陈 佩,王金涛,董心亮,田 柳,张雪佳,刘小京,孙宏勇**

(1.中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022; 2.中国科学院大学 北京 100049)

蔬菜是人们日常生活中不可缺少的食物,随着人民生活水平的不断提高,对蔬菜的需求量也不断增加,2019年我国蔬菜种植面积达2086.3 万hm,年产量7.21 亿t,人均占有量超500 kg,均居世界第一位。同时,蔬菜也是耗水量较大作物,30%的农田用水用于蔬菜灌溉,年耗水量在750.6～893.1 mm 之间。水是支撑社会经济和农业生产可持续发展不可或缺的重要资源,我国是水资源相对匮乏的国家,人均水资源量仅占全球平均水资源量的1/4 左右。从20世纪70年代开始,我国北方地区为了追求农业高产过度抽取地下水灌溉导致了地下水水位的不断下降,引发了一系列的生态环境问题。发展节水技术和开发利用水源成为环境水资源供需矛盾的重要途径。世界范围内浅层地下咸水资源较为丰富,科学合理开发利用咸水资源已成为咸水分布地区解决水资源短缺问题的有效途径。国内外大量研究和实践证明,科学合理地开发利用咸水资源,不仅对缓解淡水资源短缺、扩大农业水源、抗旱增产具有重要作用,对地下水资源更新、淡水存储和生态环境保护也具有积极作用。咸水灌溉虽然可以提供作物生长所需要的水分,但是同时也带来了盐分,直接或间接地影响作物的生长发育。因此,科学合理安全高效地利用咸水资源一直是世界范围内缺水地区研究的热点和难点问题。咸水灌溉既增辟了灌溉水源,又有效提高了作物的灌溉保障率,是缓解水资源短缺和农业生产矛盾的重要举措之一。本文就国内外咸水安全利用现状和潜力、咸水灌溉对蔬菜产量和品质的影响机理、调控措施及未来发展趋势进行总结,以期为缺水区农业高质量绿色发展提供水资源保障。

1 咸水资源安全利用潜力与现状

1.1 咸水资源利用潜力

水资源是指具有一定数量和可用质量能从自然界获得补充并可资利用的水。咸水资源是针对水体矿化度(即每升水含有的矿物质含量)而言,把矿化度＞1 g·L的水资源定义为咸水资源。一般而言,矿化度＜1 g·L的水被认为是淡水(电导率＜1.43 dS·m);矿化度在1～5 g·L的水为低盐度咸水,包括微咸水(矿化度为1～3 g·L)和半咸水(矿化度3～5 g·L); 矿化度在5～10 g·L的水为中盐度咸水; 矿化度＞10 g·L的水为高盐度咸水; 矿化度在 50～500 g·L的水为卤水。＜5 g·L的地下水区域面积占全国地下水总面积的93.88%,矿化度为5～10 g·L的地下咸水分布面积占4.87%,矿化度10～50 g·L的地下咸水分布面积占0.58%,矿化度50～200 g·L的地下咸水分布面积占0.55%,矿化度＞200 g·L的地下咸水分布面积占0.12%。

我国咸水资源储量丰富,地下微咸水资源和半咸水资源分别为277 亿m和121 亿m,其中有开采价值尚待开采利用的微咸水和半咸水资源量分别为144 亿m和56.46 亿m,绝大部分位于地下10～100 m 处,宜于开采利用。咸水的合理开发利用,对于缓解水资源矛盾、扩大农业水源、抗旱增产等方面有非常重要的意义。

1.2 咸水灌溉的应用现状

咸水灌溉在国内外已经有百年的历史,许多国家设立了咸水灌溉研究机构,研究咸水灌溉的理论和技术,在灌溉制度(灌溉水盐浓度、咸水灌溉量和灌溉时期)、灌溉方法(喷灌、漫灌、沟灌、滴灌)以及咸水灌溉对作物产量、耗水量和水分利用效率的影响机理等方面进行了深入的理论和技术研究。

