DOI 10 12357 cjea 20210850 陳佩 王金濤 董心亮 田柳 張雪佳 劉小京 孫宏勇 蔬菜咸水灌溉研究進(jìn)展 J 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 中英文 2022 30 5 799 808 CHEN P WANG J T DONG X L TIAN L ZHANG X J LIU X J SUN H Y Review of research development associated with the application of saline water irrigation to vegetables J Chinese Journal of Eco Agriculture 2022 30 5 799 808 蔬菜咸水灌溉研究進(jìn)展 陳 佩1 2 王金濤1 董心亮1 田 柳1 2 張雪佳1 2 劉小京1 2 孫宏勇1 2 1 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 石家莊 050022 2 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049 摘 要 我國(guó)淡水資源嚴(yán)重短缺且分布不均 開(kāi)發(fā)利用儲(chǔ)量豐富的咸水資源對(duì)于保障水安全戰(zhàn)略具有重要的意義 我國(guó)蔬菜種植面積和產(chǎn)量居世界首位 蔬菜既是產(chǎn)量較高也是耗水量較大的經(jīng)濟(jì)作物 如何安全利用咸水資源 拓 寬蔬菜灌溉用水供應(yīng)來(lái)源 保證蔬菜生產(chǎn)是淡水短缺地區(qū)面臨的主要問(wèn)題 也是當(dāng)今咸水利用方面的研究重點(diǎn)和難 點(diǎn) 因此 本文從咸水資源利用潛力 咸水灌溉應(yīng)用狀況 咸水灌溉對(duì)蔬菜生長(zhǎng) 產(chǎn)量和品質(zhì)的影響等方面對(duì)咸 水灌溉在蔬菜種植中的高效利用機(jī)理 技術(shù)及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了綜述 利用2 4 11 83 dS m 1的咸水灌溉雖使 蔬菜產(chǎn)量降低6 21 63 05 但蔬菜品質(zhì)提高6 25 74 07 采用適宜的咸水灌溉調(diào)控技術(shù) 優(yōu)化灌溉策略可提 高咸水灌溉的利用效率 在未來(lái)微咸水利用和擴(kuò)大蔬菜種植面積中可發(fā)揮重要作用 關(guān)鍵詞 咸水灌溉 耐鹽度 蔬菜品質(zhì) 灌溉策略 生態(tài)效應(yīng) 中圖分類(lèi)號(hào) S607 1開(kāi)放科學(xué)碼 資源服務(wù) 標(biāo)識(shí)碼 OSID Review of research development associated with the application of saline water irrigation to vegetables CHEN Pei1 2 WANG Jintao1 DONG Xinliang1 TIAN Liu1 2 ZHANG Xuejia1 2 LIU Xiaojing1 2 SUN Hongyong1 2 1 Center for Agricultural Resources Research Institute of Genetics and Developmental Biology Chinese Academy of Sciences Shijiazhuang 050022 China 2 University of Chinese Academy of Sciences Beijing 100049 China Abstract Freshwater resources are scarce and unevenly distributed in China The exploitation of saline water resources is of great significance to the success of water security strategies Currently there are researches focusing on overcoming the difficulties associ ated with saline water utilization The sowing area and yield of vegetables are the highest in the world but vegetables are economic crops with relatively large water consumptions The main problem faced by freshwater shortage regions is how to safely use saline water resources broaden the supply source of vegetable irrigation water and ensure vegetable production Therefore this paper re views the mechanisms and technologies associated with the application and future development of saline water irrigation in vegetable planting from