鹽堿地耕作及洗鹽對水稻根系生長和形態(tài)特性的影響

張義凱向鏡朱德峰*周紅張茂林畢崇明

（1中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310006；2山東省東營市一邦農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東東營257000；*通訊作者：cnrice@qq.com）

鹽堿地耕作及洗鹽對水稻根系生長和形態(tài)特性的影響

張義凱1向鏡1朱德峰1*周紅2張茂林2畢崇明2

（1中國水稻研究所/水稻生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，杭州310006；2山東省東營市一邦農(nóng)業(yè)科技有限公司，山東東營257000；*通訊作者：cnrice@qq.com）

采用大田試驗(yàn)，研究了耕作及洗鹽對鹽堿地水稻根系生長以及形態(tài)特性的影響。結(jié)果表明，冬耕處理并沒有影響根系的生長，而洗鹽處理明顯促進(jìn)了水稻根系的生長，根系干質(zhì)量和根系長度明顯增加。冬耕結(jié)合洗鹽處理改變了根系的構(gòu)型，顯著增加了根系的長度、根表面積，降低了根系的直徑，顯著增加了直徑在0~0.1 mm之間根系的長度。洗鹽處理明顯促進(jìn)了水稻產(chǎn)量的增加，與不耕作不洗鹽處理相比增產(chǎn)79%，冬耕結(jié)合洗鹽處理顯著增升了水稻的產(chǎn)量，與不耕作不洗鹽處理相比增產(chǎn)92%。

水稻；根系；耕作；洗鹽；鹽堿地

全世界有1/3的土地是鹽堿地，在我國也存在大面積的鹽堿化土地，約有3 000萬hm2，主要分布在東北、華北和西北地區(qū)[1]。開發(fā)利用鹽堿地使其用于農(nóng)作物生產(chǎn)，在農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展中具有重大意義。水稻是耐鹽堿作物，也是沿海地區(qū)鹽堿地的先鋒作物。在水資源較充足的沿海灘涂地區(qū)，種植耐鹽水稻品種，可以實(shí)現(xiàn)以稻治澇、以稻治鹽的鹽堿地農(nóng)業(yè)利用和開發(fā)。鹽堿地土壤鹽分含量高往往造成水稻成秧率低、分蘗數(shù)大幅減少、抽穗困難、產(chǎn)量大幅降低等問題[2]。降低土壤含鹽量是鹽堿地水稻種植的主要措施。生產(chǎn)上主要通過洗鹽使土壤含鹽量降低到0.2%以下，通過灌水壓鹽達(dá)到維持水稻正常生長的目的[3]。此外，在鹽堿地改良過程中，耕作措施作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要部分，其對鹽堿土的改良作用備受國內(nèi)外研究者的關(guān)注，同時(shí)也是經(jīng)濟(jì)有效的改良方式[4]。

根系是作物吸收養(yǎng)分和水分的重要器官，其發(fā)育狀況與地上部器官的形態(tài)建成和產(chǎn)量密切相關(guān)[5]。鹽堿地中根系是與土壤的直接接觸者，因此在植株遭受鹽堿危害時(shí)直接受到抑制的部位是根系，進(jìn)而影響植株地上部分的生長[6]。通過改良鹽堿化土壤環(huán)境，促進(jìn)水稻根系生長，延緩后期衰老，對鹽堿地水稻產(chǎn)量的提升有重要的意義。本文擬通過研究耕作及洗鹽處理對水稻根系及產(chǎn)量的影響，以期為鹽堿地土壤改良提供科學(xué)依據(jù)和有效的配套技術(shù)措施。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)設(shè)在山東省東營市墾利區(qū)永安鎮(zhèn)二十八村，位于山東省北部黃河三角洲地區(qū)（38°15'N，118°5'E），該地區(qū)屬于暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候，年平均降水量555.9mm，年平均氣溫12.8℃，≥10℃積溫在4 300℃以上，無霜期206 d左右。試驗(yàn)田土壤類型為黃河沖積土，土壤基本理化性質(zhì)：pH值7.92，有機(jī)質(zhì)含量1.55%，土壤全氮1.05 g/kg，速效磷16.33mg/kg，速效鉀130.64mg/kg，全鹽4.26 g/kg。

