盐分胁迫对水稻产量影响试验研究

赵 鹏，孙书洪,2，薛 铸,2

(1.天津农学院水利工程学院，天津 300384；2.天津市农业水利技术工程中心，天津 300384)

0 引 言

随着我国经济的快速发展，水资源缺乏的问题日益明显。我国的淡水资源总量为28 000 亿m3，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印尼，名列世界第六位。但是，由于我国人口众多，人均水资源量不足。2018年，全国用水总量达6 015.5 亿m3。其中，农业用水3 693.1 亿m3，占用水总量61.4%，农业用水需求量成为当前不可忽视的问题。解决农业用水问题：一方面做到节水灌溉，李木子等以西红柿为研究对象[1]，应用水量平衡方程，研究水分胁迫条件下作物耗水规律及产量之间的关系[2]，从而增加水分利用效率，制定更为有效合理的灌溉制度；另一方面做到非常规水源灌溉来解决水资源匮乏的问题，龚雨田等以冬小麦为研究对象，对其进行微咸水灌溉试验，研究作物产量与微咸水矿化度之间耦合效应，在保证作物产量的前提下节约淡水资源[3]。水稻作为我国主要农作物之一，早在七千多年前，中国先人就开始种植水稻[4]。2018年，我国稻谷播种面积达2 960 万hm2。因此，以水稻为研究对象，解决灌溉用水成为当前突出问题。以天津市为例，盐碱地面积约49 万hm2,占全市土地总面积的42.3%。土壤中可溶性盐分含量过高[5]，作物吸收水分困难[6]，抑制作物生长[7]，导致植被稀少，生态环境系统脆弱[8]。农产品产量较低，极大影响了当地的农业、林业、牧业的生产和发展，进而抑制当地经济的发展，成为抑制天津市发展的因素之一。因此，研究盐分胁迫下水稻生长性状及产量的关系，对节约淡水资源，提高经济效益有着重要的意义。

1 试验区概况

试验在滨海地区农业节水研究中心试验站进行，基地位于天津市静海区团泊镇，地处北纬38°85′，东经 117°21″，属华北平原，地势平坦。试验地属暖温带半湿润季风型气候，全年降雨天数约为65～75 d，年平均降水量550～650 mm，降雨多集中在6-8月，降雨量占全年约70%左右。日照时数约为2 600～2 800 h，日照时间较长。试验地四季变化明显，春季约70 d左右；夏季长达90～110 d，天气炎热，风速较小；秋季约65 d左右，降雨集中，风速较小；冬季天气寒冷，风速较大，平均风速为2～4 m/s,平均气温在10～13 ℃，多为西南风。

试验基地地势平坦，0～60 cm土层干容重为1.46 g/cm3。在试验基地内布设气象站，全年对降雨及蒸发进行监测。试验区土壤中有机质含量为11.9 g/kg,水解氮含量为55.4 mg/kg,速效磷含量为6.4 mg/kg,速效钾含量为156 mg/kg，硝态氮含量为8.1 mg/kg,土壤pH值为7.93。具体土壤基本性状见表1。

表1 土壤的基本性状

2 试验材料及设计方案

水稻品种选用“津稻919”，采用小区试验在田间进行。搭建测坑进行水稻试验，测坑尺寸为1.2 m×0.9 m×1.0 m(长×宽×高)。每测坑栽插21穴、每穴7苗、行株25 cm、株距17 cm。在全生育期，单苗期、分蘖期，单孕穗期，单乳熟期，分别对水稻进行不同矿化度的微咸水灌溉。设置6个微咸水矿化度处理(S2,S3,S4,S5,S6,S7)和1个对照处理(CK),矿化度分别为 2、3、4、5、6、7 g/L和0。共25种处理方式，每种处理方式2组重复。试验期间，对不同处理组的水稻均进行充分灌溉。

试验于2019年7月4日开始在滨海地区农业节水研究中心试验站进行，把盐分胁迫条件下的水稻全生育期划分为：苗期、返青期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗期、灌浆期、乳熟期以及黄熟期。水稻全生育期期间，施肥次数过多，会造成肥料分配不合理，无效分蘖过多，产量反而不高。因此简化施肥次数，将全生育期水稻施肥次数降低到3次。施肥时间选取为7月19日施分蘖肥：尿素60 g/m2(参照600 kg/hm2)、8月24日施保蘖肥：尿素15 g/m2(参照150 kg/hm2)、9月15日施孕穗肥：尿素7.5 g/m2(参照75 kg/hm2)。