the aspects of the utilization potential of saline water resources application status of saline water irrigation and effects of saline water irrigation on vegetable growth yield and quality to provide water resources that guarantee the high quality green de velopment of agriculture The results showed that using 2 4 11 83 dS m 1 saline water irrigation reduced vegetable yields by 6 21 63 05 but improved vegetable quality by 6 25 74 07 Using suitable saline water irrigation regulation technologies and 中國(guó)科學(xué)院鹽堿地資源高效利用工程實(shí)驗(yàn)室 KFJ PTXM 017 和河北省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目 21326408D 資助 通信作者 孫宏勇 主要研究方向?yàn)檗r(nóng)田水鹽運(yùn)移過(guò)程機(jī)理與調(diào)控 E mail hysun 陳佩 主要研究方向?yàn)檗r(nóng)田水鹽運(yùn)移過(guò)程及調(diào)控 E mail chenpei19 收稿日期 2021 11 30 接受日期 2022 03 24 The study was supported by the CAS Engineering Laboratory for Efficient Utilization of Saline Resources KFJ PTXM 017 and Hebei Province Sci ence and Technology Support Program 21326408D Corresponding author E mail hysun Received Nov 30 2021 accepted Mar 24 2022 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào) 中英文 2022年5月 第 30 卷 第 5 期 Chinese Journal of Eco Agriculture May 2022 30 5 799 808 optimizing irrigation strategies can improve the utilization efficiency of saline water irrigation and play an important role in the sus tainable development of agriculture in the future Keywords Saline water irrigation Salt tolerance Vegetable quality Irrigation strategy Ecological effect 蔬菜是人們?nèi)粘Ｉ钪胁豢扇鄙俚氖澄?隨著 人民生活水平的不斷提高 對(duì)蔬菜的需求量也不斷 增加 2019年我國(guó)蔬菜種植面積達(dá)2086 3萬(wàn)hm2 年 產(chǎn)量7 21億t 人均占有量超500 kg 均居世界第一 位 1 同時(shí) 蔬菜也是耗水量較大作物 30 的農(nóng)田 用水用于蔬菜灌溉 年耗水量在750 6 893 1 mm之 間 2 3 水是支撐社會(huì)經(jīng)濟(jì)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)可持續(xù)發(fā)展不 可或缺的重要資源 我國(guó)是水資源相對(duì)匱乏的國(guó)家 人均水資源量?jī)H占全球平均水資源量的1 4左右 4 從20世紀(jì)70年代開(kāi)始 我國(guó)北方地區(qū)為了追求農(nóng)業(yè) 高產(chǎn)過(guò)度抽取地下水灌溉導(dǎo)致了地下水水位的不斷 下降 引發(fā)了一系列的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題 發(fā)展節(jié)水技 術(shù)和開(kāi)發(fā)利用水源成為環(huán)境水資源供需矛盾的重要 途徑 世界范圍內(nèi)淺層地下咸水資源較為豐富 科 學(xué)合理開(kāi)發(fā)利用咸水資源已成為咸水分布地區(qū)解決 水資源短缺問(wèn)題的有效途徑 國(guó)內(nèi)外大量研究和實(shí) 踐證明 科學(xué)合理地開(kāi)發(fā)利用咸水資源 不僅對(duì)緩解 淡水資源短缺 擴(kuò)大農(nóng)業(yè)水源 抗旱增產(chǎn)具有重要 作用 對(duì)地下水資源更新 淡水存儲(chǔ)和生態(tài)環(huán)境保 護(hù)也具有積極作用 5 咸水灌溉雖然可以提供作物 生長(zhǎng)所需要的水分 但是同時(shí)也帶來(lái)了鹽分 直接或 間接地影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育 因此 科學(xué)合理安全 