收稿日期:!""#$"%$%&;修订日期:!""#$"#$"#。
基金项目:国家’&#海洋生物技术计划(!""%((&!)"*")+节水农业重大专项计划(!""!((!,*"&%)资助。
第一作者简介:刘兆普(%-*). ),男,江苏涟水人,教授,博导,主要从事海洋生物资源及海水农业研究。
自 然 资 源 学 报
/0123(4 05 3(612(4 278012978
第 %’ 卷 第 * 期
!""# 年 ) 月
!"#$%& ’"$(
)*#+, -../
利用海水资源直接农业灌溉的研究
刘兆普%: 刘 玲%: 陈铭达%: 邓力群!: 赵耕毛%: 唐奇志%: 夏天翔%
(%;南京农业大学 资源与环境学院,江苏 南京 !%""-<+ !;南京市科技局:江苏 南京 !%""-))
摘要:!""".!""!年在半干旱的山东莱州地区进行了海水直接灌溉鲁梅克斯 (!"#$% &’()$*()’ = !+
,)’*-./’*)."-+.0+!"#$% >$%)、油葵(1$2)’*(/"- ’**""- 4;“?%"%@”)、菊芋(1$2)’*(/"- ("3$45-"- 4;)
等耐盐植物的田间小区试验和室内模拟试验,结果表明:!试验期总降雨量!%!;-AA,灌溉定额每
年为%<""A#·BA$!,海淡水比例"C%、%C-、%C#、%C%混合灌溉后的耕层土壤(".*"DA)盐分没有差异;室内
模拟表明,降雨量为’""AA,即使用%C%的处理,%A土体脱盐率仍可达%)E左右,表明海水适量灌溉
可以缓解滨海盐土的土壤盐渍化;"海水灌溉大大减缓滨海盐土水分蒸发,%C%处理灌溉#"F后土壤
水吸力仅为"C%(全淡水)处理的<"E左右;#%C%海淡水灌溉处理的鲁梅克斯、油葵、菊芋产量与全淡
水灌溉的没有显著差异,比不灌溉的增产%倍以上。
关 键 词:海水资源;农业;灌溉;经济作物
中图分类号:G)#%;%< 文献标识码:( 文章编号:%"""$#"#)H!""#I"*$"*!#$")
我国沿海滩涂盐土资源丰富,总面积约!""=%"*.#""=%"*BA!,这些地区淡水资源十分缺
乏[%],淡水供需矛盾十分尖锐,而农业用水占有很大比例,如何减轻农业用水对淡水资源的
压力,是一个十分迫切的任务。地下水资源的长期超量开采,致使地下水埋深快速增加,造成
海水地下入侵,以山东莱州为例,%--<年海水地下入侵面积已达到#=%"*BA!,地下淡水资源
受到严重污染:并且每年以<" A的速度向内陆推进。为此,笔者在半干旱地区进行利用海水
资源直接灌溉的研究,即用不同比例的海水与淡水混合直接灌溉耐盐经济植物,研究其对滨
海盐土资源的演化方向及对耐盐植物生长发育的影响。
% 试验设计方案及研究方法
!"! 小区设计
海水灌溉鲁梅克斯试验共设<个处理,海淡水比例分别为:J,"C%;$,%C-;%,%C#;&,%C%;
’,不灌溉;小区面积 %<A!H!;<A=&AI。海水灌溉菊芋试验共设 & 个处理,海淡水比例分别为
(K,"C%;$L,%C-;%D,#C);&F,%C%;’M,#C%;)N,%C";小区面积 %"A!。海水灌溉油葵设计 )个
处理,海淡水比例分别为:(K,"C%;$L,%C-;%D,!C’;&F,!C#;’M,#C!;)N,*C%;*O,不灌溉;
小区面积 %"A!。所有处理均设 #个重复,随机区组排列,小区间均用";%!AA聚乙烯薄膜埋深
%;""A以防侧渗,地表筑埂!"DA,以防互溢。每年灌溉两次,灌溉总定额为% <""A#·BA$!。试验
安排在南京农业大学山东莱州’&#中试基地,土壤性质见表%。灌溉用海水基本性状为:PQ 值
为 ’;#",矿化度为 ##;#!&O·4 $%,Q90# $为 ";!%&DARS·TO $%,80*! $为 ’;"<)DARS·TO $%,9S $为
*-;##)DARS·TO$%,9K!U为#;-!<DARS·TO$%,>U为%;<!*DARS·TO$%,3KU为*%;!%)DARS·TO$%。
