土壤鹽分對膜下滴灌水稻生長及產量的影響

白如霄，陳勇，張新疆，王娟，

張書捷1，2 ，楊玉珍1，2，危常州1，2

(1.石河子大學農學院，新疆石河子 832003；2. 新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

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土壤鹽分對膜下滴灌水稻生長及產量的影響

白如霄1，2，陳勇1，張新疆1，2，王娟1，2，

張書捷1，2，楊玉珍1，2，危常州1，2

(1.石河子大學農學院，新疆石河子 832003；2. 新疆生產建設兵團綠洲生態農業重點實驗室，新疆石河子 832003)

摘要：【目的】研究滴灌條件下不同鹽分離子的遷移特征以及對水稻生長發育的影響。【方法】供試水稻品種為T-43(Oryza sativa L. cv.T-43)，在兩個鹽分含量(1.50和2.58 g/kg)下研究石河子地區膜下滴灌土壤鹽分、鹽分離子類型對水稻生長和產量的影響。【結果】隨土壤鹽分含量升高，水稻根系活力、SPAD值和產量均降低；以滴頭為中心，靠近滴灌帶植株(內行)生長受鹽分影響明顯小于離滴灌帶較遠的植株(外行)，表現為外行SPAD值高峰推遲7 d，生育期延長6 d。不同鹽分離子在滴灌條件下隨水運移距離不同，形成明顯的空間異質性，使得Na+和Cl-在土壤中隨水的運移較遠；鹽分影響水稻有效穗數、成穗率和結實率，而對穗粒數和千粒重的影響不大。【結論】較高濃度的鹽分是導致水稻分蘗期發育延遲、抽穗不齊和生育期時間長的主要原因；K+、Na+和Cl-隨水遷移距離較Ca(2+)，Mg(2+)遠，但Na+和Cl-對外行水稻的生長和產量影響較大。

關鍵詞：水稻；膜下滴灌；土壤鹽分

0 引 言

【研究意義】水稻膜下滴灌栽培是一種正在發展的高效節水栽培模式，但是一些逆境因子如鹽害導致水稻生長受限，產量明顯下降。鹽分在膜下滴灌條件下，隨水分縱向和橫向運移，縱向運移由于地面覆膜，理論上不存在地面水分蒸發，不會出現鹽分向上運動[1]。但是鹽分橫向運移后，由于不同鹽分離子運動規律不同，運動快的離子在濕潤鋒邊緣聚集，因此對膜下滴灌水稻生長的影響較為突出，同時鹽分離子運動受滴頭位置、流量、土壤質地的影響很大。【前人研究進展】膜下滴灌水稻的栽培方式是通過少量、高頻率的滴灌策略使土壤含水量保持在田間持水量的90%左右，既不同于常規水稻的栽培模式，且與旱稻種植相比也有很大的差異。該模式具有高產潛力和明顯的節水、節肥效果，并可大幅度提高勞動效率，推廣應用前景較為廣闊[2]。但是在滴灌接近于旱作的條件下，水稻對鹽分的耐性顯著降低，鹽分對水稻生長發育影響明顯。水稻的幼苗期和生殖生長期是對鹽敏感的2個時期，而在萌發期和分蘗拔節期耐鹽性較高[3-4]。王全九等[5]和呂殿青等[6]分別對滴灌條件下土壤水鹽運移特征和影響因素進行了研究，根據滴灌后土壤含鹽等值線提出了脫鹽區和積鹽區的概念[5]。滴灌的水分入滲形式類似于點源入滲，鹽分主要分布在濕潤體的邊緣，從而在濕潤體周圍會形成一個鹽分濃度較低的淡化區，這一淡化區可以為作物提供較好的生長環境；相比之下，積鹽區對作物生長發育有更強影響。楊九剛等[7]研究發現在相同灌水制度下，1膜1管4行在膜下會形成一個相對較大的橢球淡化區，這剛好處于內行棉花和外行棉花內，所以對棉花的生長有很大影響，產量和品質均低于非鹽堿地。 【本研究切入點】有關研究的內容較少，哪幾種離子在濕潤鋒邊緣聚集，以及對膜下滴灌水稻生長的影響嚴重程度尚不明確。研究土壤鹽分對膜下滴灌水稻生長及產量的影響。【擬解決的關鍵問題】在兩個鹽分含量水平的土壤中研究干旱區膜下滴灌土壤鹽分離子運移特點和對水稻毒害作用，為滴灌稻田土壤水鹽調控及滴灌水稻灌溉制度提供科學依據。