3 指标测定方法

3.1 水稻穗粒数测定

选取不同试验处理的测坑里代表性5穴，数出每穗所结穗粒数，最终取其平均值。

3.2 水稻千粒重及产量测定

(1)先将样本穗子的籽粒全部脱粒，然后用清水漂洗，将空秕粒和饱粒分开，沉入水底的是饱粒，漂浮在水面上的是空秕粒，分别捞出置于烘箱中烘干或太阳下晒干后，分别计数。

(2)饱粒数的计数方法。先称取饱粒总重(精确至0.01 g)，然后随机称取3个30 g饱粒，分别数记其粒数，求得饱粒平均千粒重，就可算得总饱粒数。

(3)结实率和千粒重。结实率为饱粒数占总粒数的百分率。千粒重为1 000 个饱粒重量，单位为g。

(4)产量。产量=(每平方米有效穗*每穗总粒数*每穗结实率*千粒重)/100，单位为kg/hm2。

4 盐分胁迫条件下对水稻穗粒数及千粒重的影响

对盐分胁迫下水稻产量的构成因素穗粒数及千粒重进行监测，在全生育期盐分胁迫下，全生育期淡水(CK)处理组下水稻穗粒数与S2、S3、S4无明显差异(p>0.05)。S5、S6、S7处理下水稻穗粒数与0(CK)处理组呈现显著差异，穗粒数与0(CK)处理组相比分别减少51.25%、50%、62.5%。在全生育期盐分胁迫处理下，水稻干物质积累量整体随着盐分浓度的增加呈现下降的趋势[9]。随着盐分浓度的增加，水稻穗粒结实率逐渐降低。从整体上看，S2处理下干物质积累量较多，千粒重最大，即S2>CK>S3>S4>S5>S6>S7。且在S5、S6、S7处理下，对水稻产量积累最为严重，千粒重相较于0(CK)处理组分别下降22.4%、32.15%、34.50%，见图1。

图1 全生育期盐分胁迫下千粒重

在单苗期、分蘖期盐分胁迫处理下，穗粒数及千粒重随盐分浓度的表现与全生育期盐分胁迫下相同。在单苗期、分蘖期6 g/L及7 g/L处理下，水稻穗粒数下降幅度明显，且稻米色泽呈现淡黄。相较于0(CK)处理组，穗粒数分别下降3.13%、13.75%、33.75%、50.63%、48.13%、50%。在水稻进行6、7 g/L高浓度盐分胁迫下，单苗期及分蘖期微咸水灌溉相较于全生育期盐分胁迫处理，穗粒数分别提高3.61%、25%。水稻在单苗期及分蘖期盐分胁迫下相较于全生育期2、3、4、5、6、7 g/L处理下，千粒重分别提高0.75%、2.13%、3.01%、5.83%、7.96%、3.05%，见图2。

图2 单苗期、分蘖期盐分胁迫下千粒重

在单孕穗期水稻盐分胁迫处理下，随着水稻耐盐性的增加，微咸水灌溉对水稻产量的抑制作用逐渐减弱。表现出随着灌溉水矿化度的增加，穗粒数及千粒重下降的程度减缓。相较于CK处理组，穗粒数分别下降3.13%、16.25%、26.88%、31.25%、30%、35%。在孕穗期单阶段盐分胁迫下，相较于全生育期盐分胁迫处理，穗粒数分别提高1.29%、10.45%、23.08%、29.09%、28.57%、42.31%。在单孕穗期6、7 g/L盐分胁迫下，水稻穗粒数相比S6、S7增加明显，且稻米色泽呈现透明。在孕穗期单阶段盐分胁迫下，2 g/L微咸水灌溉水稻千粒重相较于0(CK)处理组增加4.3%。随着水稻耐盐性的增加，低浓度微咸水灌溉有益于水稻水分的吸收，从而干物质量的积累，见图3。

在单乳熟期水稻盐分胁迫处理下，水稻孕穗及抽穗过程已经结束，成熟期水稻耐盐性达到全生育期最大，此处理下水稻穗粒数及千粒重相较于0(CK)处理组无明显变化，此阶段不同盐分浓度微咸水灌溉下之间无明显差异。在不同阶段不同浓度盐分胁迫处理下，水稻单穴穗粒数呈现出明显特征。穗粒数随着盐分浓度的增加而呈现下降的趋势。在全生育期及单苗期、分蘖期水稻盐分胁迫处理下，由于水稻耐盐性弱的特点，在高浓度5、6、7 g/L处理下，穗粒数下降幅度达到最大，且出现重合。在此浓度此阶段处理下，水稻稻米色泽出现异常。在孕穗期单阶段盐分胁迫下，单穴水稻穗粒数相比0(CK)处理组随有不同程度的下降，但幅度较弱，且稻米品质不受盐分胁迫的影响。在乳熟期单阶段盐分胁迫下，微咸水灌溉对水稻穗粒及稻米品质无明显影响。在阶段不同浓度灌溉下，水稻单穴穗粒数保持稳定，见图4。

