鹽分脅迫對水稻產(chǎn)量影響試驗研究

趙 鵬，孫書洪,2，薛 鑄,2

(1.天津農(nóng)學(xué)院水利工程學(xué)院，天津 300384；2.天津市農(nóng)業(yè)水利技術(shù)工程中心，天津 300384)

0 引 言

隨著我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，水資源缺乏的問題日益明顯。我國的淡水資源總量為28 000 億m3，占全球水資源的6%，僅次于巴西、俄羅斯、加拿大、美國和印尼，名列世界第六位。但是，由于我國人口眾多，人均水資源量不足。2018年，全國用水總量達6 015.5 億m3。其中，農(nóng)業(yè)用水3 693.1 億m3，占用水總量61.4%，農(nóng)業(yè)用水需求量成為當(dāng)前不可忽視的問題。解決農(nóng)業(yè)用水問題：一方面做到節(jié)水灌溉，李木子等以西紅柿為研究對象[1]，應(yīng)用水量平衡方程，研究水分脅迫條件下作物耗水規(guī)律及產(chǎn)量之間的關(guān)系[2]，從而增加水分利用效率，制定更為有效合理的灌溉制度；另一方面做到非常規(guī)水源灌溉來解決水資源匱乏的問題，龔雨田等以冬小麥為研究對象，對其進行微咸水灌溉試驗，研究作物產(chǎn)量與微咸水礦化度之間耦合效應(yīng)，在保證作物產(chǎn)量的前提下節(jié)約淡水資源[3]。水稻作為我國主要農(nóng)作物之一，早在七千多年前，中國先人就開始種植水稻[4]。2018年，我國稻谷播種面積達2 960 萬hm2。因此，以水稻為研究對象，解決灌溉用水成為當(dāng)前突出問題。以天津市為例，鹽堿地面積約49 萬hm2,占全市土地總面積的42.3%。土壤中可溶性鹽分含量過高[5]，作物吸收水分困難[6]，抑制作物生長[7]，導(dǎo)致植被稀少，生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)脆弱[8]。農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量較低，極大影響了當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)、林業(yè)、牧業(yè)的生產(chǎn)和發(fā)展，進而抑制當(dāng)?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，成為抑制天津市發(fā)展的因素之一。因此，研究鹽分脅迫下水稻生長性狀及產(chǎn)量的關(guān)系，對節(jié)約淡水資源，提高經(jīng)濟效益有著重要的意義。

1 試驗區(qū)概況

試驗在濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究中心試驗站進行，基地位于天津市靜海區(qū)團泊鎮(zhèn)，地處北緯38°85′，東經(jīng) 117°21″，屬華北平原，地勢平坦。試驗地屬暖溫帶半濕潤季風(fēng)型氣候，全年降雨天數(shù)約為65～75 d，年平均降水量550～650 mm，降雨多集中在6-8月，降雨量占全年約70%左右。日照時數(shù)約為2 600～2 800 h，日照時間較長。試驗地四季變化明顯，春季約70 d左右；夏季長達90～110 d，天氣炎熱，風(fēng)速較??；秋季約65 d左右，降雨集中，風(fēng)速較小；冬季天氣寒冷，風(fēng)速較大，平均風(fēng)速為2～4 m/s,平均氣溫在10～13 ℃，多為西南風(fēng)。

試驗基地地勢平坦，0～60 cm土層干容重為1.46 g/cm3。在試驗基地內(nèi)布設(shè)氣象站，全年對降雨及蒸發(fā)進行監(jiān)測。試驗區(qū)土壤中有機質(zhì)含量為11.9 g/kg,水解氮含量為55.4 mg/kg,速效磷含量為6.4 mg/kg,速效鉀含量為156 mg/kg，硝態(tài)氮含量為8.1 mg/kg,土壤pH值為7.93。具體土壤基本性狀見表1。

