蔬菜咸水灌溉研究进展.pdf

DOI 10 12357 cjea 20210850 陈佩 王金涛 董心亮 田柳 张雪佳 刘小京 孙宏勇 蔬菜咸水灌溉研究进展 J 中国生态农业学报 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 蔬菜咸水灌溉研究进展 陈 佩1 2 王金涛1 董心亮1 田 柳1 2 张雪佳1 2 刘小京1 2 孙宏勇1 2 1 中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心 石家庄 050022 2 中国科学院大学 北京 100049 摘 要 我国淡水资源严重短缺且分布不均 开发利用储量丰富的咸水资源对于保障水安全战略具有重要的意义 我国蔬菜种植面积和产量居世界首位 蔬菜既是产量较高也是耗水量较大的经济作物 如何安全利用咸水资源 拓 宽蔬菜灌溉用水供应来源 保证蔬菜生产是淡水短缺地区面临的主要问题 也是当今咸水利用方面的研究重点和难 点 因此 本文从咸水资源利用潜力 咸水灌溉应用状况 咸水灌溉对蔬菜生长 产量和品质的影响等方面对咸 水灌溉在蔬菜种植中的高效利用机理 技术及未来发展趋势进行了综述 利用2 4 11 83 dS m 1的咸水灌溉虽使 蔬菜产量降低6 21 63 05 但蔬菜品质提高6 25 74 07 采用适宜的咸水灌溉调控技术 优化灌溉策略可提 高咸水灌溉的利用效率 在未来微咸水利用和扩大蔬菜种植面积中可发挥重要作用 关键词 咸水灌溉 耐盐度 蔬菜品质 灌溉策略 生态效应 中图分类号 S607 1开放科学码 资源服务 标识码 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 中国科学院盐碱地资源高效利用工程实验室 KFJ PTXM 017 和河北省重点研发计划项目 21326408D 资助 通信作者 孙宏勇 主要研究方向为农田水盐运移过程机理与调控 E mail hysun 陈佩 主要研究方向为农田水盐运移过程及调控 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 中国生态农业学报 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 蔬菜是人们日常生活中不可缺少的食物 随着 人民生活水平的不断提高 对蔬菜的需求量也不断 增加 2019年我国蔬菜种植面积达2086 3万hm2 年 产量7 21亿t 人均占有量超500 kg 均居世界第一 位 1 同时 蔬菜也是耗水量较大作物 30 的农田 用水用于蔬菜灌溉 年耗水量在750 6 893 1 mm之 间 2 3 水是支撑社会经济和农业生产可持续发展不 可或缺的重要资源 我国是水资源相对匮乏的国家 人均水资源量仅占全球平均水资源量的1 4左右 4 从20世纪70年代开始 我国北方地区为了追求农业 高产过度抽取地下水灌溉导致了地下水水位的不断 下降 引发了一系列的生态环境问题 发展节水技 术和开发利用水源成为环境水资源供需矛盾的重要 途径 世界范围内浅层地下咸水资源较为丰富 科 学合理开发利用咸水资源已成为咸水分布地区解决 水资源短缺问题的有效途径 国内外大量研究和实 践证明 科学合理地开发利用咸水资源 不仅对缓解 淡水资源短缺 扩大农业水源 抗旱增产具有重要 作用 对地下水资源更新 淡水存储和生态环境保 护也具有积极作用 5 咸水灌溉虽然可以提供作物 生长所需要的水分 但是同时也带来了盐分 直接或 间接地影响作物的生长发育 因此 科学合理安全 高效地利用咸水资源一直是世界范围内缺水地区研 究的热点和难点问题 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 是缓解水资源短 缺和农业生产矛盾的重要举措之一 本文就国内外 咸水安全利用现状和潜力 咸水灌溉对蔬菜产量和 品质的影响机理 调控措施及未来发展趋势进行总 结 以期为缺水区农业高质量绿色发展提供水资源 