微咸水灌溉對黃河三角洲地區(qū)水稻產(chǎn)量和品質(zhì)的影響

王智華 ，侯紅燕 ，徐德芳 ，婁金華 ，李亞玲 ，魏立興*

（1 東營市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 東營 257091；2 東營市一邦農(nóng)業(yè)科技開發(fā)有限公司，山東 東營 257091）

中國是鹽堿地大國，鹽堿荒地和影響耕種的鹽堿地總面積超過1 億hm2，其中具有農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿Φ恼几乜偯娣e10%以上，因此高效開發(fā)利用鹽堿地對深化土地資源利用，緩解土地壓力，提高土地增量具有十分重要的意義。根據(jù)世界糧農(nóng)組織（FAO）統(tǒng)計(jì)，全球范圍內(nèi)土地鹽堿化面積已超過120 億畝[1]，我國鹽堿土地面積為14.9 億畝，主要分布在東北、西北、華北地區(qū)及沿海地區(qū)[2]，其中黃河流域鹽堿地面積0.07 億hm2，是我國鹽堿地分布集中區(qū)之一，而黃河三角洲80%的土地是鹽堿地，東營市地處黃河三角洲核心地區(qū)，其鹽堿地面積22.8 萬hm2（不含灘涂12 萬hm2），占我國北方濱海鹽堿地面積的22.8%，占山東省鹽堿地面積的38.2%，具有豐富的后備土地資源?？果}堿作物發(fā)展研究，對提高鹽堿土地資源的有效利用率，增加鹽堿土地作物的產(chǎn)量，保障國家的糧食安全具有十分重要的意義。

水稻作為鹽堿地改良首選糧食作物，具有其他作物無法比擬的優(yōu)越性，尤其是耐鹽水稻，更是鹽堿地利用和生態(tài)保護(hù)的先鋒。水稻在積水條件下生長較好，并且在鹽堿性土壤中水稻地上地下部分可以消耗總堿度[3]，在鹽堿地上選取水稻作為栽培作物，是治理和利用鹽堿土地中比較實(shí)用的改良途徑[4-5]。另一方面，淡水資源短缺是鹽堿地作物高效發(fā)展的制約因素，同時隨著黃河流域高質(zhì)量發(fā)展重大戰(zhàn)略實(shí)施，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)節(jié)水增效勢在必行。

作為黃河三角洲中心城市東營市地表淡水資源量較少，除了廣饒縣境內(nèi)部分地下水為淡水資源外，其他地區(qū)地下水主要是咸水或微咸水，黃河占區(qū)域用淡水資源的90%以上，淡水資源短缺成為農(nóng)業(yè)高效發(fā)展制約因素之一[6]，微咸水為含鹽量2～5 g/L 的水資源，合理利用區(qū)域內(nèi)豐富的微咸水資源，是目前黃河三角洲地區(qū)解決淡水資源緊缺的重要途徑之一，山東省每年產(chǎn)生的微咸水、咸水資源為64.34 億m3，大部分位于黃河三角洲地區(qū)，其中礦化度2～5 g/L 的微咸水為23 億m3/a[7-8]。國外研究利用微咸水灌溉較早，主要涉及微咸水灌溉模式、微咸水灌溉對土壤性質(zhì)及農(nóng)作物生長影響等方面[9-11]，我國山西、河北、新疆等區(qū)域開展微咸水灌溉小麥、棉花相關(guān)研究，并取得較好研究成果[12-14]，黃河三角地區(qū)微咸水利用方面也初步開始相關(guān)研究[7]，但是在利用微咸水灌溉對水稻影響研究鮮見。為此，本文探究濱海鹽堿地區(qū)微咸水灌溉對水稻生長、產(chǎn)量、品質(zhì)的影響，為黃河三角洲地區(qū)濱海鹽堿農(nóng)業(yè)微咸水高效利用、節(jié)水灌溉、高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試品種

