王 辉

(北京大学城市与环境学院，地表过程分析与模拟教育部重点实验室，北京 100871)

我国是一个农业大国，农业是国民经济的基础，保障了13亿人口的吃饭问题，也为工业生产提供了原材料，因此维持农业生产的稳定关乎我国的长治久安。我国北方主要是旱作农业类型，灌溉农业占据统治地位，需要大量的地表或者地下淡水水源，给当地的水资源系统造成了巨大的压力。当干旱年份出现，面临无水可用的局面的时候，也使得灌溉农业本身的维系变得十分脆弱。因此，如何开源节流成为灌溉农业可持续发展面临的重大问题。

微咸水灌溉是一种可行的开源途径，已为众多的科学实验和实践经验所佐证[1,2]。一般指矿化度2～5 g/L的含盐水[1,2]，其下限值有时也会确定在1 g/L[3]，上限值在实际应用中会有一定程度扩展例如6 g/L等[4]，以浅层地下水的形式广泛分布在我国华北、西北及沿海地带[1]。为了更好地开展微咸水灌溉实践，全面而系统地总结相关的经验就变得十分重要。因此，本文基于华北平原大田灌溉农业，兼及其他地域与农业类型，在可用微咸水矿化度阈值、降雨淋溶以及相关农田管理措施对土壤盐分累积状况的影响和改善、微咸水灌溉对作物产量和品质上的影响等方面进行了分析和总结，为继续深入开展微咸水灌溉研究和实践提供指导和帮助。

1 微咸水灌溉矿化度阈值标准

华北平原大田作物生长期需要微咸水灌溉的主要是冬小麦和棉花，因此以冬小麦和棉花可用微咸水矿化度值为例来论述。

1.1 冬小麦

冬小麦生育期会遭遇到华北平原的干旱季节。干旱情况下土壤溶液浓缩，越干旱土壤溶液浓缩越厉害，浓度越高，渗透势越高，严重影响作物根系的水分吸收和利用，而微咸水灌溉可以使得土壤溶液浓度大大降低。此时，微咸水灌溉可以确保土壤拥有较为适宜的水分条件，利于作物生长。实测结果证明，春旱时土壤溶液浓度一般达到14 g/L，极端情况下甚至可以达到30～80 g/L；用矿化度3 g/L的微咸水灌溉后，土壤溶液浓度可以下降到6～10 g/L左右(根据作物生理学特征，小麦返青时土壤溶液浓度不得超过10 g/L，拔节期不得超过20 g/L)[5]，有利于作物的正常生长。

使用微咸水灌溉冬小麦，其矿化度值有着不同的标准。例如，2002-2005年间，河北沧县1.53 g/L咸淡混合水灌溉试验表明，经过3年灌溉后，0～50 cm土壤平均含盐量为0.09%，比普通地块仅增加积盐量0.05%，低于小麦正常生长盐分指标(0.23%)。经过1.53 g/L微咸水灌溉后，小麦单产为6 090 kg/hm2，均不低于普通地块产量[6]。

河北栾城桶栽和大田试验表明，利用2 g/L以下微咸水灌溉冬小麦对冬小麦及后茬夏玉米全年产量无显著影响[7]。

山东陵县经过多年试验表明，3 g/L以下微咸水灌溉冬小麦，只要增施肥料、加强管理，不致使土壤累积盐分，就能保证冬小麦单产比不灌水情况下增产1倍[8]。河南封丘、河北南皮等地实验结果表明，3 g/L微咸水可以作为冬小麦灌溉用水，但连续使用可能会导致土壤发生积盐，应避免连续使用微咸水进行灌溉[9,10]。河北景县咸水灌溉试验表明，利用3 g/L左右的微咸水连续灌溉5年后冬小麦根层土壤溶液浓度未超过其耐盐能力，且作物产量有所增加。多年盐分变化趋势表明，1994-1997年间1 m深度内土壤含盐量在一定范围内波动，总体变化不大；连续干旱的1997-1998年略呈上升趋势；而微咸水灌溉结合麦秸覆盖和施有机肥等农田管理措施能有效减少根层土壤盐分累积[11]。