国外利用微咸水灌溉拥有较长的历史和丰富的经验,主要分布在淡水资源相对短缺而咸水资源相对丰富的地区,如日本、西班牙、突尼斯、摩洛哥、奥地利、以色列、伊拉克、科威特等国家和地区。在意大利的一些地区咸水已多年被用于灌溉,农田土壤未发生积盐现象。埃及是一个极度干旱的国家,50 多年来成功地利用咸水进行农业灌溉,土壤从沙土到黏土,种植作物包括水稻()、小麦()、甜菜()和棉花(spp.)等。中国北方干旱、半干旱和沿海地区在咸水灌溉实践中取得了显著成效,天津、河北、河南、宁夏、甘肃、内蒙古、陕西、山东等省(自治区、直辖市),都已进行咸水灌溉实践。宁夏南部山区地下咸水灌溉已有五十多年的历史,用咸水灌溉小麦、大麦()的产量可比旱地提高3～4 倍,并根据取得的经验制定了适于当地咸水灌溉的水质评价指标。从20世纪70年代开始,河北省沧州地区一直采用矿化度小于5 g·L的咸水灌溉小麦,与旱地种植相比,小麦产量可增加10%～30%,最高可达49%; 1990年衡水地区开始大规模采用咸、淡混合灌溉技术,使小麦、玉米()、棉花普遍增产。天津市农业科学院利用咸水灌溉小麦,发现4.5 g·L咸水灌溉较旱作小麦生物量和经济产量分别增加15%～40%和10%～30%。1991-1995年,中国农业科学院土壤肥料研究所利用咸水灌溉总面积约8.7 万hm,增产粮食5.15 亿kg,棉花513 万kg,获经济效益2.5 亿元。这些咸水灌溉的成功经验,为淡水资源短缺地区的农业生产提供了保障。

2 国内外蔬菜咸水灌溉研究进展

2.1 不同蔬菜种类的耐盐性

耐盐临界值作为评价耐盐性的指标,即由低盐到高盐胁迫的中转浓度,是所有耐盐指标由低盐处理不规律变化到高盐处理受抑制过程中的一个转折点。耐盐性强的作物在不同生长期,其耐盐性也存在差异。对各蔬菜耐盐阈值的研究结果表明: 百合科(Liliacaea)和十字花科(Brassicaceae)耐盐性较强,茄科(Solanaceae)耐盐性最弱,葫芦科(Cucurbitaceae)、豆科(Leguminosae)和伞形科(Apiaceae)居中。表1为FAO56提供的用饱和土壤提取液的电导率上限(ECthreshold)和作物产量随盐分增加而下降的斜率表示的蔬菜作物的耐盐度。

表1 蔬菜作物耐盐度Table 1 Salt tolerance of vegetables

2.2 咸水灌溉对蔬菜生理生态指标的影响

咸水灌溉使蔬菜处在盐渍环境下,盐分胁迫会干扰作物各种生理和代谢上的反应,作物对盐分的敏感程度因其品种、生育阶段以及器官的不同而不同。Wang 等发现在40 mmol·L和80 mmol·LNaCl 处理下花椰菜(var.botrytis)芽期叶片的脱落酸、细胞分裂素、黄铜内酯、吲哚-3-乙酸和赤霉素的水平显著提高,净光合速率也随着叶绿素含量的提高和光系统Ⅱ活性增加而增加。对番茄开花坐果期灌溉研究结果表明,随着灌溉水电导率(EC 在0.7～7.8 dS·m之间)的增加,不同处理番茄叶片中叶绿素总量、类胡萝卜素、丙二醛和脯氨酸量差异不显著,但可溶性糖量显著降低,叶面积指数、地上部和地下部生物量也都随着EC 的增加先增加,但当EC＞4.7 dS·m时番茄()生长明显受到抑制。万书勤等研究结果显示,不同盐分浓度咸水(1.1～4.9 dS·m)处理对番茄根干质量密度、根长密度、最大叶面积指数、总叶绿素含量等均无显著影响。武育芳等研究表明,在草炭+蚯蚓粪复合基质栽培条件下,相比于淡水灌溉(1.15 dS·m),咸水灌溉(3 dS·m)处理使番茄叶片蒸腾速率增高49.29%、气孔导度增高222%。汪洋等发现咸水灌溉(5.16 dS·m)与淡水灌溉(0.32 dS·m)相比,番茄株高降低21.17%,茎粗降低9.83%,叶片叶绿素增高15.50%。Chisari 等研究表明随着盐分浓度(2.8～4.8 dS·m)的增加生菜(cv.Duende)叶片中总酚类化合物含量缓慢下降且抗氧化活性受到抑制。翟红梅等发现微咸水(3 g·L)灌溉下蔬菜受到盐分胁迫,植株耐盐性能降低,细胞膜完整性被破坏,导致番茄、青椒()和茄子的光合速率分别下降18.5%、15.3%和14.1%。