高效地利用咸水資源一直是世界范圍內(nèi)缺水地區(qū)研 究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問(wèn)題 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 是緩解水資源短 缺和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)矛盾的重要舉措之一 本文就國(guó)內(nèi)外 咸水安全利用現(xiàn)狀和潛力 咸水灌溉對(duì)蔬菜產(chǎn)量和 品質(zhì)的影響機(jī)理 調(diào)控措施及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行總 結(jié) 以期為缺水區(qū)農(nóng)業(yè)高質(zhì)量綠色發(fā)展提供水資源 保障 1 咸水資源安全利用潛力與現(xiàn)狀 1 1 咸水資源利用潛力 水資源是指具有一定數(shù)量和可用質(zhì)量能從自然 界獲得補(bǔ)充并可資利用的水 咸水資源是針對(duì)水體 礦化度 即每升水含有的礦物質(zhì)含量 而言 把礦化 度 1 g L 1的水資源定義為咸水資源 一般而言 礦 化度 1 g L 1的水被認(rèn)為是淡 電導(dǎo)率10 g L 1 的水為高鹽度咸水 礦化度在 50 500 g L 1的水為鹵 水 6 200 g L 1的地下咸水分布面積占 0 12 7 我國(guó)咸水資源儲(chǔ)量豐富 地下微咸水資源和半 咸水資源分別為277億m3和121億m3 其中有開(kāi)采 價(jià)值尚待開(kāi)采利用的微咸水和半咸水資源量分別為 144億m3和56 46億m3 8 絕 大 部 分 位 于 地 下10 100 m處 宜于開(kāi)采利用 9 咸水的合理開(kāi)發(fā)利用 對(duì) 于緩解水資源矛盾 擴(kuò)大農(nóng)業(yè)水源 抗旱增產(chǎn)等方 面有非常重要的意義 1 2 咸水灌溉的應(yīng)用現(xiàn)狀 咸水灌溉在國(guó)內(nèi)外已經(jīng)有百年的歷史 許多國(guó) 家設(shè)立了咸水灌溉研究機(jī)構(gòu) 研究咸水灌溉的理論 和技術(shù) 在灌溉制度 灌溉水鹽濃度 咸水灌溉量和 灌溉時(shí)期 灌溉方法 噴灌 漫灌 溝灌 滴灌 以及咸水灌溉對(duì)作物產(chǎn)量 耗水量和水分利用效率 的影響機(jī)理等方面進(jìn)行了深入的理論和技術(shù)研究 10 國(guó)外利用微咸水灌溉擁有較長(zhǎng)的歷史和豐富的 經(jīng)驗(yàn) 主要分布在淡水資源相對(duì)短缺而咸水資源相 對(duì)豐富的地區(qū) 如日本 西班牙 突尼斯 摩洛哥 奧地利 以色列 伊拉克 科威特等國(guó)家和地區(qū) 在意大利的一些地區(qū)咸水已多年被用于灌溉 農(nóng)田 土壤未發(fā)生積鹽現(xiàn)象 埃及是一個(gè)極度干旱的國(guó)家 50多年來(lái)成功地利用咸水進(jìn)行農(nóng)業(yè)灌溉 土壤從沙 土到黏土 種植作物包括水稻 Oryza sativa 小麥 Triticum aestivum 甜菜 Beta vulgaris 和棉花 Gos sypium spp 等 11 中國(guó)北方干旱 半干旱和沿海地 區(qū)在咸水灌溉實(shí)踐中取得了顯著成效 天津 河北 河南 寧夏 甘肅 內(nèi)蒙古 陜西 山東等省 自 治區(qū) 直轄市 都已進(jìn)行咸水灌溉實(shí)踐 10 寧夏南 部山區(qū)地下咸水灌溉已有五十多年的歷史 用咸水 灌溉小麥 大麥 Hordeum vulgare 的產(chǎn)量可比旱地 提高3 4倍 并根據(jù)取得的經(jīng)驗(yàn)制定了適于當(dāng)?shù)叵?水灌溉的水質(zhì)評(píng)價(jià)指標(biāo) 11 從20世紀(jì)70年代開(kāi)始 河北省滄州地區(qū)一直采用礦化度小于5 g L 1的咸水 800 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué) 報(bào) 中英文 2022 第 30 卷 灌 溉 小 麥 與 旱 地 種 植 相 比 小 麥 產(chǎn) 量 可 增 加 10 30 最高可達(dá)49 1990年衡水地區(qū)開(kāi)始大規(guī) 模 采 用 咸 淡 混 合 灌 溉 技 術(shù) 使 小 麥 玉 米 Zea mays 棉花普遍增產(chǎn) 12 天津市農(nóng)業(yè)科學(xué)院利用咸 水灌溉小麥 發(fā)現(xiàn)4 5 g L 1咸水灌溉較旱作小麥生物 量 和 經(jīng) 濟(jì) 產(chǎn) 量 分 別 增 加15 40 和10 30 13 1991 1995年 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料研究所利 用咸水灌溉總面積約8 7萬(wàn)hm2 增產(chǎn)糧食5 15億 kg 棉花513萬(wàn)kg 獲經(jīng)濟(jì)效益2 5億元 14 這些咸 水灌溉的成功經(jīng)驗(yàn) 為淡水資源短缺地區(qū)的農(nóng)業(yè)生 產(chǎn)提供了保障 2 國(guó)內(nèi)外蔬菜咸水灌溉研究進(jìn)展 2 1 不同蔬菜種類(lèi)的耐鹽性 耐鹽臨界值作為評(píng)價(jià)耐鹽性的指標(biāo) 即由低鹽 到高鹽脅迫的中轉(zhuǎn)濃度 是所有耐鹽指標(biāo)由低鹽處 