水分礦化度對(duì)不同品種水稻發(fā)芽率的影響

劉盛林　劉國(guó)利　孫澤強(qiáng)　鄭東峰　趙慶雷　董曉霞　崔雙雙

摘要：淡水資源虧缺是限制鹽漬化土壤作物出苗和生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素之一，為探尋鹽漬化農(nóng)田水稻出苗與水分礦化度的關(guān)系，選取非耐鹽品種圣稻735和耐鹽品種鹽粳456為試材，通過(guò)溫室盆栽試驗(yàn)和室內(nèi)培養(yǎng)箱模擬試驗(yàn)開(kāi)展不同礦化度灌溉水對(duì)水稻不同時(shí)間發(fā)芽率及土壤鹽分、pH值的影響。結(jié)果表明，水稻發(fā)芽率隨水分礦化度增加而降低，發(fā)芽時(shí)間推遲，礦化度越高，推遲時(shí)間越長(zhǎng)，至16 d時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最高。水稻發(fā)芽率與灌溉水礦化度呈顯著負(fù)相關(guān)，相同水分礦化度時(shí)，圣稻735發(fā)芽率高于鹽粳456，且發(fā)芽日期早于鹽粳456，圣稻735發(fā)芽鹽害程度弱于鹽粳456。以中度礦化度水灌溉時(shí)，兩品種水稻發(fā)芽率均低于50%，其受鹽害程度較重。本研究表明，灌溉水礦化度增加顯著提高土壤鹽分，進(jìn)而導(dǎo)致水稻發(fā)芽受抑制，在弱礦化水灌溉條件下，圣稻735發(fā)芽狀況優(yōu)于鹽粳456，而弱礦化水可用于灌溉淡水資源受限的鹽漬化農(nóng)田水稻發(fā)芽，以保證一定程度的出苗率。

關(guān)鍵詞：水分礦化度；鹽漬土；水稻；發(fā)芽率

中圖分類(lèi)號(hào)：S511.04 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)號(hào)：A 文章編號(hào)：1001-4942（2018）11-0097-05

Abstract Limited fresh water plays a critical role on crops germination and growth in salinity lands. In order to research the relationship between rice germination and water mineralization， the effects of irrigation water with different salinity on rice germination rate at different time， soil salinity and pH value were studied by a pot experiment in greenhouse and a culture experiment in constant-temperature incubator with two rice varieties， Shengdao 735 （salt-sensitive） and Yanjing 456 （salt-tolerance）. The results showed that the germination rate of rice decreased with the increase of water salinity， and the germination time was delayed. The higher the salinity was， the longer the delayed time was. The germination rate reached the highest on the 16th day. The germination rate of rice was negatively correlated with the salinity of irrigation water. At the same water salinity， the germination rate of Shengdao 735 was higher than that of Yanjing 456， and the germination date was earlier than that of Yanjing 456， so the degree of salt damage to Shengdao 735 was weaker than that to Yanjing 456. When the water was with moderate salinity， the germination rate of the two varieties were both lower than 50%， and the degree of salt damage was heavier. The results showed that the increase of salinity of irrigation water significantly increased soil salinity， which led to the restraint of rice germination. Under the condition of weak mineralized water irrigation， the germination status of Shengdao 735 was better than that of Yanjing 456. Weak mineralized water could be used to germinate rice in saline farmland with limited freshwater resources to ensure a certain degree of germination rate.

Keywords Water mineralization； Salinized soil；Rice； Germination rate

土壤鹽漬化是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)普遍存在的主要限制因素之一。全球約有20%灌區(qū)耕地屬于鹽漬化土壤[1]， 我國(guó)鹽堿土面積約為 1×108 hm2，主要分布在濱海地區(qū)和內(nèi)陸河流流經(jīng)的平原地區(qū)[2]，是重要的后備土地資源。利用鹽漬化土壤開(kāi)展作物種植，是保障我國(guó)糧食安全的重要舉措。近年來(lái)隨著糧食需求壓力的增大和可利用耕地面積的不斷減少，提升鹽漬化農(nóng)田糧食產(chǎn)量成為促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。

水稻（Oryza Sativa L.）具有特殊的生物學(xué)特性和生長(zhǎng)環(huán)境，使其成為適合鹽漬化農(nóng)田種植的重要糧食作物。鹽堿地種稻是治理、改良和利用鹽堿化土壤的有效途徑，同時(shí)也是提高鹽堿地糧食生產(chǎn)能力和改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境的有效途徑之一[3-5]。