保障 1 咸水资源安全利用潜力与现状 1 1 咸水资源利用潜力 水资源是指具有一定数量和可用质量能从自然 界获得补充并可资利用的水 咸水资源是针对水体 矿化度 即每升水含有的矿物质含量 而言 把矿化 度 1 g L 1的水资源定义为咸水资源 一般而言 矿 化度 1 g L 1的水被认为是淡 电导率10 g L 1 的水为高盐度咸水 矿化度在 50 500 g L 1的水为卤 水 6 200 g L 1的地下咸水分布面积占 0 12 7 我国咸水资源储量丰富 地下微咸水资源和半 咸水资源分别为277亿m3和121亿m3 其中有开采 价值尚待开采利用的微咸水和半咸水资源量分别为 144亿m3和56 46亿m3 8 绝 大 部 分 位 于 地 下10 100 m处 宜于开采利用 9 咸水的合理开发利用 对 于缓解水资源矛盾 扩大农业水源 抗旱增产等方 面有非常重要的意义 1 2 咸水灌溉的应用现状 咸水灌溉在国内外已经有百年的历史 许多国 家设立了咸水灌溉研究机构 研究咸水灌溉的理论 和技术 在灌溉制度 灌溉水盐浓度 咸水灌溉量和 灌溉时期 灌溉方法 喷灌 漫灌 沟灌 滴灌 以及咸水灌溉对作物产量 耗水量和水分利用效率 的影响机理等方面进行了深入的理论和技术研究 10 国外利用微咸水灌溉拥有较长的历史和丰富的 经验 主要分布在淡水资源相对短缺而咸水资源相 对丰富的地区 如日本 西班牙 突尼斯 摩洛哥 奥地利 以色列 伊拉克 科威特等国家和地区 在意大利的一些地区咸水已多年被用于灌溉 农田 土壤未发生积盐现象 埃及是一个极度干旱的国家 50多年来成功地利用咸水进行农业灌溉 土壤从沙 土到黏土 种植作物包括水稻 Oryza sativa 小麦 Triticum aestivum 甜菜 Beta vulgaris 和棉花 Gos sypium spp 等 11 中国北方干旱 半干旱和沿海地 区在咸水灌溉实践中取得了显著成效 天津 河北 河南 宁夏 甘肃 内蒙古 陕西 山东等省 自 治区 直辖市 都已进行咸水灌溉实践 10 宁夏南 部山区地下咸水灌溉已有五十多年的历史 用咸水 灌溉小麦 大麦 Hordeum vulgare 的产量可比旱地 提高3 4倍 并根据取得的经验制定了适于当地咸 水灌溉的水质评价指标 11 从20世纪70年代开始 河北省沧州地区一直采用矿化度小于5 g L 1的咸水 800 中国生态农业学 报 中英文 2022 第 30 卷 灌 溉 小 麦 与 旱 地 种 植 相 比 小 麦 产 量 可 增 加 10 30 最高可达49 1990年衡水地区开始大规 模 采 用 咸 淡 混 合 灌 溉 技 术 使 小 麦 玉 米 Zea mays 棉花普遍增产 12 天津市农业科学院利用咸 水灌溉小麦 发现4 5 g L 1咸水灌溉较旱作小麦生物 量 和 经 济 产 量 分 别 增 加15 40 和10 30 13 1991 1995年 中国农业科学院土壤肥料研究所利 用咸水灌溉总面积约8 7万hm2 增产粮食5 15亿 kg 棉花513万kg 获经济效益2 5亿元 14 这些咸 水灌溉的成功经验 为淡水资源短缺地区的农业生 产提供了保障 2 国内外蔬菜咸水灌溉研究进展 2 1 不同蔬菜种类的耐盐性 耐盐临界值作为评价耐盐性的指标 即由低盐 到高盐胁迫的中转浓度 是所有耐盐指标由低盐处 理不规律变化到高盐处理受抑制过程中的一个转折 点 耐盐性强的作物在不同生长期 其耐盐性也存 在差异 对各蔬菜耐盐阈值的研究结果表明 百合 科 Liliacaea 和十字花科 Brassicaceae 耐盐性较强 茄科 Solanaceae 耐盐性最弱 葫芦科 Cucurbitaceae 豆科 Leguminosae 和伞形科 Apiaceae 居中 15 表1 表 1 蔬菜作物耐盐度 Table 1 Salt tolerance of vegetables 作 物 1 Crop1 电导率上限 2 Electrical conductivity up limit2 