河北深州试验表明，4 g/L咸水灌溉的小麦和玉米产量分别较淡水灌溉减产8.87%和7.16%，减产幅度较小；在0～40 cm作物根层，利用矿化度>4 g/L咸水灌溉的土壤盐分增加幅度较大，增加值为2.13～2.56 g/kg；而利用矿化度<4 g/L咸水灌溉的土壤盐分一直都<2 g/kg(低于盐碱土标准)[12]。

山东省巨野县曾经利用3～4.5 g/L微咸水在冬小麦拔节、抽穗、开花、灌浆等生长期每次灌水750～900 m3/hm2，对冬小麦生长不但没有危害，反而增产18%(相比不浇水地块)[13]。

天津静海试验结果表明，干旱年份，在保证冬灌条件下利用小于5 g/L咸水灌溉冬小麦是可行的，能够获得350 kg/667 m2左右的产量。利用微咸水灌溉，应选择耕层含盐量在0.1%左右的土壤，且灌溉水矿化度值要小于5 g/L[14]。根据李志杰等，小麦微咸水灌溉成功施行的5项技术指标为：矿化度小于5 g/L；有健全的田间排水工程；灌水次数1～2次；每次灌水量60 m3/667 m2；小麦起身拔节后、玉米八片叶后、棉花蕾期后灌溉[15]。

除此之外，河北南皮实验区在小麦生长初期使用淡水灌溉、拔节以后使用5～6 g/L咸水灌溉取得了好收成，小麦产量仅比生长期全部使用淡水减产2.2%[5]。

因此，微咸水灌溉冬小麦的适宜矿化度要根据土壤含盐量条件、降雨淋溶条件以及相关的农田管理措施(例如完善的农田排水设施、秸秆覆盖、合适的灌溉时机等)的有无等来确定。一般来说，3～4 g/L左右是较为可行的。

1.2 棉 花

河北衡水田间小区试验表明，2 g/L微咸水灌溉土壤剖面盐分增加幅度没有超过棉花的耐盐阈值，且含盐量能够保持年际间平衡。2 g/L微咸水灌溉对棉花的产量和品质没有影响，在河北低平原内使用是安全的[16]。

采自山东齐河县的中壤土试验表明，旱季可以利用2～5 g/L微咸水直接灌溉棉花，不会使土壤含盐量超过棉花的耐盐度阈值。此外如果结合秸秆覆盖，微咸水灌溉对土壤和棉花的影响将会降到最低[17]。

山东惠民田间小区试验表明，灌出苗水可以明显降低棉田根层土壤电导率(EC)值，降低率在 26.8%～29%之间。与淡水滴灌相比，滴灌矿化度6 g/L以下咸水微咸水对棉花产量没有明显影响，而滴灌8 g/L以上咸水在降水偏少的年份能明显降低棉花产量。从土壤盐分积累情况来看，利用滴灌补灌一次6 g/L以下咸水后通过黄河水和夏季降雨淋洗，不会造成棉花根系分布层土壤盐分的积累[18]。

河北低平原测试结果表明，仅就单株叶面积因素分析，畦灌方式下棉花幼苗能承受的底墒水矿化度最大值是2～4 g/L，沟灌方式为6～8 g/L。结合出苗率和幼苗生长状况，棉花播前底墒水可采用小于4 g/L的微咸水，灌溉方式以畦灌为好；小于8 g/L的高矿化度水亦有一定利用价值，但大于6 g/L时宜采用沟灌技术[19]。

因此，使用微咸水(1～5 g/L)灌溉棉花是可行的，一般不会超过棉花的耐受盐度阈值。

1.3 玉 米

此外，华北平原夏玉米生长期在干旱年份也会遭遇灌溉水源短缺问题，微咸水灌溉也有一定的利用价值。例如，河南新乡试验结果得出，微咸水矿化度不高于3 g/L时玉米产量较淡水灌溉减少低于6.4%，株高较淡水灌溉减少低于8.4%，同时0～20 m内土壤盐分与对照无显著差异。因此使用矿化度低于3 g/L的微咸水进行灌溉是可行的[20]。另外，在地下水埋深为2、3、4 m的地区，采用矿化度小于4 g/L的咸水进行灌溉，在夏玉米整个生长周期的0～100 cm土层内不会形成积盐现象[21]。因此，使用3～4 g/L微咸水在干旱年份灌溉夏玉米是可行的。