供試水稻品種為圣稻735，是山東省水稻研究所選育的耐鹽堿品種。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)設(shè)4個(gè)處理：（1）CK，不耕作不洗鹽；（2）W，洗鹽不耕作；（3）T，耕作不洗鹽；（4）TW，耕作洗鹽。

耕作處理：采用冬季旱耕，于水稻收獲后，采用中型拖拉機(jī)翻耕，深度18~20 cm，冬耕到第2年試驗(yàn)洗鹽前田間保持干燥狀態(tài)。洗鹽處理：采用二次洗鹽法，在水稻種植前10 d，先是灌水泡田，水層達(dá)到4~6 cm，再旋耕，保持水層2 d，水層變清后排水；第2次洗鹽是在排水后按照上述方法實(shí)施，先灌水泡田再旋耕排水。

1.3 種植方式

種子經(jīng)消毒、浸種、催芽后，選擇中國水稻研究所研制的缽形毯狀秧盤，于4月12日播種，然后采用疊盤暗出苗的方法，將秧盤疊起置于催芽暗室中，32℃下處理48 h，出苗后擺于苗床上。5月14日插秧，機(jī)插規(guī)格30 cm×14 cm。每組試驗(yàn)處理面積為667m2。

圖1 耕作及洗鹽處理對鹽堿地水稻根系長度的影響

圖2 耕作及洗鹽處理對鹽堿地水稻根系直徑和比根長的影響

肥料施用：氮肥為尿素，施用量為N 210 kg/hm2，按基肥（插秧前1 d施）∶分蘗肥（插秧后7 d施）∶穗肥（穗分化期施）=5∶2∶3。磷肥為過磷酸鈣（含P2O513.5%），施用量為450 kg/hm2，作基肥施用。鉀肥為氯化鉀（含K2O 52%），施用量為150 kg/hm2，按基肥（插秧前1 d施）∶穗肥（穗分化期施）=1∶1施用。按照鹽堿地高產(chǎn)栽培管理水分，全生育期采用除草劑、殺蟲劑、殺菌劑控制雜草與病蟲害。

1.4 測定項(xiàng)目及方法

在齊穗期按照試驗(yàn)大區(qū)內(nèi)水稻植株的平均分蘗數(shù)，每重復(fù)取代表性植株3叢，每叢稻株以基部為中心，挖取30 cm×14 cm×20 cm的土塊，裝于40目的網(wǎng)袋中，用流水沖洗干凈，裝入自封袋中，置于-20℃的冰箱保存，以便進(jìn)行根系形態(tài)指標(biāo)的分析測定。所收獲根系洗凈后放置于長方形的玻璃盒中（20 cm×15 cm），用掃描儀（Epson V700,China）進(jìn)行掃描。根系的圖像用WinRHIZO version 5.0a（Regent Instruments,Quebec, Canada）軟件進(jìn)行分析，測定根系長度、根直徑、根表面積與比根長等根系形態(tài)指標(biāo)，其中比根長為單位質(zhì)量根系的長度（m/g）。土壤基礎(chǔ)理化性質(zhì)指標(biāo)參考魯如坤所編的《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》分析測定[7]。成熟期，在每個(gè)試驗(yàn)大區(qū)內(nèi)選擇3個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域6 m2實(shí)收測產(chǎn)。

試驗(yàn)數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007處理后，用SAS軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 水稻根系生物量和根系長度

從圖1可以看出，只進(jìn)行冬耕處理對水稻根系生長的影響不大，而二次洗鹽處理明顯促進(jìn)了水稻根系的生長，根系干質(zhì)量和根系長度明顯增加，與對照相比分別增加了27%和25%；冬耕結(jié)合洗鹽處理顯著增加了水稻根系干質(zhì)量和根系長度，分別比對照增加了43%和49%。

2.2 水稻根系直徑和比根長

水稻根系的直徑和比根長反應(yīng)了根系的粗細(xì)程度。從圖2可以看出，在鹽堿地上通過耕作及洗鹽處理對水稻根系的粗細(xì)程度有顯著的影響，單進(jìn)行冬耕或洗鹽處理對水稻根系直徑和比根長影響相對較小，而冬耕結(jié)合洗鹽處理顯著降低了水稻根系的直徑而增加了比根長，與對照相比直徑降低了16%、比根長增加了12%。