1材料與方法

1.1材 料

試驗于2014年在新疆石河子市天業農業研究所進行，N44°38′ ，E86° 09 ′ ，海拔443 m。該區氣候為典型中溫帶干旱大陸性氣候，年均氣溫7.2℃，平均降雨量180 mm左右，多集中于夏季；年蒸發量1 500 mm。試驗地土壤為灰漠土，壤質，肥力中上，前茬水稻，有機質32.1 g/kg，堿解氮91 mg/kg，速效磷33.6 mg/kg，速效鉀為330.2 mg/kg，pH 8.2，土壤鹽化類型為氯化物-硫酸鹽。

1.2方 法

1.2.1試驗設計

在一塊平整、鹽分分布不均勻的水稻膜下滴灌地塊設置試驗。試驗為2因素裂區試驗，鹽分為主區，水稻植株與滴灌帶的相對位置為副區。設置2個鹽分梯度，即低鹽區LS (Low Slat，總鹽1.50 g/kg)和中鹽區MS (Medium Salt，總鹽2.58 g/kg)，根據水稻與滴灌帶的位置，距離滴灌帶12 cm為內行(NL)、距離滴灌帶22 cm水稻記為外行(FL)，主區重復三次，小區面積12 m2(2.4 m×5 m)。在播種前取樣測定土壤理化性質和鹽分含量。栽培模式采用1膜3管12行，播種和管理統一進行。表1，圖1

表1 基礎土壤鹽分離子成分
Table 1Salt ion composition of foundation soil

處理Treatment離子成分(Ioncomponents)(mg/kg)K+Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-HCO-3CO2-3鹽(g/kg)SaltL140120320250320250100-1.50M200280370470610450200-2.58

圖1 膜下滴灌水稻栽培模式
Fig.1Cultivation pattern of rice with drip irrigation under film mulch (cm)

1.2.2田間管理

全生育期滴水50次(出苗期2次、苗期1次、三葉期3次、分蘗期9次、拔節期7次、孕穗期8次、灌漿期10次、成熟期10次)，灌水量11 250 m3/hm2。施肥共計9次，純氮435 kg/hm2， P2O5240 kg/hm2， K2O 180 kg/hm2，有機硅肥75 kg/hm2，黃腐酸肥料3.8 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2，鋅肥7.5 kg/hm2。

1.2.3 測定項目

1.2.3.1干物質

分別在出苗后10、34、65、80、100、135 d隨機選取具有代表性的連續5穴稻株，帶回實驗室后分器官用牛皮紙袋分裝、并于105℃殺青30 min，在80℃烘干至恒重后稱取干物質重。取樣在澆水后的第3 d在膜上進行。

1.2.3.2總鹽及八大離子

土壤水溶性總鹽含量用殘渣烘干—質量法(水土比為5∶1)；碳酸氫根采用雙指示劑-中和滴定法；氯離子采用硝酸銀滴定法；硫酸根采用EDTA間接絡合滴定法；鈣和鎂用Hitachi Z-2000(Japan)原子吸收風光光度法；鈉鉀離子用火焰光度計法測定。具體分析方法參見文獻[1]。

1.2.3.3SPAD值

用SPAD-502(日本柯尼卡美能達公司)葉綠素儀，每小區選取連續20 株，每次測定選取頂葉的中部及上下各 3 cm 處進行測定。

1.2.3.4根系活力

α-萘胺法。

1.2.3.5產量及產量構成

于收獲前3 d隨機取樣測產，取樣面積為1.0 m2，收獲后測定產量。同時每小區隨機選取連續10穴，測定穗數、有效穗數、穗粒數、飽粒數及千粒重。

1.2.3.6生育進程

水稻生育期記載:發芽期、苗期、分蘗期、拔節期、孕穗期、抽穗揚花期、成熟期研究。進行生育時期觀測。發芽期(實際播種日期至出苗)、苗期(幼苗出土高達2～3 cm)、分蘗期(第一個完全葉至莖基部第一節出現)、拔節期(莖基部第一節伸出地面1～2 cm)、孕穗期(旗葉完全展開直至抽穗前)、抽穗揚花期(有穗開始露頭至花粉掉落)、成熟期(花粉掉落完全至收獲期)[8]。

