不同土壤改良剂对耐盐水稻的增产效果

何钟响，李尝君，刘尚儒，罗海艳，彭 华，朱 坚，简 燕

（湖南省农业科学院，湖南省农业环境生态研究所，农业部长江中游平原农业环境重点实验室，农田土壤重金属污染防控与修复湖南省重点实验室，湖南 长沙 410125）

据调查，在我国约有9 900 万hm2盐碱土壤尚未利用或利用率不高，约占我国耕地面积的10%[1]。土壤盐碱化会导致土壤板结，持水性和透水性变差，土壤肥力下降[2]，并限制土壤中的氮素转化[3-4]，进而影响植物水分和养分的吸收[5]，阻碍作物的生长[6]。水稻是一种对盐碱中度敏感的作物[7]，容易受盐碱胁迫而降低产量。因此，土壤盐碱化是限制盐碱稻作区水稻生产稳定发展的主要因素。近年来，如何提高水稻耐盐碱能力，保障水稻增产稳产，受到学者们的广泛关注。

目前，国内外治理盐碱土壤的措施主要分为3 类，分别是工程措施（客土改良、淡水洗盐、铺设隔离层等）、生物措施（植物改良、微生物共生等）和化学措施（化学淋洗、土壤改良剂等）[8-11]。工程措施造价高，施工难度较大；生物措施资源有限，存在一定局限性；化学措施操作简便、原料易得，是一种较为理想的盐碱土壤改良方法。因此，近年来利用土壤改良剂对盐碱土壤进行改良优化，提升作物耐盐碱能力的案例有诸多报道[12-14]。笔者以硅基材料和磷酸铁为主要原料研发盐碱土壤改良剂，在模拟的盐胁迫环境下比较不同类型改良剂对水稻生长及产量的影响，以期为盐碱土壤的开发利用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试水稻品种为耐盐水稻“超优千号”。土壤改良剂原料有艾肯基础硅、高级硅、活性炭、脱硫石膏、磷酸铁、腐植酸和磷酸二氢铝等，市购。供试土壤为湖南省农业科学院高桥基地的水稻土，采挖后晒干、碾碎、过筛，放入盐池，加入晒干海盐（山东烟台莱州市海晶盐化公司）至土壤含盐量达0.6%，用以模拟盐胁迫环境。

1.2 试验方法

试验于6—10 月在湖南省农业科学院高桥基地进行，水稻作中稻栽培，秧苗人工移栽。设置32 块人工盐池，每块盐池占地3.75 m2，采用防渗膜隔离，盐池深度60 cm，回填土深度40 cm，控制淹水深度10 cm，采用晒干海盐调配稻田土壤含盐量至0.6%；32块盐池分为8 组，编号T1～T7 的处理施用不同配方的土壤改良剂（表1），还有一组为CK2，不施用土壤改良剂；另外，设置4 块常规土壤，为CK1，非盐土，不施用土壤改良剂。土壤改良剂与基肥一起在水稻移栽前一周撒施，即撒施后机械搅拌均匀，基肥为复合肥100 kg/667m2、尿素5 kg/667m2，改良剂用量统一为200 kg/667m2。

表1 试验设计

1.3 样品采集与测定

水稻分蘖期时每小区选取5 株植株用 SPAD-502叶绿素仪测定植株顶叶中部的SPAD 值，取平均值作为该处理植株叶片的SPAD 值；并选取有代表性的长势一致的连续5 丛水稻植株，测定株高、死亡苗数与非健壮苗数等生长状态。收获前（成熟期）每小区选取有代表性的长势一致的连续5 丛水稻植株，测定有效穗数及千粒重，并统计各处理水稻的产量（去除含水率后值）。

1.4 数据处理

运用IMB SPSS 21.0 软件对数据进行统计分析处理，采用最小显著性差异法（LSD）进行差异显著性分 析。采 用Microsoft Excel 2010、graphpad prism 9、origin 2016 等软件制作图表。

2 结果与分析

2.1 不同改良剂对水稻分蘖期生长情况的影响

2.1.1 分蘖期植株生长情况由表2 可知，盐胁迫对水稻生长有较强的抑制作用，表现为盐胁迫下水稻幼苗死亡率增加、健壮苗比例下降、分蘖期株高较矮；改良剂处理组T1～T7 的水稻植株生长指标均优于CK2，表明施用不同配方的改良剂均能达到减轻水稻盐胁迫的效果，特别是T5 和T6 处理的改良剂对提高水稻耐盐能力有较好的效果，植株干重分别比CK2增加40.99%和70.60%。

表2 不同改良剂处理下水稻生长情况

2.1.2 分蘖期水稻叶片SPAD值由图1可知，CK1（无盐胁迫）的SPAD 值显著高于其他处理，表明盐胁迫下水稻叶片叶绿素含量明显降低；施用不同改良剂处理均能提高水稻叶片叶绿素含量，但差异不显著。