圖3 耕作及洗鹽處理對鹽堿地水稻根表面積和不同直徑的根系所占比例的影響

圖4 耕作及洗鹽處理對鹽堿地水稻產(chǎn)量的影響

2.3 水稻根表面積和不同直徑的根系所占比例

從圖3可以看出，冬耕處理對水稻根系表面積的影響較小，而洗鹽處理對水稻根系表面積影響較大，與對照相比增加了24%；冬耕結(jié)合洗鹽處理顯著增加了水稻根系的表面積，與對照相比增加了32%，有助于水稻對土壤中養(yǎng)分的吸收。冬耕和洗鹽單獨(dú)處理并沒有影響水稻根系直徑在0~0.1 mm以及0.1~0.6 mm根系的長度，而冬耕結(jié)合洗鹽處理顯著增加了水稻根系直徑在0~0.1mm根系的長度，與對照相比增加了10%，有助于水稻根系表面積的增加。

2.4 水稻產(chǎn)量

從圖4可以看出，冬耕和洗鹽處理明顯促進(jìn)了水稻產(chǎn)量的增加，分別比對照提高了44%和79%，冬耕結(jié)合洗鹽處理產(chǎn)量比對照提高了92%。

3 結(jié)論與討論

根系是植物從土壤中吸收養(yǎng)分和水分的主要器官。根系的生長情況直接影響植物地上部的生長、營養(yǎng)狀況以及產(chǎn)量[8]。本試驗(yàn)研究表明，不同耕作方式及洗鹽對水稻根系總長度和根表面積影響較大，冬耕與洗鹽結(jié)合顯著促進(jìn)根系的生長。根表面積是植物利用土壤養(yǎng)分能力的重要體現(xiàn)，根系的伸長與根毛的產(chǎn)生可以大大增加根系的吸收面積[9-10]。只有健壯的根系才能保證植物更大范圍地從土壤中吸收水分和營養(yǎng)，從而達(dá)到高產(chǎn)[11-12]。

冬耕深翻能夠切斷鹽堿地土壤上升毛細(xì)管，抑制土壤深層的鹽分上返，也切斷了凍融作用的積鹽途徑。但是通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，如果僅冬耕是不能達(dá)到促進(jìn)水稻根系生長，需要結(jié)合灌水泡田、旋耕、排水，反復(fù)洗鹽，才能降低耕層鹽分離子，改善水稻生長環(huán)境[13]。鹽堿地所含鹽分離子高，同時(shí)pH值較高，當(dāng)植物生長于鹽堿地條件下，細(xì)胞間質(zhì)的pH值升高，阻礙細(xì)胞壁的疏松，進(jìn)而阻礙細(xì)胞延伸，影響植物根系的生長[14-15]。通過冬耕及洗鹽處理，水稻根系的生長得到顯著改善，促進(jìn)了植株地上部分的生長發(fā)育，進(jìn)而提高了水稻產(chǎn)量。

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Effects of Tillage and Salt W ashing on Root Grow th and M orphological Characteristics of Rice in Saline-alkali Soil

ZHANG Yikai1,XIANG Jing1,ZHU Defeng1*,ZHOU Hong2,ZHANGMaolin2,BIChongxi2
（1State Key Laboratory of Rice Biology/China National Rice Research Institute,Hangzhou 310006,China;2Dongying Yi Bang Agricultural Technology Co.,Ltd.,Dongying,Shandong 257000,China;*Corresponding author:cnrice@qq.com）

In order to study the effects of tillage and saline leaching on root growth and morphological characteristics of rice,a field experiment was conducted.Winter ploughing did not affect the growth of roots,and multiple salt leaching significantly promoted the growth of rice roots,and mainly increased the root dry weight and root length.Winter tillage combined with saltwashing changed the root architecture of rice and significantly increased total root length,root surface area.The diameter of root system was decreased, mainly increased root length in the diameter 0~0.1mm due to winter tillage combined with saltwashing.The yield of rice increased by 79%compared with the control,and the yield of paddy ricewas significantly increased by winter-tillage combined with saltwashing,which was 92%higher than thatof the control.

rice;root;tillage;saltwashing;saline-alkalisoil

S511.05

：A

：1006-8082（2017）03-0067-04

2017－01－27

國家科技支撐計(jì)劃（2015BAD01B03）；浙江省自然科學(xué)基金（LY16C130006）；中央級(jí)公益性科研院所基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（2014RG004-3）