表1 土壤的基本性狀

2 試驗材料及設(shè)計方案

水稻品種選用“津稻919”，采用小區(qū)試驗在田間進行。搭建測坑進行水稻試驗，測坑尺寸為1.2 m×0.9 m×1.0 m(長×寬×高)。每測坑栽插21穴、每穴7苗、行株25 cm、株距17 cm。在全生育期，單苗期、分蘗期，單孕穗期，單乳熟期，分別對水稻進行不同礦化度的微咸水灌溉。設(shè)置6個微咸水礦化度處理(S2,S3,S4,S5,S6,S7)和1個對照處理(CK),礦化度分別為 2、3、4、5、6、7 g/L和0。共25種處理方式，每種處理方式2組重復(fù)。試驗期間，對不同處理組的水稻均進行充分灌溉。

試驗于2019年7月4日開始在濱海地區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水研究中心試驗站進行，把鹽分脅迫條件下的水稻全生育期劃分為：苗期、返青期、分蘗期、拔節(jié)期、孕穗期、抽穗期、灌漿期、乳熟期以及黃熟期。水稻全生育期期間，施肥次數(shù)過多，會造成肥料分配不合理，無效分蘗過多，產(chǎn)量反而不高。因此簡化施肥次數(shù)，將全生育期水稻施肥次數(shù)降低到3次。施肥時間選取為7月19日施分蘗肥：尿素60 g/m2(參照600 kg/hm2)、8月24日施保蘗肥：尿素15 g/m2(參照150 kg/hm2)、9月15日施孕穗肥：尿素7.5 g/m2(參照75 kg/hm2)。

3 指標(biāo)測定方法

3.1 水稻穗粒數(shù)測定

選取不同試驗處理的測坑里代表性5穴，數(shù)出每穗所結(jié)穗粒數(shù)，最終取其平均值。

3.2 水稻千粒重及產(chǎn)量測定

(1)先將樣本穗子的籽粒全部脫粒，然后用清水漂洗，將空秕粒和飽粒分開，沉入水底的是飽粒，漂浮在水面上的是空秕粒，分別撈出置于烘箱中烘干或太陽下曬干后，分別計數(shù)。

(2)飽粒數(shù)的計數(shù)方法。先稱取飽?？傊?精確至0.01 g)，然后隨機稱取3個30 g飽粒，分別數(shù)記其粒數(shù)，求得飽粒平均千粒重，就可算得總飽粒數(shù)。

(3)結(jié)實率和千粒重。結(jié)實率為飽粒數(shù)占總粒數(shù)的百分率。千粒重為1 000 個飽粒重量，單位為g。

(4)產(chǎn)量。產(chǎn)量=(每平方米有效穗*每穗總粒數(shù)*每穗結(jié)實率*千粒重)/100，單位為kg/hm2。

4 鹽分脅迫條件下對水稻穗粒數(shù)及千粒重的影響

對鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量的構(gòu)成因素穗粒數(shù)及千粒重進行監(jiān)測，在全生育期鹽分脅迫下，全生育期淡水(CK)處理組下水稻穗粒數(shù)與S2、S3、S4無明顯差異(p>0.05)。S5、S6、S7處理下水稻穗粒數(shù)與0(CK)處理組呈現(xiàn)顯著差異，穗粒數(shù)與0(CK)處理組相比分別減少51.25%、50%、62.5%。在全生育期鹽分脅迫處理下，水稻干物質(zhì)積累量整體隨著鹽分濃度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢[9]。隨著鹽分濃度的增加，水稻穗粒結(jié)實率逐漸降低。從整體上看，S2處理下干物質(zhì)積累量較多，千粒重最大，即S2>CK>S3>S4>S5>S6>S7。且在S5、S6、S7處理下，對水稻產(chǎn)量積累最為嚴(yán)重，千粒重相較于0(CK)處理組分別下降22.4%、32.15%、34.50%，見圖1。