2 微咸水灌溉对土壤积盐状况影响

微咸水灌溉会将一部分盐分带入土体，在随后的土壤水分蒸发过程中，容易将下层盐分带入上层，使得灌溉农田发生次生盐渍化危害。而另一方面，土壤积盐又可以在汛期被降雨淋洗排出，从而有可能使得土壤周年内盐分累积状况保持动态平衡，保证微咸水灌溉既能够抗旱增产又能够不坏地。盐碱地微咸水灌溉要随时注意农田土壤的盐分状况，确保作物生活期内土壤溶液盐分浓度不超过作物的正常生理耐受限度。

2.1 降雨淋洗对微咸水灌溉土壤积盐的缓解作用

山东省庆云县试验表明，年内灌溉3次微咸水后土壤耕层盐分在特别干旱年份有微量增加，且增加幅度小于原土壤含盐量的20%，在农作物耐盐阈值以下，最终年际不产生积盐[22]。山东陵县试验结果表明，在春季干早无淡水的情况下利用浅层地下微咸水灌溉1～2水，可保证作物不减产，而且在平水年1 m土体内不会发生盐分累积状况[15]。鲁西平原微区定位试验结果表明，利用3～5 g/L微咸水补充灌溉，冬小麦田两年后没有发生积盐现象，微咸水灌溉带入土体的盐分通过咸淡水轮灌和雨季自然淋洗，1 m土体总盐量达到周年平衡[23]。

河北南皮实验区的多年实践表明，利用2～5 g/L的微咸水灌溉，经过雨季淋洗后不会影响土质，对缓解华北盐碱区水资源短缺具有重要意义[24]。天津静海咸水灌溉模拟试验结果表明，3 g/L微咸水农田灌溉可以全年持续进行；在汛期降雨量丰富、有淡水冬灌条件下，4 g/L微咸水灌溉也可以周年运行[25]。河北曲周试验结果表明，土壤水盐动态受灌溉和降雨影响从而表现出短期波动和受季节更替影响从而表现出长期波动两种变化状况。在正常降雨年份，使用微咸水进行灌溉是可行的，不会导致土壤次生盐渍化的发生。在降雨量达到多年平均水平以及微咸水灌溉制度制订合理的条件下，微咸水可用于冬小麦和玉米的田间灌溉[26]。

2.2 改善微咸水灌溉土壤积盐状况的可行措施

可行的改善微咸水灌溉土壤盐分累积状况的措施包括提高单次灌水量、淡水灌溉淋洗、秸秆覆盖、施用土壤改良剂等。

加大灌溉水量可以提高土壤的脱盐率。内蒙河套灌区SWAP模型模拟结果显示，正常灌溉定额和淋洗灌溉定额下土壤盐分都有所增加，但淋洗灌溉定额比正常灌溉定额小麦、葵花和玉米模型土壤盐分分别降低了6.5%、0.7%、4%[27]。正常灌溉定额下，小麦试验田(5 g/L灌溉)、玉米试验田(4 g/L灌溉)、葵花试验田(5 g/L灌溉)盐分在20～70 cm土层明显增加；淋洗灌溉定额下，小麦试验田(5 g/L灌溉)、玉米试验田(4 g/L灌溉)、葵花试验田(7 g/L灌溉)盐分在40～100 cm土层明显增加，淋洗灌溉比正常灌溉土壤盐分下移明显[28]。