理不規(guī)律變化到高鹽處理受抑制過(guò)程中的一個(gè)轉(zhuǎn)折 點(diǎn) 耐鹽性強(qiáng)的作物在不同生長(zhǎng)期 其耐鹽性也存 在差異 對(duì)各蔬菜耐鹽閾值的研究結(jié)果表明 百合 科 Liliacaea 和十字花科 Brassicaceae 耐鹽性較強(qiáng) 茄科 Solanaceae 耐鹽性最弱 葫蘆科 Cucurbitaceae 豆科 Leguminosae 和傘形科 Apiaceae 居中 15 表1 表 1 蔬菜作物耐鹽度 Table 1 Salt tolerance of vegetables 作 物 1 Crop1 電導(dǎo)率上限 2 Electrical conductivity up limit2 dS m 1 b3 dS m 1 耐鹽等級(jí) 4 Rating4 小型蔬菜 Small vegetables 青花椰菜 Broccoli 2 8 9 2 MS 布魯塞爾芽菜 Brussels sprouts 1 8 9 7 MS 甘藍(lán) Cabbage 1 0 1 8 9 8 14 0 MS 花椰菜 Cauliflower 1 8 6 2 MS 芹菜 Celery 1 8 2 5 6 2 13 0 MS 卷心菜 Lettuce 1 3 1 7 12 0 MS 洋蔥 Onion 1 2 16 0 S 菠菜 Spinach 2 0 3 2 7 7 16 0 MS 蘿卜 Radishes 1 2 2 0 7 6 13 0 MS 茄科蔬菜 Solanaceae vegetables 茄子 Egg plant MS 胡椒 Peppers 1 5 1 7 12 0 14 0 MS 番茄 Tomato 0 9 2 5 9 0 MS 葫蘆科蔬菜 Cucurbitaceae vegetables 黃瓜 Cucumber 1 1 2 5 7 0 13 0 MS 南瓜 冬瓜 Pumplkin winter squash 1 2 13 0 MS 西葫蘆 Zucchini 4 7 10 0 MT 筍瓜 小胡瓜 Squash scallop 3 2 16 0 MS 西瓜 Watermalon MS 根莖和塊莖 Roots and tubers 甜菜 Beets 4 0 9 0 MT 歐洲蘿卜 Parsnip S 馬鈴薯 Potato 1 7 12 0 MS 甘薯 紅薯 Sweet potato 1 5 2 5 10 0 MS 蕪菁 Turnip 0 9 9 0 MS 胡蘿卜 Suger beet 7 0 5 9 T 豆科植物 Leguminosae crops 豆角 鮮 Beans 1 0 19 0 S 蠶豆 Broadbean 1 5 1 6 9 6 MS 黎豆 Cowpea 4 9 12 0 MT 花生 Peanut 3 2 29 0 MS 豌豆 Peas 1 5 14 0 S 黃豆 Soybeans 5 0 20 0 MT 1 表中數(shù)據(jù)僅是一種指南 因?yàn)槟望}度隨氣候 土壤條件和耕作方法而變化 作物經(jīng)常在發(fā)芽期和結(jié)籽期耐鹽度較低 2 電導(dǎo)率上限指產(chǎn)量開(kāi)始降 低時(shí)根系層鹽分的平均值 3 b 是指電導(dǎo)率超過(guò)電導(dǎo)率上限后每增加一個(gè)單位電導(dǎo)度作物產(chǎn)量減少的百分?jǐn)?shù) 4 耐鹽等級(jí)分為耐鹽 T 中等耐鹽 MT 中度敏感 MS 和敏感 S 1 The data serve only as a guideline Tolerance varies depending upon climate soil conditions and cultural practices Crops are often less tolerant during germination and seedling stage 2 Electrical conductivity up limit is the average root zone salinity at which yield starts to decline 3 b is the reducting percentage in crop yield per 1 dS m 1 increase when electrical conductivity beyond its up limit 4 Ratings is salt tolerant rank which is divided into four grades tolerant T moderately tolerant MT moderately sensitive MS and sensitive S 第 5 期 陳 佩等 蔬菜咸水灌溉研究進(jìn)展 801 為FAO56 16 提供的用飽和土壤提取液的電導(dǎo)率上 限 ECe threshold 和作物產(chǎn)量隨鹽分增加而下降的 斜率 b 表示的蔬菜作物的耐鹽度 2 2 咸水灌溉對(duì)蔬菜生理生態(tài)指標(biāo)的影響 咸水灌溉使蔬菜處在鹽漬環(huán)境下 鹽分脅迫會(huì) 干擾作物各種生理和代謝上的反應(yīng) 作物對(duì)鹽分的 敏感程度因其品種 生育階段以及器官的不同而不 同 17 Wang等 18 發(fā)現(xiàn)在40 mmol L 1和80 mmol L 1 NaCl處理下花椰菜 Brassica oleracea var botrytis 芽 期葉片的脫落酸 細(xì)胞分裂素 黃銅內(nèi)酯 吲哚 3 乙酸和赤霉素的水平顯著提高 凈光合速率也隨著 葉綠素含量的提高和光系統(tǒng) 