幾種一年生鹽生植物的吸鹽能力

郭 洋， 陳波浪， 盛建東， 胡浩東， 徐財(cái)發(fā)

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 新疆烏魯木齊 830052 )

幾種一年生鹽生植物的吸鹽能力

郭 洋， 陳波浪， 盛建東*， 胡浩東， 徐財(cái)發(fā)

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)與環(huán)境科學(xué)學(xué)院， 新疆烏魯木齊 830052 )

人工種植； 鹽生植物； 鹽分離子； 吸鹽特征

土壤鹽漬化問題正受到社會(huì)越來越普遍的關(guān)注，全世界約有1/3的土壤鹽漬化，嚴(yán)重制約著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，也是影響生態(tài)環(huán)境的重要因素之一。我國(guó)約有250多萬(wàn) hm2的各種鹽漬化土壤，且有逐年增加的趨勢(shì)；新疆是我國(guó)鹽堿地面積最多、分布范圍最廣的地區(qū)[1]。到目前為止，通過物理方法實(shí)現(xiàn)的“淡水洗鹽”仍是新疆鹽漬化土壤改良行之有效的方法，但因新疆干旱缺水，灌排工程施工量大，成本高，部分研究者開始考慮利用具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鹽生植物補(bǔ)償生長(zhǎng)來治理鹽堿地，鹽生植物的開發(fā)利用對(duì)于拓寬鹽漬化土壤的利用空間，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)的良性發(fā)展具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

新疆鹽生植物種類豐富，分布廣泛。根據(jù)郗金標(biāo)等文獻(xiàn)，新疆現(xiàn)有鹽生植物共305 種15 變種7 亞種，隸屬38 科124屬[2]，其中，一年生鹽生植物群落分布廣泛，分布頻率較高的有堿蓬屬(Suaeda)、濱藜屬(Atriplex)、鹽角草屬(Salicornia)等。由于一年生鹽生植物生活史短、易于種植試驗(yàn)、繁殖后代和基因轉(zhuǎn)化，成為耐鹽植物研究的重要選擇對(duì)象[3]。

本研究選取新疆4種一年生藜科(Chenopodiaceae)鹽生植物進(jìn)行人工種植試驗(yàn)，通過定期采集樣品，分析比較這4種鹽生植物對(duì)土壤鹽分及其離子的吸收特性，為揭示鹽生植物耐鹽機(jī)理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，也為科學(xué)合理利用鹽生植物進(jìn)行鹽堿地改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究選擇地為南疆喀什地區(qū)岳普湖縣(76°23′E_77°25′E，38°48′N_39°20′N)，該地地處塔里木河源流區(qū)，蓋孜河下游，土地總面積3327 km2。地勢(shì)平坦，地面自西南向東北方向傾斜，海拔11701250 m，年降水量約51.7 mm，多年平均蒸發(fā)量為2651 mm，年均溫度11.7 ℃，無霜期214 d，≥10 ℃的年有效積溫約為4354 ℃。土壤類型主要有潮土、灌淤土、草甸土、鹽土和風(fēng)沙土。試驗(yàn)地土壤以壤土、砂壤土為主，耕層土壤鹽分均值為10.23 g/kg， pH為8.36，屬于中度鹽化土壤，土壤有機(jī)質(zhì)(13.58 mg/kg)和速效磷(14.20 mg/kg)為中級(jí)水平，而堿解氮(56.49 mg/kg)和速效鉀(158.08 mg/kg)為低級(jí)水平。自然植被主要有檉柳(Tamaricaceae)、鹽爪爪(Kalidiumfoliatum)、駱駝刺(Alhagisparsifolia)、西伯利亞白刺(Ni-trariasibirica)、花花柴(Kareliniacaspica)、蘆葦(Phragmitescommunis)、甘草(Glycyrrhizauralensis)、苦豆子(Sophoraalopecuroides)、泡泡刺(Nitrariasphaerocarpa)、芨芨草(Achnatherumsplendens)等。

