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河套灌区是我国重要的粮油生产基地之一，而灌区内的黄河水是整个农业发展及周边生态环境的重要保障。如今，黄河水资源日益紧缺，严重制约当地的农业发展。所以，地下水开发受到重视，利用地表水（黄河水）和地下水（微咸水）多水源交替灌溉成为缓解水资源供需矛盾的有效途径。玉米是河套灌区主要的经济作物，种植比例较高，因此研究河套灌区多水源交替灌溉对玉米的生长和产量的影响具有重要意义。目前，很多学者针对番茄、 芹菜、枸杞和玉米等作物，在内蒙古、滨海地区等展开微咸水与淡水联合灌溉[1-6]、单一地下微咸水灌溉[7-9]、井渠结合灌溉[10-12]的试验，进行了关于作物生长、产量、水肥利用效率等方面的研究， 结果表明不同的地表水（淡水）、地下水（微咸水）联合灌溉对作物生长及产量均有不同影响，合理的灌溉模式不仅能确保作物产量，还可节约淡水资源。
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前人多以单一微咸水灌溉或咸淡水组合灌溉的盆栽试验为主，探讨多水源交替灌溉对不同作物生长及产量的影响，而在河套灌区通过大田试验对多水源交替灌溉模式研究较少。因此，在已有研究成果的基础上，本研究通过大田试验探讨多水源交替灌溉对玉米生长特性、产量及水肥利用率的影响，初步优选出适合当地玉米种植的多水源交替灌溉模式。为节约当地淡水资源、合理开发地下微咸水提供一定的理论依据。
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1 材料与方法
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1.1 研究区概况
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试验区位于内蒙古河套灌区中游—巴彦淖尔市临河区，隶属永济灌域，位于河套平原腹地，坐落在黄河“几”字弯上方。临河深处内陆，属于中温带半干旱大陆性气候，多年年均降水量130 mm左右，平均气温6.8℃，昼夜温差大，日照时间长， 多年日照均值3229 h。该地区光、热、水同期，无霜期130 d左右，试验田属轻度盐碱地，可用于种植玉米等粮经作物。
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1.2 试验设计
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试验选取河套灌区典型粮食作物玉米为供试材料。采用井（地下水）渠（地表水）2 种水源交替灌溉模式，播种前各处理采用渠灌，一水至三水采用多水源交替灌溉，设置灌溉模式分别为：井井井（JJJ）、井井渠（JJQ）、井渠井（JQJ）、渠井井（QJJ）、井渠渠（JQQ）、渠渠井（QQJ）、渠井渠（QJQ）、渠渠渠（QQQ），并设置一个不灌水、 不施肥的空白对照，共9 个试验处理。灌水定额以河套灌区多年的节水灌溉制度研究成果为参照，设为90 mm，灌溉方式为畦灌。施用肥料采用尿素（N 46%） 和磷酸二铵（N 18%，P2O5 46%）， 其中氮肥施用量为225 kg/hm2，磷肥施用量为235 kg/hm2。田间管理与当地农户管理一致。灌溉井（地下水）水矿化度为2.0 ～ 2.5 g/L，灌溉渠水矿化度为0.608 g/L。具体试验设计方案如表1。
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1.3 测定项目及方法
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1.3.1 玉米生长指标的测定
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地上部分生长指标测定：玉米苗期在每个小区选3 株长势相当的植株，测定叶子的长度及最大宽度；并将玉米地上部植株在烘箱中105℃杀青30 min后，调温至80℃烘干，8 h后取出地上部生物量称重。
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地下部分生长指标测定：利用根钻取玉米根系，每个处理3 个重复，取其平均值，取样深度分别为0 ～ 10、10 ～ 20、20 ～ 40、40 ～ 60 cm。取回的根系样品过2 mm筛后，再将其挑出，立即用清水清洗，整个生育期进行3 次取样，分别为拔节期、吐丝期和成熟期。
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产量测定：收获时，对玉米进行考种，测量玉米的穗长、穗粗、秃尖长等指标。对收获的果实进行称量，计算每颗玉米穗的穗粒数，并从玉米穗粒中随机取3 个重复，每个重复100 粒，各自称量并取平均数计算百粒质量。
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1.3.2 灌溉水分利用效率及氮肥农学利用率的计算
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灌溉水分利用效率（iWUE）（kg/m3）计算公式为：
