0″E 116°20′0″E 117°0′0″E116°40′0″E
117°20′0″E 117°40′0″E
117°20′0″E 117°40′0″E
矿化度等值线
图 4 沧州市浅层地下水埋深及矿化度空间分布
Fig. 4 Spatial distribution of shallow groundwater depth and salinity in Cangzhou City
1106 中国生态农业学 报 (中英文 )?2023 第 31 卷
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90.38×108 m3), >5 g?L?1的轻度咸水/咸水164.76×108 m3。
河 北 省 2014 ?2020年 的 年 总 用 水 量 平 均 为
184.07×108 m3, 供水源主要来源于地下水和地表水,
地下水和地表水供水占比在90%以上。其他水源供
水占比很少, 在其他水源中微咸水平均供水量仅有
0.88×108 m3 (图5)。综上所述, 河北滨海浅层微/咸水
资源利用率极低, 具有很大的开发利用潜力。
0
0.3
0.6
0.9
1.2
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
供水量
Brackish water quantity (
10
8 m
3 )
年份 Year
图 5 2014 ?2020年河北省微咸水资源供水量
Fig. 5 Quantity of brackish water resources in Hebei Province
from 2014 to 2020
2.3.2 轻度咸水灌溉资源适度满足冬小麦灌溉用水
亏缺
沧州市保持现有冬小麦播种面积不变的情况下,
从微/咸水资源量的角度来看, 微/轻度咸水能够完全
弥补冬小麦灌溉的亏缺水量(保证冬小麦稳产且增
效至少还亏缺1.7×108 m3, 最多亏缺4.5×108 m3)。考
虑到浅层微/咸水利用的方便以及实际可取性, 咸水
灌溉只能就地取用, 结合浅层地下水矿化度空间分
布(图4), 在沧州东部有部分地区浅层地下水矿化
度>6 g?L?1, 根据本研究的轻度咸水灌溉试验结果, 该
部分地区还不能够利用轻度咸水资源满足冬小麦灌
溉用水亏缺。
2.3.3 轻度咸水安全灌溉为耕作制度带来改变
2014?2020年沧州市冬小麦播种面积小于玉米
播种面积, 除2018年外, 两者差距处于逐年增加趋
势(图6)。农田灌溉资源有限, 再加上近年来河北省
地下水漏斗区实行休耕政策, 玉米生长期处于雨季,
基本不需要灌溉, 而冬小麦没有灌溉条件就无法种
植。按照试验结果, 冬小麦保产情况下, 利用600
m3?hm?2浅层地下咸水资源可使一年一熟春玉米的种
植模式变成一年两熟冬小麦-夏玉米种植模式。由
图6可知, 2014 ?2020年沧州市冬小麦年均播种面
积373 928 hm2, 按一年两熟种植模式, 夏玉米播种面
积也是373 928 hm2, 而2014 ?2020年玉米年均播种
面积是505 003 hm2, 由此可知春玉米播种面积为131 075
hm2, 因此, 将春播玉米替换成夏播玉米后, 一年一熟
春玉米的种植模式变成一年两熟冬小麦-夏玉米种植
模式, 冬小麦的播种面积至少增加约131 000 hm2。
0
120 000
240 000
360 000
480 000
600 000
2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020
播种面积
Sown area (hm
2 )
年份 Year
冬小麦 Winter wheat 玉米 Maize
图 6 2014 ?2020年沧州市冬小麦和玉米的播种面积
Fig. 6 Sown areas of winter wheat and maize in Cangzhou
City from 2014 to 2020
综上所述沧州市区域1~5 g?L?1的浅层微/轻度咸
水资源丰富, 可以满足冬小麦农田因地下水压采限
采造成的至少1.7×108 m3灌溉水量亏缺。基于暗管