!"# 采样及田间测试方法
土壤采样按对角线法,每小区采<个样品,然后按层次充分混合备用。每小区中间增加两
自 然 资 源 学 报 !" 卷
行耐盐植物,其面积不计算在小区面积内,专供采集植株样品。土壤中水盐测定用中国科学
院南京土壤研究所研制的水分、盐分传感器在鲁梅克斯海水灌溉试验小区按#$%、!#$%、
&’$%、#’$%深度埋设探头,按设计要求记录土壤水吸力及电导率(($)。
!"# 分析方法
全盐、盐分离子由常规方法测得[)],*+用!,#土水比*+值计法,土壤有机质用重铬酸钾外
加热法,速效磷用’-#%./·01!23+45&浸提—钼锑抗比色法。
) 试验结果与讨论
$"! 海水直接农业灌溉对滨海盐土发育演变的影响
海水直接灌溉无疑对土壤盐分运动产生一定的影响,图!为海水灌溉一年后土壤盐分变
化,从各处理不同土壤层次盐分含量来看,即使用!,!比例的海淡水灌溉)次,总灌溉定额达
到! #’’ %&·6%1),耕层(’7)’$%)土壤盐分与淡水
同额灌溉没有显著差异。但随着土层的下移,土壤
盐分逐渐增加,增幅也越大。该试验期间总降雨量
仅)!)-8%%,土体中因海水灌溉增加的盐分没有及
时从整个土体中淋洗掉。但从土体盐分总量来看,
仍在一般植物生长安全指标范围内。如果降雨量
增大或增灌一些淡水,土体中的盐分将大大降低,
这在许多田间试验和模拟试验中被证实[)]。
矿化水灌溉中有89:788: 的23;和8<:7
88: 的4/1存留在土壤中,进入植物体内的23;、4/1
相对很少[&],故将植物吸收的盐分忽略不计,!%土
体盐分平衡见表)。在如此干旱条件下,’7=’$%土
壤脱盐率仍十分明显,!、"、#处理脱盐率分别为<8-#<:、"&-#":和")-<):。而下层土体随
着海水比例的增加,脱盐率明显降低,这是因为降雨过少,而)-#%埋深地下水的矿化度为
表 $ 海水灌溉后土体盐分平衡概算%&’!&& ()土体,$&&&年*
>3?/@ ) A3/3B$CBD @EFC%3F@ .G E3/CBCFH IBJ@K JCGG@K@BF E@3L3F@K FK@3F%@BFE M’’!’’ $%
处理
处理前土体盐总量 灌溉带入的盐总量 处理后土体盐总量 总盐量变化
MOD·6%)N MOD·6%)N MOD·6%)N MOD·6%)N
$ < 9=<-!# P !# #="-## < 8’!-<
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图 ! 海水灌溉各处理的土壤盐分含量
QCD-! R3/CBCFH .G IBJ@K JCGG@K@BF E@3L3F@K
FK@3F%@BFE
表 ! 供试土壤基本性状
>3?/@ ! A3EC$ *K.*@KFC@E .G IE@J
剖面深度
*+值
含盐量 有机质 砂粒 粉粒 粘粒 容重
M$%N MD·OD1!N MD·OD1!N M)7’-’)%%N M)7’-’)%%N MS’-’’)%%N MD·$%1&N
’7)’ <-## ’-&<8 !’-#) ")9-’ "8-= "=-9 !-)9#
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! 期 刘兆普等:利用海水资源直接农业灌溉的研究
!"#$!%·&’#,影响了下层土体的脱盐速度。
海水灌溉下土体中各离子的变化存在很大差异,在()#((*+土体中,,-.含量总是高于
/0’,这与王遵亲等的研究结果一致[!]。但从图1中发现,随着土层加深,两种离子含量差距增
大,表明在土体中,-.向下迁移的速度快于/0’[2]。随着灌溉水中海水比例的增加,在3()#((*+
土层中4上述两种离子含量差距缩小,说明高矿化水灌溉下,-.、/0’向下迁移的速度逐步趋向
一致,其机制尚不清楚。