2.3 咸水灌溉对蔬菜产量的影响

盐分胁迫对作物的生长发育有一定程度的干扰,可能会导致其生长受到抑制。咸水灌溉条件下对蔬菜作物的产量研究存在差异,但基本呈现降低的趋势。张荠文等研究发现相比于淡水灌溉(0.32 dS·m),2.74 dS·m咸水灌溉使黄瓜()产量下降6.21%,5.16 dS·m咸水灌溉使黄瓜产量下降17.71%。汪洋等发现相对于淡水灌溉(0.32 dS·m),咸水灌溉(5.16 dS·m)使番茄产量下降 44.8%。翟红梅等发现基质栽培条件下用3 g·L微咸水灌溉对番茄和茄子()的生长发育有明显抑制作用,与土壤栽培相比株高分别下降 44.1%和25.1%,生物量分别下降80.4%和48.9%,产量下降49.2%和27.6%,青椒的株高和生物量分别下降15.2%和27.0%,但产量无显著变化。Pasternak 等研究发现在沙培条件下相对于淡水灌溉(1.2 dS·m),用6.2 dS·m的咸水灌溉番茄产量下降56.42%。Gawad 等发现相对于淡水灌溉(1.2 dS·m),7.5 dS·m咸水灌溉使番茄产量下降50%。李丹等发现当灌溉咸水电导率(EC)在0.7～7.8 dS·m之间时,番茄的产量随着EC 的增加而降低,当EC＞1.4 dS·m时,EC 每增加1 dS·m,番茄的产量降低9.7%。Patel 等研究发现利用咸水(1～9 dS·m)地下渗灌技术对马铃薯()进行灌溉时,各处理间马铃薯的最终产量差异不明显。焦艳平等研究表明相对于0.72 g·L淡水灌溉,2 g·L和3 g·L微咸水灌溉对大白菜()的产量影响没有差异,但4.3 g·L咸水灌溉可使其产量降低9.0%。Savvas 等研究表明相较于基础营养液(2.1 dS·m)滴灌,加入25 mmol·LNaCl 的咸水(4.7 dS·m)滴灌使茄子产量下降19.73%。Mendlinger研究发现在沙培条件下相对于淡水灌溉(1.2 dS·m),用6 dS·m或8 dS·m咸水灌溉甜瓜(),均使其产量下降13.55%。Sahin 等研究发现相对于淡水灌溉(0.25 dS·m),用5.7 dS·m咸水灌溉白菜(var.capitata),其产量下降45.97%; 用11.82 dS·m咸水灌溉白菜,使其产量下降可达63.05%。Amor 等研究发现相较于对照(2 dS·m),4 dS·m咸水灌溉使甜瓜产量下降14.5%,6 dS·m咸水灌溉使甜瓜产量下降38.53%,8 dS·m咸水灌溉使甜瓜产量下降49.35%。江雪飞等研究结果表明与淡水灌溉相比,在伸蔓期用矿化度为3 g·L的咸水进行灌溉能够提高甜瓜的产量,用矿化度为5 g·L和7 g·L咸水灌溉的甜瓜产量没有显著差异,但用矿化度为9 g·L的咸水灌溉可显著降低甜瓜的产量。总之,不同蔬菜种类由于耐盐阈值的差异,在利用不同矿化度咸水进行灌溉时,蔬菜的产量有随着咸水浓度增加而降低的趋势,但不同蔬菜种类其咸水灌溉阈值不同。

