微咸水灌溉对黄河三角洲地区水稻产量和品质的影响
王智华 ，侯红燕 ，徐德芳 ，娄金华 ，李亚玲 ，魏立兴*
（1 东营市农业科学研究院，山东 东营 257091；
2 东营市一邦农业科技开发有限公司，山东 东营 257091）
中国是盐碱地大国，盐碱荒地和影响耕种的盐碱地总面积超过1 亿hm2，其中具有农业发展潜力的占耕地总面积10%以上，因此高效开发利用盐碱地对深化土地资源利用，缓解土地压力，提高土地增量具有十分重要的意义。根据世界粮农组织（FAO）统计，全球范围内土地盐碱化面积已超过120 亿亩[1]，我国盐碱土地面积为14.9 亿亩，主要分布在东北、西北、华北地区及沿海地区[2]，其中黄河流域盐碱地面积0.07 亿hm2，是我国盐碱地分布集中区之一，而黄河三角洲80%的土地是盐碱地，东营市地处黄河三角洲核心地区，其盐碱地面积22.8 万hm2（不含滩涂12 万hm2），占我国北方滨海盐碱地面积的22.8%，占山东省盐碱地面积的38.2%，具有丰富的后备土地资源。抗盐碱作物发展研究，对提高盐碱土地资源的有效利用率，增加盐碱土地作物的产量，保障国家的粮食安全具有十分重要的意义。
水稻作为盐碱地改良首选粮食作物，具有其他作物无法比拟的优越性，尤其是耐盐水稻，更是盐碱地利用和生态保护的先锋。水稻在积水条件下生长较好，并且在盐碱性土壤中水稻地上地下部分可以消耗总碱度[3]，在盐碱地上选取水稻作为栽培作物，是治理和利用盐碱土地中比较实用的改良途径[4-5]。另一方面，淡水资源短缺是盐碱地作物高效发展的制约因素，同时随着黄河流域高质量发展重大战略实施，加强农业节水增效势在必行。
作为黄河三角洲中心城市东营市地表淡水资源量较少，除了广饶县境内部分地下水为淡水资源外，其他地区地下水主要是咸水或微咸水，黄河占区域用淡水资源的90%以上，淡水资源短缺成为农业高效发展制约因素之一[6]，微咸水为含盐量2～5 g/L 的水资源，合理利用区域内丰富的微咸水资源，是目前黄河三角洲地区解决淡水资源紧缺的重要途径之一，山东省每年产生的微咸水、咸水资源为64.34 亿m3，大部分位于黄河三角洲地区，其中矿化度2～5 g/L 的微咸水为23 亿m3/a[7-8]。国外研究利用微咸水灌溉较早，主要涉及微咸水灌溉模式、微咸水灌溉对土壤性质及农作物生长影响等方面[9-11]，我国山西、河北、新疆等区域开展微咸水灌溉小麦、棉花相关研究，并取得较好研究成果[12-14]，黄河三角地区微咸水利用方面也初步开始相关研究[7]，但是在利用微咸水灌溉对水稻影响研究鲜见。为此，本文探究滨海盐碱地区微咸水灌溉对水稻生长、产量、品质的影响，为黄河三角洲地区滨海盐碱农业微咸水高效利用、节水灌溉、高质量发展提供理论依据。
1.1 供试品种
圣稻22 在当地种子公司购买。
1.2 试验地点
2020 年试验于山东省东营市垦利区李王村进行。该区属于山东省北部黄河三角洲地区，温带大陆性季风气候带，多年平均气温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%。土壤类型以滨海盐化潮土为主，根据卡庆斯基制中物理性黏粒（粒径＜0.25 mm），土壤质地为砂质壤土，试验地0～20 cm 土层土壤基本理化性质为：pH7.4、碱解氮84.2 mg/kg、速效磷19.5 mg/kg、速效钾24.5 mg/kg。
1.3 试验设计
试验采取随机区组排列，3 次重复，常规稻（4～5 株/穴，行距28.3 cm，穴距14.3 cm），栽培方式为人工插秧。
试验基地紧靠引黄灌溉支渠，水稻灌溉条件便利，设有咸水井和配水池各一处，其中咸水含盐量在35‰～40‰，试验设置2 个处理分别为微咸水（含盐量为5‰左右，咸水和淡水配比）和淡水（引黄渠水）。
1.4 栽培管理
4 月19 日进行水稻浸种，4 月24 日采用旱育秧技术育苗，整平秧床后按常规播种，分蘖前施用尿素90.0 kg/hm2；
分蘖肥施用史丹利复合肥187.5 kg/hm2，尿素150.0 kg/hm2；