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式中：Y为玉米产量，kg/hm2；W为生育期灌水总量，m3/hm2。
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氮肥农学利用率是指单位施氮量可以增加的作物产量，计算公式为[13]：
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式中：Y为施氮肥处理下的玉米产量； 为空白处理下的玉米产量；F为施氮肥量。
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1.4 数据分析
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试验数据采用Excel 2010 及SPSS 20.0 进行处理分析。
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2 结果与分析
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2.1 多水源交替灌溉模式对玉米叶面积指数的影响
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叶面积是植物截获光能的物质载体，叶面积指数（LAI）是反映作物群体光合能力的重要指标[14]，由图1 可知，多水源交替灌溉模式下玉米全生育期LAI存在显著性差异（P<0.05）；玉米叶面积在全生育期内的变化规律基本表现为先增大后减小的趋势，在生育前期玉米叶面积不断增加，抽雄期LAI达到最大，抽雄期之后玉米的LAI开始降低。苗期各处理无显著差异，拔节期灌溉一水后QJJ、QQJ、QJQ和QQQ处理的LAI分别较空白处理高119.76%、144.30%、149.37%和126.62%；JJJ、JJQ、JQJ、JQQ处理分别较空白处理高49.61%、78.19%、65.99%和92.13%，说明灌溉井水对玉米叶面积指数的增长有一定作用；抽雄期灌溉二水后，JQQ、QQJ、QJQ和QQQ的叶面积指数分别较空白处理高40.99%、50.75%、47.14%和55.01%，JJJ、JJQ、JQJ和QJJ处理分别较空白处理高12.69%、18.66%、17.14%和25.69%； 灌浆期三水后，JQQ、QQJ、QJQ和QQQ的叶面积指数分别较空白处理高67.92%、74.53%、84.12%和88.47%；JJJ、JJQ、JQJ和QJJ处理分别较空白处理高36.83%、47.85%、46.90%和52.93%； 各处理叶面积指数在玉米成熟期按大到小排序为QQQ>QJQ>QQJ>JQQ>QJJ>JJQ>JQJ>JJJ> 空白。 其中JQQ、QQJ、QJQ和QQQ处理的叶面积指数分别较空白处理高146.19%、152.81%、160.25%和179.72%，JJJ、JJQ、JQJ和QJJ处理分别较空白处理高44.57%、84.75%、78.01%和92.18%；说明增加灌溉井水次数，对玉米LAI的抑制作用明显，水分胁迫和盐分积累会抑制作物生长，在一水时灌溉渠水可以有效地促进植株叶片生长，为后期玉米的生长打下良好基础。
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图1 不同处理下玉米叶面积指数变化规律
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2.2 多水源交替灌溉模式对玉米生物量积累的影响
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2.2.1 多水源交替灌溉模式对玉米地上生物量的影响
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图2 为不同处理下地上部生物量积累情况。由图2 可知，玉米全生育期地上部生物量易受多水源交替灌溉方式的影响。多水源交替灌溉下玉米全生育期地上部生物量存在显著性差异（P<0.05）， 玉米地上部生物量在全生育期内的变化规律表现为一直增大的趋势，苗期各处理无显著差异。拔节期灌溉一水后QJJ、QQJ、QJQ和QQQ处理的地上部生物量变化范围为：142 ～ 156 g/株；JJJ、 JJQ、JQJ、JQQ处理的地上部生物量变化范围为： 90 ～ 105 g/株，灌溉井水较灌溉地表水（黄河水） 平均低33.98%，说明拔节期灌溉井水对地上部生物量的积累抑制作用明显；各处理地上部生物量在玉米灌浆期和成熟期按大到小排序均为QQQ> QJQ>QQJ>JQQ>QJJ>JJQ>JQJ>JJJ> 空白， 其中QJQ处理地上部生物量与QQQ处理无显著差异；成熟期JQQ、QQJ、QJQ和QQQ处理的地上部生物量分别较空白处理高269.43%、292.84%、305.72%和311.68%，JJJ、JJQ、JQJ和QJJ处理分别较空白处理高112.97%、188.91%、146.29%和209.38%；说明多水源交替灌溉模式下灌溉井水次数越多，对地上生物量抑制作用越明显，抽雄期灌溉井水对地上生物量影响较小。
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图2 不同处理下玉米地上部生物量变化规律