鹽漬和干旱是嚴(yán)重威脅水稻出苗和生長(zhǎng)的兩大非生物逆境脅迫因素，而在鹽漬化農(nóng)田環(huán)境中，水分礦化度是協(xié)調(diào)和平衡這兩個(gè)因素的關(guān)鍵因子，探尋灌溉水最適礦化度，可為鹽漬化土壤尋求經(jīng)濟(jì)合理的灌溉措施提供理論依據(jù)。

種子發(fā)芽是水稻幼苗及群體建成和高產(chǎn)的基礎(chǔ)，直接關(guān)系到水稻產(chǎn)量。水稻種子在萌發(fā)階段受到鹽堿脅迫，導(dǎo)致發(fā)芽勢(shì)降低 、發(fā)芽率下降及群體質(zhì)量較差。因此，淡水資源受限制時(shí)，篩選適宜礦化度的灌溉水是水稻高產(chǎn)的先決條件。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)鑒定水稻萌發(fā)階段耐鹽性，具有操作性強(qiáng)、周期短 、效率高的優(yōu)點(diǎn)，已被廣泛應(yīng)用于水稻耐鹽堿性的研究[6-8]，溫室盆栽鑒定方法的使用則相對(duì)較少。本研究采用溫室盆栽與實(shí)驗(yàn)室恒溫箱培養(yǎng)相結(jié)合的方法，測(cè)定不同礦化度灌溉水條件下水稻種子發(fā)芽率及水分礦化度對(duì)土壤表層電導(dǎo)率及pH值的影響，以期為探尋水稻灌溉水最適礦化度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及設(shè)計(jì)

試驗(yàn)選取圣稻735（非耐鹽）和鹽粳456（耐鹽）兩個(gè)水稻品種為供試材料。根據(jù)不同的水分礦化度和水稻品種設(shè)置8個(gè)處理：（1）非耐鹽品種（N）灌溉自來(lái)水（淡水Z，礦化度0.870 g/L）處理（NZ）；（2）非耐鹽品種（N）灌溉弱礦化水（H，礦化度2.382 g/L）處理（NH）；（3）非耐鹽品種（N）灌溉中度礦化水（W，礦化度3.894 g/L）處理（NW）；（4）非耐鹽品種（N）灌溉中度礦化水（P，礦化度5.346 g/L）處理（NP）；（5）耐鹽品種（S）灌溉自來(lái)水（淡水Z）處理（SZ）；（6）耐鹽品種（S）灌溉弱礦化水（H）處理（SH）；（7）耐鹽品種（S）灌溉中度礦化水（W）處理（SW）；（8）耐鹽品種（S）灌溉中度礦化水（P）處理（SP）。根據(jù)灌溉水的總礦化度大小，分為淡水（<1 g/L）、弱礦化水（1～3 g/L）、中礦化水（3～10 g/L）和強(qiáng)礦化水（10～50 g/L）。根據(jù)土壤總鹽含量，鹽漬土分為：非鹽土（<1 g/kg）、輕度鹽漬化土壤（1～2 g/kg）、中度鹽漬化土壤（2～4 g/kg）、重度鹽漬化土壤（4～6 g/kg）和鹽土（>6 g/kg）。

1.2 試驗(yàn)方法

盆栽試驗(yàn)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所溫室進(jìn)行（溫度22.1℃，濕度31.0%）。所用土壤采自無(wú)棣縣輕度鹽漬化農(nóng)田，總鹽含量為1.20 g/kg（電導(dǎo)率為0.307 mS/cm ）， pH值8.18，混勻過(guò)篩后自然風(fēng)干，每盆裝土5.00 kg，用不同礦化度水灌溉。挑選大小一致水稻種子（用10% H2O2滅菌10 min，去離子水反復(fù)沖洗10次，浸泡24 h），每盆播種30粒（3撮，每撮10粒），覆土0.30 kg，距盆頂3 cm，之后在盆上覆一層塑料膜，以便保持土壤濕度和適宜溫度。水稻播種前，將肥料溶于水配制成營(yíng)養(yǎng)液，與風(fēng)干過(guò)篩的土壤充分混勻、裝盆。肥料用量按照223 mg/kg K2SO4（100 mg/kg K） 、435 mg/kg尿素（200 mg/kg N）和329 mg/kg KH2PO4（75 mg/kg P） 。每處理重復(fù)3次，共24盆，完全隨機(jī)區(qū)組排列。