图4 单乳熟期盐分胁迫下千粒重

5 盐分胁迫条件下对水稻产量的影响

对盐分胁迫下水稻产量进行监测，在全生育期盐分胁迫下，全生育期淡水(CK)处理组下水稻每平方米产量与S2、S3、无明显差异(p>0.05)。S5、S6、S7处理下水稻产量与0(CK)处理组呈现显著差异，每平方米产量与0(CK)处理组相比分别减少43.85%、45.48%、44.97%。在全生育期盐分胁迫处理下，水稻产量整体随着盐分浓度的增加呈现下降的趋势[10](见图5、图6、表2和表3)。从整体上看，S2处理下每平方米水稻产量达到最大，即808.35 g；S6处理下每平方米水稻产量达到最低，即436.66 g。按照水稻产量考种计算公式，0(CK)处理组下水稻产量达到8 010 kg/hm2，S6处理下水稻产量为4 367 kg/hm2。其他处理下产量相较于0(CK)处理组分别减少-0.92%、4.06%、25.76%、43.85%、45.48%、44.97%。将全生育期不同盐分胁迫处理下水稻产量曲线拟合后，得到产量随盐分浓度的关系式：y=20.93x2-932.69x+9 454.2,曲线拟合相关系数R2达到0.886 4。

图5 不同盐分胁迫处理下水稻单穴穗粒数

图6 全生育期盐分胁迫下水稻产量

表2 全生育期不同盐分胁迫下水稻产量

表3 不同处理下水稻产量与盐分浓度的拟合结果

在单苗期、分蘖期盐分胁迫处理下，水稻产量随盐分浓度的表现与全生育期盐分胁迫下相同。在此阶段处理下水稻产量相较于0(CK)处理组分别减少1.61%、7.85%、26.63%、24.77%、39.46%、41.38%。在5、6、7 g/L微咸水灌溉下，苗期及分蘖期单阶段盐分胁迫产量相比S5、S6、S7处理下的产量分别提高19.08%、6.03%、3.59%，见图7。

图7 单苗期、分蘖期盐分胁迫下水稻产量

在单孕穗期盐分胁迫处理下，将水稻产量曲线拟合后，得到产量随盐分浓度的关系式：y=-20.704x2+53.816x+6 897,曲线拟合相关系数R2达到0.894 5。对拟合曲线求解极值点，得出盐分浓度为2.3 g/L时，y取最大值为6 931.97。因此，在单孕穗期盐分胁迫处理下，可采取2、3 g/L微咸水进行灌溉，提高产量的同时，节约淡水资源，见图8。

图8 单孕穗期盐分胁迫下水稻产量

在单乳熟期盐分胁迫处理下，水稻产量相较于0(CK)处理组分别减少3.86%、9.23%、9.99%、7.90%、6.85%、3.46%。在此阶段处理下水稻产量与0(CK)处理组无明显差异(p>0.05)，见图9。

图9 单乳熟期盐分胁迫下水稻产量

6 结 语

(1)在全生育期盐分胁迫处理下，水稻穗粒数、千粒重、产量整体随着盐分浓度的增加呈现下降趋势[11]。在S2、S3、S4处理下水稻产量与0(CK)处理组分别相差-0.92%、4.06%、25.76%，大于4 g/L影响明显，其中5、6、7 g/L盐分浓度灌溉下，对水稻影响最为严重，其中在S6、S7处理下水稻产量下降45.48%、44.97%，且稻米色泽出现异样。

(2)在单苗期、分蘖期盐分胁迫下，水稻性状指标随有不同程度的下降，但孕穗及抽穗过程未收到盐离子的毒害，产量相比全生育期盐分胁迫下略有提高[12]。但在单苗期、分蘖期6、7 g/L处理下，稻米色泽仍然出现淡黄现象。在孕穗期及乳熟期单阶段盐分胁迫处理下，随着耐盐性的增强，水稻各处理之间差异性逐渐变小。在乳熟期单阶段盐分胁迫下，水稻产量与CK处理组无明显差异。

(3)水资源短缺条件下，使用含盐量不大于4 g/L的微咸水，在孕穗期及乳熟期单阶段进行灌溉对产量的影响很小，只有9.2%，可实现替代淡水25%，本试验结果可为水稻微咸水灌溉提供参考[13]。