1.2 研究材料

選取的四種一年生鹽生植物分別為：鹽角草(Salicorniaeuropaea)，鹽角草屬，藜科；鹽地堿蓬(Suaedasalsa)，堿蓬屬，藜科；高堿蓬(Suaedaaltissima)，堿蓬屬，藜科；野榆錢菠菜(AtripexaucheriMoq.)，濱藜屬，藜科。鹽角草為莖肉質(zhì)化真鹽生植物，鹽地堿蓬、高堿蓬為葉肉質(zhì)化真鹽生植物。由于濱藜屬植物一般都有鹽腺，其葉片又有不同程度的肉質(zhì)化，具有一定的滲透調(diào)節(jié)能力[10]，故將野榆錢菠菜也被歸為葉肉質(zhì)化真鹽生或向內(nèi)泌鹽的鹽生植物。植物種子由中國(guó)科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所提供。

1.3 研究方法

試驗(yàn)在岳普湖縣農(nóng)技推廣中心實(shí)驗(yàn)站進(jìn)行，采用完全隨機(jī)排列設(shè)計(jì)，于2012年3月25日種植鹽角草、鹽地堿蓬、高堿蓬、野榆錢菠菜，每種植物種植三個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)面積222 m2，共12個(gè)處理，總試驗(yàn)面積2664 m2。灌溉方式為膜下滴灌，膜寬1.2 m，按一膜雙管布設(shè)滴灌帶，采用人工開溝條播方式將鹽生植物播種于滴灌帶兩側(cè)15 cm范圍內(nèi)，株行配置為60 cm、30 cm寬窄行，播種量鹽角草30 kg/hm2，鹽地堿蓬45 kg/hm2、高堿蓬45 kg/hm2、野榆錢菠菜45 kg/hm2。試驗(yàn)期間，根據(jù)實(shí)際需水狀況分6次滴灌，總灌水量3600_3900 m3/hm2。試驗(yàn)地播種前施用復(fù)合肥(N ∶P2O5∶K2O=20 ∶14 ∶6)600 kg/hm2，分別于5月10日和7月28日兩次追肥，每次均為225 kg/hm2。5月31日(生育初期)、7月10日(生育中期)、8月31日(生育末期)分別采集植物樣品，每個(gè)重復(fù)隨機(jī)取5 m×5 m的樣方3個(gè)，調(diào)查每個(gè)樣方株數(shù)和鮮重，烘干后稱量干物質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，采用DPS 6.50軟件進(jìn)行顯著性差異分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽生植物的生物量比較

從鹽角草、鹽地堿蓬、高堿蓬與野榆錢菠菜地上部分生物量(表1)可以看出，生育初期4種鹽生植物之間差異顯著；生育中期4種鹽生植物之間的差異性除鹽地堿蓬和高堿蓬之間不明顯外，均達(dá)到顯著水平；生育末期高堿蓬(23302 kg/hm2)生物量是鹽角草、鹽地堿蓬、野榆錢菠菜的2.6倍、1.3倍和1.1倍。從鹽角草、鹽地堿蓬、高堿蓬與野榆錢菠菜地下部分生物量來看(表1)，生育初期鹽地堿蓬、高堿蓬與野榆錢菠菜之間差異性均達(dá)到顯著水平；生育中期，鹽地堿蓬、高堿蓬和野榆錢菠菜之間差異不顯著，但三者與鹽角草之間的差異均達(dá)到顯著水平；生育末期高堿蓬(2535 kg/hm2)最高，是鹽角草、鹽地堿蓬和野榆錢菠菜的2.29倍、1.24倍和3.70倍。由表1中整株生物量可知，生育初期四種鹽生植物中鹽地堿蓬(398 kg/hm2)最高；生育中期4種鹽生植物之間的差異性除鹽地堿蓬和高堿蓬之間不明顯外，均達(dá)到顯著水平；生育末期除鹽地堿蓬和野榆錢菠菜之間不明顯外，均達(dá)到顯著水平。