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2.2.2 多水源交替灌溉模式对玉米根系生物量的影响
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由图3 可见，多水源交替灌溉模式下不同土层的根系生物量变化规律不同，0 ～ 60 cm土层内的根系生物量在玉米整个生育期内均呈先增大后减少的趋势，多水源交替灌溉模式下玉米根系生物量存在显著差异，且随着土层深度的增加，根系生物量逐渐减小。
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图3 不同处理下玉米地下部生物量变化规律
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在0 ～ 10 cm土层，拔节期不同处理之间根系生物量差异不显著，吐丝期各处理均有明显增加， 但不同处理的根系生物量增长幅度不同，整体表现为QJJ、QQJ、QJQ和QQQ处理增长幅度较大，而JJJ、JJQ、JQJ和JQQ处理增长幅度较小；吐丝期到成熟期根系生物量呈下降趋势，成熟期QQQ处理根系生物量最大，其次为QJQ处理，且两处理差异较小。
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在10 ～ 20 cm土层，拔节期，QJJ、QQJ、QJQ和QQQ处理与JJJ、JJQ、JQJ和JQQ处理的根系生物量有显著差异（P<0.05），灌溉井水处理均值较灌溉渠水处理均值低51.97%，空白处理根系生物量显著低于其他处理，此时为一水后，说明灌水对作物的根系生长起明显作用，拔节期到吐丝期QJQ、QQQ、QQJ处理增长幅度较大，成熟期根系生物量整体变化规律为：QJQ>QQQ>QQJ>JQQ>QJJ、 JJQ>JQJ>JJJ> 空白处理。
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在20 ～ 40 和40 ～ 60 cm土层中， 拔节期， QJJ、QQJ、QJQ和QQQ处理根系生物量均显著高于JJJ、JJQ、JQJ和JQQ处理； 吐丝期有相似的变化趋势；成熟期，20 ～ 40 cm土层整体变化规律为：QQQ>QJQ>JQQ>QQJ>QJJ>JJQ>JQJ>JJJ> 空白；40 ～ 60 cm土层整体变化规律为：QQQ>QJQ> QQJ>JQQ>QJJ>JJQ>JQJ>JJJ> 空白。
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综上，各个生育期在灌水后的地上部生物量及根系生物量均显著高于空白处理，说明水分胁迫对作物生物量的积累有显著的影响。井水灌溉玉米生物量显著低于黄河水灌溉，QJQ处理的根系生物量及地上部生物量均仅次于QQQ处理且高于其他井灌参与的处理，综合各土层整体分析，根系生物量由高到低依次是：QQQ、QJQ、QQJ、JQQ、QJJ、JJQ、JQJ、JJJ、 空白。且QQQ处理与QJQ处理差异较小，说明QJQ处理为较适宜的多水源交替灌溉模式。
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2.3 多水源交替灌溉模式对玉米产量及水肥利用效率的影响
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表2 列出了多水源交替灌溉模式下玉米的穗部性状（平均穗长、平均穗粗、秃尖长）、百粒重、产量、氮肥农学利用率及灌溉水利用效率。通过对玉米穗部性状进行分析可知，井水灌溉导致玉米减产体现在玉米穗部性状上，穗长、穗粗表现玉米穗的大小，秃尖越短表示玉米穗越饱满；灌溉井水使玉米果穗变短变细，秃尖变长。有井灌参与的各处理下玉米穗长较QQQ处理的差异达显著水平（P<0.05）；其中灌溉两次及以上井水处理的玉米平均穗长由长到短分别为：QJJ、JJQ、JQJ和JJJ，灌溉一次井水及不灌溉井水的处理玉米穗长由长到短分别为QQQ、QJQ、QQJ和JQQ；玉米平均穗粗差异不显著。多水源交替灌溉模式下玉米秃尖长差异显著（P<0.05），整体由长到短变化规律依次为：空白、JJJ、JQJ、JJQ、QJJ、JQQ、QQJ、QJQ、QQQ。 不同处理的百粒重与产量均差异显著（P<0.05），且变化趋势相似。随着灌溉井水次数的增加，玉米产量明显降低，灌溉一水井水的处理较QQQ处理降低0.57%～ 17.67%；灌溉两水井水的处理较QQQ降低24.80%～ 33.54%；灌溉三水井水的处理较QQQ处理降低37.40%；空白处理较QQQ处理降低76.51%。 由此可以看出：水分胁迫对玉米穗的外观形态及产量影响十分显著；拔节期灌溉井水对玉米穗的外观形态及产量影响最大，其次为灌浆期，抽雄期灌溉井水对玉米穗的外观形态及产量影响最小。
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注：不同小写字母表示5%差异显著水平。