圣稻22 在當(dāng)?shù)胤N子公司購買。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

2020 年試驗(yàn)于山東省東營市墾利區(qū)李王村進(jìn)行。該區(qū)屬于山東省北部黃河三角洲地區(qū)，溫帶大陸性季風(fēng)氣候帶，多年平均氣溫13 ℃左右，年平均降水量550～600 mm，多集中在夏季，占全年降水量的65%。土壤類型以濱海鹽化潮土為主，根據(jù)卡慶斯基制中物理性黏粒（粒徑＜0.25 mm），土壤質(zhì)地為砂質(zhì)壤土，試驗(yàn)地0～20 cm 土層土壤基本理化性質(zhì)為：pH7.4、堿解氮84.2 mg/kg、速效磷19.5 mg/kg、速效鉀24.5 mg/kg。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采取隨機(jī)區(qū)組排列，3 次重復(fù)，常規(guī)稻（4～5 株/穴，行距28.3 cm，穴距14.3 cm），栽培方式為人工插秧。

試驗(yàn)基地緊靠引黃灌溉支渠，水稻灌溉條件便利，設(shè)有咸水井和配水池各一處，其中咸水含鹽量在35‰～40‰，試驗(yàn)設(shè)置2 個處理分別為微咸水（含鹽量為5‰左右，咸水和淡水配比）和淡水（引黃渠水）。

1.4 栽培管理

4 月19 日進(jìn)行水稻浸種，4 月24 日采用旱育秧技術(shù)育苗，整平秧床后按常規(guī)播種，分蘗前施用尿素90.0 kg/hm2；分蘗肥施用史丹利復(fù)合肥187.5 kg/hm2，尿素150.0 kg/hm2；穗肥施用史丹利復(fù)合肥150.0 kg/hm2，尿素150.0 kg/hm2；抽穗揚(yáng)花后期施用史丹利復(fù)合肥112.5 kg/hm2，尿素112.5 kg/hm2；灌漿期施用史丹利復(fù)合肥150.0 kg/hm2，尿素150.0 kg/hm2；史丹利復(fù)合肥型號（N-P2O5-K2O=15-15-15）；水稻返青期后，分別利用微咸水（含鹽量為5‰左右）和淡水灌溉試驗(yàn)，一直到水稻成熟；其他田間管理正常。

1.5 技術(shù)指標(biāo)測定

1.5.1 土壤理化性質(zhì)和灌溉水含鹽量測定 土壤灌水翻耕前，采用交叉隨機(jī)采集5 點(diǎn)0～20 cm 耕層土壤，室內(nèi)避光自然風(fēng)干過2 mm 篩后進(jìn)行土壤理化性質(zhì)測定。速效氮通過凱氏定氮法測定，速效磷采用0.5 mol/L 碳酸氫鈉浸提，鉬銻抗比色法測定，速效鉀采用乙酸銨提取、火焰光度計(jì)測定，土壤有機(jī)質(zhì)含量采用外加熱重鉻酸鉀氧化-容量法測定，土壤pH 采用去離子水提取電位測定法，具體操作過程參照魯如坤[15]的方法。

利用鹽度計(jì)（型號Orion Star A，賽默飛世爾科技公司）測定調(diào)水池和田間灌微咸水含鹽量。

1.5.2 主要農(nóng)藝性狀測定 （1）基本苗：移栽返青后定點(diǎn)連續(xù)調(diào)查10 穴，包括主苗與分蘗苗，取平均值折算成每公頃基本苗。

（2）最高苗：分蘗盛期在調(diào)查基本苗的定點(diǎn)處每隔3 d 調(diào)查一次苗數(shù)，直至苗數(shù)不再增加為止，取平均值折算成公頃最高苗。

（3）分蘗率：（最高苗-基本苗）/基本苗×100，以%表示。

（4）有效穗：成熟期在調(diào)查基本苗的定點(diǎn)處調(diào)查有效穗，抽穗結(jié)實(shí)少于5 粒的穗不算有效穗，但白穗應(yīng)算有效穗。

（5）株高：在成熟期選有代表性的植株10 穴，測量每穴的最高穗，從莖基部至穗頂（不連芒），取其平均值，以厘米表示。

1.5.3 產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素測定 水稻成熟后，每個處理隨機(jī)選取3 個代表性的1 m2樣方，每個樣方中選取與所有穴植株平均穗數(shù)相近的一株植株為考種樣品，然后根據(jù)Yoshida（1981）的方法對樣品進(jìn)行考種，測定每穗總粒數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、有效穗數(shù)，結(jié)實(shí)率，千粒重等產(chǎn)量構(gòu)成指標(biāo)[16]，收獲每個試驗(yàn)樣區(qū)的水稻進(jìn)行實(shí)收測產(chǎn)。