活性增加而增加 對(duì) 番茄開(kāi)花坐果期灌溉研究結(jié)果表明 19 隨著灌溉水電 導(dǎo)率 EC在0 7 7 8 dS m 1之間 的增加 不同處理番 茄葉片中葉綠素總量 類(lèi)胡蘿卜素 丙二醛和脯氨 酸量差異不顯著 但可溶性糖量顯著降低 葉面積指 數(shù) 地上部和地下部生物量也都隨著EC的增加先 增加 但當(dāng)EC 4 7 dS m 1時(shí)番茄 Lycopersicon escu lentum 生長(zhǎng)明顯受到抑制 萬(wàn)書(shū)勤等 20 研究結(jié)果顯 示 不同鹽分濃度咸水 1 1 4 9 dS m 1 處理對(duì)番茄 根干質(zhì)量密度 根長(zhǎng)密度 最大葉面積指數(shù) 總?cè)~ 綠素含量等均無(wú)顯著影響 武育芳等 21 研究表明 在草炭 蚯蚓糞復(fù)合基質(zhì)栽培條件下 相比于淡水灌 溉 1 15 dS m 1 咸水灌溉 3 dS m 1 處理使番茄葉 片蒸騰速率增高49 29 氣孔導(dǎo)度增高222 汪 洋等 22 發(fā)現(xiàn)咸水灌溉 5 16 dS m 1 與淡水灌溉 0 32 dS m 1 相比 番茄株高降低21 17 莖粗降低9 83 葉片葉綠素增高15 50 Chisari等 23 研究表明隨著 鹽分濃度 2 8 4 8 dS m 1 的增加生菜 Lactuca sativa cv Duende 葉片中總酚類(lèi)化合物含量緩慢下降且抗 氧 化 活 性 受 到 抑 制 翟 紅 梅 等 24 發(fā) 現(xiàn) 微 咸 水 3 g L 1 灌溉下蔬菜受到鹽分脅迫 植株耐鹽性能降低 細(xì)胞膜完整性被破壞 導(dǎo)致番茄 青椒 Capsicum annuum 和茄子的光合速率分別下降18 5 15 3 和14 1 2 3 咸水灌溉對(duì)蔬菜產(chǎn)量的影響 鹽分脅迫對(duì)作物的生長(zhǎng)發(fā)育有一定程度的干擾 可能會(huì)導(dǎo)致其生長(zhǎng)受到抑制 咸水灌溉條件下對(duì)蔬 菜作物的產(chǎn)量研究存在差異 但基本呈現(xiàn)降低的趨 勢(shì) 張 薺 文 等 25 研 究 發(fā) 現(xiàn) 相 比 于 淡 水 灌 溉 0 32 dS m 1 2 74 dS m 1咸 水 灌 溉 使 黃 瓜 Cucumis sat ivus 產(chǎn)量下降6 21 5 16 dS m 1咸水灌溉使黃瓜產(chǎn) 量 下 降17 71 汪 洋 等 22 發(fā) 現(xiàn) 相 對(duì) 于 淡 水 灌 溉 0 32 dS m 1 咸水灌溉 5 16 dS m 1 使番茄產(chǎn)量下 降 44 8 翟 紅 梅 等 24 發(fā) 現(xiàn) 基 質(zhì) 栽 培 條 件 下 用3 g L 1微咸水灌溉對(duì)番茄和茄子 Solanum melongena 的生長(zhǎng)發(fā)育有明顯抑制作用 與土壤栽培相比株高 分別下降 44 1 和25 1 生物量分別下降80 4 和 48 9 產(chǎn)量下降49 2 和27 6 青椒的株高和生物 量 分 別 下 降15 2 和27 0 但 產(chǎn) 量 無(wú) 顯 著 變 化 Pasternak等 26 研究發(fā)現(xiàn)在沙培條件下相對(duì)于淡水灌 溉 1 2 dS m 1 用6 2 dS m 1的咸水灌溉番茄產(chǎn)量下 降56 42 Gawad等 27 發(fā) 現(xiàn) 相 對(duì) 于 淡 水 灌 溉 1 2 dS m 1 7 5 dS m 1咸水灌溉使番茄產(chǎn)量下降50 李 丹 等 19 發(fā) 現(xiàn) 當(dāng) 灌 溉 咸 水 電 導(dǎo) 率 EC 在0 7 7 8 dS m 1之間時(shí) 番茄的產(chǎn)量隨著EC的增加而降低 當(dāng)EC 1 4 dS m 1時(shí) EC每增加1 dS m 1 番茄的產(chǎn) 量 降 低9 7 Patel等 28 研 究 發(fā) 現(xiàn) 利 用 咸 水 1 9 dS m 1 地下滲灌技術(shù)對(duì)馬鈴薯 Solanum tuberosum 進(jìn)行灌溉時(shí) 各處理間馬鈴薯的最終產(chǎn)量差異不明 顯 焦艷平等 29 研究表明相對(duì)于0 72 g L 1淡水灌 溉 2 g L 1和3 g L 1微咸水灌溉對(duì)大白菜 Brassica pekinensis 的產(chǎn)量影響沒(méi)有差異 但4 3 g L 1咸水灌 溉可使其產(chǎn)量降低9 0 Savvas等 30 研究表明相較 于 基 礎(chǔ) 營(yíng) 養(yǎng) 液 2 1 dS m 1 滴 灌 加 入25 mmol L 1 NaCl的 咸 水 4 7 dS m 1 滴 灌 使 茄 子 產(chǎn) 量 下 降 19 73 Mendlinger 31 研究發(fā)現(xiàn)在沙培條件下相對(duì) 于淡水灌溉 1 2 dS m 1 用6 dS m 1或8 dS m 1咸水 灌溉甜瓜 Cucumis melo 均使其產(chǎn)量下降13 55 Sahin等 32 研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于淡水灌溉 0 25 dS m 1 用5 7 dS m 1咸 水 灌 溉 白 菜 Brassica oleracea var capitata 其產(chǎn)量下降45 97 用11 82 dS m 1咸水灌 溉白菜 使其產(chǎn)量下降可達(dá)63 