不同土壤改良劑對(duì)耐鹽水稻的增產(chǎn)效果

何鐘響，李嘗君，劉尚儒，羅海艷，彭 華，朱 堅(jiān)，簡 燕

（湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院，湖南省農(nóng)業(yè)環(huán)境生態(tài)研究所，農(nóng)業(yè)部長江中游平原農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，農(nóng)田土壤重金屬污染防控與修復(fù)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410125）

據(jù)調(diào)查，在我國約有9 900 萬hm2鹽堿土壤尚未利用或利用率不高，約占我國耕地面積的10%[1]。土壤鹽堿化會(huì)導(dǎo)致土壤板結(jié)，持水性和透水性變差，土壤肥力下降[2]，并限制土壤中的氮素轉(zhuǎn)化[3-4]，進(jìn)而影響植物水分和養(yǎng)分的吸收[5]，阻礙作物的生長[6]。水稻是一種對(duì)鹽堿中度敏感的作物[7]，容易受鹽堿脅迫而降低產(chǎn)量。因此，土壤鹽堿化是限制鹽堿稻作區(qū)水稻生產(chǎn)穩(wěn)定發(fā)展的主要因素。近年來，如何提高水稻耐鹽堿能力，保障水稻增產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，受到學(xué)者們的廣泛關(guān)注。

目前，國內(nèi)外治理鹽堿土壤的措施主要分為3 類，分別是工程措施（客土改良、淡水洗鹽、鋪設(shè)隔離層等）、生物措施（植物改良、微生物共生等）和化學(xué)措施（化學(xué)淋洗、土壤改良劑等）[8-11]。工程措施造價(jià)高，施工難度較大；生物措施資源有限，存在一定局限性；化學(xué)措施操作簡便、原料易得，是一種較為理想的鹽堿土壤改良方法。因此，近年來利用土壤改良劑對(duì)鹽堿土壤進(jìn)行改良優(yōu)化，提升作物耐鹽堿能力的案例有諸多報(bào)道[12-14]。筆者以硅基材料和磷酸鐵為主要原料研發(fā)鹽堿土壤改良劑，在模擬的鹽脅迫環(huán)境下比較不同類型改良劑對(duì)水稻生長及產(chǎn)量的影響，以期為鹽堿土壤的開發(fā)利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試水稻品種為耐鹽水稻“超優(yōu)千號(hào)”。土壤改良劑原料有艾肯基礎(chǔ)硅、高級(jí)硅、活性炭、脫硫石膏、磷酸鐵、腐植酸和磷酸二氫鋁等，市購。供試土壤為湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高橋基地的水稻土，采挖后曬干、碾碎、過篩，放入鹽池，加入曬干海鹽（山東煙臺(tái)萊州市海晶鹽化公司）至土壤含鹽量達(dá)0.6%，用以模擬鹽脅迫環(huán)境。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于6—10 月在湖南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高橋基地進(jìn)行，水稻作中稻栽培，秧苗人工移栽。設(shè)置32 塊人工鹽池，每塊鹽池占地3.75 m2，采用防滲膜隔離，鹽池深度60 cm，回填土深度40 cm，控制淹水深度10 cm，采用曬干海鹽調(diào)配稻田土壤含鹽量至0.6%；32塊鹽池分為8 組，編號(hào)T1～T7 的處理施用不同配方的土壤改良劑（表1），還有一組為CK2，不施用土壤改良劑；另外，設(shè)置4 塊常規(guī)土壤，為CK1，非鹽土，不施用土壤改良劑。土壤改良劑與基肥一起在水稻移栽前一周撒施，即撒施后機(jī)械攪拌均勻，基肥為復(fù)合肥100 kg/667m2、尿素5 kg/667m2，改良劑用量統(tǒng)一為200 kg/667m2。

表1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.3 樣品采集與測定

水稻分蘗期時(shí)每小區(qū)選取5 株植株用 SPAD-502葉綠素儀測定植株頂葉中部的SPAD 值，取平均值作為該處理植株葉片的SPAD 值；并選取有代表性的長勢(shì)一致的連續(xù)5 叢水稻植株，測定株高、死亡苗數(shù)與非健壯苗數(shù)等生長狀態(tài)。收獲前（成熟期）每小區(qū)選取有代表性的長勢(shì)一致的連續(xù)5 叢水稻植株，測定有效穗數(shù)及千粒重，并統(tǒng)計(jì)各處理水稻的產(chǎn)量（去除含水率后值）。