图1 不同改良剂处理下水稻叶片的SPAD 值

2.2 不同改良剂对水稻产量的影响

由图2～4 可知， T5、T6、T7 处理水稻的产量显著高于对照CK2，与CK1 差异不显著； T5 处理产量最高，达6 533.32 kg/hm2，比CK2 增产29.97%，其千粒重达23.46 g、有效穗数达20.74 万穗/667m2，在各处理中均为最高；其次为T6 和T7 处理，产量分别达5 893.32 和5 906.64 kg/hm2，分别比CK2 增产17.24%和17.50%；T1 处理水稻产量略高于CK2，T2、T3、T4 处理水稻产量均低于CK2，但差异不显著；相对于T2、T3、T4 处理，T5、T6、T7 处理中改良剂中均加有磷酸铁，说明以磷酸铁为主要原料复配的改良剂相对具有更强的增产效果。

图2 不同改良剂处理下水稻的有效穗数

图3 不同改良剂处理下水稻的千粒重

图4 不同改良剂处理下水稻的产量

3 结论与讨论

水稻植株生物量、株高、死亡苗数等测定指标能直接反应水稻在胁迫环境下植株的健康状况[15]。土壤盐胁迫下，水稻植物会受到不同程度的影响，最严重的结果即植株发育受阻，死亡，轻微一些的影响也会导致植物变矮、生物量下降等[16]。该试验采用晒干海盐模拟盐胁迫环境，探讨不同配方的土壤改良剂对水稻生长及产量的影响，结果显示，在水稻分蘖期，撒施了改良剂的各处理水稻植株生长指标均优于同样处于盐胁迫环境的未撒施改良剂的处理（CK2），表明添加改良剂能减轻盐胁迫对水稻生长的抑制作用，改善水稻在盐胁迫下的生长状况。Romero-aranda 等[17]的研究表明，硅的添加能显著提高盐碱胁迫下小麦各个时期的生物量。Liang[18]发现添加外源硅后，大麦叶片叶绿素含量与二氧化碳同化速率均有所提升，且叶面积增大，生物量与株高显著提升。同时，硅肥的添加能提高盐胁迫下植物体内的CAT、SOD 及APX活性，改善植物体内ROS 积累情况，但其是通过硅元素直接调控还是通过各种激素间接调控抗氧化酶活性还有待进一步研究[19]。该研究中除T6 处理外，各处理改良剂均是以活性硅为基础的复配改良剂，因此水稻分蘖期生物量及株高等生长参数的提升可能与硅肥的添加有关。而T6 处理水稻分蘖期的生物量最大，可能是由于T6 配方中的腐殖酸、活性炭等有机质中存在较多的CEC、大分子结构和丰富的官能团，改善了土壤孔隙结构，增强了土壤持水保肥能力，降低盐碱土壤EC 和水溶性Na+含量，提高了植物对K+的吸收，促进植物对养分的吸收及利用率[20-22]；同时，T6 配方中的钙镁磷肥包含了很多Ca2+，能与土壤胶体中的Na+进行置换并与植物形成竞争吸附，从而降低植物对Na+的吸收，而且钙镁磷肥除了能显著增加土壤有效态钙与磷含量以外，土壤硅含量的增加也十分显著[23]。这也可能是T6 处理水稻植株生长最好的原因。

参考前人的研究成果发现，不同改良剂对水稻均有一定增产效果[24-27]。其中，以朱家骝等[26]施用过磷酸钙、石膏粉、硫酸钙为主的盐碱地改良剂的效果较好，水稻产量可达9 689 kg/hm2，但其改良剂施用量较大（34.5 t/hm2），土壤含盐量稍低（0.12%），可见改良剂效果的差异与施用量和类型有关。该研究中所有复配改良剂的施用量均为3 t/hm2，施用量相对较低，但水稻产量最高达到了6 533.32 kg/hm2，比未撒施改良剂的处理（CK2）增产29.97%；其中T5、T6与T7 的改良剂配方较其他改良剂配方增产效果更好，可能是由于这3 组复配调理剂中均含有磷酸铁，铁盐的添加能改良盐碱土壤理化性质，改善土壤保水能力，并可显著增加土壤抗氧化酶带活性[28-29]。除此之外，盐碱胁迫下，植物对铁离子的吸收利用效率大大降低，严重影响了植物的正常生长和代谢[30]。而铁元素也是水稻不可或缺的微量元素之一，在水稻生长发育过程中发挥着重要作用[31]，通过调控铁氧蛋白参与光合电子传递，促进盐胁迫下光合作用增强，这也与该试验中撒施了改良剂的处理水稻叶片SPAD 值高于未撒施改良剂处理的结果一致；另一方面，铁元素高度参与细胞自由基酶系统的循环过程，如过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）的转化等，能进一步提高抗氧化酶系统活性[32]，抑制盐胁迫下膜脂过氧化作用[33]。

综上所述，通过撒施土壤改良剂以提升水稻植株耐盐能力及产量的方法是可行的，但改良剂对水稻耐盐能力提升的作用机理还有待进一步研究，弄清楚作用机理后才能有针对性地筛选原料，从而研制出既高效又价格低廉的盐碱地改良剂。