05 Amor等 33 研究 發(fā)現(xiàn)相較于對(duì)照 2 dS m 1 4 dS m 1咸水灌溉使甜瓜 產(chǎn)量下降14 5 6 dS m 1咸水灌溉使甜瓜產(chǎn)量下降 38 53 8 dS m 1咸水灌溉使甜瓜產(chǎn)量下降49 35 江雪飛等 34 研究結(jié)果表明與淡水灌溉相比 在伸蔓 期用礦化度為3 g L 1的咸水進(jìn)行灌溉能夠提高甜瓜 的產(chǎn)量 用礦化度為5 g L 1和7 g L 1咸水灌溉的甜 瓜產(chǎn)量沒(méi)有顯著差異 但用礦化度為9 g L 1的咸水 灌溉可顯著降低甜瓜的產(chǎn)量 總之 不同蔬菜種類(lèi) 由于耐鹽閾值的差異 在利用不同礦化度咸水進(jìn)行 灌溉時(shí) 蔬菜的產(chǎn)量有隨著咸水濃度增加而降低的 趨勢(shì) 但不同蔬菜種類(lèi)其咸水灌溉閾值不同 2 4 咸水灌溉對(duì)蔬菜品質(zhì)的影響 蔬菜品質(zhì)的變化特征主要體現(xiàn)在可溶性固形物 有機(jī)酸 糖 維生素C 酚類(lèi)化合物 類(lèi)胡蘿卜素 等因素方面 許多研究表明咸水灌溉可以使蔬果的 802 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué) 報(bào) 中英文 2022 第 30 卷 可溶性固形物 有機(jī)酸和糖含量增加 從而改善果 實(shí)品質(zhì) 武育芳等 21 研究發(fā)現(xiàn)在草炭 生物炭復(fù)合 基質(zhì)栽培條件下咸水 3 dS m 1 灌溉使番茄果實(shí)維 生 素C及 可 溶 性 糖 含 量 相 對(duì) 于 淡 水 1 15 dS m 1 灌溉分別增加37 43 和6 25 汪洋等 22 發(fā)現(xiàn)相對(duì) 于淡水 0 32 dS m 1 灌溉 5 2 dS m 1咸水灌溉使番 茄果實(shí)可溶性固形物含量增加74 07 可溶性總糖 含量增加41 6 0 有機(jī)酸含量增加50 00 維生 素C含量增加47 42 吳蘊(yùn)玉等 35 研究表明秸稈 覆蓋條件下咸水灌溉 5 2 dS m 1 與淡水灌溉 1 dS m 1 相比 番茄可溶性固形物含量增加13 20 總酸增加 19 27 維生素C含量增加10 64 糖酸比增加5 86 李丹等 19 發(fā)現(xiàn)當(dāng)灌溉咸水EC為0 7 7 8 dS m 1時(shí) 番茄果實(shí)中可溶性固形物 還原糖 有機(jī)酸含量隨 著EC的 升 高 而 增 加 但 果 實(shí) 糖 酸 比 逐 漸 降 低 Gawad等 27 研究發(fā)現(xiàn)相對(duì)于淡水 0 6 dS m 1 灌溉 咸水 2 3 7 5 dS m 1 灌溉可提高番茄的可溶性固形 物含量和含糖量 但果實(shí)大小會(huì)隨鹽分質(zhì)量濃度的 增大而減小 類(lèi)似的結(jié)果在茄子 30 36 甜瓜 31 33 辣 椒 37 南瓜 Cucurbita moschata 38 均有發(fā)現(xiàn) 但是 部分研究表明 咸水 8 dS m 1 灌溉時(shí)甜椒果實(shí)的總 可溶性固形物 果糖 葡萄糖和氨基酸的含量顯著 降低 39 Sakamoto等 40 研究發(fā)現(xiàn)咸水 12 6 dS m 1 或海水 10 6 dS m 1 灌溉處理下紅葉生菜 Lactuca sativa cv mother red 的花青素含量都較高 但只有在 海水灌溉處理下紅葉生菜的葉綠素和類(lèi)胡蘿卜素含 量才會(huì)增加 Neocleous等 41 研究表明在10 mmol L 1 NaCl 3 6 dS m 1 濃 度 處 理 下 綠 葉 萵 苣 Lactuca sativa cv green 和 紅 葉 萵 苣 Lactuca sativa cv red pigmented 中 的 抗 壞 血 酸 含 量 顯 著 高 于 對(duì) 照 處 理 2 2 dS m 1 和20 mmol L 1 NaCl處理 4 6 dS m 1 但 酚 類(lèi) 化 合 物 沒(méi) 有 增 加 Kim等 42 研 究 表 明 生 菜 Lactuca sativa var ramosa 在長(zhǎng)期咸水 0 16 7 dS m 1 灌 溉 處 理 下 類(lèi) 胡 蘿 卜 素 含 量 高 于 短 期 高 鹽 度 8 4 dS m 1 處理 總酚類(lèi)物質(zhì)含量在各處理間無(wú)差 異 總之 一般蔬菜在利用 8 dS m 1咸水灌溉時(shí) 其 品質(zhì)有提升的趨勢(shì) 而大于該濃度咸水灌溉后 不同 種類(lèi)的蔬菜品質(zhì)變化趨勢(shì)不一致 2 5 咸水灌溉對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響 土壤鹽分在土體中的運(yùn)移具有 鹽隨水來(lái) 鹽隨 水去 的特征 30 土壤含鹽量隨著灌溉水礦化度的提 高總體呈增加趨勢(shì) 29 李國(guó)安等 43 研究結(jié)果表明 淡水灌溉條件下 土壤積鹽率不超過(guò)15 當(dāng)灌水礦 化度在3 0 g L 1以上時(shí) 土壤剖面鹽分積累峰值在20 40 cm土層 灌溉水帶入的鹽分有40 80 積累在 60 cm深 度 土 壤 浸 出 物 的 電 導(dǎo) 率 隨 灌 水 含 鹽 量 1 2 8 0 dS m 1 的 增 加 而 顯 著 升 高 隨 灌 水 深 度 5 90 cm 的增加而顯著降低 陳麗娟等 44 研究了 