1.3 數據統計

采用 Excel 與 SPSS 統計軟件進行數據分析。

2結果與分析

2.1鹽分運移離子變化

于苗期、分蘗期和收獲期采集土壤樣品，測定以滴頭為中心，水稻近行和遠行鹽分離子的含量。表2

表2不同生育期八大離子和總鹽的變化
Table 2 Changes of eight ions and total salt in different growth period (g/kg)

生育期Growthstage鹽分Salt距離DistanceK+Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-HCO3-CO32-總鹽SaltLSNL0.10b0.08b0.33a0.35a0.30a0.20b0.14a1.51bFL0.16a0.12a0.28ab0.37a0.34a0.28a0.10a1.65a苗期平均值0.14B0.13B0.29B0.26B0.42B0.30B0.12A1.58BSeedlingMSNL0.16b0.15b0.37a0.45a0.58a0.30b0.21a2.22bFL0.23a0.27a0.34ab0.47a0.61a0.44a0.112.48a平均值0.20A0.21A0.36A0.46A0.50A0.37A0.16A2.35A方差分析(F值)鹽分(S)26.80**22.66**13.84*36.48**291.09*,**19.53**1.77926.82*,**距離(D)26.80**31.81**4.590.25 5.1142.55**6.18*80.44*,**S×D9.06*0.980.010.010.003.591.211.29分蘗期LSNL0.05b0.05a0.28a0.26ab0.44a0.14b0.25a1.47bTilleringFL0.10a0.09a0.25ab0.29a0.46a0.21a0.20a1.60b平均值0.08B0.07A0.27A0.27B0.45B0.27B0.20B 1.51BMSNL0.13b0.10b0.26a0.30ab0.50ab0.33b0.47a2.13aFL0.20a0.18a0.22ab0.32a0.57a0.51a0.272.26a平均值0.17A0.12A0.24A0.31A0.54A0.42A0.27A2.20A方差分析(F值)鹽分(S)65.22*,**18.84**3.336.13*10.82*130.67*,**18.20**253.20*,**距離(D)21.49**43.31**4.072.612.9380.67*,**13.58*4.71S×D0.0012.23*0.080.101.110.171.650.04成熟期LSNL0.03b0.06a0.26a0.26ab0.38a0.21b0.25a1.45bMaturityFL0.06a0.09a0.20a0.28a0.40a0.26a0.211.49b平均值0.05B0.08B0.23A0.27B0.39B0.24B0.23A1.47BMSNL0.09b0.12b0.24a0.31ab0.56a0.32b0.29a1.95bFL0.17a0.19a0.21a0.35a0.60a0.41a0.222.15a平均值0.13A0.16A0.23A0.33A0.58A0.37A0.26A2.05A方差分析(F值)鹽分(S)102.68*,**85.75*,**0.037.38*135.41*,**840.50*,**2.17100.55*,**距離(D)34.18**30.04**2.281.662.30180.50***7.72*4.35 S×D 12.30*4.320.150.080.508.00*0.43 1.78

注:不同字母表示處理間差異達到 0.05 顯著水平。*顯著P<0.05；**極顯著P<0.01。下同

Note: Different letters represented significant difference at 0.05 level. *significant difference atP<0.05；**significant difference atP<0.01 .The same as below