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灌溉水分利用效率（iWUE）反映作物对水分的吸收和利用过程，氮肥农学利用率（AE）反映单位施氮量可以增加的作物产量。氮肥农学利用率与灌溉水利用效率变化规律相似，各处理差异显著（P<0.05）；多水源交替灌溉模式对水分和氮肥的吸收利用有一定的影响，灌溉两次及以上井水的处理中QJJ处理氮肥农学利用率分别较JQJ、JJQ、 JJJ处理高20.33%、6.23%、32.21%；QJJ处理灌溉水利用效率分别较JQJ、JJQ、JJJ处理高13.15%、 4.20%、20.13%；灌溉一次及不灌井水的处理中QQQ处理氮肥农学利用率较QJQ、QQJ、JQQ处理分别高0.75%、29.34%、30.04%；QQQ处理灌溉水利用效率较QJQ、QQJ、JQQ处理分别高0.57%、 21.00%、21.47%；其中QQQ处理氮肥农学利用率和灌溉水利用效率均较高，且与QJQ处理无显著差异；说明灌溉适宜的多水源交替灌溉模式有利于玉米对水分及氮肥的吸收利用，QJQ处理高于其他灌溉模式，且与QQQ无显著差异，主要原因为第1 次灌溉淡水，为玉米提供了很好的生长环境，第3 次灌溉淡水保证了玉米根系对水分及氮肥的利用与吸收。
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2.4 多水源交替灌溉模式下0 ～ 60 cm土层土壤电导率变化特征
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图4 为不同灌溉方式下0 ～ 60 cm深度土壤电导率的变化。从图4 可以看出，灌水后各处理在0 ～ 60 cm土层内土壤电导率高，波动较大。灌溉地下微咸水土壤盐分减少幅度明显小于灌溉黄河水土壤盐分的减少幅度，在0 ～ 20 cm土层，灌溉一水后JJJ、JJQ、JQJ和JQQ土壤电导率平均减少149.375 µS/cm，QJJ、QQJ、QJQ和QQQ土壤电导率平均减少242.75µS/cm；灌溉二水后QJQ、 QJJ、JJQ和JJJ呈升高趋势，而JQQ、QQJ、JQJ和空白处理继续降低；灌溉三水后至秋浇前，QQJ、 JQJ、JJJ、QJJ和空白处理呈升高趋势，而JQQ、 QJQ、JJQ呈降低趋势；秋浇后土壤盐分明显低于秋浇前。在20 ～ 40 cm土层，灌溉一水后JJJ盐分增加，JJQ、JQJ和JQQ土壤电导率平均减少129.33 μS/cm，QJJ、QQJ、QJQ和QQQ土壤电导率平均减少217.625 μS/cm；灌溉二水后QJQ、QJJ、 JJQ、JJJ和空白呈升高趋势，而QQJ和JQJ处理呈降低趋势，QQQ和JQQ处理趋于水平；灌溉三水后至秋浇前，JJJ和空白处理增加幅度较大，QJQ和JJQ处理降低幅度较大，其他处理变化幅度较小；秋浇后0 ～ 40 cm土层各处理土壤盐分被淋洗；在40 ～ 60 cm土层，灌溉一水后JJJ、JJQ和JQJ土壤电导率平均减少76μS/cm，JQQ处理土壤电导率升高24.5%，QJJ、QQJ、QJQ和QQQ土壤电导率平均减少218.25μS/cm；灌溉二水后，土壤盐分波动变大，其中二水灌溉井水的处理土壤盐分呈增加趋势，灌溉黄河水的处理土壤盐分呈降低趋势；灌溉三水后至秋浇前，土壤盐分波动略微
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图4 不同处理下0 ～ 60 cm土层土壤电导率变化规律
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增大，JJJ和空白处理土壤盐分含量较高，QJQ、 JQQ、QQJ处理土壤盐分含量较低，秋浇后土壤盐分变化幅度增大，QQQ、QJQ和QQJ处理土壤盐分较低；综上分析可得灌溉井水的处理土壤积盐程度明显大于灌溉黄河水的处理。拔节期灌溉井水的处理全生育期积盐程度高于其它处理；灌溉两次及以上井水的处理土壤盐分明显高于灌溉一次井水或不灌水的处理。因此，建议选用灌溉一次井水的水源灌溉模式，而且在拔节期最好灌溉渠水，这样既可以避免土壤积盐影响玉米生长，还可节约一次渠水资源。
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3 结论
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随着灌溉井水次数的增加，对玉米的生长及地上地下部生物量的积累均有显著的抑制作用，水分胁迫和盐分积累均会抑制作物生长及地上地下部生物量的积累；灌溉两次及以上井水与全渠水灌溉在叶面积指数及生物量积累上存在显著差异（P<0.05）；灌溉一次井水与全渠水灌溉差异较小， 其中QJQ处理与QQQ处理在地上部生物量积累上无显著差异。一水时灌溉渠水可以有效地促进植株叶片生长和地上地下生物量的积累，为后期玉米的生长打下良好基础。
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多水源交替灌溉模式对玉米穗部性状、产量及水肥利用效率影响显著，拔节期灌溉井水对玉米穗的外观形态及产量影响最大且土壤积盐程度较高，其次为灌浆期，抽雄期灌溉井水对玉米穗的外观形态及产量影响最小。灌溉两次及以上井水的处理土壤盐分显著高于灌溉一次井水或不灌水的处理。适宜的多水源交替灌溉模式有利于玉米对水分及氮肥的吸收利用，QJQ处理高于其他灌溉模式， 且与QQQ无显著差异。整体分析由高到低依次是QQQ>QJQ> QQJ>JQQ>QJJ>JJQ>JQJ>JJJ> 空白。主要原因为第1 次灌溉淡水，为玉米提供了很好的生长环境，第3 次灌溉淡水保证了玉米根系对水分及氮肥的利用与吸收。
