水分礦化度對不同品種水稻發芽率的影響

劉盛林　劉國利　孫澤強　鄭東峰　趙慶雷　董曉霞　崔雙雙

摘要：淡水資源虧缺是限制鹽漬化土壤作物出苗和生長的關鍵因素之一，為探尋鹽漬化農田水稻出苗與水分礦化度的關系，選取非耐鹽品種圣稻735和耐鹽品種鹽粳456為試材，通過溫室盆栽試驗和室內培養箱模擬試驗開展不同礦化度灌溉水對水稻不同時間發芽率及土壤鹽分、pH值的影響。結果表明，水稻發芽率隨水分礦化度增加而降低，發芽時間推遲，礦化度越高，推遲時間越長，至16 d時發芽率達到最高。水稻發芽率與灌溉水礦化度呈顯著負相關，相同水分礦化度時，圣稻735發芽率高于鹽粳456，且發芽日期早于鹽粳456，圣稻735發芽鹽害程度弱于鹽粳456。以中度礦化度水灌溉時，兩品種水稻發芽率均低于50%，其受鹽害程度較重。本研究表明，灌溉水礦化度增加顯著提高土壤鹽分，進而導致水稻發芽受抑制，在弱礦化水灌溉條件下，圣稻735發芽狀況優于鹽粳456，而弱礦化水可用于灌溉淡水資源受限的鹽漬化農田水稻發芽，以保證一定程度的出苗率。

關鍵詞：水分礦化度；鹽漬土；水稻；發芽率

中圖分類號：S511.04 文獻標識號：A 文章編號：1001-4942（2018）11-0097-05

Abstract Limited fresh water plays a critical role on crops germination and growth in salinity lands. In order to research the relationship between rice germination and water mineralization， the effects of irrigation water with different salinity on rice germination rate at different time， soil salinity and pH value were studied by a pot experiment in greenhouse and a culture experiment in constant-temperature incubator with two rice varieties， Shengdao 735 （salt-sensitive） and Yanjing 456 （salt-tolerance）. The results showed that the germination rate of rice decreased with the increase of water salinity， and the germination time was delayed. The higher the salinity was， the longer the delayed time was. The germination rate reached the highest on the 16th day. The germination rate of rice was negatively correlated with the salinity of irrigation water. At the same water salinity， the germination rate of Shengdao 735 was higher than that of Yanjing 456， and the germination date was earlier than that of Yanjing 456， so the degree of salt damage to Shengdao 735 was weaker than that to Yanjing 456. When the water was with moderate salinity， the germination rate of the two varieties were both lower than 50%， and the degree of salt damage was heavier. The results showed that the increase of salinity of irrigation water significantly increased soil salinity， which led to the restraint of rice germination. Under the condition of weak mineralized water irrigation， the germination status of Shengdao 735 was better than that of Yanjing 456. Weak mineralized water could be used to germinate rice in saline farmland with limited freshwater resources to ensure a certain degree of germination rate.

Keywords Water mineralization； Salinized soil；Rice； Germination rate

土壤鹽漬化是農業生產普遍存在的主要限制因素之一。全球約有20%灌區耕地屬于鹽漬化土壤[1]， 我國鹽堿土面積約為 1×108 hm2，主要分布在濱海地區和內陸河流流經的平原地區[2]，是重要的后備土地資源。利用鹽漬化土壤開展作物種植，是保障我國糧食安全的重要舉措。近年來隨著糧食需求壓力的增大和可利用耕地面積的不斷減少，提升鹽漬化農田糧食產量成為促進我國農業可持續發展的重要途徑。

水稻（Oryza Sativa L.）具有特殊的生物學特性和生長環境，使其成為適合鹽漬化農田種植的重要糧食作物。鹽堿地種稻是治理、改良和利用鹽堿化土壤的有效途徑，同時也是提高鹽堿地糧食生產能力和改善農業生態環境的有效途徑之一[3-5]。

鹽漬和干旱是嚴重威脅水稻出苗和生長的兩大非生物逆境脅迫因素，而在鹽漬化農田環境中，水分礦化度是協調和平衡這兩個因素的關鍵因子，探尋灌溉水最適礦化度，可為鹽漬化土壤尋求經濟合理的灌溉措施提供理論依據。

種子發芽是水稻幼苗及群體建成和高產的基礎，直接關系到水稻產量。水稻種子在萌發階段受到鹽堿脅迫，導致發芽勢降低 、發芽率下降及群體質量較差。因此，淡水資源受限制時，篩選適宜礦化度的灌溉水是水稻高產的先決條件。實驗室內鑒定水稻萌發階段耐鹽性，具有操作性強、周期短 、效率高的優點，已被廣泛應用于水稻耐鹽堿性的研究[6-8]，溫室盆栽鑒定方法的使用則相對較少。本研究采用溫室盆栽與實驗室恒溫箱培養相結合的方法，測定不同礦化度灌溉水條件下水稻種子發芽率及水分礦化度對土壤表層電導率及pH值的影響，以期為探尋水稻灌溉水最適礦化度提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設計