植物根层土壤(()!( *+)溶液浓度对植物生长发育产生直接影响,因此,研究海水灌溉
下植物根层土壤溶液浓度的动态变化,对于海水灌溉制度
的创立意义重大。不同比例海水灌溉处理植物根层土壤溶
液盐分浓度的动态变化见图5。由此可见,随着灌溉水中海
水比例的增加,土壤溶液盐分浓度有所上升;处理!、"中
盐分浓度基本上不受灌溉的影响,而处理#、$每次灌溉
后迅速形成盐分浓度峰,但始终未超过("$64从耐盐植物
生物量来看,基本没有影响。在土壤层次上,淡水灌溉处理
与#78海淡水混灌处理中2 *+土层土壤溶液盐分浓度始终
低于#2 *+、5( *+和2( *+,而#75、#7#海淡水灌溉在溶液盐
分浓度峰值期2*+土层的溶液盐分浓度始终高于下面的
层次。这主要是由于莱州这一特定的土体构型(表#),土壤
含盐量较低,而土壤溶液盐分浓度的变化主要受外部加入
盐分的影响。两次灌溉定额基本一致,即各个处理外加入
盐量没有什么差异,但处理#、$的第1次灌溉形成的盐分浓度峰值明显低于第#次的峰值,
这可能是受温度的影响[$]。
田间温度记录表明,3月份平均地表温度519左右,而8月份约在129。中等以上降雨对
图 1 不同处理土壤中 /0’和
,-’浓度变化
:;%"1 /<-=%>? @A /0’ -=B ,-’ *@=C>=C D=B>E
B;AA>E>=C ?@;0 CE>-C+>=C?
图 5 不同处理土壤溶液盐分浓度变化
:;%"5 /<-=%> @A ?-0C *@=*>=CE-C;@= D=B>E B;AA>E>=C CE>-C+>=C?
!12
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土壤中盐分运动影响很大,#"$%"&’#降雨()*’ ++,#,$%"&!#$#!雨量)(*% ++,这两次降雨
中处理!、"均形成明显的盐分浓度低谷,表明随着灌溉携入盐量的增加,降雨脱盐的强度
也在增加。试验表明,在特定的环境中,采取合理的海水灌溉定额及方法,不会导致土壤盐分
无限量增加,即使!-!海淡水年灌溉定额! (## +’·.+$%,根层土壤溶液最高浓度仍在#*#/0 之
内,不致于对耐盐经济作物产生明显的盐害。
试验证明了高比例海水灌溉在干旱、半干旱地区具有明显的保水作用。在半干旱地区,
#&(# 1+土体土壤含水量主要受灌溉、降雨及蒸发等诸因素的影响,但从表层到下层,变化越
来越小(图)),随着灌溉水中海水比例的增加,#&(# 1+土体土壤水吸力逐渐降低,土壤含水
量逐步提高,土壤保水能力提高了)#0&/#0。不同比例海淡水混灌(#,#-!;$,!-,;!,!-’;
",!-!)使不同剖面的土壤水吸力产生明显的变化,除’# 1+土层土壤水吸力以处理$最大
外,(1+、!(1+和(# 1+土层土壤水吸力大小均依次为处理#、$、!、"。各灌溉处理/&" .后
土壤水吸力均下降到最低点;2#&"# .,在(&!(1+土层#、$两种处理土壤水吸力增幅变大;
灌溉后)" .处理#、$与!、"在( 1+土层土壤水吸力开始产生显著差异,随着时间的推移,
差别加大;而在!( 1+土层,这种差别始于灌溉后/# .;在’#1+土层各处理间土壤水吸力在灌
溉后2&" 3内基本一致。
!"! 海水直接灌溉对耐盐经济植物生长发育的影响
经对鲁梅克斯 (!"#$% &’()$*()’ 4 !+,)’*-./’*)."-+.0+!"#$% 5$!)、油葵(1$2)’*(/"-
’**""- 6*“7!#!8”)、菊芋(1$2)’*(/"- ("3$45-"- 6*)等耐盐经济植物用海水直接灌溉试验,取
得比较满意的结果(表’、表)、表()。
表’表明,在灌溉鲁梅克斯处理中,全淡水灌溉处理(#)与!-,($)、!-’(!)海淡混合水
灌溉处理第!年鲁梅克斯茎叶产量没有显著差异,海淡混合水比例达到!-!(")时,鲁梅克斯
图 ) 不同处理两次灌溉后土壤水吸力变化