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综上所述，考虑玉米叶片生长、生物量积累、 产量、水肥利用效率及土壤盐分变化等因素的基础上，QJQ处理为较适宜当地的多水源交替灌溉模式，既有利于玉米作物生长和保证玉米产量，还可节约地表水资源。
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摘要
为了节约地表淡水资源，以玉米为指示作物，通过大田试验对井水(地下微咸水)、渠水(地表淡水) 2 种水源联合灌溉模式进行研究，试验设置 8 个多水源交替灌溉模式：井井井(JJJ)、井井渠(JJQ)、井渠井 (JQJ)、渠井井(QJJ)、井渠渠(JQQ)、渠渠井(QQJ)、渠井渠(QJQ)、渠渠渠(QQQ)及空白对照的处理。 研究较适宜的多水源交替灌溉模式对玉米生长特性、产量及水肥利用效率的影响。结果表明：灌溉井水次数的增加，对玉米的叶片生长及地上地下部生物量的积累有不同程度的抑制作用，其中 QJQ 处理与 QQQ 处理在地上部生物量积累上无显著差异。拔节期灌溉井水对玉米穗的外观形态及产量影响最大且土壤积盐程度较高，其次为灌浆期，抽雄期最小。QJQ 处理的水肥利用效率均高于其他灌溉模式，且与 QQQ 无显著差异。综上所述，考虑玉米叶片生长、生物量积累、产量及水肥利用效率等因素的基础上，QJQ 处理为当地较适宜的多水源交替灌溉模式， 既有利于玉米作物生长和保证玉米产量，还可节约地表淡水资源。
Abstract
In order to save surface freshwater resources，two kinds of combined irrigation modes including well water (under ground brackish water)and canal water(surface freshwater)were studied through field experiment，using cornas an indicator crop．Eight /html/zgtryfl/20200123/alternative irrigation modes were set up：well-well-well(JJJ)，well-well-canal(JJQ)， well-canal-well(JQJ)，canal-well-well(QJJ)，well-canal-canal(JQQ)，canal-canal-well(QQJ)，canal-wellcanal(QJQ)，canal-canal-canal(QQQ)，and blank control were used in the experiment．The effects of the suitable /html/zgtryfl/20200123/alternative irrigation mode on the growth characteristics，yield and water and fertilizer utilization efficiency of maize were studied． The results showed that increase of irrigation water frequency，leaf growth and above ground biomass accumulation in maize were restrained at different degrees，and there was no significant difference between QJQ and QQQ in above ground biomass accumulation．Irrigation of well waterat jointing stage had the greatest effect on appearance and yield of maize ears，and the soil salt accumulation degree was higher，followed by filling stage，and it was the minimum at tasseling stage．The utilization efficiency of water and fertilizer of QJQ was higher than those of other irrigation modes，and there was no significant difference with QQQ．To sum up，considering the factors of maize leaf growth，biomass accumulation，yield and water and fertilizer utilization efficiency，QJQ treatment is more suitable for the local /html/zgtryfl/20200123/alternative irrigation mode，which is beneficial to the growth of corn crops and yield，and can also save surface freshwater resources