利用微咸水灌溉，可在每季作物生长季结束后采用一次大定额淡水灌溉的方法使土壤盐分淋出根层，减小盐分对作物根系的危害[29]。山西省运城盆地湖区灌区实践表明，咸水灌溉成功关键是播前灌1次较大定额(2 700～3 600 m3/hm2)的河水储灌压盐，能够使土壤表层0～60 cm范围脱盐20.7%～33.6%，从而最终使土壤含盐率维持在0.60%以下，保证小麦的正常出苗生长[30]。如要保障小麦整个生命周期的正常生长，灌区上游矿化度小于3 g/L的微咸水灌水次数以4次为宜；灌区中游矿化度3～5 g/L的咸水灌水次数以2～3次为宜，此外还需隔年增加1次小定额(1 200 m3/hm2)河水灌溉兼压盐；灌区下游5～7g/L的咸水灌溉次数最多1次或根本不能利用，此外每年需配给1～2次小定额(1 500 m3/hm2)河水灌溉兼压盐[30]。内蒙河套灌区以试验实测数据及SWAP模型为基础构建的区域土壤水盐运移模型模拟结果显示，春小麦生育期内各咸水灌溉方案都会发生积盐，但经过秋浇灌溉后土壤积盐大幅度减少，研究区整体处于脱盐状态。河套灌区盐渍土条件下对区域土壤环境影响较小的咸淡水轮灌优化方案为1水90 mm(淡水)、2水75 mm(淡水)、3水115.5 mm(3.84 g/L微咸水)、4水115.5 mm(3.84 g/L微咸水)的“淡咸咸”灌溉模式[31]。

秸秆还田能使土壤耕层结构疏松，容重降低，非毛管孔隙度增加，减少土面蒸发，具有很好的保墒效果，有效抑制土壤盐分表聚，使作物主要根系活动层保持较低盐分水平而不影响作物正常生长[32]。能够有效减轻微咸水灌溉对棉花生长的不良影响[17]。鲁北低平原田间试验结果表明，麦季利用2～4 g/L微咸水补灌1～2次，秸秆还田的小区没有发生明显积盐现象，对粮食产量基本无影响。利用咸淡水轮灌压盐、秸秆还田抑盐、雨季降水淋盐综合措施，能使土壤盐分保持周年平衡，保证微咸水补灌的安全高效运行[32]。

此外，微咸水灌溉下施用改良剂能提高土壤渗透性，降低土壤pH值和土壤电导率(EC)，降低土壤含盐量[33]。例如天津静海试验表明，重壤质浅位厚层夹黏土壤施用沸石、磷石膏、风化褐煤等改良剂能够改善灌溉浅层地下微咸水(4.7 g/L)对土壤的影响，其中对灌溉微咸水后的土壤有较好改良效果的土壤改良剂配方为：100%膨润土；40%沸石+60%磷石膏；20%沸石+60%磷石膏+20%风化褐煤；15%磷石膏+85%草炭；10%过磷酸钙+90%牛粪[34]。

3 微咸水灌溉可以改善地下水水质及盐碱地分布状况

开采地下微咸水水源进行灌溉，可能会有助于地下水水质的改善以及盐碱地分布面积的减小。河北南皮试区开发利用浅层地下咸水，井灌井排与渠灌沟排相结合，使得盐碱地面积由1974年的931 hm2减少到1983年的77 hm2，减少比例达92%。将相关经验应用到更大范围的南皮农业开发项目区(13 333 hm2)后，更一举使得盐碱地面积在1983-1987年间减少57%。同时，浅层微咸水的开发也显著地改变了当地的地下水位，使其从20世纪70年代的1～2 m下降到80年代的3～5 m以下，地下水位的下降进一步促进了盐碱地的治理和开发。1983-1987年间，南皮试验区浅层地下淡水(2 g/L以下)面积从20%增加到50%，有些地段表层至8m深度咸水已经改造成可用淡水[5]。

4 微咸水灌溉对作物产量和品质影响

4.1 冬小麦

山东省庆云县微咸水灌溉试验表明，干旱条件下利用2～4 g/L微咸水灌溉农作物，灌溉与不灌溉对比，小麦增产3 750 kg/hm2，不低于同类农田条件下淡水灌溉粮棉产量的90%[22]。

