甜高粱BRS 506对水分亏缺与灌溉水盐度的耐受性：水分生理与产量表现解析

本研究针对半干旱地区水资源短缺与盐渍化问题，探讨了甜高粱品种BRS 506在不同水分亏缺（50%、75%、100% ETc）与灌溉水盐度（1.50、3.75、6.00 dS m?1）胁迫下的生理响应与产量表现。结果表明，该品种在6.0 dS m?1盐度下仍能维持细胞膜稳定性，25%水分亏缺仅导致产量下降6.64%，展现了优异的逆境适应性与水分利用效率，为旱区盐碱地可持续农业发展提供了理论依据。

　　

在全球气候变化和人口增长的双重压力下，农业可持续发展面临着严峻挑战。其中，水资源短缺和土壤盐渍化是制约农作物生产的主要非生物胁迫因素，尤其在干旱和半干旱地区，这些问题尤为突出。如何利用有限的、甚至质量较差的水土资源，维持甚至提高作物产量，成为农业科学家们亟待解决的难题。在这样的背景下，寻找和培育能够耐受干旱和盐碱的作物品种，并明确其生理适应机制，对于保障粮食安全和推动生物能源产业发展具有重大战略意义。

甜高粱（Sorghum bicolor）作为一种C4植物，因其较高的生物量、强大的抗旱性和中等耐盐性而备受关注。其茎秆富含糖分，既可作为一种潜在的生物能源原料，替代甘蔗生产乙醇，也可作为优质的动物饲料，是一种多用途作物。巴西的半干旱地区，以其高温、低降水和高蒸发量为特征，是研究作物抗逆性的天然实验室。在该区域，灌溉农业是生产的重要支撑，但灌溉水源往往来源于地下咸水，其盐度可能对作物生长产生抑制。因此，明确甜高粱在当地具体环境条件下的耐受阈值，对于制定科学的灌溉管理策略至关重要。

以往的研究虽已证实高粱属作物具有一定的抗逆能力，但针对特定品种，尤其是像BRS 506这样旨在用于糖分和乙醇生产的甜高粱品种，在水分亏缺和盐度交互胁迫下的系统生理响应和产量表现，仍有待深入探究。植株的水分状况，如相对含水量（RWC）、电解质泄漏（EL）等，是反映其逆境适应能力的关键生理指标。理解这些指标如何随胁迫程度变化，以及它们与最终产量形成的关系，是评估品种耐逆性和制定调控措施的基础。为此，研究人员在巴西半干旱地区开展了一项为期两年的田间实验，系统评估了BRS 506品种的耐受性，相关成果发表在《Phyton-International Journal of Experimental Botany》上。

本研究采用了随机区组设计，设置了水分亏缺（50%， 75%， 100% ETc）和灌溉水盐度（1.5， 3.75， 6.0 dS m^-1）的双因素三水平试验。试验在巴西半干旱区的实地进行，历时两个生长周期（2021年和2022年）。研究的关键技术方法包括：基于Penman-Monteith法的作物需水量（ETc）计算与精准滴灌控制以模拟水分胁迫；通过添加特定比例盐分（NaCl， CaCl₂·2H₂O， MgSO₄·7H₂O）模拟地区典型咸水成分以构建盐胁迫；在果实期测定电解质泄漏（EL）、相对含水量（RWC）、水分饱和亏（WSD）、持水力（WRC）和吸水能力（WUC）等水分生理指标；并在收获期测定总产量、干物质产量、茎秆产量和汁液产量等农艺性状。

3.1. 盐胁迫对植物水分关系的影响

盐胁迫对电解质泄漏（EL）在两年中均未产生显著影响，表明BRS 506的细胞膜在高达6.0 dS m^?1的盐度下仍能保持完整性。在2022年，相对含水量（RWC）随盐度升高（从1.5 dS m^?1到3.8和6.0 dS m^?1）而显著下降，从94.15%降至约90.07%。与之相反，水分饱和亏（WSD）和水分吸收能力（WUC）在两年中均随盐度升高而增加，尤其在3.8 dS m^?1时达到最高值，表明植株在盐胁迫下需要付出更大的生理努力来吸收水分。

