咸水灌溉对作物和环境的影响

(一)咸水灌溉对作物的影响

1.对作物产量的影响

在确保灌溉咸水中离子对作物无毒害的前提下，一般认为咸水灌溉后的土壤溶液浓度只要不超过作物减产的临界浓度，便可获得在相同灌溉条件下利用淡水灌溉的作物产量。但当灌溉咸水浓度过大时，作物产量随咸水浓度增加呈直线下降。有人用不同质量浓度咸水对温室砂培甜瓜进行灌溉，结果表明，在甜瓜生长的不同生育时期，3 g/L微咸水处理对其产量均无显著影响，而在果实成熟期之前利用5、7、9 g/L咸水处理的单果重均显著低于淡水处理。有研究者认为当灌溉水电导率Eci＞1.1 dS/m时，黄瓜的产量随Eci每升高1 dS/m产量大约降低3%，为保证作物减产不超过15%，灌溉咸水电导率不宜超过5 dS/m，为盐分中等敏感作物咸水灌溉提供指导。有人研究了不同浓度盐水灌溉下狗牙根6个品种的牧草产量变化，发现适当浓度的盐水灌溉不仅不会引起牧草产量下降，相比淡水灌溉干物质产量反而分别增加了10%～100%，说明低浓度咸水有利于耐盐牧草的生长。有人研究发现，在正常降雨年份下，微咸水灌溉一般能使冬小麦或玉米产量达到充分淡水灌溉的85%～90%，同时节约淡水资源60%～75%，表明微咸水灌溉使得作物以小幅减产换来节约大量淡水资源，在旱区适宜性显著。因此，针对不同作物，只要将灌溉咸水浓度控制在其相应的耐盐阈值之内，一般不会对作物产量造成太大影响。

2.对作物品质的影响

咸水中的盐分会参与作物代谢，影响其品质。有研究者在沙漠地区利用Eci小于10 dS/m咸水对牧草进行灌溉，结果表明牧草的消化率高于淡水灌溉，而且随着浓度增大，干草中纤维含量虽无明显增加，但牧草的消化率更高了;另一方面，部分盐离子沉积在牧草体内，提高了牧草的味感，增强了牧草的喜食性。有研究者进行对照试验，探讨不同质量浓度(3、5、7、9 g/L)咸水对温室砂培甜瓜品质的影响，发现在甜瓜果实发育期以前，各浓度咸水处理使甜瓜品质稍有降低，而后期处理则提高了甜瓜果实的品质。有人按蒸发量的30%、60%、90%设置滴灌地下咸水实验组(水质的电导率从生育初期的3.3 dS/m到收获期的6.3 dS/m)及不灌水的对照组，试验结果表明:用微咸水滴灌灌溉的蜜瓜与不灌溉的蜜瓜相比，30%处理和90%处理蜜瓜总糖含量有明显提高，60%处理的总糖量与不灌溉的蜜瓜相比略有下降;3种滴灌处理的蜜瓜有机酸含量变化不明显，pH略有增加，水分含量略有下降。总体而言，地下微咸水滴灌可以提高河套地区蜜瓜品质。有人通过马铃薯耐盐性和盐水滴灌实验发现，只要实施合理的灌溉，在沙地上种植马铃薯可以获得较高的品质。有研究者认为随着盐水浓度的增加，芦苇的品质呈现降低的趋势，但用浓度为0.3%以下的盐水灌溉时，对其品质不会造成影响。上述国内研究表明，咸水可以提高某些作物产品品质。在以色列也被证实，盐水灌溉的西瓜、甜瓜、西红柿的甜度均大于淡水灌溉的。许多研究发现，盐分胁迫条件下植物体内产生胁迫蛋白(盐胁迫蛋白、抗冻蛋白、热击蛋白等)，这些微量的蛋白对作物的营养价值和口感产生了影响。

3.对作物水肥利用的影响

作物的水肥利用主要与灌溉水盐度、灌溉水量、灌溉方式以及土壤基质势等有关。大量试验研究证明，作物耗水量、水分利用效率和田间蒸散发量随着灌溉咸水矿化度增大而降低，但只要控制适宜盐度则影响不大。咸水灌溉也可能提高耐盐作物的水分利用效率，有研究认为适量微咸水滴灌有利于棉花根系生长，进而提高水分生产率。灌溉水量也会影响作物水分利用效率，研究发现在灌溉同种微咸水下，与不灌溉相比，西瓜的水分生产效率随灌溉咸水量增大而降低。有研究者通过控制咸水滴灌滴头正下方0.2 m深度土壤基质势在－10 kPa～－50 kPa范围，探讨土壤基质势对灌溉水利用效率的影响，发现土壤基质势控制越低，则灌溉水利用效率越高，耗水量越低。因此，可以通过实时监测土壤基质势来指导咸水灌溉，以保证水分利用效率。咸水灌溉下作物对肥料利用研究集中在氮肥，例如有人利用同位素标记法研究不同咸水浓度滴灌对棉花氮利用率的影响，发现微咸水滴灌对棉花氮利用率影响不大，但高盐度咸水会导致氮利用率显著降低。同时认为滴头的淋洗损失不可忽视，氮肥淋洗损失随灌溉水盐度和灌溉水量的增大而增大。

