白如霄，陈勇，张新疆，王娟，

张书捷1，2 ，杨玉珍1，2，危常州1，2

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832003；2. 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)



土壤盐分对膜下滴灌水稻生长及产量的影响

白如霄1，2，陈勇1，张新疆1，2，王娟1，2，

张书捷1，2，杨玉珍1，2，危常州1，2

(1.石河子大学农学院，新疆石河子 832003；2. 新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室，新疆石河子 832003)

摘要：【目的】研究滴灌条件下不同盐分离子的迁移特征以及对水稻生长发育的影响。【方法】供试水稻品种为T-43(Oryza sativa L. cv.T-43)，在两个盐分含量(1.50和2.58 g/kg)下研究石河子地区膜下滴灌土壤盐分、盐分离子类型对水稻生长和产量的影响。【结果】随土壤盐分含量升高，水稻根系活力、SPAD值和产量均降低；以滴头为中心，靠近滴灌带植株(内行)生长受盐分影响明显小于离滴灌带较远的植株(外行)，表现为外行SPAD值高峰推迟7 d，生育期延长6 d。不同盐分离子在滴灌条件下随水运移距离不同，形成明显的空间异质性，使得Na+和Cl-在土壤中随水的运移较远；盐分影响水稻有效穗数、成穗率和结实率，而对穗粒数和千粒重的影响不大。【结论】较高浓度的盐分是导致水稻分蘖期发育延迟、抽穗不齐和生育期时间长的主要原因；K+、Na+和Cl-随水迁移距离较Ca(2+)，Mg(2+)远，但Na+和Cl-对外行水稻的生长和产量影响较大。

关键词：水稻；膜下滴灌；土壤盐分

0 引 言

【研究意义】水稻膜下滴灌栽培是一种正在发展的高效节水栽培模式，但是一些逆境因子如盐害导致水稻生长受限，产量明显下降。盐分在膜下滴灌条件下，随水分纵向和横向运移，纵向运移由于地面覆膜，理论上不存在地面水分蒸发，不会出现盐分向上运动[1]。但是盐分横向运移后，由于不同盐分离子运动规律不同，运动快的离子在湿润锋边缘聚集，因此对膜下滴灌水稻生长的影响较为突出，同时盐分离子运动受滴头位置、流量、土壤质地的影响很大。【前人研究进展】膜下滴灌水稻的栽培方式是通过少量、高频率的滴灌策略使土壤含水量保持在田间持水量的90%左右，既不同于常规水稻的栽培模式，且与旱稻种植相比也有很大的差异。该模式具有高产潜力和明显的节水、节肥效果，并可大幅度提高劳动效率，推广应用前景较为广阔[2]。但是在滴灌接近于旱作的条件下，水稻对盐分的耐性显著降低，盐分对水稻生长发育影响明显。水稻的幼苗期和生殖生长期是对盐敏感的2个时期，而在萌发期和分蘖拔节期耐盐性较高[3-4]。王全九等[5]和吕殿青等[6]分别对滴灌条件下土壤水盐运移特征和影响因素进行了研究，根据滴灌后土壤含盐等值线提出了脱盐区和积盐区的概念[5]。滴灌的水分入渗形式类似于点源入渗，盐分主要分布在湿润体的边缘，从而在湿润体周围会形成一个盐分浓度较低的淡化区，这一淡化区可以为作物提供较好的生长环境；相比之下，积盐区对作物生长发育有更强影响。杨九刚等[7]研究发现在相同灌水制度下，1膜1管4行在膜下会形成一个相对较大的椭球淡化区，这刚好处于内行棉花和外行棉花内，所以对棉花的生长有很大影响，产量和品质均低于非盐碱地。 【本研究切入点】有关研究的内容较少，哪几种离子在湿润锋边缘聚集，以及对膜下滴灌水稻生长的影响严重程度尚不明确。研究土壤盐分对膜下滴灌水稻生长及产量的影响。【拟解决的关键问题】在两个盐分含量水平的土壤中研究干旱区膜下滴灌土壤盐分离子运移特点和对水稻毒害作用，为滴灌稻田土壤水盐调控及滴灌水稻灌溉制度提供科学依据。

1材料与方法

1.1材 料

试验于2014年在新疆石河子市天业农业研究所进行，N44°38′ ，E86° 09 ′ ，海拔443 m。该区气候为典型中温带干旱大陆性气候，年均气温7.2℃，平均降雨量180 mm左右，多集中于夏季；年蒸发量1 500 mm。试验地土壤为灰漠土，壤质，肥力中上，前茬水稻，有机质32.1 g/kg，碱解氮91 mg/kg，速效磷33.6 mg/kg，速效钾为330.2 mg/kg，pH 8.2，土壤盐化类型为氯化物-硫酸盐。