dS m 1 b3 dS m 1 耐盐等级 4 Rating4 小型蔬菜 Small vegetables 青花椰菜 Broccoli 2 8 9 2 MS 布鲁塞尔芽菜 Brussels sprouts 1 8 9 7 MS 甘蓝 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 洋葱 Onion 1 2 16 0 S 菠菜 Spinach 2 0 3 2 7 7 16 0 MS 萝卜 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 葫芦科蔬菜 Cucurbitaceae vegetables 黄瓜 Cucumber 1 1 2 5 7 0 13 0 MS 南瓜 冬瓜 Pumplkin winter squash 1 2 13 0 MS 西葫芦 Zucchini 4 7 10 0 MT 笋瓜 小胡瓜 Squash scallop 3 2 16 0 MS 西瓜 Watermalon MS 根茎和块茎 Roots and tubers 甜菜 Beets 4 0 9 0 MT 欧洲萝卜 Parsnip S 马铃薯 Potato 1 7 12 0 MS 甘薯 红薯 Sweet potato 1 5 2 5 10 0 MS 芜菁 Turnip 0 9 9 0 MS 胡萝卜 Suger beet 7 0 5 9 T 豆科植物 Leguminosae crops 豆角 鲜 Beans 1 0 19 0 S 蚕豆 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 黄豆 Soybeans 5 0 20 0 MT 1 表中数据仅是一种指南 因为耐盐度随气候 土壤条件和耕作方法而变化 作物经常在发芽期和结籽期耐盐度较低 2 电导率上限指产量开始降 低时根系层盐分的平均值 3 b 是指电导率超过电导率上限后每增加一个单位电导度作物产量减少的百分数 4 耐盐等级分为耐盐 T 中等耐盐 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 陈 佩等 蔬菜咸水灌溉研究进展 801 为FAO56 16 提供的用饱和土壤提取液的电导率上 限 ECe threshold 和作物产量随盐分增加而下降的 斜率 b 表示的蔬菜作物的耐盐度 2 2 咸水灌溉对蔬菜生理生态指标的影响 咸水灌溉使蔬菜处在盐渍环境下 盐分胁迫会 干扰作物各种生理和代谢上的反应 作物对盐分的 敏感程度因其品种 生育阶段以及器官的不同而不 同 17 Wang等 18 发现在40 mmol L 1和80 mmol L 1 NaCl处理下花椰菜 Brassica oleracea var botrytis 芽 期叶片的脱落酸 细胞分裂素 黄铜内酯 吲哚 3 乙酸和赤霉素的水平显著提高 净光合速率也随着 叶绿素含量的提高和光系统 活性增加而增加 对 番茄开花坐果期灌溉研究结果表明 19 随着灌溉水电 导率 EC在0 7 7 8 dS m 1之间 的增加 不同处理番 茄叶片中叶绿素总量 类胡萝卜素 丙二醛和脯氨 酸量差异不显著 但可溶性糖量显著降低 叶面积指 数 地上部和地下部生物量也都随着EC的增加先 增加 但当EC 4 7 dS m 1时番茄 Lycopersicon escu lentum 生长明显受到抑制 万书勤等 20 研究结果显 示 不同盐分浓度咸水 1 1 4 9 dS m 1 处理对番茄 根干质量密度 根长密度 最大叶面积指数 总叶 绿素含量等均无显著影响 武育芳等 21 研究表明 在草炭 蚯蚓粪复合基质栽培条件下 相比于淡水灌 溉 1 15 dS m 1 咸水灌溉 3 dS m 1 处理使番茄叶 片蒸腾速率增高49 29 气孔导度增高222 汪 洋等 22 发现咸水灌溉 5 16 dS m 1 与淡水灌溉 0 32 dS m 1 相比 番茄株高降低21 17 茎粗降低9 83 叶片叶绿素增高15 