王赫生，李 燕，张 庆，周锴锷(.中国地质调查局南京地质调查中心，南京 006；.江苏省有色金属华东地质勘查局八一○队，南京 0007)

对于作物来说，地下水位控制不合理会影响产量：地下水位过高，土壤经常处于饱和状态，土壤缺氧而导致作物减产；地下水位过低，作物不宜利用地下水，易干旱而影响产量。已有的研究成果表明：在地下水浅埋区，存在一个最优地下水埋深，使得作物的产量最高，这一最优地下水埋深是作物、土壤和气候的函数。国内外许多学者都开展了通过控制地下水位来影响作物生长的研究，有通过控制地下水位防止土壤盐碱化的，有控制地下水位影响作物生育过程的，更多学者关注的是通过控制地下水位提高作物对地下水的利用率和作物的产量[1-6]。

淮河流域平原区是我国重要的高标准农田建设区，大部分地区浅层地下水埋藏较浅，地下水和土壤水联系紧密，浅层地下水对作物的补给作用很大，减少地下水的不当排泄量及农业灌溉频次与用水量，节约水资源，显得越来越重要[7]。本文以阜阳市为例，研究该区地下水埋深分布及其对灌溉的影响，科学调控地下水埋深，提高作物对浅层地下水利用率，对缓解淮河流域水资源紧张及粮食安全，有十分重要的价值。

1 试验设施及原理

试验委托安徽省水利科学研究院在安徽蚌埠五道沟实验站地中蒸渗仪测筒中进行，试验装置如图1所示。装有原状土柱的测筒通过连通管与地中蒸渗仪地下室内的自动补水装置连接，使得测筒内的水位与补水装置内的水位保持一致。降水期表层土壤饱和，产生下渗由入渗量储水瓶计量，当降水强度大于入渗强度或土壤蓄满时，地表水由地面径流管排出，通过径流瓶计量[8]。

图1 不同地下水埋深对作物产量影响试验原理Fig.1 The structure principle of crop yield test effecting on different depth of groundwater

2 试验布置

作物种植试验选择在五道沟实验站地中蒸渗仪的39只测筒进行。由于阜阳地区地表岩性仅有两种，亚黏土(砂礓黑土)及亚砂土(黄潮土)，因此仅对这两种耕作土进行测试。装有亚黏土的有31只，测筒器口面积有0.3、0.5、1.0、2.0和4.0 m25种，地下水埋深按0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0、4.0、5.0 m共11级控制，埋深0.2、0.6、0.8、1.0、2.0、3.0 m的测筒可参照正交试验进行数据处理，以消除测筒面积对产量的影响。装有亚砂土的测筒有8只，测筒面积一律为0.3 m2，地下水埋深按0.2、0.4、0.6、1.0、2.0、3.0、4.0、5.0 m共8级控制，与亚黏土进行对比试验。测筒试验作物施肥水平、耕作、田间管理措施均与周边农田相同，采用无灌溉条件下控制地下水埋深，同时辅以作物生理、生态观测与测产、考种等。

3 试验过程及结论

本专项试验与农作物的生长期密切相关，专项试验自2013年6月至2015年9月，按3种作物生长期进行，以得到本地区的平均适宜地下水埋深。

通过对小麦生育期适宜地下水埋深试验考种资料分析，对于亚黏土，地下水埋深控制在1.0 m籽粒重和千粒重最大。对于亚砂土而言，地下水埋深控制在0.8～1.5 m的小麦千粒重和籽粒重相对较大。亚黏土里的小麦长势普遍好于亚砂土中的小麦长势。从高产外包线看，正常年份高产埋深在0.8～1.5 m(见图2)。

图2 小麦埋深与产量关系图Fig.2 Diagram of relationship between the undergroundwater depth and wheat yield

通过对玉米的考种资料分析，对于亚黏土，地下水埋深控制在0.6～2.0 m的玉米籽粒重较大，在埋深控制在2.0 m处的玉米籽粒重最大。对于亚砂土而言，地下水埋深控制在1～3 m的玉米百粒重和籽粒重相对较大。且在亚黏土测筒中种植的玉米产量普遍比在亚砂土里种植的玉米产量高。从图3可知，测筒玉米最适宜地下水埋深为2.0 m。

对大豆的考种资料进行分析，装有亚黏土的测筒埋深在0.8 m控制水位下有较高的百粒重和1.0 m2的籽粒重，装有亚砂土的测筒在地下水控制埋深在2.0 m时有较高的产量。从高产外包线看，正常年份高产埋深在0.8～1.2 m(见图4)。这与本研究搜集的历史成果是一致的。