2.4 咸水灌溉对蔬菜品质的影响

蔬菜品质的变化特征主要体现在可溶性固形物、有机酸、糖、维生素C、酚类化合物、类胡萝卜素等因素方面。许多研究表明咸水灌溉可以使蔬果的可溶性固形物、有机酸和糖含量增加,从而改善果实品质。武育芳等研究发现在草炭+生物炭复合基质栽培条件下咸水(3 dS·m)灌溉使番茄果实维生素C 及可溶性糖含量相对于淡水(1.15 dS·m)灌溉分别增加37.43%和6.25%。汪洋等发现相对于淡水(0.32 dS·m)灌溉,5.2 dS·m咸水灌溉使番茄果实可溶性固形物含量增加74.07%、可溶性总糖含量增加41.6.0%、有机酸含量增加50.00%、 维生素C 含量增加47.42%。吴蕴玉等研究表明秸秆覆盖条件下咸水灌溉(5.2 dS·m)与淡水灌溉(1 dS·m)相比,番茄可溶性固形物含量增加13.20%,总酸增加19.27%,维生素C 含量增加10.64%,糖酸比增加5.86%。李丹等发现当灌溉咸水EC 为0.7～7.8 dS·m时,番茄果实中可溶性固形物、还原糖、有机酸含量随着EC 的升高而增加,但果实糖酸比逐渐降低。Gawad 等研究发现相对于淡水(0.6 dS·m)灌溉,咸水(2.3～7.5 dS·m)灌溉可提高番茄的可溶性固形物含量和含糖量,但果实大小会随盐分质量浓度的增大而减小。类似的结果在茄子、甜瓜、辣椒、南瓜()均有发现。但是,部分研究表明,咸水(8 dS·m)灌溉时甜椒果实的总可溶性固形物、果糖、葡萄糖和氨基酸的含量显著降低。Sakamoto等研究发现咸水(12.6 dS·m)或海水(10.6 dS·m)灌溉处理下红叶生菜(cv.mother-red)的花青素含量都较高,但只有在海水灌溉处理下红叶生菜的叶绿素和类胡萝卜素含量才会增加。Neocleous 等研究表明在10 mmol·LNaCl(3.6 dS·m)浓度处理下,绿叶莴苣(cv green )和红叶莴苣(cv redpigmented)中的抗坏血酸含量显著高于对照处理(2.2 dS·m)和20 mmol·LNaCl 处理(4.6 dS·m),但酚类化合物没有增加。Kim 等研究表明生菜(var.ramosa)在长期咸水(0～16.7 dS·m)灌溉处理下类胡萝卜素含量高于短期高盐度(＞8.4 dS·m)处理,总酚类物质含量在各处理间无差异。总之,一般蔬菜在利用＜8 dS·m咸水灌溉时,其品质有提升的趋势; 而大于该浓度咸水灌溉后,不同种类的蔬菜品质变化趋势不一致。