試驗選取圣稻735（非耐鹽）和鹽粳456（耐鹽）兩個水稻品種為供試材料。根據不同的水分礦化度和水稻品種設置8個處理：（1）非耐鹽品種（N）灌溉自來水（淡水Z，礦化度0.870 g/L）處理（NZ）；（2）非耐鹽品種（N）灌溉弱礦化水（H，礦化度2.382 g/L）處理（NH）；（3）非耐鹽品種（N）灌溉中度礦化水（W，礦化度3.894 g/L）處理（NW）；（4）非耐鹽品種（N）灌溉中度礦化水（P，礦化度5.346 g/L）處理（NP）；（5）耐鹽品種（S）灌溉自來水（淡水Z）處理（SZ）；（6）耐鹽品種（S）灌溉弱礦化水（H）處理（SH）；（7）耐鹽品種（S）灌溉中度礦化水（W）處理（SW）；（8）耐鹽品種（S）灌溉中度礦化水（P）處理（SP）。根據灌溉水的總礦化度大小，分為淡水（<1 g/L）、弱礦化水（1～3 g/L）、中礦化水（3～10 g/L）和強礦化水（10～50 g/L）。根據土壤總鹽含量，鹽漬土分為：非鹽土（<1 g/kg）、輕度鹽漬化土壤（1～2 g/kg）、中度鹽漬化土壤（2～4 g/kg）、重度鹽漬化土壤（4～6 g/kg）和鹽土（>6 g/kg）。

1.2 試驗方法

盆栽試驗在山東省農業科學院蔬菜花卉研究所溫室進行（溫度22.1℃，濕度31.0%）。所用土壤采自無棣縣輕度鹽漬化農田，總鹽含量為1.20 g/kg（電導率為0.307 mS/cm ）， pH值8.18，混勻過篩后自然風干，每盆裝土5.00 kg，用不同礦化度水灌溉。挑選大小一致水稻種子（用10% H2O2滅菌10 min，去離子水反復沖洗10次，浸泡24 h），每盆播種30粒（3撮，每撮10粒），覆土0.30 kg，距盆頂3 cm，之后在盆上覆一層塑料膜，以便保持土壤濕度和適宜溫度。水稻播種前，將肥料溶于水配制成營養液，與風干過篩的土壤充分混勻、裝盆。肥料用量按照223 mg/kg K2SO4（100 mg/kg K） 、435 mg/kg尿素（200 mg/kg N）和329 mg/kg KH2PO4（75 mg/kg P） 。每處理重復3次，共24盆，完全隨機區組排列。

培養箱模擬試驗在山東省農業科學院農業資源與環境研究所進行。2017年12月19日，挑選大小一致的水稻種子，浸入10%的H2O2溶液中滅菌10 min，取出后用去離子水反復沖洗10次，備用。于培養皿底部鋪墊大小一致的雙層吸水紙，不同礦化度水分潤濕后，每個培養皿中均勻排列50粒種子，于28℃培養箱中連續避光培養，每天更換相應礦化度的水溶液以保持穩定礦化度。每處理重復3次，共24個培養皿，完全隨機區組排列。

試驗開始后每天觀察水稻發芽情況，記錄水稻發芽日期和發芽數，發芽數不再變化時停止記錄，計算發芽率。試驗結束后分別取盆栽試驗的0～5 cm土壤，避光風干后過2 mm篩，按照1∶5的土水比取10 g土壤配成懸浮液，振蕩均勻后過濾，取上清液測定電導率（DDS-307電導率儀）和pH值（PHS-3C pH計）。

發芽率（%）=（發芽種子粒數/供試種子數）×100 。

1.3 數據分析

試驗數據采用SPSS 16.0軟件進行方差分析，發芽勢、發芽率等百分數指標經反正弦和平方根轉換后進行方差分析，處理間差異顯著性檢驗采用LSD法（P<0.05）。采用SigmaPlot 12.5軟件（Systat， San Jose， USA）通過線性回歸法對數據進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 盆栽條件下水分礦化度對水稻發芽的影響

由圖1 看出，水分礦化度升高顯著抑制了水稻的發芽。同一水稻品種，發芽率隨水分礦化度的增加而顯著降低，發芽日期被推遲，礦化度越高，推遲時間越長，至16 d時發芽率達到最高。相關性分析結果表明，水稻發芽率與灌溉水礦化度呈顯著負相關（P<0.05，圖2）。水分礦化度相同時，圣稻735發芽率高于鹽粳456（除弱礦化水處理外），且發芽時間早于鹽粳456（圖1），圣稻735發芽所受鹽害程度弱于鹽粳456（圖2），通過相關性分析模擬方程計算可知，以中度礦化度水分灌溉時，兩品種水稻發芽率均低于50%，其受鹽害程度較重。