1.4 數(shù)據(jù)處理

運(yùn)用IMB SPSS 21.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，采用最小顯著性差異法（LSD）進(jìn)行差異顯著性分 析。采 用Microsoft Excel 2010、graphpad prism 9、origin 2016 等軟件制作圖表。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同改良劑對(duì)水稻分蘗期生長情況的影響

2.1.1 分蘗期植株生長情況由表2 可知，鹽脅迫對(duì)水稻生長有較強(qiáng)的抑制作用，表現(xiàn)為鹽脅迫下水稻幼苗死亡率增加、健壯苗比例下降、分蘗期株高較矮；改良劑處理組T1～T7 的水稻植株生長指標(biāo)均優(yōu)于CK2，表明施用不同配方的改良劑均能達(dá)到減輕水稻鹽脅迫的效果，特別是T5 和T6 處理的改良劑對(duì)提高水稻耐鹽能力有較好的效果，植株干重分別比CK2增加40.99%和70.60%。

表2 不同改良劑處理下水稻生長情況

2.1.2 分蘗期水稻葉片SPAD值由圖1可知，CK1（無鹽脅迫）的SPAD 值顯著高于其他處理，表明鹽脅迫下水稻葉片葉綠素含量明顯降低；施用不同改良劑處理均能提高水稻葉片葉綠素含量，但差異不顯著。

圖1 不同改良劑處理下水稻葉片的SPAD 值

2.2 不同改良劑對(duì)水稻產(chǎn)量的影響

由圖2～4 可知， T5、T6、T7 處理水稻的產(chǎn)量顯著高于對(duì)照CK2，與CK1 差異不顯著； T5 處理產(chǎn)量最高，達(dá)6 533.32 kg/hm2，比CK2 增產(chǎn)29.97%，其千粒重達(dá)23.46 g、有效穗數(shù)達(dá)20.74 萬穗/667m2，在各處理中均為最高；其次為T6 和T7 處理，產(chǎn)量分別達(dá)5 893.32 和5 906.64 kg/hm2，分別比CK2 增產(chǎn)17.24%和17.50%；T1 處理水稻產(chǎn)量略高于CK2，T2、T3、T4 處理水稻產(chǎn)量均低于CK2，但差異不顯著；相對(duì)于T2、T3、T4 處理，T5、T6、T7 處理中改良劑中均加有磷酸鐵，說明以磷酸鐵為主要原料復(fù)配的改良劑相對(duì)具有更強(qiáng)的增產(chǎn)效果。

圖2 不同改良劑處理下水稻的有效穗數(shù)