2.5 咸水灌溉对土壤水盐运移的影响

土壤盐分在土体中的运移具有“盐随水来,盐随水去”的特征,土壤含盐量随着灌溉水矿化度的提高总体呈增加趋势。李国安等研究结果表明,淡水灌溉条件下,土壤积盐率不超过15%,当灌水矿化度在3.0 g·L以上时,土壤剖面盐分积累峰值在20～40 cm 土层,灌溉水带入的盐分有40%～80%积累在60 cm 深度。土壤浸出物的电导率随灌水含盐量(1.2～8.0 dS·m)的增加而显著升高,随灌水深度(5～90 cm)的增加而显著降低。陈丽娟等研究了咸水灌溉条件下黏土夹层对土壤水盐运移的影响,结果表明,黏土夹层对土壤水盐运移具有显著的阻滞作用。Liu 等研究发现,土壤质地及其垂直非均质性使层状土壤剖面中水盐时空分布与均质土壤相比有很大差异: 均质土壤有利于水分入渗、盐分浸出和地下水补给; 在非均质土壤中,水流受阻,盐分积累明显; 然而与黏土相比,黏土对水盐运移具有更为显著的阻滞作用。马文军等研究表明土壤水盐动态受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影响的长期波动; 在正常降雨年份,可采用微咸水灌溉,不会导致土壤次生盐渍化。总之,咸水灌溉会增加土壤含盐量,而盐分的分布主要与土壤质地、灌溉水量、降水量等因素相关。

2.6 咸水灌溉调控技术

目前,咸水灌溉技术主要包括咸淡水混灌和轮灌,而灌溉方法主要包括滴灌、畦灌、喷灌和沟灌等。宋露露等研究认为利用处理后的淡化水和微咸水的混合灌溉方式是在淡水资源缺乏而微咸水丰富的条件下种植甜瓜的最佳灌溉方式。刘小媛等通过室内土柱入渗试验,发现咸淡水间歇组合灌溉下的累积入渗率以及土壤含水量、灌水均匀度高于淡水灌溉,并且咸淡水间歇组合灌溉下根层土壤脱盐率较微咸水直接灌溉显著增加。杨树青等对咸淡水轮灌的数值模拟研究表明,在淡咸咸、咸咸淡和咸淡咸3 种咸淡水轮灌方案中,淡咸咸灌溉模式下不同土层的盐分、地下水矿化度以及含水层的盐分较低,并且长期预测中淡咸咸灌溉模式下,研究区土壤在作物非生育期的脱盐量高于生育期的积盐量,土壤整体表现出脱盐趋势。

对于淡水资源极度贫乏的地区,可以利用咸水直接灌溉,但必须保证土壤含盐量和溶液浓度在作物耐受范围之内才能保证作物产量。沟灌和漫灌下作物耗水量较大,滴灌和喷灌下作物耗水量较小。但是,在喷灌过程中,由于咸水会烧伤叶片,进而导致作物产量降低。因此,滴灌是最为安全有效的咸水灌溉方法。咸水滴灌主要有两个优点: 第一,它避免了叶面损伤; 其次,由于滴灌的淋洗作用,盐分向湿润锋附近积聚。因此,在滴灌头下的土壤含盐量相对较小,有利于作物生长,并且保持较高的基质势。同时在滴灌条件下,土壤含水量分布与盐分分布正好相反,有利于作物根系的发育和生长,有利于水分和养分的吸收利用。膜下滴灌既具备滴灌的防止深层渗漏、减少棵间蒸发、节水、节肥的特点,同时还具备地膜栽培技术的增温、保墒作用,因此覆盖和滴灌相结合的咸水膜下滴灌模式可以做为干旱半干旱地区咸水资源的有效利用方式之一。

生物炭具有很强的吸附特性,其有很高的孔隙率、比表面积和阳离子交换能力。外源添加生物炭改良剂可以通过吸附减少瞬态钠离子,并将钾、钙、镁等矿质养分释放到土壤溶液中。Novak 等研究发现生物炭的添加增加了土壤中大孔隙的比例,从而增加了土壤水分保持能力,使植物更容易吸收水分。She 等研究结果表明在较高施用速率下,生物炭可以用来补偿盐度对番茄叶片蒸腾速率的负面影响; 咸水(3 dS·m)灌溉+生物炭(土壤质量8%)处理组的番茄比咸水(3 dS·m)灌溉不加生物炭处理组的地上部生物量、地下部生物量、产量分别提高39.48%、15.79%和49.16%; 但咸水(3 dS·m)灌溉+生物炭(土壤质量8%)处理组的番茄比淡水灌溉的地上部生物量、地下部生物量分别降低0.04%和4.72%,产量升高13.14%。因此外源添加生物炭改良剂具有缓解盐分胁迫和提高作物产量的潜力。