3.2. 水分胁迫对植物水分关系的影响

在2022年，水分胁迫的影响较为明显。25%的水分亏缺导致了最高的电解质泄漏（10.52%），而50%的严重亏缺则使相对含水量（RWC）降至最低（90.15%）。水分饱和亏（WSD）在50%水分亏缺下升高，而水分吸收能力（WUC）则降低，反映了严重干旱下植株吸水困难。然而，即使在50%水分亏缺下，RWC仍保持在85%以上，处于可维持正常生长的范围。2021年的水分关系参数对水分亏缺不敏感，表明年际间气候差异或其他环境因素可能影响了植株的响应。

3.3. 水分亏缺和盐胁迫对植物水分关系的交互效应

交互作用仅在2022年对持水力（WRC）有显著影响。当25%的水分亏缺与3.8或6.0 dS m^?1的盐度结合时，WRC显著降低，表明在中等水分胁迫下，高盐度对细胞持水能力产生了叠加的负面影响。在其他处理组合下，植株表现出稳定性。

3.4. 甜高粱产量

联合方差分析表明，盐度和水分亏缺之间没有显著的交互作用。盐度主要影响干物质含量和汁液产量。在6.0 dS m^?1盐度下，汁液产量为13.31 Mg ha^?1，比1.5 dS m^?1下的15.37 Mg ha^?1下降了13.38%，但总产量未受显著影响。水分亏缺是影响产量的主要因素。与充分灌溉（0%亏缺）相比，25%水分亏缺仅导致总产量下降6.64%（从51.79降至48.37 Mg ha^?1），而50%水分亏缺则导致总产量、干物质产量、茎秆产量和汁液产量分别显著下降18.37%， 15.75%， 20.09%和23.18%。这表明BRS 506对中度水分亏缺（25%）具有较好的耐受性。

3.5. 盐度对产量的影响

盐度胁迫下，干物质含量在较高盐度（3.75和6.00 dS m^?1）下反而略有增加，表明植株可能通过积累干物质来应对渗透胁迫。汁液产量随盐度升高而线性下降，最高盐度处理比最低盐度处理降低了13.38%，这直接关系到其作为能源作物的利用效率。

3.6. 水分胁迫对产量的影响

水分胁迫是限制产量的关键因子。严重水分亏缺（50%）对各项产量指标均造成显著抑制，而中度亏缺（25%）与充分灌溉下的产量无显著差异，凸显了BRS 506在节水灌溉中的应用潜力。2021年的干物质产量和汁液产量普遍高于2022年，这可能与2022年生长后期遇到的病虫害等不利因素有关。

本研究系统地评估了甜高粱品种BRS 506对水分亏缺和灌溉水盐度的生理与产量响应。结论明确指出，BRS 506对盐度表现出较强的生理耐受性，即使在6.0 dS m^?1的较高盐度下也能维持细胞膜稳定。虽然高盐度会影响植株水分状况（如降低RWC），但并未导致总产量的显著下降，这体现了其有效的渗透调节能力。对于水分胁迫，该品种对中度水分亏缺（25% ETc）具有显著的耐受性，仅造成微不足道的产量损失（6.64%），水分利用效率高；而严重水分亏缺（50% ETc）则会导致各项产量指标显著下降。盐度和水分亏缺两个胁迫因子之间未发现显著的交互作用，这意味着在实践管理中可以对它们进行相对独立的考量。

讨论部分进一步深化了这些发现的意义。BRS 506在逆境下保持相对含水量（RWC）高于85%的能力，以及其稳定的电解质泄漏（EL）水平，是其耐逆性的重要生理基础。其干物质产量在12.46至14.79 Mg ha^?1之间的表现，与其他研究中报道的甜高粱或饲料高粱品种在类似条件下的产量相当，验证了本试验结果的可靠性。汁液产量对盐度较为敏感，但仍保持在可接受水平，这对于其在半干旱盐碱地区的生物能源应用提供了可能。年份间的产量差异提示，除了可控的水盐胁迫外，品种的实际表现还会受到年际气候波动、病虫害管理等其他因素的影响。

综上所述，这项研究不仅证实了甜高粱BRS 506作为半干旱地区水盐胁迫环境下一种韧性作物的潜力，而且为其节水灌溉和咸水利用提供了具体的量化指标（如25%水分亏缺和6.0 dS m^?1盐度可作为重要参考阈值）。研究结果对于指导当地农民在有限的水资源条件下进行作物生产、优化灌溉策略、提高农业水资源利用效率具有直接的实践价值。同时，该研究也为进一步挖掘作物的抗逆遗传资源、选育更适合边际土地种植的高效作物品种提供了重要的理论依据和实验数据支撑。