50 Chisari等 23 研究表明随着 盐分浓度 2 8 4 8 dS m 1 的增加生菜 Lactuca sativa cv Duende 叶片中总酚类化合物含量缓慢下降且抗 氧 化 活 性 受 到 抑 制 翟 红 梅 等 24 发 现 微 咸 水 3 g L 1 灌溉下蔬菜受到盐分胁迫 植株耐盐性能降低 细胞膜完整性被破坏 导致番茄 青椒 Capsicum annuum 和茄子的光合速率分别下降18 5 15 3 和14 1 2 3 咸水灌溉对蔬菜产量的影响 盐分胁迫对作物的生长发育有一定程度的干扰 可能会导致其生长受到抑制 咸水灌溉条件下对蔬 菜作物的产量研究存在差异 但基本呈现降低的趋 势 张 荠 文 等 25 研 究 发 现 相 比 于 淡 水 灌 溉 0 32 dS m 1 2 74 dS m 1咸 水 灌 溉 使 黄 瓜 Cucumis sat ivus 产量下降6 21 5 16 dS m 1咸水灌溉使黄瓜产 量 下 降17 71 汪 洋 等 22 发 现 相 对 于 淡 水 灌 溉 0 32 dS m 1 咸水灌溉 5 16 dS m 1 使番茄产量下 降 44 8 翟 红 梅 等 24 发 现 基 质 栽 培 条 件 下 用3 g L 1微咸水灌溉对番茄和茄子 Solanum melongena 的生长发育有明显抑制作用 与土壤栽培相比株高 分别下降 44 1 和25 1 生物量分别下降80 4 和 48 9 产量下降49 2 和27 6 青椒的株高和生物 量 分 别 下 降15 2 和27 0 但 产 量 无 显 著 变 化 Pasternak等 26 研究发现在沙培条件下相对于淡水灌 溉 1 2 dS m 1 用6 2 dS m 1的咸水灌溉番茄产量下 降56 42 Gawad等 27 发 现 相 对 于 淡 水 灌 溉 1 2 dS m 1 7 5 dS m 1咸水灌溉使番茄产量下降50 李 丹 等 19 发 现 当 灌 溉 咸 水 电 导 率 EC 在0 7 7 8 dS m 1之间时 番茄的产量随着EC的增加而降低 当EC 1 4 dS m 1时 EC每增加1 dS m 1 番茄的产 量 降 低9 7 Patel等 28 研 究 发 现 利 用 咸 水 1 9 dS m 1 地下渗灌技术对马铃薯 Solanum tuberosum 进行灌溉时 各处理间马铃薯的最终产量差异不明 显 焦艳平等 29 研究表明相对于0 72 g L 1淡水灌 溉 2 g L 1和3 g L 1微咸水灌溉对大白菜 Brassica pekinensis 的产量影响没有差异 但4 3 g L 1咸水灌 溉可使其产量降低9 0 Savvas等 30 研究表明相较 于 基 础 营 养 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 产 量 下 降 19 73 Mendlinger 31 研究发现在沙培条件下相对 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 均使其产量下降13 55 Sahin等 32 研究发现相对于淡水灌溉 0 25 dS m 1 用5 7 dS m 1咸 水 灌 溉 白 菜 Brassica oleracea var capitata 其产量下降45 97 用11 82 dS m 1咸水灌 溉白菜 使其产量下降可达63 05 Amor等 33 研究 发现相较于对照 2 dS m 1 4 dS m 1咸水灌溉使甜瓜 产量下降14 5 6 dS m 1咸水灌溉使甜瓜产量下降 38 53 8 dS m 1咸水灌溉使甜瓜产量下降49 35 江雪飞等 34 研究结果表明与淡水灌溉相比 在伸蔓 期用矿化度为3 g L 1的咸水进行灌溉能够提高甜瓜 的产量 用矿化度为5 g L 1和7 g L 1咸水灌溉的甜 瓜产量没有显著差异 但用矿化度为9 g L 1的咸水 灌溉可显著降低甜瓜的产量 总之 不同蔬菜种类 由于耐盐阈值的差异 