2.1.1總鹽

研究表明，總鹽含量隨著灌溉次數增加趨于減小，且減小的程度與總鹽含量成正比，即總鹽越高，減小的越多，反之則少。

2.1.2陰離子

硫酸根是陰離子中含量最高的離子。兩種含鹽量下SO42-含量在三個時期差異顯著，但是FL與NL之間差異不顯著，顯示SO42-在滴灌條件下運動性較弱。兩種含鹽量下，FL與NL的Cl-和HCO3-含量差異較大且達到差異顯著水平。對于Cl-而言， FL大于NL，導致這種現象的主要原因是氯離子為負一價，容易隨水分的移動而運移；然而對于HCO3-，NL大于FL，主要是因為灌溉水中含有較高的HCO3-，并且由于近行含水量較高，促使碳酸鹽成了較多的重碳酸鹽。

2.1.3陽離子

整個生育期LS與MS 的Ca2+、Mg2+含量變化小，并且維持在較高水平，但有一個明顯趨勢為內行(NL)Ca2+含量大于外行(FL)，主要是由于膜下滴灌水稻處于高頻局域灌溉，含水量較高時促進難溶的碳酸鈣生成可溶的重碳酸鈣。NL處Mg2+含量小于FL處，但FL與NL之間差異性不顯著，說明Mg2+移動性較弱。在苗期和分蘗期，對于K+、Na+，FL與NL和LS是與MS之間均有差異性，且達到顯著性水平；而成熟期，只有LS與MS間K+、Na+有明顯差異性，主要是由于苗期和分蘗期灌水頻率較高，并且K+和Na+都容易隨水分運移，從而使得K+、Na+在外行聚集，而成熟期灌水次數和灌水量相對較少，這種集聚現象表現較弱。

2.2土壤鹽分對水稻葉片SPAD值的影響

葉綠素是植物進行光合作用的物質基礎， 葉綠素含量與葉片光合作用密切相關。SPAD值在6月5日，LS-NL>LS-FL>MS-NL>MS-FL；但在6月26日，LS-NL和MS-NL達到高峰值，且LS-NL>MS-NL>LS-FL>MS-FL，LS-FL和MS-FL在7月3日達到高峰值，NL的SPAD高峰高于FL，并且比外行提前一周左右。圖2

圖2 不同處理下膜下滴灌水稻SPAD值
Fig.2 SPAD value of rice under drip irrigation with film mulch in different treatments
表3不同土壤鹽分下水稻生育進程變化
Table 3 Growth progress of rice under different treatments

生育期Growthstage LS-NLLS-FLMS-NLMS-FL發芽GerminateDAS10101010苗期SeedlingDAS30303031分蘗期TilleringDAS58596063拔節期JointingDAS69707274孕穗期BootingDAS85868991灌漿期FillingDAS117118121123成熟期MaturityDAS148149152154

注：DAS表示播種后天數

Note: DAS mean days after sowing

2.3土壤鹽分對水稻根系活力的影響

根系活力泛指根系的吸收能力、合成能力和還原能力等，是一種反映根系生命活動的生理指標。在低鹽下(LS) ，NL苗期和分蘗期根系活力分別高于FL 39%、38%；在中鹽下(MS)，NL分別高于FL 26%、34%。圖3

2.4土壤鹽分對水稻生育進程的影響

研究表明，土壤鹽分明顯延遲了水稻的生育期，MS-FL處理和LS-NL處理相差6 d；中鹽與低鹽相比，主要影響水稻苗期、分蘗期和孕穗期，分別推遲2、3和1 d，而發芽時間均為10 d。表3

圖3膜下滴灌條件下不同生育期根系活力
Fig.3 Root vigor of rice under drip irrigation with film mulch in different growth periods

2.5土壤鹽分對水稻干物質積累量的影響

干物質積累是水稻產量形成的基礎, 研究表明，隨生育期推進，干物質積累量逐漸增加，整個生育期干物質積累量LS-NL>MS-NL>LS-FL>MS-FL。圖4

圖4 膜下滴灌水稻不同生育期干物質積累量
Fig.4 Dry matter accumulation of rice under drip irrigation with film mulch in different growth periods
表4膜下滴灌土壤鹽分運移水稻產量及產量構成因子
Table 4 Effects of soil salt transport on yield and yield components under drip irrigation with film mulch