圖1 全生育期鹽分脅迫下千粒重

在單苗期、分蘗期鹽分脅迫處理下，穗粒數(shù)及千粒重隨鹽分濃度的表現(xiàn)與全生育期鹽分脅迫下相同。在單苗期、分蘗期6 g/L及7 g/L處理下，水稻穗粒數(shù)下降幅度明顯，且稻米色澤呈現(xiàn)淡黃。相較于0(CK)處理組，穗粒數(shù)分別下降3.13%、13.75%、33.75%、50.63%、48.13%、50%。在水稻進行6、7 g/L高濃度鹽分脅迫下，單苗期及分蘗期微咸水灌溉相較于全生育期鹽分脅迫處理，穗粒數(shù)分別提高3.61%、25%。水稻在單苗期及分蘗期鹽分脅迫下相較于全生育期2、3、4、5、6、7 g/L處理下，千粒重分別提高0.75%、2.13%、3.01%、5.83%、7.96%、3.05%，見圖2。

圖2 單苗期、分蘗期鹽分脅迫下千粒重

在單孕穗期水稻鹽分脅迫處理下，隨著水稻耐鹽性的增加，微咸水灌溉對水稻產(chǎn)量的抑制作用逐漸減弱。表現(xiàn)出隨著灌溉水礦化度的增加，穗粒數(shù)及千粒重下降的程度減緩。相較于CK處理組，穗粒數(shù)分別下降3.13%、16.25%、26.88%、31.25%、30%、35%。在孕穗期單階段鹽分脅迫下，相較于全生育期鹽分脅迫處理，穗粒數(shù)分別提高1.29%、10.45%、23.08%、29.09%、28.57%、42.31%。在單孕穗期6、7 g/L鹽分脅迫下，水稻穗粒數(shù)相比S6、S7增加明顯，且稻米色澤呈現(xiàn)透明。在孕穗期單階段鹽分脅迫下，2 g/L微咸水灌溉水稻千粒重相較于0(CK)處理組增加4.3%。隨著水稻耐鹽性的增加，低濃度微咸水灌溉有益于水稻水分的吸收，從而干物質(zhì)量的積累，見圖3。

在單乳熟期水稻鹽分脅迫處理下，水稻孕穗及抽穗過程已經(jīng)結(jié)束，成熟期水稻耐鹽性達到全生育期最大，此處理下水稻穗粒數(shù)及千粒重相較于0(CK)處理組無明顯變化，此階段不同鹽分濃度微咸水灌溉下之間無明顯差異。在不同階段不同濃度鹽分脅迫處理下，水稻單穴穗粒數(shù)呈現(xiàn)出明顯特征。穗粒數(shù)隨著鹽分濃度的增加而呈現(xiàn)下降的趨勢。在全生育期及單苗期、分蘗期水稻鹽分脅迫處理下，由于水稻耐鹽性弱的特點，在高濃度5、6、7 g/L處理下，穗粒數(shù)下降幅度達到最大，且出現(xiàn)重合。在此濃度此階段處理下，水稻稻米色澤出現(xiàn)異常。在孕穗期單階段鹽分脅迫下，單穴水稻穗粒數(shù)相比0(CK)處理組隨有不同程度的下降，但幅度較弱，且稻米品質(zhì)不受鹽分脅迫的影響。在乳熟期單階段鹽分脅迫下，微咸水灌溉對水稻穗粒及稻米品質(zhì)無明顯影響。在階段不同濃度灌溉下，水稻單穴穗粒數(shù)保持穩(wěn)定，見圖4。

圖4 單乳熟期鹽分脅迫下千粒重

5 鹽分脅迫條件下對水稻產(chǎn)量的影響

對鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量進行監(jiān)測，在全生育期鹽分脅迫下，全生育期淡水(CK)處理組下水稻每平方米產(chǎn)量與S2、S3、無明顯差異(p>0.05)。S5、S6、S7處理下水稻產(chǎn)量與0(CK)處理組呈現(xiàn)顯著差異，每平方米產(chǎn)量與0(CK)處理組相比分別減少43.85%、45.48%、44.97%。在全生育期鹽分脅迫處理下，水稻產(chǎn)量整體隨著鹽分濃度的增加呈現(xiàn)下降的趨勢[10](見圖5、圖6、表2和表3)。從整體上看，S2處理下每平方米水稻產(chǎn)量達到最大，即808.35 g；S6處理下每平方米水稻產(chǎn)量達到最低，即436.66 g。按照水稻產(chǎn)量考種計算公式，0(CK)處理組下水稻產(chǎn)量達到8 010 kg/hm2，S6處理下水稻產(chǎn)量為4 367 kg/hm2。其他處理下產(chǎn)量相較于0(CK)處理組分別減少-0.92%、4.06%、25.76%、43.85%、45.48%、44.97%。將全生育期不同鹽分脅迫處理下水稻產(chǎn)量曲線擬合后，得到產(chǎn)量隨鹽分濃度的關(guān)系式：y=20.93x2-932.69x+9 454.2,曲線擬合相關(guān)系數(shù)R2達到0.886 4。