9:;*) <:==>?>@1> A= BA:C DEF>? BG1F:A@ E=F>? :??:;EF:A@ =A? FD:1> :@ 3:==>?>@F F?>EF+>@FB
)%/
! 期 刘兆普等:利用海水资源直接农业灌溉的研究
注:"#$%&’%()* + ’% ,-。 注:"#$!&.)*鲜重 + ’%,-。
表 ! 海水灌溉对油葵籽产量的影响 ("##$)
/0123 ! #443567 84 9:443;3<6 6;306,3<67 8< 1:8,077 =:3297 84
!"#$%&’()* %&&))* >&
处理
产量 显著性差异
?)*鲜籽 + ’%,-@ (A ’A
’B! C&D’ 0 E
’BD C&FCG 01 EH
-BC C&G!- 01 EH
%B’ C&(! 1 EH
CB- C&C(C 1 H
不灌溉 -&G!D 5 I
!B’ -&’C! 9 J
处理
产量
?)* + ’%,-@
显著性差异
(A ’A
’BD G.&F 0 E
’B- G(&C 0 E
%B’ GC 0 E
’B’ !F 1 EH
CB’ C( 1 H
’B% ’’&C 5 I
表 % 海水灌溉对菊芋块茎产量的影响("##")
/0123 ( #443567 84 9:443;3<6 6;306,3<67 8< 1:8,077 =:3297 84
763, 6K13; 84 !"#$%&’()* ’)+",-*)* >&(-%%-)
茎叶产量与淡水灌溉处理比较,减产显著,减产幅度约’!A。而对于鲁梅克斯整个生物产量
(根与茎叶总量),各灌溉处理间没有显著差异。这主要是高矿化与高"EL?钠吸附比@水灌溉
抑制了鲁梅克斯茎叶的生长。肖振华等的灌溉水质研究结果证明,不同作物对高矿化水灌溉
的反应不同[F]。
图(反映了不同比例海淡混合水灌溉处理鲁梅克斯生长发育的变化。F月-.日第’次按方
图 ( 海水灌溉鲁梅克斯单株地下部、地上部与全株干重
M:*&( H:8,077 =:3297 84 9:443;3<6 N0;67 84 .)/"0 N20<6
表 & 海水灌溉对鲁梅克斯茎叶产量的影响
/0123 C #443567 84 730O063; :;;:*06:8< 8< 1:8,077 =:3297 84 763, 0<9 230P37 84 .)/"0
处理 产量 ?)*·Q,R-@
差异显著性
%&%( %&%’
! !C .D’&’ 0 E
" !’ !!G&( 01 EH
# CD FFD&. 1 H
$ C( GG.&( 5 I
注:0、01、1、5表示处理间显著性差异,E、EH、I表示处理间极显著差异。
!-F
自 然 资 源 学 报 !" 卷
案进行灌溉,至#月"日这段时间内,随着海水比例的提高,无论是根还是茎叶,其干重均呈下
降的趋势。但总体上来讲,对根部的影响小于对茎叶的影响。第!次灌溉后,鲁梅克斯的苗期
生长情况证明了其苗期耐盐能力较低["]。进入叶簇期,#月"日进行了第$次灌溉处理,其结果
与苗期阶段发生明显的变化,处理!(%&!)同"(!&#)、#(!&’)两种处理生长量没有差异,而
$(!&!)鲁梅克斯根的生长量大于其它处理,这可能是高比例海水灌溉抑制了土壤水分蒸
发,而鲁梅克斯对这部分低水势水尚能吸收。
表(、表)表明,即使用’&$的海淡水灌溉,油葵籽的产量与淡水灌溉没有显著差异;而菊
芋在!&$海淡水灌溉下其块茎产量同淡水灌溉没有显著差异,在!*!海淡水灌溉处理下,其产
量同淡水仍未达到极显著水平。所有这些均表明用一定比例的海水灌溉,对一些经济植物是
安全的。
!"# 讨论
在干旱年份+降雨量$%%,,-,用海水直接进行农业灌溉时,!,土体盐分略有增加;但降雨
量达到(%%,,时,即使用!&!的海水灌溉,!,土体盐分也不会增加;当降雨量为.%%/"%%,,
时,!,土体脱盐率可达!01左右。海水灌溉对%/$%2,耕层土壤盐分变化没有影响;用适当比