咸水灌溉條件下黏土夾層對(duì)土壤水鹽運(yùn)移的影響 結(jié)果表明 黏土夾層對(duì)土壤水鹽運(yùn)移具有顯著的阻 滯作用 Liu等 45 研究發(fā)現(xiàn) 土壤質(zhì)地及其垂直非均 質(zhì)性使層狀土壤剖面中水鹽時(shí)空分布與均質(zhì)土壤相 比有很大差異 均質(zhì)土壤有利于水分入滲 鹽分浸 出和地下水補(bǔ)給 在非均質(zhì)土壤中 水流受阻 鹽分 積累明顯 然而與黏土相比 黏土對(duì)水鹽運(yùn)移具有更 為顯著的阻滯作用 馬文軍等 46 研究表明土壤水鹽 動(dòng)態(tài)受灌溉和降雨影響的短期波動(dòng)和受季節(jié)更替影 響的長(zhǎng)期波動(dòng) 在正常降雨年份 可采用微咸水灌溉 不會(huì)導(dǎo)致土壤次生鹽漬化 總之 咸水灌溉會(huì)增加 土壤含鹽量 而鹽分的分布主要與土壤質(zhì)地 灌溉 水量 降水量等因素相關(guān) 2 6 咸水灌溉調(diào)控技術(shù) 2 6 1 不同咸水灌溉模式對(duì)蔬菜的影響 目前 咸水灌溉技術(shù)主要包括咸淡水混灌和輪 灌 而灌溉方法主要包括滴灌 畦灌 噴灌和溝灌 等 47 宋露露等 48 研究認(rèn)為利用處理后的淡化水和 微咸水的混合灌溉方式是在淡水資源缺乏而微咸水 豐富的條件下種植甜瓜的最佳灌溉方式 劉小媛等 49 通過(guò)室內(nèi)土柱入滲試驗(yàn) 發(fā)現(xiàn)咸淡水間歇組合灌溉 下的累積入滲率以及土壤含水量 灌水均勻度高于 淡水灌溉 并且咸淡水間歇組合灌溉下根層土壤脫 鹽率較微咸水直接灌溉顯著增加 楊樹(shù)青等 50 對(duì)咸 淡水輪灌的數(shù)值模擬研究表明 在淡咸咸 咸咸淡 和咸淡咸3種咸淡水輪灌方案中 淡咸咸灌溉模式 下不同土層的鹽分 地下水礦化度以及含水層的鹽 分較低 并且長(zhǎng)期預(yù)測(cè)中淡咸咸灌溉模式下 研究區(qū) 土壤在作物非生育期的脫鹽量高于生育期的積鹽量 土壤整體表現(xiàn)出脫鹽趨勢(shì) 對(duì)于淡水資源極度貧乏的地區(qū) 可以利用咸水 直接灌溉 但必須保證土壤含鹽量和溶液濃度在作 物耐受范圍之內(nèi)才能保證作物產(chǎn)量 溝灌和漫灌下 作物耗水量較大 滴灌和噴灌下作物耗水量較小 但是 在噴灌過(guò)程中 由于咸水會(huì)燒傷葉片 進(jìn)而導(dǎo) 致作物產(chǎn)量降低 因此 滴灌是最為安全有效的咸 水灌溉方法 51 咸水滴灌主要有兩個(gè)優(yōu)點(diǎn) 第一 它 避免了葉面損傷 其次 由于滴灌的淋洗作用 鹽分 向濕潤(rùn)鋒附近積聚 因此 在滴灌頭下的土壤含鹽 量相對(duì)較小 有利于作物生長(zhǎng) 并且保持較高的基質(zhì) 第 5 期 陳 佩等 蔬菜咸水灌溉研究進(jìn)展 803 勢(shì) 同時(shí)在滴灌條件下 土壤含水量分布與鹽分分 布正好相反 有利于作物根系的發(fā)育和生長(zhǎng) 有利于 水分和養(yǎng)分的吸收利用 52 膜下滴灌既具備滴灌的 防止深層滲漏 減少棵間蒸發(fā) 節(jié)水 節(jié)肥的特點(diǎn) 同時(shí)還具備地膜栽培技術(shù)的增溫 保墑作用 因此 覆蓋和滴灌相結(jié)合的咸水膜下滴灌模式可以做為干 旱半干旱地區(qū)咸水資源的有效利用方式之一 46 2 6 2 咸水灌溉下施用不同調(diào)控物質(zhì)對(duì)蔬菜的影響 生物炭具有很強(qiáng)的吸附特性 其有很高的孔隙 率 比表面積和陽(yáng)離子交換能力 53 外源添加生物 炭改良劑可以通過(guò)吸附減少瞬態(tài)鈉離子 并將鉀 鈣 鎂等礦質(zhì)養(yǎng)分釋放到土壤溶液中 54 Novak等 53 研究發(fā)現(xiàn)生物炭的添加增加了土壤中大孔隙的比例 從而增加了土壤水分保持能力 使植物更容易吸收 水分 She等 55 研究結(jié)果表明在較高施用速率下 生 物炭可以用來(lái)補(bǔ)償鹽度對(duì)番茄葉片蒸騰速率的負(fù)面 影響 咸水 3 dS m 1 灌溉 生物炭 土壤質(zhì)量8 處 理組的番茄比咸水 3 dS m 1 灌溉不加生物炭處理 組的地上部生物量 地下部生物量 產(chǎn)量分別提高 39 48 15 79 和49 16 但咸水 3 dS m 1 灌溉 生物炭 土壤質(zhì)量8 處理組的番茄比淡水灌溉的 地上部生物量 地下部生物量分別降低0 04 和 4 72 產(chǎn)量升高13 14 因此外源添加生物炭改良 劑具有緩解鹽分脅迫和提高作物產(chǎn)量的潛力 大氣中應(yīng)用微量一氧化氮?dú)怏w可能是提高鹽脅 迫下菠菜 Spinacia oleracea 生物質(zhì)產(chǎn)量和營(yíng)養(yǎng)質(zhì)量 的有效策略 Du等 56 研究了在菠菜生長(zhǎng)室注入200 nL L 1 NO氣體對(duì)200 mmol L 1 NaCl鹽脅迫的緩解 效果 結(jié)果表明NaCl NO處理組菠菜食用部分的鮮 重 和 干 重 比NaCl組 分 別 增 加60 和27 并 且 NaCl NO處理組菠菜抗壞血酸 谷胱甘肽 總酚類(lèi) 和黃酮比NaCl組分別增加28 15 13 64 16 74 和33 33 外源性NO氣體可以減輕鹽脅迫誘導(dǎo)的 氧化損傷 從而解除了鹽脅迫對(duì)植物光合作用和生 長(zhǎng)的抑制 57 外源噴施水楊酸 SA 激活黃瓜葉片的防御反應(yīng) 和系統(tǒng)獲得性抗性 58 還可以通過(guò)加速番茄葉片生長(zhǎng) 