在利用不同矿化度咸水进行 灌溉时 蔬菜的产量有随着咸水浓度增加而降低的 趋势 但不同蔬菜种类其咸水灌溉阈值不同 2 4 咸水灌溉对蔬菜品质的影响 蔬菜品质的变化特征主要体现在可溶性固形物 有机酸 糖 维生素C 酚类化合物 类胡萝卜素 等因素方面 许多研究表明咸水灌溉可以使蔬果的 802 中国生态农业学 报 中英文 2022 第 30 卷 可溶性固形物 有机酸和糖含量增加 从而改善果 实品质 武育芳等 21 研究发现在草炭 生物炭复合 基质栽培条件下咸水 3 dS m 1 灌溉使番茄果实维 生 素C及 可 溶 性 糖 含 量 相 对 于 淡 水 1 15 dS m 1 灌溉分别增加37 43 和6 25 汪洋等 22 发现相对 于淡水 0 32 dS m 1 灌溉 5 2 dS m 1咸水灌溉使番 茄果实可溶性固形物含量增加74 07 可溶性总糖 含量增加41 6 0 有机酸含量增加50 00 维生 素C含量增加47 42 吴蕴玉等 35 研究表明秸秆 覆盖条件下咸水灌溉 5 2 dS m 1 与淡水灌溉 1 dS m 1 相比 番茄可溶性固形物含量增加13 20 总酸增加 19 27 维生素C含量增加10 64 糖酸比增加5 86 李丹等 19 发现当灌溉咸水EC为0 7 7 8 dS m 1时 番茄果实中可溶性固形物 还原糖 有机酸含量随 着EC的 升 高 而 增 加 但 果 实 糖 酸 比 逐 渐 降 低 Gawad等 27 研究发现相对于淡水 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 但果实大小会随盐分质量浓度的 增大而减小 类似的结果在茄子 30 36 甜瓜 31 33 辣 椒 37 南瓜 Cucurbita moschata 38 均有发现 但是 部分研究表明 咸水 8 dS m 1 灌溉时甜椒果实的总 可溶性固形物 果糖 葡萄糖和氨基酸的含量显著 降低 39 Sakamoto等 40 研究发现咸水 12 6 dS m 1 或海水 10 6 dS m 1 灌溉处理下红叶生菜 Lactuca sativa cv mother red 的花青素含量都较高 但只有在 海水灌溉处理下红叶生菜的叶绿素和类胡萝卜素含 量才会增加 Neocleous等 41 研究表明在10 mmol L 1 NaCl 3 6 dS m 1 浓 度 处 理 下 绿 叶 莴 苣 Lactuca sativa cv green 和 红 叶 莴 苣 Lactuca sativa cv red pigmented 中 的 抗 坏 血 酸 含 量 显 著 高 于 对 照 处 理 2 2 dS m 1 和20 mmol L 1 NaCl处理 4 6 dS m 1 但 酚 类 化 合 物 没 有 增 加 Kim等 42 研 究 表 明 生 菜 Lactuca sativa var ramosa 在长期咸水 0 16 7 dS m 1 灌 溉 处 理 下 类 胡 萝 卜 素 含 量 高 于 短 期 高 盐 度 8 4 dS m 1 处理 总酚类物质含量在各处理间无差 异 总之 一般蔬菜在利用 8 dS m 1咸水灌溉时 其 品质有提升的趋势 而大于该浓度咸水灌溉后 不同 种类的蔬菜品质变化趋势不一致 2 5 咸水灌溉对土壤水盐运移的影响 土壤盐分在土体中的运移具有 盐随水来 盐随 水去 的特征 30 土壤含盐量随着灌溉水矿化度的提 高总体呈增加趋势 29 李国安等 43 研究结果表明 淡水灌溉条件下 土壤积盐率不超过15 当灌水矿 化度在3 0 g L 1以上时 土壤剖面盐分积累峰值在20 40 cm土层 灌溉水带入的盐分有40 80 积累在 60 cm深 度 土 壤 浸 出 物 的 电 导 率 随 灌 水 含 盐 量 1 2 8 0 dS m 1 的 增 加 而 显 著 升 高 随 灌 水 深 度 5 90 cm 的增加而显著降低 陈丽娟等 44 研究了 咸水灌溉条件下黏土夹层对土壤水盐运移的影响 结果表明 