培養(yǎng)箱模擬試驗(yàn)在山東省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所進(jìn)行。2017年12月19日，挑選大小一致的水稻種子，浸入10%的H2O2溶液中滅菌10 min，取出后用去離子水反復(fù)沖洗10次，備用。于培養(yǎng)皿底部鋪墊大小一致的雙層吸水紙，不同礦化度水分潤(rùn)濕后，每個(gè)培養(yǎng)皿中均勻排列50粒種子，于28℃培養(yǎng)箱中連續(xù)避光培養(yǎng)，每天更換相應(yīng)礦化度的水溶液以保持穩(wěn)定礦化度。每處理重復(fù)3次，共24個(gè)培養(yǎng)皿，完全隨機(jī)區(qū)組排列。

試驗(yàn)開(kāi)始后每天觀察水稻發(fā)芽情況，記錄水稻發(fā)芽日期和發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽數(shù)不再變化時(shí)停止記錄，計(jì)算發(fā)芽率。試驗(yàn)結(jié)束后分別取盆栽試驗(yàn)的0～5 cm土壤，避光風(fēng)干后過(guò)2 mm篩，按照1∶5的土水比取10 g土壤配成懸浮液，振蕩均勻后過(guò)濾，取上清液測(cè)定電導(dǎo)率（DDS-307電導(dǎo)率儀）和pH值（PHS-3C pH計(jì)）。

發(fā)芽率（%）=（發(fā)芽種子粒數(shù)/供試種子數(shù)）×100 。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用SPSS 16.0軟件進(jìn)行方差分析，發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率等百分?jǐn)?shù)指標(biāo)經(jīng)反正弦和平方根轉(zhuǎn)換后進(jìn)行方差分析，處理間差異顯著性檢驗(yàn)采用LSD法（P<0.05）。采用SigmaPlot 12.5軟件（Systat， San Jose， USA）通過(guò)線性回歸法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 盆栽條件下水分礦化度對(duì)水稻發(fā)芽的影響

由圖1 看出，水分礦化度升高顯著抑制了水稻的發(fā)芽。同一水稻品種，發(fā)芽率隨水分礦化度的增加而顯著降低，發(fā)芽日期被推遲，礦化度越高，推遲時(shí)間越長(zhǎng)，至16 d時(shí)發(fā)芽率達(dá)到最高。相關(guān)性分析結(jié)果表明，水稻發(fā)芽率與灌溉水礦化度呈顯著負(fù)相關(guān)（P<0.05，圖2）。水分礦化度相同時(shí)，圣稻735發(fā)芽率高于鹽粳456（除弱礦化水處理外），且發(fā)芽時(shí)間早于鹽粳456（圖1），圣稻735發(fā)芽所受鹽害程度弱于鹽粳456（圖2），通過(guò)相關(guān)性分析模擬方程計(jì)算可知，以中度礦化度水分灌溉時(shí)，兩品種水稻發(fā)芽率均低于50%，其受鹽害程度較重。

2.2 培養(yǎng)箱條件下水分礦化度對(duì)水稻發(fā)芽的影響

由圖3看出， 兩品種水稻均在非礦化水條件下發(fā)芽率最高（NZ和SZ），水分礦化度顯著降低水稻種子的發(fā)芽率，并推遲水稻發(fā)芽時(shí)間。隨水分礦化度提高，圣稻735在弱礦化水條件下（NH）初期時(shí)（第6天）發(fā)芽率顯著低于非礦化水（NZ），隨時(shí)間延長(zhǎng)，其發(fā)芽率與非礦化水（NZ）趨于相同，弱礦化水對(duì)圣稻735發(fā)芽主要存在延遲作用；中度礦化水條件下（NW和NP），其發(fā)芽率顯著降低，中度礦化水降低圣稻735發(fā)芽率并存在顯著延遲作用。與非礦化水相比，弱礦化水（SH）和中度礦化水（SW和SP）均對(duì)鹽粳456發(fā)芽率和發(fā)芽時(shí)間產(chǎn)生顯著負(fù)效應(yīng)。淡水和弱礦化水條件下圣稻735發(fā)芽率顯著高于鹽粳456，中度礦化水條件下兩品種水稻品種發(fā)芽情況無(wú)顯著差異。

2.3 水分礦化度對(duì)0～5 cm土層土壤電導(dǎo)率及pH值的影響

由圖4看出，水分礦化度的增加顯著提高兩品種水稻0～5 cm土層土壤電導(dǎo)率，與非礦化水灌溉處理相比，弱礦化水對(duì)0～5 cm土壤電導(dǎo)率無(wú)顯著影響，中度礦化水均顯著提高了0～5 cm土壤的電導(dǎo)率，但水分礦化度對(duì)土壤pH值無(wú)顯著影響。0～5 cm為水稻種子所在土層，電導(dǎo)率的增加即土壤鹽分含量的升高可能是抑制圣稻735（非耐鹽）和鹽粳456（耐鹽）種子發(fā)芽的主要因素。