1.2方 法

1.2.1试验设计

在一块平整、盐分分布不均匀的水稻膜下滴灌地块设置试验。试验为2因素裂区试验，盐分为主区，水稻植株与滴灌带的相对位置为副区。设置2个盐分梯度，即低盐区LS (Low Slat，总盐1.50 g/kg)和中盐区MS (Medium Salt，总盐2.58 g/kg)，根据水稻与滴灌带的位置，距离滴灌带12 cm为内行(NL)、距离滴灌带22 cm水稻记为外行(FL)，主区重复三次，小区面积12 m2(2.4 m×5 m)。在播种前取样测定土壤理化性质和盐分含量。栽培模式采用1膜3管12行，播种和管理统一进行。表1，图1

表1 基础土壤盐分离子成分
Table 1Salt ion composition of foundation soil

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

图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田间管理

全生育期滴水50次(出苗期2次、苗期1次、三叶期3次、分蘖期9次、拔节期7次、孕穗期8次、灌浆期10次、成熟期10次)，灌水量11 250 m3/hm2。施肥共计9次，纯氮435 kg/hm2， P2O5240 kg/hm2， K2O 180 kg/hm2，有机硅肥75 kg/hm2，黄腐酸肥料3.8 kg/hm2，硼肥7.5 kg/hm2，锌肥7.5 kg/hm2。

1.2.3 测定项目

1.2.3.1干物质

分别在出苗后10、34、65、80、100、135 d随机选取具有代表性的连续5穴稻株，带回实验室后分器官用牛皮纸袋分装、并于105℃杀青30 min，在80℃烘干至恒重后称取干物质重。取样在浇水后的第3 d在膜上进行。

1.2.3.2总盐及八大离子

土壤水溶性总盐含量用残渣烘干—质量法(水土比为5∶1)；碳酸氢根采用双指示剂-中和滴定法；氯离子采用硝酸银滴定法；硫酸根采用EDTA间接络合滴定法；钙和镁用Hitachi Z-2000(Japan)原子吸收风光光度法；钠钾离子用火焰光度计法测定。具体分析方法参见文献[1]。

1.2.3.3SPAD值

用SPAD-502(日本柯尼卡美能达公司)叶绿素仪，每小区选取连续20 株，每次测定选取顶叶的中部及上下各 3 cm 处进行测定。

1.2.3.4根系活力

α-萘胺法。

1.2.3.5产量及产量构成

于收获前3 d随机取样测产，取样面积为1.0 m2，收获后测定产量。同时每小区随机选取连续10穴，测定穗数、有效穗数、穗粒数、饱粒数及千粒重。

1.2.3.6生育进程

水稻生育期记载:发芽期、苗期、分蘖期、拔节期、孕穗期、抽穗扬花期、成熟期研究。进行生育时期观测。发芽期(实际播种日期至出苗)、苗期(幼苗出土高达2～3 cm)、分蘖期(第一个完全叶至茎基部第一节出现)、拔节期(茎基部第一节伸出地面1～2 cm)、孕穗期(旗叶完全展开直至抽穗前)、抽穗扬花期(有穗开始露头至花粉掉落)、成熟期(花粉掉落完全至收获期)[8]。

1.3 数据统计

采用 Excel 与 SPSS 统计软件进行数据分析。

2结果与分析

2.1盐分运移离子变化

于苗期、分蘖期和收获期采集土壤样品，测定以滴头为中心，水稻近行和远行盐分离子的含量。表2

表2不同生育期八大离子和总盐的变化
Table 2 Changes of eight ions and total salt in different growth period (g/kg)

生育期Growthstage盐分Salt距离DistanceK+Na+Ca2+Mg2+SO42-Cl-HCO3-CO32-总盐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)盐分(S)26.80**22.66**13.84*36.48**291.09*,**19.53**1.77926.82*,**距离(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分蘖期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)盐分(S)65.22*,**18.84**3.336.13*10.82*130.67*,**18.20**253.20*,**距离(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)盐分(S)102.68*,**85.75*,**0.037.38*135.41*,**840.50*,**2.17100.55*,**距离(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:不同字母表示处理间差异达到 0.05 显著水平。*显著P<0.05；**极显著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总盐