黏土夹层对土壤水盐运移具有显著的阻 滞作用 Liu等 45 研究发现 土壤质地及其垂直非均 质性使层状土壤剖面中水盐时空分布与均质土壤相 比有很大差异 均质土壤有利于水分入渗 盐分浸 出和地下水补给 在非均质土壤中 水流受阻 盐分 积累明显 然而与黏土相比 黏土对水盐运移具有更 为显著的阻滞作用 马文军等 46 研究表明土壤水盐 动态受灌溉和降雨影响的短期波动和受季节更替影 响的长期波动 在正常降雨年份 可采用微咸水灌溉 不会导致土壤次生盐渍化 总之 咸水灌溉会增加 土壤含盐量 而盐分的分布主要与土壤质地 灌溉 水量 降水量等因素相关 2 6 咸水灌溉调控技术 2 6 1 不同咸水灌溉模式对蔬菜的影响 目前 咸水灌溉技术主要包括咸淡水混灌和轮 灌 而灌溉方法主要包括滴灌 畦灌 喷灌和沟灌 等 47 宋露露等 48 研究认为利用处理后的淡化水和 微咸水的混合灌溉方式是在淡水资源缺乏而微咸水 丰富的条件下种植甜瓜的最佳灌溉方式 刘小媛等 49 通过室内土柱入渗试验 发现咸淡水间歇组合灌溉 下的累积入渗率以及土壤含水量 灌水均匀度高于 淡水灌溉 并且咸淡水间歇组合灌溉下根层土壤脱 盐率较微咸水直接灌溉显著增加 杨树青等 50 对咸 淡水轮灌的数值模拟研究表明 在淡咸咸 咸咸淡 和咸淡咸3种咸淡水轮灌方案中 淡咸咸灌溉模式 下不同土层的盐分 地下水矿化度以及含水层的盐 分较低 并且长期预测中淡咸咸灌溉模式下 研究区 土壤在作物非生育期的脱盐量高于生育期的积盐量 土壤整体表现出脱盐趋势 对于淡水资源极度贫乏的地区 可以利用咸水 直接灌溉 但必须保证土壤含盐量和溶液浓度在作 物耐受范围之内才能保证作物产量 沟灌和漫灌下 作物耗水量较大 滴灌和喷灌下作物耗水量较小 但是 在喷灌过程中 由于咸水会烧伤叶片 进而导 致作物产量降低 因此 滴灌是最为安全有效的咸 水灌溉方法 51 咸水滴灌主要有两个优点 第一 它 避免了叶面损伤 其次 由于滴灌的淋洗作用 盐分 向湿润锋附近积聚 因此 在滴灌头下的土壤含盐 量相对较小 有利于作物生长 并且保持较高的基质 第 5 期 陈 佩等 蔬菜咸水灌溉研究进展 803 势 同时在滴灌条件下 土壤含水量分布与盐分分 布正好相反 有利于作物根系的发育和生长 有利于 水分和养分的吸收利用 52 膜下滴灌既具备滴灌的 防止深层渗漏 减少棵间蒸发 节水 节肥的特点 同时还具备地膜栽培技术的增温 保墒作用 因此 覆盖和滴灌相结合的咸水膜下滴灌模式可以做为干 旱半干旱地区咸水资源的有效利用方式之一 46 2 6 2 咸水灌溉下施用不同调控物质对蔬菜的影响 生物炭具有很强的吸附特性 其有很高的孔隙 率 比表面积和阳离子交换能力 53 外源添加生物 炭改良剂可以通过吸附减少瞬态钠离子 并将钾 钙 镁等矿质养分释放到土壤溶液中 54 Novak等 53 研究发现生物炭的添加增加了土壤中大孔隙的比例 从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 研究结果表明在较高施用速率下 生 物炭可以用来补偿盐度对番茄叶片蒸腾速率的负面 影响 咸水 3 dS m 1 灌溉 生物炭 土壤质量8 处 理组的番茄比咸水 3 dS m 1 灌溉不加生物炭处理 组的地上部生物量 地下部生物量 产量分别提高 39 48 15 79 和49 16 但咸水 3 dS m 1 灌溉 生物炭 土壤质量8 处理组的番茄比淡水灌溉的 地上部生物量 地下部生物量分别降低0 04 和 4 72 产量升高13 14 因此外源添加生物炭改良 剂具有缓解盐分胁迫和提高作物产量的潜力 大气中应用微量一氧化氮气体可能是提高盐胁 迫下菠菜 Spinacia oleracea 生物质产量和营养质量 的有效策略 Du等 56 研究了在菠菜生长室注入200 nL L 1 NO气体对200 mmol L 1 NaCl盐胁迫的缓解 效果 结果表明NaCl NO处理组菠菜食用部分的鲜 重 和 干 重 比NaCl组 分 别 增 加60 和27 并 且 NaCl NO处理组菠菜抗坏血酸 