1.5.4 稻米食味品質(zhì)測定 利用米粒食味計(jì)（型號RLTA10B-L，佐竹公司）測定食味值、直鏈淀粉、蛋白質(zhì)含量和水分。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和圖表繪制，采用SPSS 軟件進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同灌溉處理對水稻農(nóng)藝性狀的影響

研究表明鹽分脅迫影響水稻的生長[17]，試驗(yàn)結(jié)果（表1）顯示微咸水灌溉處理組的水稻農(nóng)藝性狀顯著低于淡水組，尤其是最高苗、分蘗率、有效穗分別下降了21.82%、34.60%和22.65%。研究表明，微咸水處理增加了水稻鹽害程度，從而降低了水稻分蘗能力，兩組處理的基本苗和株高差異不顯著。

表1 不同灌溉處理下水稻農(nóng)藝性狀

2.2 不同灌溉處理對水稻生物量的影響

地上部分生物量包括穗重和莖稈總重，如圖1 所示，微咸水處理對水稻的生物量有顯著影響，與淡水處理相比，水稻的穗重和莖稈重均顯著降低，分別降低34.58%和40.13%，表明微咸水灌溉降低了水稻分蘗率、有效穗，從而影響了干物質(zhì)積累，最終降低了水稻上部分生物量。

圖1 不同灌溉處理對水稻生物量影響

2.3 不同灌溉處理對水稻產(chǎn)量因素的影響

2.3.1 不同灌溉處理對水稻產(chǎn)量的影響 鹽堿脅迫不僅會抑制水稻的生長，同時也會影響到水稻的最終產(chǎn)量[18]。微咸水灌溉會導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低，由圖2 可知，微咸水處理產(chǎn)量明顯低于淡水處理，其產(chǎn)量減產(chǎn)18.05%。2.3.2 不同灌溉處理對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素的影響

圖2 不同灌溉處理對水稻產(chǎn)量影響

水稻生育期受到鹽堿脅迫，直接影響水稻幼穗的分化以及小穗的形成，同時，水稻幼苗的一次枝梗數(shù)和穗重也顯著降低，從而導(dǎo)致水稻產(chǎn)量降低[19]。試驗(yàn)結(jié)果（表2）表明，微咸水灌溉處理水稻的穗數(shù)、穗粒數(shù)、穗重、實(shí)粒數(shù)均呈現(xiàn)顯著下降趨勢，分別下降了21.43%、9.18%、14.23 和11.11%，兩個處理組的結(jié)實(shí)率和千粒重差異不顯著。微咸水灌溉處理對水稻二次枝梗影響更顯著（圖3），與淡水組相比降低了11.84%，這可能是導(dǎo)致水稻穗粒數(shù)降低主要影響因素。

圖3 不同灌溉處理對水稻枝梗數(shù)影響

表2 不同灌溉處理對水稻產(chǎn)量構(gòu)成因素影響

2.4 不同灌溉處理對水稻品質(zhì)的影響

鹽脅迫可能通過影響稻米蛋白質(zhì)和直鏈淀粉的含量增加引起稻米食味品質(zhì)改變[20-21]，但是試驗(yàn)結(jié)果（表3），微咸水灌溉處理水稻的蛋白質(zhì)、直鏈淀粉均呈現(xiàn)降低趨勢，分別降低了14.44%、3.56%，而微咸水處理稻米食味值顯著增加，增加了10.47%，這說明微咸水灌溉處理對直鏈淀粉和蛋白質(zhì)影響程度與稻米食味值呈顯著負(fù)相關(guān)。另外微咸水灌溉處理組的稻谷堊白粒率提高20.99%，表明鹽脅迫對堊白粒率影響顯著。

表3 不同灌溉處理對稻米品質(zhì)的影響

3 結(jié)論與討論

3.1 微咸水灌溉對水稻生長的影響

與傳統(tǒng)的淡水灌溉相比，微咸水灌溉一方面提供了作物生長所需要的水分，節(jié)約了淡水資源，但同時也會增加土壤的鹽分含量。研究表明，灌溉水中的鹽分會對作物產(chǎn)生毒害作用，從而影響作物生長，最終對干物質(zhì)積累和產(chǎn)量產(chǎn)生影響。劉春成等[22]研究表明,微咸水灌溉顯著降低了上海青地上部分生物量，而馮棣等[23]研究同樣發(fā)現(xiàn)甜脆豌豆的地上部生物量（鮮重和干重）隨著微咸水灌溉水礦化度的增加而顯著降低。研究結(jié)果表明微咸水灌溉顯著降低了水稻地上部分的生物量，這表明持續(xù)微咸水灌溉影響了水稻的生長過程中分蘗和有效穗的形成，從而降低了干物質(zhì)積累。