河北曲周试验研究表明，利用微咸水灌溉对冬小麦生长有一定的抑制作用，使其地上部干物质量只有淡水灌溉处理的75%左右，但对最后的经济产量影响不大，相应地提高了收获指数[35]。

河北栾城桶栽和大田试验表明，微咸水灌溉降低了小麦千粒重，但对穗粒数和穗数无显著影响[5]。河北曲周咸淡轮灌与灌淡水操作试验表明，相比灌溉淡水操作，咸淡水轮灌使得冬小麦早期干物质积累慢，叶面积指数(LAI)低，但后期积累养分能顺利转移到穗部，灌浆速度较快，也能获得高产。而且冬后关键期咸淡轮灌比灌淡水处理茎叶干物质积累量较多的转移到籽粒中，灌浆速度快，两者籽粒产量无显著差异。在此基础上，施肥处理的LAI、灌浆速度和籽粒产量显著大于不施肥处理[36]。一般作物苗期对盐分胁迫的抵抗能力最差，因此利用微咸水灌溉应该避开作物的幼苗期，在苗期使用淡水，在非苗期使用咸水，充分发挥淡水和咸水的功效，是最优的选择。中科院南皮生态试验站研究结果表明，冬小麦拔节期应尽量避免使用微咸水灌溉，淡(拔节水)淡(抽穗水)咸(灌浆水)的组合顺序为最优方案[10]。从水分利用效率大小、年内盐分平衡以及作物需水规律综合考虑，小麦生育期内全咸水灌溉适宜灌溉定额可以如下分配：拔节水50 m3/667 m2、抽穗水40 m3/667 m2、灌浆水30 m3/667 m2[37]。

此外，鲁西平原微区定位试验结果表明，与淡水灌溉比较，微咸水灌溉配合麦秸覆盖对冬小麦年产量无显著差异，而不配和麦秸覆盖则会造成减产[23]。天津静海田间试验表明，微咸水灌溉时施用改良剂可以显著增加小麦穗数和玉米穗粒数，提高作物产量。采用3.7 g/L微咸水灌溉配合施用改良剂是该地区适宜的微咸水灌溉模式[33]。因此，应该采取相应的田间措施并选择适宜的时机，将微咸水灌溉对冬小麦产量和品质的影响降至最低。

4.2 其 他

山东省庆云县微咸水灌溉试验表明，干旱条件下利用2～4 g/L微咸水灌溉农作物，灌溉与不灌溉对比，夏玉米增产3 375 kg/hm2，棉花增产750 kg/hm2(籽棉)，不低于同类农田条件下淡水灌溉粮棉产量的90%[22]。

新疆建设兵团农一师试验结果表明，微咸水灌溉对棉花单铃重的影响相对较小[38]。新疆巴州灌溉试验站测试结果表明，微咸水滴灌有利于促进棉花前期营养生长及后期生殖生长，棉花干物质、单铃重、单位面积铃数及籽棉产量均高于淡水处理。而且微咸水中含有一定量的微量元素，合理利用微咸水灌溉不仅不会对棉花生长造成胁迫，相反还能有效抑制土壤中Na+增长，增强棉花对盐分胁迫的抵抗能力，提高棉花产量[39]。

天津静海田间试验表明，油葵蕾期采用3 g/L的微咸水灌溉非但不会抑制其生长，反而还会促进油葵品质的提升，使其株高、茎粗、盘粒数、百粒重及产量均超过淡水处理；而油葵蕾期采用矿化度5 g/L以下的微咸水进行灌溉时，产量也不会显著降低。在淡水资源不足的情况下，6 g/L咸水也可以考虑用于油葵蕾期灌溉之用。虽然会造成一定程度的减产，但与蕾期缺水的情况相比较仍然可以较大程度地提高产量[40]。