研究表明，总盐含量随着灌溉次数增加趋于减小，且减小的程度与总盐含量成正比，即总盐越高，减小的越多，反之则少。

2.1.2阴离子

硫酸根是阴离子中含量最高的离子。两种含盐量下SO42-含量在三个时期差异显著，但是FL与NL之间差异不显著，显示SO42-在滴灌条件下运动性较弱。两种含盐量下，FL与NL的Cl-和HCO3-含量差异较大且达到差异显著水平。对于Cl-而言， FL大于NL，导致这种现象的主要原因是氯离子为负一价，容易随水分的移动而运移；然而对于HCO3-，NL大于FL，主要是因为灌溉水中含有较高的HCO3-，并且由于近行含水量较高，促使碳酸盐成了较多的重碳酸盐。

2.1.3阳离子

整个生育期LS与MS 的Ca2+、Mg2+含量变化小，并且维持在较高水平，但有一个明显趋势为内行(NL)Ca2+含量大于外行(FL)，主要是由于膜下滴灌水稻处于高频局域灌溉，含水量较高时促进难溶的碳酸钙生成可溶的重碳酸钙。NL处Mg2+含量小于FL处，但FL与NL之间差异性不显著，说明Mg2+移动性较弱。在苗期和分蘖期，对于K+、Na+，FL与NL和LS是与MS之间均有差异性，且达到显著性水平；而成熟期，只有LS与MS间K+、Na+有明显差异性，主要是由于苗期和分蘖期灌水频率较高，并且K+和Na+都容易随水分运移，从而使得K+、Na+在外行聚集，而成熟期灌水次数和灌水量相对较少，这种集聚现象表现较弱。

2.2土壤盐分对水稻叶片SPAD值的影响

叶绿素是植物进行光合作用的物质基础， 叶绿素含量与叶片光合作用密切相关。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达到高峰值，且LS-NL>MS-NL>LS-FL>MS-FL，LS-FL和MS-FL在7月3日达到高峰值，NL的SPAD高峰高于FL，并且比外行提前一周左右。图2

图2 不同处理下膜下滴灌水稻SPAD值
Fig.2 SPAD value of rice under drip irrigation with film mulch in different treatments
表3不同土壤盐分下水稻生育进程变化
Table 3 Growth progress of rice under different treatments

生育期Growthstage LS-NLLS-FLMS-NLMS-FL发芽GerminateDAS10101010苗期SeedlingDAS30303031分蘖期TilleringDAS58596063拔节期JointingDAS69707274孕穗期BootingDAS85868991灌浆期FillingDAS117118121123成熟期MaturityDAS148149152154

注：DAS表示播种后天数

Note: DAS mean days after sowing

2.3土壤盐分对水稻根系活力的影响

根系活力泛指根系的吸收能力、合成能力和还原能力等，是一种反映根系生命活动的生理指标。在低盐下(LS) ，NL苗期和分蘖期根系活力分别高于FL 39%、38%；在中盐下(MS)，NL分别高于FL 26%、34%。图3

2.4土壤盐分对水稻生育进程的影响

研究表明，土壤盐分明显延迟了水稻的生育期，MS-FL处理和LS-NL处理相差6 d；中盐与低盐相比，主要影响水稻苗期、分蘖期和孕穗期，分别推迟2、3和1 d，而发芽时间均为10 d。表3

图3膜下滴灌条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土壤盐分对水稻干物质积累量的影响

干物质积累是水稻产量形成的基础, 研究表明，随生育期推进，干物质积累量逐渐增加，整个生育期干物质积累量LS-NL>MS-NL>LS-FL>MS-FL。图4

图4 膜下滴灌水稻不同生育期干物质积累量
Fig.4 Dry matter accumulation of rice under drip irrigation with film mulch in different growth periods
表4膜下滴灌土壤盐分运移水稻产量及产量构成因子
Table 4 Effects of soil salt transport on yield and yield components under drip irrigation with film mulch

盐分Salt距离Distance有效穗数Panicles(104/hm2)成穗率Paniclerate(%)穗粒数GrainsPerspik千粒重1000-grainweight(g)结实率Seedsettingrate(%)产量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)盐分(S)266.73*,**125.42*,**0.363.6913.57*11.65*距离(D)124.18*,**18.97**0.940.151.0410.47*S×D 1.263.481.730.080.580.30