改善葉片生理過(guò)程和減少植物氧化損傷來(lái)緩解鹽脅 迫 59 此外 在黃瓜和萵苣 Lactuca sativa 中 SA可 通過(guò)調(diào)節(jié)細(xì)胞氧化還原狀態(tài)誘導(dǎo)NRP1的防御反應(yīng) 通 過(guò) 上 調(diào) 谷 胱 甘 肽 轉(zhuǎn) 移 酶 GSTS 如 SlGSTL3 SlGSTS2和SlGSTZ2的 表 達(dá) 來(lái) 減 少 氧 化 損 傷 23 60 Miao等 61 研究表明與NaCl處理相比 NaCl SA處 理 顯 著 增 加 了 黃 瓜 葉 片 光 合 Fv Fm 和Pn 和 RSA 總根長(zhǎng) 根表面積 一級(jí)和二級(jí)側(cè)根的數(shù)量 和總長(zhǎng)度 參數(shù) 外源補(bǔ)充施用Ca2 可以減少番茄 Na 的積累和改善K 和Ca2 的吸收 62 另外還有許 多研究報(bào)道外源施用脫落酸 63 腐胺 64 谷胱甘肽 65 物質(zhì)能夠顯著降低黃瓜 番茄等植株葉片或根系 Na 和Cl 含量 提高K Na 和 K Cl 比值 從而維持 植物細(xì)胞的離子穩(wěn)態(tài) 提高植株的抗鹽性 黃腐酸 FA 是腐植酸的一種 可從褐煤 草炭 等中提取出來(lái) 具有無(wú)毒無(wú)臭 環(huán)保 生物活性強(qiáng) 等特點(diǎn) 其含有多種活性官能團(tuán) 易被植物吸收 FA可以控制作物葉面氣孔的開(kāi)放度 減少蒸騰 增 強(qiáng)根系發(fā)育和根系活力 促進(jìn)植物的生長(zhǎng) 從而增加 抗逆能力 66 外源施加FA可以降低油菜 Brassica napus 葉片葉綠素a的鈍化反應(yīng)中心數(shù)量 增加電子 傳遞量子產(chǎn)率和醌的平均氧化還原狀態(tài) 從而抑制 活性氧的產(chǎn)生 降低細(xì)胞的脂質(zhì)過(guò)氧化 67 適宜濃度 的FA可以促進(jìn)鹽脅迫下大豆 Glycine max 種子萌 發(fā)且提高其萌發(fā)過(guò)程中根部過(guò)氧化氫酶及過(guò)氧化物 酶的活性 提高其抗鹽能力 68 龐曉燕 69 研究了FA 對(duì)鹽分脅迫條件下黃瓜的影響 結(jié)果表明FA對(duì)黃瓜 葉片葉綠素含量具有顯著促進(jìn)作用 且促進(jìn)葉面積 的增加 提高了光合速率 另外 FA還可以提高細(xì)胞 膜透性 促進(jìn)營(yíng)養(yǎng)吸收 可促進(jìn)糖轉(zhuǎn)化酶 淀粉磷酸 化酶及一些與蛋白質(zhì) 脂肪合成有關(guān)的酶的活性 使糖分 淀粉 蛋白質(zhì) 脂肪 核酸 維生素等物 質(zhì)的合成 累積增加 并促進(jìn)轉(zhuǎn)移酶的活性 加速各 種代謝產(chǎn)物從莖葉或根部向果實(shí)和籽粒運(yùn)轉(zhuǎn) 對(duì)提 高并改善黃瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)有直接影響 雖然信號(hào)物質(zhì) 56 57 礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng) 62 化控調(diào)節(jié)物 質(zhì) 23 58 61 有機(jī)化合物 64 69 等各種外源調(diào)節(jié)物質(zhì)的作 用機(jī)理不同 但都對(duì)各蔬菜作物抗鹽性的提高有一 定的激發(fā)效應(yīng) 這些調(diào)控手段的長(zhǎng)期效應(yīng) 閾值范 疇 施用適期等對(duì)蔬菜抵御鹽脅迫的效果如何 還 有待于進(jìn)一步研究 尤其是這些調(diào)控措施的組合施 用對(duì)蔬菜咸水灌溉的影響也是今后研究的重點(diǎn)之一 3 存在的問(wèn)題 3 1 咸水灌溉下區(qū)域的生態(tài)效應(yīng) 咸水資源的開(kāi)發(fā)利用可緩解淡水資源短缺與蔬 菜生產(chǎn)之間的矛盾 一般咸水資源分布在我國(guó)干旱 半干旱或?yàn)I海地區(qū) 這些區(qū)域的土壤多為鹽堿土 其 受鹽堿和貧瘠的影響利用程度較低 但是 這些區(qū) 域土地資源相對(duì)較為豐富 是潛在的后備耕地資源 具有發(fā)展蔬菜種植較為寬闊的空間 同時(shí) 這些區(qū) 804 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué) 報(bào) 中英文 2022 第 30 卷 域的光熱資源較為豐沛 也為蔬菜種植提供了較為 適宜的環(huán)境條件 隨著由治理鹽堿地適應(yīng)作物向選 育耐鹽植物適應(yīng)鹽堿地觀(guān)念的轉(zhuǎn)變 在這些區(qū)域發(fā) 展蔬菜種植可以減輕耕地資源較為緊張的壓力 但 是 利用咸水資源長(zhǎng)期灌溉 鹽分在土體中的累積 要從長(zhǎng)期的視覺(jué)分析其對(duì)環(huán)境的效應(yīng) 比如長(zhǎng)期的 咸水灌溉帶來(lái)的鹽分淋溶會(huì)降低排水水質(zhì) 水質(zhì)差 的灌溉回流是排水口下游地表水體的污染源 再者 要進(jìn)行經(jīng)濟(jì) 社會(huì)和生態(tài)效益的綜合評(píng)價(jià) 進(jìn)而研 發(fā)適宜區(qū)域資源特點(diǎn)的咸水灌溉蔬菜關(guān)鍵核心技術(shù) 為保障國(guó)家糧食安全 端牢中國(guó)飯碗提供技術(shù)支撐 3 2 咸水灌溉下蔬菜生理代謝過(guò)程變化