圖3 不同改良劑處理下水稻的千粒重

圖4 不同改良劑處理下水稻的產(chǎn)量

3 結(jié)論與討論

水稻植株生物量、株高、死亡苗數(shù)等測定指標(biāo)能直接反應(yīng)水稻在脅迫環(huán)境下植株的健康狀況[15]。土壤鹽脅迫下，水稻植物會(huì)受到不同程度的影響，最嚴(yán)重的結(jié)果即植株發(fā)育受阻，死亡，輕微一些的影響也會(huì)導(dǎo)致植物變矮、生物量下降等[16]。該試驗(yàn)采用曬干海鹽模擬鹽脅迫環(huán)境，探討不同配方的土壤改良劑對(duì)水稻生長及產(chǎn)量的影響，結(jié)果顯示，在水稻分蘗期，撒施了改良劑的各處理水稻植株生長指標(biāo)均優(yōu)于同樣處于鹽脅迫環(huán)境的未撒施改良劑的處理（CK2），表明添加改良劑能減輕鹽脅迫對(duì)水稻生長的抑制作用，改善水稻在鹽脅迫下的生長狀況。Romero-aranda 等[17]的研究表明，硅的添加能顯著提高鹽堿脅迫下小麥各個(gè)時(shí)期的生物量。Liang[18]發(fā)現(xiàn)添加外源硅后，大麥葉片葉綠素含量與二氧化碳同化速率均有所提升，且葉面積增大，生物量與株高顯著提升。同時(shí)，硅肥的添加能提高鹽脅迫下植物體內(nèi)的CAT、SOD 及APX活性，改善植物體內(nèi)ROS 積累情況，但其是通過硅元素直接調(diào)控還是通過各種激素間接調(diào)控抗氧化酶活性還有待進(jìn)一步研究[19]。該研究中除T6 處理外，各處理改良劑均是以活性硅為基礎(chǔ)的復(fù)配改良劑，因此水稻分蘗期生物量及株高等生長參數(shù)的提升可能與硅肥的添加有關(guān)。而T6 處理水稻分蘗期的生物量最大，可能是由于T6 配方中的腐殖酸、活性炭等有機(jī)質(zhì)中存在較多的CEC、大分子結(jié)構(gòu)和豐富的官能團(tuán)，改善了土壤孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了土壤持水保肥能力，降低鹽堿土壤EC 和水溶性Na+含量，提高了植物對(duì)K+的吸收，促進(jìn)植物對(duì)養(yǎng)分的吸收及利用率[20-22]；同時(shí)，T6 配方中的鈣鎂磷肥包含了很多Ca2+，能與土壤膠體中的Na+進(jìn)行置換并與植物形成競爭吸附，從而降低植物對(duì)Na+的吸收，而且鈣鎂磷肥除了能顯著增加土壤有效態(tài)鈣與磷含量以外，土壤硅含量的增加也十分顯著[23]。這也可能是T6 處理水稻植株生長最好的原因。

參考前人的研究成果發(fā)現(xiàn)，不同改良劑對(duì)水稻均有一定增產(chǎn)效果[24-27]。其中，以朱家騮等[26]施用過磷酸鈣、石膏粉、硫酸鈣為主的鹽堿地改良劑的效果較好，水稻產(chǎn)量可達(dá)9 689 kg/hm2，但其改良劑施用量較大（34.5 t/hm2），土壤含鹽量稍低（0.12%），可見改良劑效果的差異與施用量和類型有關(guān)。該研究中所有復(fù)配改良劑的施用量均為3 t/hm2，施用量相對(duì)較低，但水稻產(chǎn)量最高達(dá)到了6 533.32 kg/hm2，比未撒施改良劑的處理（CK2）增產(chǎn)29.97%；其中T5、T6與T7 的改良劑配方較其他改良劑配方增產(chǎn)效果更好，可能是由于這3 組復(fù)配調(diào)理劑中均含有磷酸鐵，鐵鹽的添加能改良鹽堿土壤理化性質(zhì)，改善土壤保水能力，并可顯著增加土壤抗氧化酶帶活性[28-29]。除此之外，鹽堿脅迫下，植物對(duì)鐵離子的吸收利用效率大大降低，嚴(yán)重影響了植物的正常生長和代謝[30]。而鐵元素也是水稻不可或缺的微量元素之一，在水稻生長發(fā)育過程中發(fā)揮著重要作用[31]，通過調(diào)控鐵氧蛋白參與光合電子傳遞，促進(jìn)鹽脅迫下光合作用增強(qiáng)，這也與該試驗(yàn)中撒施了改良劑的處理水稻葉片SPAD 值高于未撒施改良劑處理的結(jié)果一致；另一方面，鐵元素高度參與細(xì)胞自由基酶系統(tǒng)的循環(huán)過程，如過氧化氫酶（CAT）和過氧化物酶（POD）的轉(zhuǎn)化等，能進(jìn)一步提高抗氧化酶系統(tǒng)活性[32]，抑制鹽脅迫下膜脂過氧化作用[33]。

綜上所述，通過撒施土壤改良劑以提升水稻植株耐鹽能力及產(chǎn)量的方法是可行的，但改良劑對(duì)水稻耐鹽能力提升的作用機(jī)理還有待進(jìn)一步研究，弄清楚作用機(jī)理后才能有針對(duì)性地篩選原料，從而研制出既高效又價(jià)格低廉的鹽堿地改良劑。