(二)咸水灌溉对环境的影响

咸水中具有较高的含盐量，如果长期不合理地利用其进行灌溉，会影响土壤水盐动态、理化性质和地下水，尤其是在蒸发量较大、降雨较少，排盐不好的地区。

1.对土壤水盐动态的影响

由于盐水入渗、降雨及灌溉的淋洗等作用，土壤水盐分布在土壤剖面的分布有明显的分层现象。有人通过试验发现，在灌水量相同的情况下，0～120 cm土层土壤平均含水量随灌溉水矿化度增大而增大，含水量最大值基本保持在40～80 cm土层。并认为原因有2个:①咸水中离子与土壤原有离子发生吸附作用，形成弱透水层，减少深层渗漏;②咸水中的盐分离子对水分的吸附作用使水的活性下降，与纯水相比做功能力较弱，入渗过程也相对缓慢从而减小深层渗漏。有研究者认为淡水和咸水(3～6 g/L)处理下0～20 cm土层土壤平均含盐量无显著差异，不会发生明显脱盐与积盐现象;40～80 cm及40～120 cm土层土壤均处于不同程度的积盐状态，随着灌溉水矿化度的增大，积盐程度逐渐增大，且土层越深积盐量越大。研究者利用HYDRUS模型模拟土壤水盐运移，发现用4和5 g/L处理0～70 cm土层盐分含量较高，0～20 cm土壤积盐强烈。两者结论之所以不同，可能是降雨年型和灌溉制度差异。有人认为微咸水灌溉下表层(0～30 cm)土壤含水率和含盐量变化较大，而30 cm以下土层的含水率和含盐量变化相对稳定。为此，有研究者根据盐分在土壤中的垂直分布状况，将之分为3层:①强烈变动层(0～20 cm)，含盐量受外界条件(降雨和灌溉)的影响最大;②逐渐累积层(20～80 cm)，随着灌溉和入渗过程继续，盐分最容易在此层累积;③相对稳定层(100 cm以下)，受外界环境影响小，土壤盐分含量也相对稳定。

2.对土壤理化性质的影响

土壤对不同离子的交换吸附作用不同，在正常情况下，土壤吸附的阳离子以Ca2+、Mg2+为主。灌溉咸水中阳离子主要是Na+，在长期进行咸水灌溉后，土壤上层的Ca2+、Mg2+被Na+置换，造成置换出的Ca2+、Mg2+向下迁移，土壤表层Na+含量增加，进而出现钠质化趋势。土壤钠质化将引起土壤颗粒收缩、胶体颗粒的分散和膨胀，导致土壤大小孔隙崩塌，影响土壤的通透性，严重时会造成表层土壤结皮，还会导致土壤干燥时强度增大，以及由此带来的包括渍水、侵蚀等土壤管理问题。即使短期灌溉，也能破坏土壤水稳性团聚体。土壤理化性质恶化严重影响农作物生长，钠吸附比(SAR)是判断灌溉咸水钠危害程度以及土壤盐碱化的重要指标，通过灌溉水或土壤溶液中Na+离子浓度与Ca2+、Mg2+离子浓度和的平均的平方根之比得出，研究者通过计算SAR值来判断不同灌溉水矿化度下土壤剖面盐碱化程度和不同降雨年型土壤表层盐渍化程度，以及土壤剖面pH变化趋势，认为利用低浓度微咸水进行农田灌溉时，土壤SAR一般不会发生明显增大的现象，并依此制定合理的咸水灌溉制度。但长期利用微咸水直接灌溉，对土壤理化性质有潜在影响，有必要采取一定的技术手段。

3.对地下水的影响

开采旱区浅层地下咸水抗旱灌溉，不仅挖掘了劣质水潜力，提高灌溉保证率，还加强了咸淡水的循环交替，调控地下水埋深的临界深度，减少潜水蒸发和地表径流损失，增大降雨入渗，达到改善盐碱地和地下水水质的目的。为了解抽取地下咸水进行灌溉对灌区地下水位、水质的影响，有研究者利用MODFLOW模型和MT3DMS模型对内蒙河套地区的一个咸水灌区地下水进行模拟分析。结果表明，在抽取地下水灌溉后地下水位略有下降，10年后水位降深量仅为0.057～0.110 m，含水层盐分增幅在4%～9%之间，可达动态平衡。当进行大规模开采时，应当充分考虑周边环境，采取必要的管理和防治措施。