鹽角草、鹽地堿蓬、高堿蓬和野榆錢菠菜的生物量由生育初期到生育中期分別增長(zhǎng)7544、345、510和1158 kg/hm2，而由生育中期到生育末期分別增長(zhǎng)2550、19992、24978和19876 kg/hm2，可見除鹽角草的生長(zhǎng)旺盛期在生育中期外，其他三種鹽生植物均在生育后期。

由于鹽生植物成熟后整體收割，故其對(duì)鹽漬化土壤改良的效果主要體現(xiàn)在生育末期，此時(shí)四種鹽生植物地上部分生物量均占整株生物量的89%以上，主要生物量積累于地上部分，地下部分所占的比例非常小。

注(Note): 同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異達(dá)5%顯著 Values followed by different letters in a column are significant at 5% level； “—”表示鹽角草初期根系極小，忽略不計(jì) Represents a very small roots ofSalicorniaeuropaeain the early growth stage, there will not be discussed.

2.2 不同鹽生植物中鹽分離子含量差異比較

生育中期不同鹽生植物地下部鹽分離子濃度差異表明(圖2)，鹽角草Na+、離子合量濃度顯著高于其他三種鹽生植物；野榆錢菠菜Ca2+濃度顯著高于鹽角草、鹽地堿蓬、高堿蓬；鹽地堿蓬Mg2+濃度顯著高于鹽角草、高堿蓬和野榆錢菠菜。

2.3 不同鹽生植物鹽分離子吸收積累特征

不同時(shí)期不同鹽生植物的鹽分、離子積累量受植株生物量和體內(nèi)鹽分、離子濃度共同影響，呈現(xiàn)出與生物量(表1)和鹽分、離子濃度(圖1、圖2、圖3)不同的特征。

從離子合量來看(表2)，鹽地堿蓬、高堿蓬、野榆錢菠菜的積累量隨著時(shí)間的增加不斷遞增，但鹽角草總鹽積累量從生育中期時(shí)開始緩慢降低。生育初期鹽地堿蓬積累量顯著高于鹽角草、高堿蓬和野榆錢菠菜(P<0.05)，分別高出223%、20%和1615%；生育中期鹽角草積累量分別是鹽地堿蓬、高堿蓬和野榆錢菠菜的13.84倍、14.29倍和10.68倍。生育末期高堿蓬的積累量(3499 kg/hm2)分別比鹽角草、鹽地堿蓬和野榆錢菠菜高了68%、14%和60%。

結(jié)合不同部分生物量與鹽分、離子濃度可知，與地上部分相比，鹽生植物根部生物量和鹽分、離子濃度都較低[13]，鹽分、離子積累量較低，對(duì)鹽漬土的改良影響甚微。由于生育末期鹽生植物僅刈割地上部分，對(duì)土壤的改良效果主要以單位面積帶出的鹽分多少來衡量，這取決于此時(shí)植物地上部分生物量與鹽分濃度的大小。

3 討論與結(jié)論

鹽漬化土壤鹽分過量是植物生長(zhǎng)主要的脅迫因素[14]，但鹽漬土也是一種重要的欠開發(fā)土壤資源，需經(jīng)改良才能發(fā)揮其資源潛力。利用鹽生植物，特別是具有一定經(jīng)濟(jì)價(jià)值的鹽生植物對(duì)鹽分的吸收來改良鹽堿地，不僅可以降低土壤鹽分，推動(dòng)鹽漬土資源的開發(fā)，同時(shí)有助于促進(jìn)當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