3 討論與結(jié)論

種子萌發(fā)是植物生命周期的關(guān)鍵因子，發(fā)芽率是評(píng)價(jià)種子發(fā)芽的直接常用指標(biāo)，反映了種子發(fā)芽速度的潛勢(shì)[9，10]，對(duì)水稻萌發(fā)期進(jìn)行耐鹽性研究具有重要價(jià)值。

黃河三角洲地區(qū)由黃河沖積形成，新生土地為該區(qū)提供了大量后備耕地資源[7]。但該區(qū)域土壤鹽堿化嚴(yán)重，適宜種植的作物種類(lèi)有限，又因海水倒灌等原因?qū)е碌Y源虧缺嚴(yán)重，作物種植過(guò)程中的灌溉問(wèn)題難以有效解決。經(jīng)濟(jì)合理有效的灌溉措施制定對(duì)當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)生長(zhǎng)至關(guān)重要，而對(duì)水稻最適灌溉水礦化度的研究，有助于合理利用當(dāng)?shù)氐厣虾偷叵滤Y源，為解決濱海地區(qū)干旱和鹽漬問(wèn)題提供理論依據(jù)。本研究結(jié)果表明，在溫室盆栽條件和恒溫箱培養(yǎng)條件下，灌溉水礦化度的提高均顯著抑制水稻發(fā)芽，隨水分礦化度升高，兩品種水稻發(fā)芽時(shí)間均推遲，發(fā)芽率顯著降低，且水稻發(fā)芽率與灌溉水礦化度呈顯著負(fù)相關(guān)。已有研究表明，水稻種子的發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)等隨灌溉水礦化度的升高呈下降趨勢(shì)[11，12]，且灌溉水礦化度升高不僅影響種子發(fā)芽率，也會(huì)影響種子發(fā)芽時(shí)間[6，13]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，灌溉水礦化度顯著影響土壤表層鹽分含量，水分礦化度越高，土壤鹽分含量越高，對(duì)土壤酸堿性則無(wú)顯著影響。由此可見(jiàn)，高礦化度水增加土壤鹽分可能是導(dǎo)致水稻發(fā)芽率顯著降低的主要原因，土壤鹽漬化導(dǎo)致水稻種子無(wú)法正常吸水生長(zhǎng)受到抑制。已有研究結(jié)果也表明，在咸水灌溉條件下，水稻土壤鹽分含量隨灌溉水鹽分濃度增加而增加[14]。

水稻的耐鹽性因品種、生育階段、器官、鹽濃度等不同而存在差異[15，16]。本研究中以水稻萌發(fā)狀況來(lái)看，圣稻735更適合種植于試驗(yàn)當(dāng)?shù)氐妮p度鹽漬農(nóng)田，在相同灌溉水礦化度下，其水稻發(fā)芽率更高，浸種后發(fā)芽時(shí)間更短。這可能是因?yàn)樗痉N子發(fā)芽條件要求比較復(fù)雜，與耐鹽品種篩選時(shí)鹽漬化環(huán)境存在一定程度的差異，如土壤物理性狀和溫度等環(huán)境因子同樣在水稻發(fā)芽過(guò)程中起著重要作用，而且水稻萌發(fā)期的發(fā)芽率僅僅是耐鹽品種篩選的首個(gè)指標(biāo)，不足以完全表征整個(gè)生育期水稻對(duì)水分礦化度的響應(yīng)狀況；耐鹽品種篩選過(guò)程中可能更注重水稻品種在土壤鹽漬化嚴(yán)重條件下保持更高發(fā)芽率或生育期其他階段的耐鹽性。因此，尚需進(jìn)一步研究探討整個(gè)生育期內(nèi)不同礦化度灌溉水對(duì)水稻生長(zhǎng)的影響，并通過(guò)大田試驗(yàn)進(jìn)一步研究鑒定。

本研究表明，灌溉水礦化度增加顯著提高土壤鹽分，進(jìn)而導(dǎo)致水稻發(fā)芽受抑制；在弱礦化水灌溉條件下，圣稻735發(fā)芽狀況優(yōu)于鹽粳456，而弱礦化水可用于灌溉淡水資源受限的鹽漬化農(nóng)田水稻發(fā)芽，以保證一定程度的出苗率。

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