2.2 培養箱條件下水分礦化度對水稻發芽的影響

由圖3看出， 兩品種水稻均在非礦化水條件下發芽率最高（NZ和SZ），水分礦化度顯著降低水稻種子的發芽率，并推遲水稻發芽時間。隨水分礦化度提高，圣稻735在弱礦化水條件下（NH）初期時（第6天）發芽率顯著低于非礦化水（NZ），隨時間延長，其發芽率與非礦化水（NZ）趨于相同，弱礦化水對圣稻735發芽主要存在延遲作用；中度礦化水條件下（NW和NP），其發芽率顯著降低，中度礦化水降低圣稻735發芽率并存在顯著延遲作用。與非礦化水相比，弱礦化水（SH）和中度礦化水（SW和SP）均對鹽粳456發芽率和發芽時間產生顯著負效應。淡水和弱礦化水條件下圣稻735發芽率顯著高于鹽粳456，中度礦化水條件下兩品種水稻品種發芽情況無顯著差異。

2.3 水分礦化度對0～5 cm土層土壤電導率及pH值的影響

由圖4看出，水分礦化度的增加顯著提高兩品種水稻0～5 cm土層土壤電導率，與非礦化水灌溉處理相比，弱礦化水對0～5 cm土壤電導率無顯著影響，中度礦化水均顯著提高了0～5 cm土壤的電導率，但水分礦化度對土壤pH值無顯著影響。0～5 cm為水稻種子所在土層，電導率的增加即土壤鹽分含量的升高可能是抑制圣稻735（非耐鹽）和鹽粳456（耐鹽）種子發芽的主要因素。

3 討論與結論

種子萌發是植物生命周期的關鍵因子，發芽率是評價種子發芽的直接常用指標，反映了種子發芽速度的潛勢[9，10]，對水稻萌發期進行耐鹽性研究具有重要價值。

黃河三角洲地區由黃河沖積形成，新生土地為該區提供了大量后備耕地資源[7]。但該區域土壤鹽堿化嚴重，適宜種植的作物種類有限，又因海水倒灌等原因導致淡水資源虧缺嚴重，作物種植過程中的灌溉問題難以有效解決。經濟合理有效的灌溉措施制定對當地農業生長至關重要，而對水稻最適灌溉水礦化度的研究，有助于合理利用當地地上和地下水資源，為解決濱海地區干旱和鹽漬問題提供理論依據。本研究結果表明，在溫室盆栽條件和恒溫箱培養條件下，灌溉水礦化度的提高均顯著抑制水稻發芽，隨水分礦化度升高，兩品種水稻發芽時間均推遲，發芽率顯著降低，且水稻發芽率與灌溉水礦化度呈顯著負相關。已有研究表明，水稻種子的發芽勢、發芽率、發芽指數等隨灌溉水礦化度的升高呈下降趨勢[11，12]，且灌溉水礦化度升高不僅影響種子發芽率，也會影響種子發芽時間[6，13]。本試驗結果表明，灌溉水礦化度顯著影響土壤表層鹽分含量，水分礦化度越高，土壤鹽分含量越高，對土壤酸堿性則無顯著影響。由此可見，高礦化度水增加土壤鹽分可能是導致水稻發芽率顯著降低的主要原因，土壤鹽漬化導致水稻種子無法正常吸水生長受到抑制。已有研究結果也表明，在咸水灌溉條件下，水稻土壤鹽分含量隨灌溉水鹽分濃度增加而增加[14]。

水稻的耐鹽性因品種、生育階段、器官、鹽濃度等不同而存在差異[15，16]。本研究中以水稻萌發狀況來看，圣稻735更適合種植于試驗當地的輕度鹽漬農田，在相同灌溉水礦化度下，其水稻發芽率更高，浸種后發芽時間更短。這可能是因為水稻種子發芽條件要求比較復雜，與耐鹽品種篩選時鹽漬化環境存在一定程度的差異，如土壤物理性狀和溫度等環境因子同樣在水稻發芽過程中起著重要作用，而且水稻萌發期的發芽率僅僅是耐鹽品種篩選的首個指標，不足以完全表征整個生育期水稻對水分礦化度的響應狀況；耐鹽品種篩選過程中可能更注重水稻品種在土壤鹽漬化嚴重條件下保持更高發芽率或生育期其他階段的耐鹽性。因此，尚需進一步研究探討整個生育期內不同礦化度灌溉水對水稻生長的影響，并通過大田試驗進一步研究鑒定。

本研究表明，灌溉水礦化度增加顯著提高土壤鹽分，進而導致水稻發芽受抑制；在弱礦化水灌溉條件下，圣稻735發芽狀況優于鹽粳456，而弱礦化水可用于灌溉淡水資源受限的鹽漬化農田水稻發芽，以保證一定程度的出苗率。

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