圖5 不同鹽分脅迫處理下水稻單穴穗粒數(shù)

圖6 全生育期鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量

表2 全生育期不同鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量

表3 不同處理下水稻產(chǎn)量與鹽分濃度的擬合結(jié)果

在單苗期、分蘗期鹽分脅迫處理下，水稻產(chǎn)量隨鹽分濃度的表現(xiàn)與全生育期鹽分脅迫下相同。在此階段處理下水稻產(chǎn)量相較于0(CK)處理組分別減少1.61%、7.85%、26.63%、24.77%、39.46%、41.38%。在5、6、7 g/L微咸水灌溉下，苗期及分蘗期單階段鹽分脅迫產(chǎn)量相比S5、S6、S7處理下的產(chǎn)量分別提高19.08%、6.03%、3.59%，見圖7。

圖7 單苗期、分蘗期鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量

在單孕穗期鹽分脅迫處理下，將水稻產(chǎn)量曲線擬合后，得到產(chǎn)量隨鹽分濃度的關(guān)系式：y=-20.704x2+53.816x+6 897,曲線擬合相關(guān)系數(shù)R2達到0.894 5。對擬合曲線求解極值點，得出鹽分濃度為2.3 g/L時，y取最大值為6 931.97。因此，在單孕穗期鹽分脅迫處理下，可采取2、3 g/L微咸水進行灌溉，提高產(chǎn)量的同時，節(jié)約淡水資源，見圖8。

圖8 單孕穗期鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量

在單乳熟期鹽分脅迫處理下，水稻產(chǎn)量相較于0(CK)處理組分別減少3.86%、9.23%、9.99%、7.90%、6.85%、3.46%。在此階段處理下水稻產(chǎn)量與0(CK)處理組無明顯差異(p>0.05)，見圖9。

圖9 單乳熟期鹽分脅迫下水稻產(chǎn)量

6 結(jié) 語

(1)在全生育期鹽分脅迫處理下，水稻穗粒數(shù)、千粒重、產(chǎn)量整體隨著鹽分濃度的增加呈現(xiàn)下降趨勢[11]。在S2、S3、S4處理下水稻產(chǎn)量與0(CK)處理組分別相差-0.92%、4.06%、25.76%，大于4 g/L影響明顯，其中5、6、7 g/L鹽分濃度灌溉下，對水稻影響最為嚴(yán)重，其中在S6、S7處理下水稻產(chǎn)量下降45.48%、44.97%，且稻米色澤出現(xiàn)異樣。

(2)在單苗期、分蘗期鹽分脅迫下，水稻性狀指標(biāo)隨有不同程度的下降，但孕穗及抽穗過程未收到鹽離子的毒害，產(chǎn)量相比全生育期鹽分脅迫下略有提高[12]。但在單苗期、分蘗期6、7 g/L處理下，稻米色澤仍然出現(xiàn)淡黃現(xiàn)象。在孕穗期及乳熟期單階段鹽分脅迫處理下，隨著耐鹽性的增強，水稻各處理之間差異性逐漸變小。在乳熟期單階段鹽分脅迫下，水稻產(chǎn)量與CK處理組無明顯差異。

(3)水資源短缺條件下，使用含鹽量不大于4 g/L的微咸水，在孕穗期及乳熟期單階段進行灌溉對產(chǎn)量的影響很小，只有9.2%，可實現(xiàn)替代淡水25%，本試驗結(jié)果可為水稻微咸水灌溉提供參考[13]。