排盐技术的浅层轻度咸水农田灌溉安全利用技术,
可使沧州市区域部分耕地扩大一年两熟种植面积,
增加冬小麦种植面积131 000 hm2。
3 讨论与结论
3.1 讨论
河北滨海盐碱地在冬小麦拔节 ?抽穗期进行轻
度咸水灌溉能够增加冬小麦产量。陈素英等[24]在中
国科学院南皮生态试验站的试验表明, 除在越冬期
进行一次淡水灌溉外, 利用4 g?L?1的咸水在冬小麦
拔节期进行咸水灌溉1次比不灌溉处理产量增加
22.1%。这与本研究结果一致。基于暗管排水排盐
工程, 河北滨海盐碱地在冬小麦拔节 ?抽穗期进行
咸水灌溉后, 经过雨季淋洗, 咸水灌溉不会造成土壤
耕层盐分积累, 连续两年的咸水灌溉后土壤盐渍化
程度逐年减轻。于淑会等[19]研究也表明, 在冬小麦
拔节 ?抽穗期不同矿化度咸水灌溉后通过雨季暗管
淋洗排盐, 高水位盐碱地可以消除周年内咸水灌溉
所积累的盐分带来的次生盐渍化危害。而王海霞等[25]
在没有暗管排水排盐条件下进行3 g?L?1的微咸水灌
溉, 经过雨季淋洗后仍然存在盐分增加现象。因此,
暗管排水排盐工程是河北滨海浅层咸水冬小麦灌溉
达到增产且土壤不积盐的生态安全利用的必要措施。
河北滨海浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉的安全
第 7 期 高 会等 : 河北滨海盐碱地浅层轻度咸水资源冬小麦灌溉安全利用研究 1107
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利用能够提高浅层咸水资源的利用率。河北省近年
来微咸水平均供水量仅有0.88×108 m3, 沧州市微咸
水平均供水量小于0.88×108 m3, 沧州市1~5 g·L?1的
浅层微/咸水资源有455.68×108 m3, 由此可知其利用
率极低。目前, 浅层咸水资源开发利用方式主要有
直接利用和淡化处理, 直接利用浅层咸水的有农业
灌溉、林草地灌溉及满足生态用水等, 一般利用矿
化度在1.5~5 g·L?1 的微咸水和咸水[26]。浅层咸水农
业灌溉研究较多[5-6,27], 农田用水量在总用水量中占比
最大, 因此, 浅层咸水农业利用可极大提高浅层地下
咸水的利用率。从稳产且增效的角度看, 沧州市仅
冬小麦灌溉需水量至少为11.2×108 m3, 只考虑冬小
麦需水量, 沧州市灌溉需水亏缺至少为1.7×108 m3,
实际上沧州市灌溉需水亏缺量要远远大于该数值。
因为沧州市总耕地面积为784 968 hm2, 冬小麦平均
种植面积为373 928 hm2, 占耕地面积一半, 其余耕地
种植的谷子(Setaria italica)、高粱(Sorghum bicolor)、
大豆(Glycine max)等粮食作物以及蔬菜等也需要灌
溉, 在本研究中没有涉及其灌溉亏缺量。
河北滨海浅层轻度咸水冬小麦灌溉利用具有可
观的利用前景。在耕地资源方面, 冬小麦轻度咸水
灌溉可使沧州市一年一熟春玉米的种植模式变成一
年两熟冬小麦-夏玉米种植模式, 冬小麦播种面积至
少增加131 000 hm2。在水资源利用方面, 如果将现
行的冬小麦拔节 ?抽穗期的灌溉用水(淡水)替换成
微咸水/轻度咸水, 按照本试验所设需水量和冬小麦
播种面积, 沧州市能节约农业用水量2.24×108 m3。
在气候灾害方面, 冬小麦轻度咸水灌溉不仅可节约
淡水和增加灌溉用水量, 也为浅层地下蓄水层创造
了空间, 为雨季创造了蓄水空间, 减少涝害。
3.2 结论
基于暗管排水排盐工程, 河北滨海在冬小麦拔
节 ?抽穗期进行1次600 m3?hm?2 的浅层轻度咸水
(6 g?L?1)灌溉, 冬小麦增产效果明显。在雨季保持多
年平均降雨量条件下, 冬小麦农田轻度咸水灌溉不
会造成土壤耕层盐分积累, 且土壤盐渍化程度逐年
减轻。作物增产且土壤不积盐的试验结果为实现浅
层轻度咸水资源的生态安全利用提供了参考。浅层
轻度咸水资源的安全利用不仅能缓解河北滨海区灌
溉水资源短缺的危机, 还可扩大一年两熟模式的种
植面积。
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