穗肥施用史丹利复合肥150.0 kg/hm2，尿素150.0 kg/hm2；
抽穗扬花后期施用史丹利复合肥112.5 kg/hm2，尿素112.5 kg/hm2；
灌浆期施用史丹利复合肥150.0 kg/hm2，尿素150.0 kg/hm2；
史丹利复合肥型号（N-P2O5-K2O=15-15-15）；
水稻返青期后，分别利用微咸水（含盐量为5‰左右）和淡水灌溉试验，一直到水稻成熟；
其他田间管理正常。
1.5 技术指标测定
1.5.1 土壤理化性质和灌溉水含盐量测定 土壤灌水翻耕前，采用交叉随机采集5 点0～20 cm 耕层土壤，室内避光自然风干过2 mm 筛后进行土壤理化性质测定。速效氮通过凯氏定氮法测定，速效磷采用0.5 mol/L 碳酸氢钠浸提，钼锑抗比色法测定，速效钾采用乙酸铵提取、火焰光度计测定，土壤有机质含量采用外加热重铬酸钾氧化-容量法测定，土壤pH 采用去离子水提取电位测定法，具体操作过程参照鲁如坤[15]的方法。
利用盐度计（型号Orion Star A，赛默飞世尔科技公司）测定调水池和田间灌微咸水含盐量。
1.5.2 主要农艺性状测定 （1）基本苗：移栽返青后定点连续调查10 穴，包括主苗与分蘖苗，取平均值折算成每公顷基本苗。
（2）最高苗：分蘖盛期在调查基本苗的定点处每隔3 d 调查一次苗数，直至苗数不再增加为止，取平均值折算成公顷最高苗。
（3）分蘖率：（最高苗-基本苗）/基本苗×100，以%表示。
（4）有效穗：成熟期在调查基本苗的定点处调查有效穗，抽穗结实少于5 粒的穗不算有效穗，但白穗应算有效穗。
（5）株高：在成熟期选有代表性的植株10 穴，测量每穴的最高穗，从茎基部至穗顶（不连芒），取其平均值，以厘米表示。
1.5.3 产量和产量构成因素测定 水稻成熟后，每个处理随机选取3 个代表性的1 m2样方，每个样方中选取与所有穴植株平均穗数相近的一株植株为考种样品，然后根据Yoshida（1981）的方法对样品进行考种，测定每穗总粒数、每穗实粒数、有效穗数，结实率，千粒重等产量构成指标[16]，收获每个试验样区的水稻进行实收测产。
1.5.4 稻米食味品质测定 利用米粒食味计（型号RLTA10B-L，佐竹公司）测定食味值、直链淀粉、蛋白质含量和水分。
1.6 数据处理
利用Microsoft Excel 2010 进行数据处理和图表绘制，采用SPSS 软件进行显著性分析。
2.1 不同灌溉处理对水稻农艺性状的影响
研究表明盐分胁迫影响水稻的生长[17]，试验结果（表1）显示微咸水灌溉处理组的水稻农艺性状显著低于淡水组，尤其是最高苗、分蘖率、有效穗分别下降了21.82%、34.60%和22.65%。研究表明，微咸水处理增加了水稻盐害程度，从而降低了水稻分蘖能力，两组处理的基本苗和株高差异不显著。
表1 不同灌溉处理下水稻农艺性状
2.2 不同灌溉处理对水稻生物量的影响
地上部分生物量包括穗重和茎秆总重，如图1 所示，微咸水处理对水稻的生物量有显著影响，与淡水处理相比，水稻的穗重和茎秆重均显著降低，分别降低34.58%和40.13%，表明微咸水灌溉降低了水稻分蘖率、有效穗，从而影响了干物质积累，最终降低了水稻上部分生物量。
图1 不同灌溉处理对水稻生物量影响
2.3 不同灌溉处理对水稻产量因素的影响
2.3.1 不同灌溉处理对水稻产量的影响 盐碱胁迫不仅会抑制水稻的生长，同时也会影响到水稻的最终产量[18]。微咸水灌溉会导致水稻产量降低，由图2 可知，微咸水处理产量明显低于淡水处理，其产量减产18.05%。2.3.2 不同灌溉处理对水稻产量构成因素的影响
图2 不同灌溉处理对水稻产量影响
水稻生育期受到盐碱胁迫，直接影响水稻幼穗的分化以及小穗的形成，同时，水稻幼苗的一次枝梗数和穗重也显著降低，从而导致水稻产量降低[19]。试验结果（表2）表明，微咸水灌溉处理水稻的穗数、穗粒数、穗重、实粒数均呈现显著下降趋势，分别下降了21.43%、9.18%、14.23 和11.11%，两个处理组的结实率和千粒重差异不显著。微咸水灌溉处理对水稻二次枝梗影响更显著（图3），与淡水组相比降低了11.84%，这可能是导致水稻穗粒数降低主要影响因素。