鹽分Salt距離Distance有效穗數Panicles(104/hm2)成穗率Paniclerate(%)穗粒數GrainsPerspik千粒重1000-grainweight(g)結實率Seedsettingrate(%)產量Yield(kg/hm2)LSNL498.3a84a107a24.4a85.8a11204aFL428.7b85a108a24.5a86.0a9804b平均值Mean463.5A84B107A24.4A85.9B10504AMSNL399.3a89b110a24.9a88.5a9726aFL343.2b92a100a25.1a90.1a7751b平均值Mean371.3B90A105A25.0A89.3A8739B方差分析(F值)ANOVA(Fvalue)鹽分(S)266.73*,**125.42*,**0.363.6913.57*11.65*距離(D)124.18*,**18.97**0.940.151.0410.47*S×D 1.263.481.730.080.580.30

2.6產量及產量構成

研究表明，NL(里行)的有效穗數顯著大于FL(外行)， 且處理間差異達到顯著水平，但是成穗率MS(中鹽)大于LS(低鹽)， 表明在苗期，部分分蘗和幼苗由于滲透脅迫而死亡，存活的均為耐鹽性強的幼苗，(但有效穗數顯著低于低鹽處理)，并且無效分蘗數減小，成穗率較高。各處理穗粒數和千粒重無顯著差異，MS結實率顯著高于LS，但是產量表現為LS>MS、NL>FL，LS處理NL高于FL 16.8%，MS處理NL高于FL 25.5%，且NL、FL之間差異達到顯著水平。說明對膜下滴灌水稻而言，鹽分含量顯著影響產量形成，隨著鹽分含量增加，外行的產量損失高于內行。土壤鹽分影響膜下滴灌水稻產量最重要的原因是鹽分對有效穗數、成穗率和結實率的影響。表4

2.7鹽分離子含量與水稻產量之間的相關性

研究表明，三個生育期(苗期、分蘗期、成熟期)的K+、Na+、Cl-離子及總鹽濃度與產量呈極顯著負相關，由于鉀離子是植物必須營養元素，因此這種負相關只具有數學上的關系，而不具有生物學意義。Mg2+與產量呈顯著負相關；SO42-在苗期和成熟期與產量呈顯著負相關，Ca2+在分蘗期與產量呈顯著正相關。由離子濃度和產量間的相關性說明對農作物毒害性較強的主要是Na+和Cl-，在整個生育期都會對作物有脅迫效應。表5

表5離子含量與水稻產量相關性
Table 5Correlation between ions transport and rice

生育期GrowthStageK+Na+Ca2+Mg2+Cl-HCO3-SO42-總鹽Salt苗期Seedling-0.72**-0.87**-0.29-0.65*-0.88**0.30-0.65*-0.76**分蘗期Tillering-0.80**-0.78**0.63*-0.64-0.86**-0.11-0.55-0.70*成熟期Maturity-0.84**-0.83**0.21-0.67*-0.84**0.37-0.74-0.75**

3討 論

由于滴灌的灌溉方式是局部灌溉，距離滴頭越遠，含水量就越低，相反含鹽量越高，因此會依次出現脫鹽區、積鹽區和高鹽區[4，6]。試驗地鹽分主要以硫酸鹽和氯化物的形式存在，但是對植物造成鹽害的離子為Na+、Cl-。里外行總鹽動態變化主要是由于Na+和Cl-的運移來影響形成的差異，這與紀永福等[9]研究結果一致。

SPAD 值高低表征水稻葉片葉綠素含量的多少，而葉綠素是作為水稻光合發生的必要條件[10]，葉綠素含量的高低在一定程度上決定著光合速率的大小，并與籽粒產量密切相關[11]。朱新廣等[12]研究表明，鹽分明顯影響植物的光合作用，隨鹽濃度的升高，葉綠素含量降低。并且鹽分類型不同，對作物的影響程度也有差異[13]。在鹽堿脅迫下，外行水稻葉片葉綠素含量高峰明顯推遲，并且里行高峰值較高于外行，根系活力明顯下降，干物質累積量降低[6]，抽穗期延長，外行比里行推遲1～2 d，高鹽區比低鹽區推遲6 d[14]。