综合作物对地下水的利用量、作物根系的发育以及作物产量三方面的考虑，最终确定阜阳地区亚黏土种植条件下，小麦、大豆、玉米适宜的地下水埋深分别为0.6～1.5，0.4～1.0，0.4～1.0 m；亚砂土种植条件下小麦、大豆、玉米适宜地下水埋深分别为0.4～1.5，0.6～1.5，1.5～2 m。

4 基于试验结果的灌溉分区研究

4.1 地下水埋深特征

阜阳地区地下水埋深在时空分布上具有以下一些特点： ①年内地下水埋深最大时出现在6月份，地下水埋深最小出现在9月份，②3-5月：浅层地下水埋深缓慢增大。由于降雨较少，而随着气温变暖，农作物灌溉用水和潜水蒸发使得浅层地下水位缓慢下降，③6-9月：浅层地下水埋深迅速减小。这个阶段降雨多而且集中，使得地下水位迅速抬高。④10月-次年2月：地下水位相对稳定。气温逐渐降低，作物需水量减少，潜水蒸发减弱，地下水位变化很小，相对稳定。

图3 玉米埋深与产量关系图Fig.3 Diagram of relationship between the undergroundwater depth and corn yield

图4 大豆埋深与产量关系图Fig.4 Diagram of relationship between the undergroundwater depth and soybean yield

4.2 灌溉分区研究

当水位较浅时，地下水可以不断地补充根系吸水层中的水分消耗，从而减少灌水定额和灌水次数。但一般不允许上升至根系吸水层，否则易造成渍害，只能以上升毛管水的形式补给根系吸水层。

根据2016年野外实测数据(172组)做出阜阳地区5月及8月平均地下水埋深等值线，综合考虑作物适宜地下水埋深、灌溉水井密度、地表水分布、地表岩性等因素，采用定量定性结合的方法，进行阜阳地区小麦及大豆的灌溉分区。

小麦灌溉分区见图5，非灌溉区：自然条件下，亚黏土分布区地下水埋深0.6～1.5 m，亚砂土分布区地下水埋深0.4～1.5 m；井灌河灌区：地下水埋深>1.5 m，灌溉机井密度<1眼/km2，且地表河流发育地区；井灌区：地下水埋深>1.5 m，灌溉机井密度>1眼/km2，且地表河流不发育地区。

图6 大豆灌溉分区图Fig.6 The irrigation division map of soybean

大豆灌溉分区见图6，非灌溉区：自然条件下，亚黏土分布区地下水埋深0.4～1.0 m，亚砂土分布区地下水埋深0.6～1.5 m；井灌河灌区：亚黏土分布区地下水埋深>1.0 m或亚砂土分布区地下水埋深>1.5 m，灌溉机井密度<1 眼/km2，且地表河流发育地区；井灌区：亚黏土分布区地下水埋深>1.0 m或亚砂土分布区地下水埋深>1.5 m，灌溉机井密度>1 眼/km2，且地表河流不发育地区；排涝区：亚黏土水位埋深<0.4 m，或亚砂土水位埋深<0.6 m。

5 结论及建议

5.1 结 论

(1)综合作物对地下水的利用量、作物根系的发育以及作物产量三方面的考虑，最终确定淮河平原区亚黏土种植条件下，小麦、大豆、玉米适宜的地下水埋深分别为0.6～1.5，0.4～1.0，0.4～1.0 m；亚砂土种植条件下小麦、大豆适宜地下水埋深分别为0.4～1.5，0.6～1.5 m。

(2)综合考虑作物适宜地下水埋深、灌溉水井密度、地表水分布、地表岩性等因素，对阜阳地区进行灌溉分区，分为排涝区、非灌溉区、井灌河灌区、井灌区，对该地区节约地下水资源及科学灌溉提供一定借鉴。

5.2 建 议

(1)阜阳地区地下水埋藏较浅，一般在0.5～3.0 m，根据地下水位分布既可合理规划农作物种植，又可制定灌溉定额。不仅要强调对地下水的利用，还要重视灌溉。

由于本次主要是对不同埋深下作物产量的影响研究，对作物根系的研究不够全面和深入；另仅将5月、8月作为小麦和大豆灌溉分区的地下水埋深依据，仍不够全面，可进一步对阜阳地区作物的根系吸水规律、潜水蒸发特征及土壤水分消退等研究，这将有助于掌握作物对地下水的利用规律，促进淮北平原高标准农田的高产高效[9-11]。

(2)限于资料，本次仅研究了阜阳地区两种主要耕作土壤亚黏土和亚砂土，小麦、玉米、大豆3种旱作物生长适宜地下水埋深及灌溉分区，淮河平原其他地区相关内容有待进一步研究。

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