大气中应用微量一氧化氮气体可能是提高盐胁迫下菠菜()生物质产量和营养质量的有效策略。Du 等研究了在菠菜生长室注入200 nL·LNO 气体对200 mmol·LNaCl 盐胁迫的缓解效果,结果表明NaCl+NO 处理组菠菜食用部分的鲜重和干重比NaCl 组分别增加60%和27%,并且NaCl+NO 处理组菠菜抗坏血酸、谷胱甘肽、总酚类和黄酮比NaCl 组分别增加28.15%、13.64%、16.74%和33.33%。外源性NO 气体可以减轻盐胁迫诱导的氧化损伤,从而解除了盐胁迫对植物光合作用和生长的抑制。

外源喷施水杨酸(SA)激活黄瓜叶片的防御反应和系统获得性抗性,还可以通过加速番茄叶片生长、改善叶片生理过程和减少植物氧化损伤来缓解盐胁迫。此外,在黄瓜和莴苣()中,SA 可通过调节细胞氧化还原状态诱导NRP1 的防御反应,通过上调谷胱甘肽转移酶(GSTS)如SlGSTL3、SlGSTS2 和SlGSTZ2的表达来减少氧化损伤。Miao 等研究表明与NaCl 处理相比,NaCl+SA 处理显著增加了黄瓜叶片光合(/、Ⅱ和)和RSA(总根长、根表面积、一级和二级侧根的数量和总长度)参数。外源补充施用Ca可以减少番茄Na的积累和改善K和Ca的吸收。另外还有许多研究报道外源施用脱落酸、腐胺、谷胱甘肽物质能够显著降低黄瓜、番茄等植株叶片或根系Na和Cl含量,提高K/Na和 K/Cl比值,从而维持植物细胞的离子稳态,提高植株的抗盐性。

黄腐酸(FA)是腐植酸的一种,可从褐煤、草炭等中提取出来,具有无毒无臭、环保、生物活性强等特点,其含有多种活性官能团,易被植物吸收。FA 可以控制作物叶面气孔的开放度,减少蒸腾,增强根系发育和根系活力,促进植物的生长,从而增加抗逆能力。外源施加FA 可以降低油菜()叶片叶绿素a 的钝化反应中心数量,增加电子传递量子产率和醌的平均氧化还原状态,从而抑制活性氧的产生,降低细胞的脂质过氧化。适宜浓度的FA 可以促进盐胁迫下大豆()种子萌发且提高其萌发过程中根部过氧化氢酶及过氧化物酶的活性,提高其抗盐能力。庞晓燕研究了FA对盐分胁迫条件下黄瓜的影响,结果表明FA 对黄瓜叶片叶绿素含量具有显著促进作用,且促进叶面积的增加,提高了光合速率; 另外,FA 还可以提高细胞膜透性,促进营养吸收,可促进糖转化酶、淀粉磷酸化酶及一些与蛋白质、脂肪合成有关的酶的活性,使糖分、淀粉、蛋白质、脂肪、核酸、维生素等物质的合成、累积增加,并促进转移酶的活性,加速各种代谢产物从茎叶或根部向果实和籽粒运转,对提高并改善黄瓜的产量和品质有直接影响。

虽然信号物质、矿质营养、化控调节物质、有机化合物等各种外源调节物质的作用机理不同,但都对各蔬菜作物抗盐性的提高有一定的激发效应,这些调控手段的长期效应、阈值范畴、施用适期等对蔬菜抵御盐胁迫的效果如何,还有待于进一步研究,尤其是这些调控措施的组合施用对蔬菜咸水灌溉的影响也是今后研究的重点之一。