图3 不同灌溉处理对水稻枝梗数影响
表2 不同灌溉处理对水稻产量构成因素影响
2.4 不同灌溉处理对水稻品质的影响
盐胁迫可能通过影响稻米蛋白质和直链淀粉的含量增加引起稻米食味品质改变[20-21]，但是试验结果（表3），微咸水灌溉处理水稻的蛋白质、直链淀粉均呈现降低趋势，分别降低了14.44%、3.56%，而微咸水处理稻米食味值显著增加，增加了10.47%，这说明微咸水灌溉处理对直链淀粉和蛋白质影响程度与稻米食味值呈显著负相关。另外微咸水灌溉处理组的稻谷垩白粒率提高20.99%，表明盐胁迫对垩白粒率影响显著。
表3 不同灌溉处理对稻米品质的影响
3.1 微咸水灌溉对水稻生长的影响
与传统的淡水灌溉相比，微咸水灌溉一方面提供了作物生长所需要的水分，节约了淡水资源，但同时也会增加土壤的盐分含量。研究表明，灌溉水中的盐分会对作物产生毒害作用，从而影响作物生长，最终对干物质积累和产量产生影响。刘春成等[22]研究表明,微咸水灌溉显著降低了上海青地上部分生物量，而冯棣等[23]研究同样发现甜脆豌豆的地上部生物量（鲜重和干重）随着微咸水灌溉水矿化度的增加而显著降低。研究结果表明微咸水灌溉显著降低了水稻地上部分的生物量，这表明持续微咸水灌溉影响了水稻的生长过程中分蘖和有效穗的形成，从而降低了干物质积累。
3.2 微咸水灌溉对水稻产量及其构成因素的影响
微咸水灌溉带来的盐胁迫同样会对水稻产量造成影响。有的研究发现盐胁迫引起水稻穗数和穗粒数的显著下降是导致产量降低的主要原因[24-25]；
也有研究结果显示，盐碱胁迫下水稻产量的下降与穗粒数、穗数、穗重、枝梗数均相关，其中穗重的下降是主要原因[26]；
还有研究结果认为，盐碱环境对水稻有效穗数影响不明显，而千粒重下降引起水稻的产量降低[27-28]。试验结果表明，微咸水灌溉带来的盐害影响了水稻的有效分蘖和幼穗分化，一方面盐胁迫使水稻分蘖率降低，从而导致水稻有效穗数的降低；
另一方面，盐胁迫影响了幼穗的发育和小穗的形成，降低了水稻的二次枝梗数，进而导致每穗粒数减少和穗重减轻，最终降低了水稻产量。而微咸水灌溉对水稻结实率千粒重的影响并不显著，这与前人研究结果一致[29]。
3.3 微咸水灌溉对水稻品质影响
盐胁迫会改变稻米的品质外观，试验表明，微咸水灌溉盐胁迫会增加稻米的垩白粒率，这与崔士友[30]、罗成科[31]等人研究结果一致。稻米中直链淀粉和蛋白质含量是影响食味值的关键因素，但食味值降低主因不同研究有所不同。一部分研究结果表明盐胁迫提高蛋白质含量，进而降低稻米食味值[20,25-26,31]。而另一部分研究结果表明直链淀粉是决定稻米食味品质优劣的重要因素，盐胁迫降低直链淀粉含量，导致稻米食味值下降[32]，另外研究表明，低盐处理下稻米的直链淀粉含量降低，食味值升高，高盐浓度下，稻米直链淀粉含量提高，食味值降低[33]。试验结果显示，微咸水灌溉降低稻米的蛋白质和直链淀粉含量，食味值显著高于对照组，这一结果的原因可能是微咸水灌溉对水稻形成盐害不高，降低了直链淀粉含量，进而提升稻米食味值。
综上所述，在黄河三角洲滨海盐碱地区利用5‰左右的微咸水灌溉水稻，产量达到7 133.4 kg/hm2,为淡水灌溉处理组82%左右，主要原因是盐胁迫导致水稻前期分蘖率降低和影响了小穗分化等，引起水稻有效穗数、每穗粒数和穗重等下降，最后导致产量下降；
而在稻米品质方面，微咸水灌溉带来的盐胁迫对垩白粒率具有一定影响，但同样降低稻米的蛋白质和直链淀粉的含量，最终提升了稻米品质。本文分析了利用微咸水灌溉对滨海盐碱稻区水稻生长发育、产量和品质影响，认为，利用区域内丰富的微咸水资源作为农业灌溉潜在水源，是解决淡水资源紧缺的一种可行性途径之一，为黄河三角洲地区滨海盐碱农业微咸水高效利用、节水灌溉、高质量发展提供理论依据。
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