水稻在分蘗期和孕穗期分別延遲3和1 d，而在其他生育期均表現正常，是因為種子芽期是耐鹽堿的，而幼苗期變得十分敏感，分蘗后的營養生長期耐鹽堿性又增強，到開花期又變得敏感，在成熟期耐鹽堿性又增強[15，16]。

研究中鹽分對水稻產量的影響主要是影響有效穗數，實際上是鹽脅迫導致分蘗減少，以及部分分蘗早期凋萎的結果[17]。

在鹽脅迫下水稻產量主要受Na+和Cl-的含量影響，而不是其他離子[9]。研究發現Mg2+、SO42-含量均與產量呈顯著負相關，而Na+及Cl-與產量極顯著負相關，因此是主要的危害離子；并且這些離子在土壤中的遷移能力高于其他離子，因此對外行水稻的影響高于對內行的影響。

4結 論

4.1鹽分在膜下滴灌條件下遷移距離不同，K+、Na+和Cl-遷移距離較遠，因此對外行水稻的生長影響較大。

4.2鹽分含量越高，葉綠素含量明顯下降，并且出現的高峰期也會推遲；根系活力也會隨之下降，分蘗期根系活力大于苗期，說明水稻分蘗期的耐鹽性大于苗期。

4.3在總鹽含量低于水稻耐鹽閾值時，其鹽分對出苗時間影響不大；高鹽導致分蘗期發育延遲、 抽穗不整齊和生育期時間長的主要原因。

4.4鹽分主要影響水稻有效穗數進而影響水稻產量。

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Effects of Soil Salinity on Rice Growth and Yield under Drip Irrigation and Film Mulch

BAI Ru-xiao1,2，CHEN Yong1，ZHANG Xin-jiang1,2，WANG Juan1,2，ZHANG Shu-jie1,2，YANG Yu-zhen1,2，WEI Chang-zhou1,2

(1.CollegeofAgronomy，ShiheziUniversity，ShiheziXinjiang832003，China; 2．KeyLaboratoryofOasisEcologicalAgricultureofXinjiangProductionandConstructionCorps，ShiheziXinjiang832003，China)

Abstract：【Objective】 Different soil salt ions transfer characteristics and its effects on rice growth under drip irrigation and film mulch were studied by a field trail.【Method】The rice varieties was T-43 (Oryza sativa L.). Soil salinity at two levels (1.50 g/kg, 2.58 g/kg) was investigated on rice growth and yield under drip irrigation and film mulch in Shihezi.【Result】The results showed that root vigor, SPAD values and yield of rice decreased as soil salt content increased. Centralized with trip irrigation emitter, rice growth restrain by salt was significantly stronger in the far place of the drip irrigation tape (FL) than the near place (NL). Compared with NL, the SPAD values peak of FL was postponed 7 days and growth period extended 6 days. Different salt ions had a different transfer distance in the drip irrigation, and it had a different spatial distribution pattern. Na+ and Cl- in soil can transfer more distance with irrigation water. Salinity had significant effect on the effective panicle rate, panicle number and seed setting rate of rice, but no significant effect on grains per spike and seed setting rate.【Conclusion】 Higher concentration of salt is the main reason for the delay in the development of rice tillering stage, heading stage and the time of the heading stage. K+, Na+ and Cl- can transfer more distance with irrigation water than Ca(2+), Mg(2+) etc, but Cl- and Na+ showed the strongest restrainable effect on the growth and yield of drip-irrigated rice.

Key words：rice; drip irrigation with film mulch; soil salt

中圖分類號：S511.4

文獻標識碼：A

文章編號：1001-4330(2016)03-0473-08

作者簡介:白如霄(1987-)，男，碩士研究生，研究方向為植物營養生理，(E-mail)brx_shz @163.com通訊作者:危常州(1966-)，男，教授，博士，博士生導師，研究方向為植物營養，(E-mail)13999730768@126.com

基金項目:國家863計劃項目(2011AA100508)；國家自然科學基金項目(31471947)

收稿日期：2015-08-24

doi:10.6048/j.issn.1001-4330.2016.03.012

Fund project:Supported by the National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (2011AA100508) and the National Science Funds of China (31471947)