3 存在的问题

3.1 咸水灌溉下区域的生态效应

咸水资源的开发利用可缓解淡水资源短缺与蔬菜生产之间的矛盾。一般咸水资源分布在我国干旱、半干旱或滨海地区,这些区域的土壤多为盐碱土,其受盐碱和贫瘠的影响利用程度较低。但是,这些区域土地资源相对较为丰富,是潜在的后备耕地资源,具有发展蔬菜种植较为宽阔的空间。同时,这些区域的光热资源较为丰沛,也为蔬菜种植提供了较为适宜的环境条件。随着由治理盐碱地适应作物向选育耐盐植物适应盐碱地观念的转变,在这些区域发展蔬菜种植可以减轻耕地资源较为紧张的压力。但是,利用咸水资源长期灌溉,盐分在土体中的累积,要从长期的视觉分析其对环境的效应,比如长期的咸水灌溉带来的盐分淋溶会降低排水水质,水质差的灌溉回流是排水口下游地表水体的污染源。再者,要进行经济、社会和生态效益的综合评价,进而研发适宜区域资源特点的咸水灌溉蔬菜关键核心技术,为保障国家粮食安全,端牢中国饭碗提供技术支撑。

3.2 咸水灌溉下蔬菜生理代谢过程变化

蔬菜遇到盐害逆境胁迫时均会通过改变正常的生理代谢过程适应环境胁迫,土壤盐分过多时会降低土壤水势,使植物吸水困难,进一步导致植物地上部分的水势和膨压降低。叶片渗透势降低会阻碍许多生理反应,最终导致渗透胁迫。植物通过转运蛋白从土壤中吸收大量Na会抑制细胞对K的摄取,导致离子不平衡,离子毒性会干扰矿物质的吸收造成营养亏缺。Na的大量积累还会降低酶活性,初级代谢(卡尔文循环,苯丙烷途径,糖酵解、多胺和淀粉合成)有关的酶多数受K控制,Na取代K参与这些酶反应,使效率更低,因此相比之下这些酶的活性受到抑制。Cl的大量摄入,也会阻碍和它用相同的(非选择性的)阴离子转运通道的NO-和SO

2的吸收。盐分会提高植物细胞中的活性氧含量,细胞中过剩的活性氧会扰乱氧化还原稳态,产生氧化胁迫,导致脂质过氧化、膜变质以及DNA、蛋白质损伤和酶降解。盐分降低了叶绿素和类胡萝卜素的含量,扭曲了叶绿体的超微结构和PSⅡ系统,降低了气孔导度,从而阻碍了光合作用、蒸腾和气体交换。另外盐分胁迫会使PEP 和RUBP 羧化酶活性降低,类囊体膜损伤,叶绿素和类胡萝卜素的合成受到抑制,因此抑制了光合作用。但是,在咸水灌溉蔬菜方面的水盐碳氮过程耦合机理研究方面仍有待提高,要从分子、器官、植株和群体不同尺度进行生理代谢过程的研究。

4 研究展望

1)完善咸水资源化,安全灌溉理论研究。开展不同土壤质地和肥力条件下的蔬菜咸水灌溉研究,揭示不同矿化度咸水灌溉下土壤盐分、土壤结构和蔬菜生长及品质的协同变化规律。

2)提升咸水灌溉关键技术及产品和设备研发的产业化。目前,我国尚未制定统一的咸水安全灌溉水质标准,只有少数地区制定了咸水灌溉地方标准,其实用有一定的局限性,制约了咸水资源的高效利用。

3)协同提升咸水灌溉下的生态效应、经济效益和社会效益。将咸水灌溉方法和手段与农田调控和蔬菜生产目标相结合,形成咸水安全灌溉的综合技术模式,为缺水地区农业水资源高效利用提供样板。咸水资源的安全高效利用应从区域生态角度、咸水灌溉下带来的经济效益和社会效益共同考虑,从区域尺度和时间尺度的时空大尺度对其进行综合的评价,服务于国家粮食安全、水安全和生态安全战略。