2.6产量及产量构成

研究表明，NL(里行)的有效穗数显著大于FL(外行)， 且处理间差异达到显著水平，但是成穗率MS(中盐)大于LS(低盐)， 表明在苗期，部分分蘖和幼苗由于渗透胁迫而死亡，存活的均为耐盐性强的幼苗，(但有效穗数显著低于低盐处理)，并且无效分蘖数减小，成穗率较高。各处理穗粒数和千粒重无显著差异，MS结实率显著高于LS，但是产量表现为LS>MS、NL>FL，LS处理NL高于FL 16.8%，MS处理NL高于FL 25.5%，且NL、FL之间差异达到显著水平。说明对膜下滴灌水稻而言，盐分含量显著影响产量形成，随着盐分含量增加，外行的产量损失高于内行。土壤盐分影响膜下滴灌水稻产量最重要的原因是盐分对有效穗数、成穗率和结实率的影响。表4

2.7盐分离子含量与水稻产量之间的相关性

研究表明，三个生育期(苗期、分蘖期、成熟期)的K+、Na+、Cl-离子及总盐浓度与产量呈极显著负相关，由于钾离子是植物必须营养元素，因此这种负相关只具有数学上的关系，而不具有生物学意义。Mg2+与产量呈显著负相关；SO42-在苗期和成熟期与产量呈显著负相关，Ca2+在分蘖期与产量呈显著正相关。由离子浓度和产量间的相关性说明对农作物毒害性较强的主要是Na+和Cl-，在整个生育期都会对作物有胁迫效应。表5

表5离子含量与水稻产量相关性
Table 5Correlation between ions transport and rice

生育期GrowthStageK+Na+Ca2+Mg2+Cl-HCO3-SO42-总盐Salt苗期Seedling-0.72**-0.87**-0.29-0.65*-0.88**0.30-0.65*-0.76**分蘖期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讨 论

由于滴灌的灌溉方式是局部灌溉，距离滴头越远，含水量就越低，相反含盐量越高，因此会依次出现脱盐区、积盐区和高盐区[4，6]。试验地盐分主要以硫酸盐和氯化物的形式存在，但是对植物造成盐害的离子为Na+、Cl-。里外行总盐动态变化主要是由于Na+和Cl-的运移来影响形成的差异，这与纪永福等[9]研究结果一致。

SPAD 值高低表征水稻叶片叶绿素含量的多少，而叶绿素是作为水稻光合发生的必要条件[10]，叶绿素含量的高低在一定程度上决定着光合速率的大小，并与籽粒产量密切相关[11]。朱新广等[12]研究表明，盐分明显影响植物的光合作用，随盐浓度的升高，叶绿素含量降低。并且盐分类型不同，对作物的影响程度也有差异[13]。在盐碱胁迫下，外行水稻叶片叶绿素含量高峰明显推迟，并且里行高峰值较高于外行，根系活力明显下降，干物质累积量降低[6]，抽穗期延长，外行比里行推迟1～2 d，高盐区比低盐区推迟6 d[14]。

水稻在分蘖期和孕穗期分别延迟3和1 d，而在其他生育期均表现正常，是因为种子芽期是耐盐碱的，而幼苗期变得十分敏感，分蘖后的营养生长期耐盐碱性又增强，到开花期又变得敏感，在成熟期耐盐碱性又增强[15，16]。

研究中盐分对水稻产量的影响主要是影响有效穗数，实际上是盐胁迫导致分蘖减少，以及部分分蘖早期凋萎的结果[17]。

在盐胁迫下水稻产量主要受Na+和Cl-的含量影响，而不是其他离子[9]。研究发现Mg2+、SO42-含量均与产量呈显著负相关，而Na+及Cl-与产量极显著负相关，因此是主要的危害离子；并且这些离子在土壤中的迁移能力高于其他离子，因此对外行水稻的影响高于对内行的影响。

4结 论

4.1盐分在膜下滴灌条件下迁移距离不同，K+、Na+和Cl-迁移距离较远，因此对外行水稻的生长影响较大。

4.2盐分含量越高，叶绿素含量明显下降，并且出现的高峰期也会推迟；根系活力也会随之下降，分蘖期根系活力大于苗期，说明水稻分蘖期的耐盐性大于苗期。

4.3在总盐含量低于水稻耐盐阈值时，其盐分对出苗时间影响不大；高盐导致分蘖期发育延迟、 抽穗不整齐和生育期时间长的主要原因。

4.4盐分主要影响水稻有效穗数进而影响水稻产量。

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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

中图分类号：S511.4

文献标识码：A

文章编号：1001-4330(2016)03-0473-08

作者简介:白如霄(1987-)，男，硕士研究生，研究方向为植物营养生理，(E-mail)brx_shz @163.com通讯作者:危常州(1966-)，男，教授，博士，博士生导师，研究方向为植物营养，(E-mail)13999730768@126.com

基金项目:国家863计划项目(2011AA100508)；国家自然科学基金项目(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)