河北临西实验结果表明，2、3 g/L微咸水与0.72 g/L淡水灌溉的大白菜产量和品质都没有差异，4.3 g/L咸水直接灌溉比淡水灌溉产量降低约9%，而品质方面没有差异[41]。北京通州试验表明，在年降雨量约600 mm的半湿润地区，当没有足够的淡水用于作物灌溉时可以利用5 dS/m以下的微咸水来灌溉黄瓜、番茄等对盐分中等敏感的作物[42,43]。

此外，山西忻州试验表明，微咸水灌溉可以提高番茄果实的密度、可溶性固形物、总酸、Vc和糖酸比[44]。山东莱州测试表明，低浓度海水养殖废水与地下微咸水混合水灌溉对菊芋根系和块茎的生长发育、干物质的积累有一定的促进作用[45]。河北曲周试验结果表明，2 g/L咸淡混合水灌溉对苹果和梨树果实产量没有影响，而且提高了苹果和梨的果实质量例如降低了苹果可滴定酸含量、提高了梨果的果实硬度和可溶性固形物含量[46]。

由此可见，微咸水灌溉对作物的产量会造成一定的影响，但对于作物产品的品质却有可能没有影响甚至有利于作物产品品质的改善。

5 结论与讨论

由前述可知，微咸水用于灌溉是可行的。在使用一定矿化度阈值以下的微咸水水源以及正确的田间管理情况下，土壤盐分累积状况不会威胁到作物的生长，不会造成作物产量的严重减产，且使用一定矿化度值的微咸水灌溉还有可能会改善作物产品的品质。一般来说，首先要针对不同的农作物种类分别确定适宜的可资灌溉的微咸水矿化度值阈值，例如对于冬小麦来说，一般矿化度3～4 g/L微咸水用于灌溉是可行的，棉花不超过6 g/L咸水微咸水也可以用于灌溉。其次，对于选定的作物种类，适宜矿化度的微咸水进行灌溉也将盐分带入土壤，除了降雨淋溶有助于土壤盐分状况改善以外，必须采用合理的灌溉措施，结合相应的农田管理，才能确保农田土壤不积盐，保障农田生产体系的维持。例如，冬小麦苗期和拔节期尽量不使用微咸水进行灌溉而选择在作物生长后期使用，只在作物生长关键需水期遭遇到干旱时才考虑使用微咸水浇灌足量少次的救命水，要有好的农田排水条件以保证降雨淋融、灌溉洗盐等及时将农田土壤中的盐分淋洗排出，在作物生育期前或生育期后大水灌溉淋洗土壤盐分改善田间盐分状况，在作物受到盐害表现出一定萎蔫状况下结合秸秆覆盖控盐、使用土壤改良剂等措施改善盐分在根层的垂直分布情况等。为此，应该加强田间土壤含盐量以及分层分布情况的实时监测，以反馈调节田间种植系统包括灌溉水量、矿化度大小、灌溉时机、是否需要秸秆覆盖控盐、增施改良剂等各项参数，规避微咸水灌溉对土壤含盐量及作物生长状况施加的风险，实现农业生产田间管理的科学化。

微咸水灌溉作为一种极具潜力的开源途径，自然也面临着一些不利后果，可谓机遇与挑战并存。包括最有可能的(微咸水)利用不当带来的土壤盐碱化问题，以及灌溉淋洗将部分土壤盐分带入浅层地下含水层从而造成浅层地下水的污染等。此外，微咸水灌溉会不会对作物产品品质造成影响也需要我们持续地加以关注。未来，应该将微观的田间土壤盐分监测以及作物生长状况监测与宏观的区域地下水环境健康状况监测结合起来，综合考虑微咸水灌溉的适宜性问题。

我国尤其是北方地区农业生产面临着严峻的缺水问题，微咸水利用为灌溉农业的维持和发展提供了潜在的水源，是一种可行的开源途径。未来，应继续深入研究微咸水灌溉对土壤、作物以及地下水环境可能的影响，制定相关的灌溉水源矿化度和土壤盐分标准，确保作物产量、品质不受微咸水灌溉影响，也确保土壤盐分条件不会恶化，最终使得间或利用微咸水进行灌溉的我国北方灌溉农业持续健康地发展。

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