谷胱甘肽 总酚类 和黄酮比NaCl组分别增加28 15 13 64 16 74 和33 33 外源性NO气体可以减轻盐胁迫诱导的 氧化损伤 从而解除了盐胁迫对植物光合作用和生 长的抑制 57 外源喷施水杨酸 SA 激活黄瓜叶片的防御反应 和系统获得性抗性 58 还可以通过加速番茄叶片生长 改善叶片生理过程和减少植物氧化损伤来缓解盐胁 迫 59 此外 在黄瓜和莴苣 Lactuca sativa 中 SA可 通过调节细胞氧化还原状态诱导NRP1的防御反应 通 过 上 调 谷 胱 甘 肽 转 移 酶 GSTS 如 SlGSTL3 SlGSTS2和SlGSTZ2的 表 达 来 减 少 氧 化 损 伤 23 60 Miao等 61 研究表明与NaCl处理相比 NaCl SA处 理 显 著 增 加 了 黄 瓜 叶 片 光 合 Fv Fm 和Pn 和 RSA 总根长 根表面积 一级和二级侧根的数量 和总长度 参数 外源补充施用Ca2 可以减少番茄 Na 的积累和改善K 和Ca2 的吸收 62 另外还有许 多研究报道外源施用脱落酸 63 腐胺 64 谷胱甘肽 65 物质能够显著降低黄瓜 番茄等植株叶片或根系 Na 和Cl 含量 提高K Na 和 K Cl 比值 从而维持 植物细胞的离子稳态 提高植株的抗盐性 黄腐酸 FA 是腐植酸的一种 可从褐煤 草炭 等中提取出来 具有无毒无臭 环保 生物活性强 等特点 其含有多种活性官能团 易被植物吸收 FA可以控制作物叶面气孔的开放度 减少蒸腾 增 强根系发育和根系活力 促进植物的生长 从而增加 抗逆能力 66 外源施加FA可以降低油菜 Brassica napus 叶片叶绿素a的钝化反应中心数量 增加电子 传递量子产率和醌的平均氧化还原状态 从而抑制 活性氧的产生 降低细胞的脂质过氧化 67 适宜浓度 的FA可以促进盐胁迫下大豆 Glycine max 种子萌 发且提高其萌发过程中根部过氧化氢酶及过氧化物 酶的活性 提高其抗盐能力 68 庞晓燕 69 研究了FA 对盐分胁迫条件下黄瓜的影响 结果表明FA对黄瓜 叶片叶绿素含量具有显著促进作用 且促进叶面积 的增加 提高了光合速率 另外 FA还可以提高细胞 膜透性 促进营养吸收 可促进糖转化酶 淀粉磷酸 化酶及一些与蛋白质 脂肪合成有关的酶的活性 使糖分 淀粉 蛋白质 脂肪 核酸 维生素等物 质的合成 累积增加 并促进转移酶的活性 加速各 种代谢产物从茎叶或根部向果实和籽粒运转 对提 高并改善黄瓜的产量和品质有直接影响 虽然信号物质 56 57 矿质营养 62 化控调节物 质 23 58 61 有机化合物 64 69 等各种外源调节物质的作 用机理不同 但都对各蔬菜作物抗盐性的提高有一 定的激发效应 这些调控手段的长期效应 阈值范 畴 施用适期等对蔬菜抵御盐胁迫的效果如何 还 有待于进一步研究 尤其是这些调控措施的组合施 用对蔬菜咸水灌溉的影响也是今后研究的重点之一 3 存在的问题 3 1 咸水灌溉下区域的生态效应 咸水资源的开发利用可缓解淡水资源短缺与蔬 菜生产之间的矛盾 一般咸水资源分布在我国干旱 半干旱或滨海地区 这些区域的土壤多为盐碱土 其 受盐碱和贫瘠的影响利用程度较低 但是 这些区 域土地资源相对较为丰富 是潜在的后备耕地资源 具有发展蔬菜种植较为宽阔的空间 同时 这些区 804 中国生态农业学 报 中英文 2022 第 30 卷 域的光热资源较为丰沛 也为蔬菜种植提供了较为 适宜的环境条件 随着由治理盐碱地适应作物向选 育耐盐植物适应盐碱地观念的转变 在这些区域发 展蔬菜种植可以减轻耕地资源较为紧张的压力 但 是 利用咸水资源长期灌溉 盐分在土体中的累积 要从长期的视觉分析其对环境的效应 比如长期的 咸水灌溉带来的盐分淋溶会降低排水水质 水质差 的灌溉回流是排水口下游地表水体的污染源 再者 要进行经济 社会和生态效益的综合评价 进而研 发适宜区域资源特点的咸水灌溉蔬菜关键核心技术 为保障国家粮食安全 端牢中国饭碗提供技术支撑 3 2 咸水灌溉下蔬菜生理代谢过程变化