3.2 微咸水灌溉對水稻產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

微咸水灌溉帶來的鹽脅迫同樣會對水稻產(chǎn)量造成影響。有的研究發(fā)現(xiàn)鹽脅迫引起水稻穗數(shù)和穗粒數(shù)的顯著下降是導(dǎo)致產(chǎn)量降低的主要原因[24-25]；也有研究結(jié)果顯示，鹽堿脅迫下水稻產(chǎn)量的下降與穗粒數(shù)、穗數(shù)、穗重、枝梗數(shù)均相關(guān)，其中穗重的下降是主要原因[26]；還有研究結(jié)果認(rèn)為，鹽堿環(huán)境對水稻有效穗數(shù)影響不明顯，而千粒重下降引起水稻的產(chǎn)量降低[27-28]。試驗(yàn)結(jié)果表明，微咸水灌溉帶來的鹽害影響了水稻的有效分蘗和幼穗分化，一方面鹽脅迫使水稻分蘗率降低，從而導(dǎo)致水稻有效穗數(shù)的降低；另一方面，鹽脅迫影響了幼穗的發(fā)育和小穗的形成，降低了水稻的二次枝梗數(shù)，進(jìn)而導(dǎo)致每穗粒數(shù)減少和穗重減輕，最終降低了水稻產(chǎn)量。而微咸水灌溉對水稻結(jié)實(shí)率千粒重的影響并不顯著，這與前人研究結(jié)果一致[29]。

3.3 微咸水灌溉對水稻品質(zhì)影響

鹽脅迫會改變稻米的品質(zhì)外觀，試驗(yàn)表明，微咸水灌溉鹽脅迫會增加稻米的堊白粒率，這與崔士友[30]、羅成科[31]等人研究結(jié)果一致。稻米中直鏈淀粉和蛋白質(zhì)含量是影響食味值的關(guān)鍵因素，但食味值降低主因不同研究有所不同。一部分研究結(jié)果表明鹽脅迫提高蛋白質(zhì)含量，進(jìn)而降低稻米食味值[20,25-26,31]。而另一部分研究結(jié)果表明直鏈淀粉是決定稻米食味品質(zhì)優(yōu)劣的重要因素，鹽脅迫降低直鏈淀粉含量，導(dǎo)致稻米食味值下降[32]，另外研究表明，低鹽處理下稻米的直鏈淀粉含量降低，食味值升高，高鹽濃度下，稻米直鏈淀粉含量提高，食味值降低[33]。試驗(yàn)結(jié)果顯示，微咸水灌溉降低稻米的蛋白質(zhì)和直鏈淀粉含量，食味值顯著高于對照組，這一結(jié)果的原因可能是微咸水灌溉對水稻形成鹽害不高，降低了直鏈淀粉含量，進(jìn)而提升稻米食味值。

綜上所述，在黃河三角洲濱海鹽堿地區(qū)利用5‰左右的微咸水灌溉水稻，產(chǎn)量達(dá)到7 133.4 kg/hm2,為淡水灌溉處理組82%左右，主要原因是鹽脅迫導(dǎo)致水稻前期分蘗率降低和影響了小穗分化等，引起水稻有效穗數(shù)、每穗粒數(shù)和穗重等下降，最后導(dǎo)致產(chǎn)量下降；而在稻米品質(zhì)方面，微咸水灌溉帶來的鹽脅迫對堊白粒率具有一定影響，但同樣降低稻米的蛋白質(zhì)和直鏈淀粉的含量，最終提升了稻米品質(zhì)。本文分析了利用微咸水灌溉對濱海鹽堿稻區(qū)水稻生長發(fā)育、產(chǎn)量和品質(zhì)影響，認(rèn)為，利用區(qū)域內(nèi)豐富的微咸水資源作為農(nóng)業(yè)灌溉潛在水源，是解決淡水資源緊缺的一種可行性途徑之一，為黃河三角洲地區(qū)濱海鹽堿農(nóng)業(yè)微咸水高效利用、節(jié)水灌溉、高質(zhì)量發(fā)展提供理論依據(jù)。