例的海水灌溉,%/)%2,土体土壤水吸力与淡水灌溉相比下降(%1/.%1,表明土壤中水分蒸
发随海水比例增加而下降,适当比例海水灌溉产生明显的保水作用。经对鲁梅克斯、油葵、菊
芋’种植物的海水灌溉试验,在海淡水比例为!&$/!&!时,其经济产量与淡水灌溉无明显的差
异,而对鲁梅克斯根部生长有明显的促进作用。
’ 结论
综上所述,在半干旱或半湿润易旱滨海地区,用海水直接灌溉耐盐经济植物,控制一定
的灌溉定额,采取有效的调控措施,土壤盐分与水分会在一个理想的水平达到平衡,不会造
成土壤严重盐渍化,而用适当比例的海水直接灌溉可以大大缓解干旱地区土壤水分蒸发,提
高土壤保水能力,而这些水分对一些耐盐植物仍有效。筛选一些比较耐盐的经济植物,利用
一些新的种植技术[#、!%],直接用海水灌溉也可以获得比较满意的经济产量,且对一些经济植
物品质产生有益的影响,取得显著的经济效益;同时,海水资源直接用于农业灌溉为海水养
殖废水的资源化利用、缓解对海洋的环境压力,开辟了一条新途径。因此,以海水为灌溉水资
源的海水农业将成为农业发展的新领域。
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"0$ 董宝娣’刘小京’董文琦’等%近滨海区鲁梅克斯QR(杂交酸模的引种及耐盐性研究"&$%干旱地区农业研究’.SSS’(0+!,-
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")$ 邓力群’刘兆普’沈其荣’等%不同施氮水平对滨海盐土上油葵产量和品质的影响"&$%土壤肥料’.SS.’(0.+T,-.!/.0%"UB=C
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T!%"UB=C DE9J:8’D2W 56;?9P:’^>B= 3E9I:’&# $)%28AK:78F7 ?A = ;8O _ A7HGEKE‘7HM ?8 M:8AK?I7H @H?I8 E8 OEAA7H78G M;KE87
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42."+-0"5fH?N .SSS G? .SS.’G67 AE7KO 7[P7HEN78GM ;8O E8O??H MEN:K;GE8@ 7[P7HEN78GM I7H7
F;HHE7O ?:G E8 D;E‘6?:’ Y6;8O?8@ _H?cE8F7 G? MG:OL G67 7AA7FG ?A M7;I;G7H EHHE@;GE?8 ?8 G67 @H?IG6
?A 0/:&; PK;8G ;8O M:8AK?I7H ;8O <&)+$-#2/1 #/=&.(1/1 D% b67 H7M:KGM I7H7 ;M A?KK?IM-+(, 28 G67
F?8OEGE?8 ?A G67 G?G;K H;E8A;KKM ;8O EHHE@;GE?8 \7E8@ .(.%)NN ;8O (dSSN*·6NR. H7MP7FGEc7KL’ G67
M?EK M;KE8EGL F?8G78G E8 SR!SFN M?EK K;L7H I;M H;H7KL ;AA7FG7O \L Sg(’(g)’(g* ;8O (g( PH?P?HGE?8M
?A M7;I;G7H ;8O AH7M6I;G7H%38O G67 E8O??H MEN:K;GE8@ 7[P7HEN78GM E8OEF;G7O G6;G G67 H;G7 ?A
O7M;KE8E‘;GE?8 E8 (N M?EK K;L7H H7;F67O (#h ;AG7H EHHE@;G7O IEG6 (g( PH?P?HGE?8 ?A M7;I;G7H ;8O
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