本研究中，4種鹽生植物地上部分含鹽量由生育初期到生育中期增降幅度不明顯，而從中期到末期有顯著下降的趨勢(shì)(P<0.05)，分別由中期的338、256、208和204 g/kg下降到末期的215、152、137和103 g/kg；地下部分含鹽量由生育初期到生育中期下降明顯(P<0.05)，而中期到末期的下降幅度不明顯。植株體內(nèi)的鹽分及離子濃度降低是生物稀釋的結(jié)果，但由于鹽地堿蓬、高堿蓬和野榆錢菠菜生育中期到生育末期為生長(zhǎng)旺盛期，生物量劇增，使植株鹽分及離子積累量隨之劇增，故應(yīng)讓植株有一個(gè)充分生長(zhǎng)的過程。鹽角草在生育中期鹽分、離子濃度與積累量達(dá)到最大值，此時(shí)開始刈割以帶出更多的鹽分。通過四種鹽生植物的對(duì)比可知，生物量的大小對(duì)于不同植株總鹽、離子積累量的多少起到至關(guān)重要的作用，單位質(zhì)量含鹽量較低，但生物量大的植株鹽分積累量高于生物量小的植株。4種鹽生植物生育末期地上部分生物量高堿蓬為23302 kg/hm2，蓬野榆錢菠菜為20379 kg/hm2，鹽地堿蓬為18670 kg/hm2，鹽角草為9096 kg/hm2(表1)，總離子濃度為鹽角草(310 g/kg)>鹽地堿蓬(270 g/kg)>高堿蓬(253 g/kg)>野榆錢菠菜(207 g/kg)，二因素共同作用導(dǎo)致鹽分?jǐn)z取量為高堿蓬(3499 kg/hm2)>鹽地堿蓬(3061 kg/hm2)>蓬野榆錢菠菜(2180 kg/hm2)>鹽角草(2080 kg/hm2)，說明選育生物量大且體內(nèi)鹽分濃度高的品種，對(duì)于改良鹽堿地十分關(guān)鍵。

注(Note): 相同時(shí)期同列數(shù)據(jù)后不同字母表示差異達(dá)5%的顯著水平 Values followed by different letters of the same stage in a column are significantly different at 5% level.

本試驗(yàn)?zāi)┢邴}角草、鹽地堿蓬生物量略低于趙振勇[6]研究鹽生植物對(duì)重鹽漬土脫鹽效果中的生物量(鹽角草11044 kg/hm2，鹽地堿蓬19119 kg/hm2)，這可能與種植密度、土壤養(yǎng)分含量有關(guān)。本試驗(yàn)區(qū)域耕層鹽分含量(10.23 g/kg)低于其驗(yàn)區(qū)域耕層鹽分含量(15.28_23.05 g/kg)，而對(duì)于鹽生植物來說，一定量的鹽分是促進(jìn)植株生長(zhǎng)發(fā)育的關(guān)鍵因素，這也可能是本研究中鹽角草和鹽地堿蓬生物量相對(duì)較低的因素之一。

不同鹽生植物對(duì)不同鹽分離子的吸收具有選擇偏向性，針對(duì)不同鹽生植物對(duì)生境離子選擇吸收的差異，可根據(jù)鹽漬土壤分類特征有目的的選擇不同種類鹽生植物修復(fù)鹽漬化土壤。本研究中，鹽角草體內(nèi)的Na+、Cl-濃度顯著高于其他三種鹽生植物，尤其對(duì)Cl-表現(xiàn)出極強(qiáng)的選擇吸收能力，使其較其他三種鹽生植物更適宜于南疆氯化物鹽漬土的改良[15]。

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Salt absorption capacities of several annul halophytes

GUO Yang, CHEN Bo-lang, SHENG Jian-dong*, HU Hao-dong, XU Cai-fa

(CollegeofGrasslandandEnvironmentalSciences,XinjiangAgriculturalUniversity,Urumqi830052，China)

planted; halophytes; salt ions; characteristics of salt absorption

2014-01-06 接受日期： 2014-10-30

新疆自治區(qū)“十二五”重大專項(xiàng) “鹽漬化低產(chǎn)田生產(chǎn)力提升關(guān)鍵技術(shù)研發(fā)與示范” 課題(200731133-2)； 新疆自治區(qū)土壤學(xué)重點(diǎn)學(xué)科資助。

郭洋(1986—)， 男， 江蘇徐州人， 碩士研究生， 主要從事干旱區(qū)土壤環(huán)境研究。 E-mail: hades9@163.com *通信作者 E-mail: sjd_2004@126.com

S156.4

A

1008-505X(2015)01-0269-08