基于自吸水設(shè)施的耐鹽鑒定基質(zhì)配比對(duì)水鹽分布的影響研究

吳哲 張曉東 魯雪林 左永梅 王秀萍

摘? 要：采用水分自吸方式，利用3D模擬方法研究了珍珠巖、蛭石與草炭的合理配比，調(diào)控鹽堿土基質(zhì)的保水性，確定了一種水鹽分布均勻、通透性、穩(wěn)定性良好的耐鹽鑒定基質(zhì)。通過(guò)測(cè)試最佳基質(zhì)配比下不同梯度鹽分的均勻度及穩(wěn)定性，結(jié)果表明，保持適宜的水分及均勻分布的范圍為草炭50%～65%、蛭石20%～60%、余者為珍珠巖，基質(zhì)推薦比例為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1。不同梯度的鹽分在基質(zhì)中分布較為均勻，差異均小于5%，可用于淺根系植物苗期的耐鹽鑒定。

關(guān)鍵詞：耐鹽鑒定;水鹽調(diào)控;自吸水;基質(zhì)配比

中圖分類號(hào) S311文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A文章編號(hào) 1007-7731（2019）08-0022-04

Absrtact：Using the method of water self-absorption and 3D simulation，the rational proportion of perlite，vermiculite and peat was studied to determine the optimal soil matrix with uniform distribution of water and salt，good permeability and stability for salt-tolerance identification.The results showed that the proportion of 50%～65% peat，20%～60% vermiculite and the rest of perlite could maintain a proper moisture content and uniform distribution.The recommended ratio of matrix was peat：vermiculite：perlite = 2：1：1.The uniformity and stability of salinity at different gradients under the optimum matrix ratio were tested.The results showed that the different gradients of salt content evenly distributed in this soil matrix，and their differences within the soil matrix were less than 8%，indicating that this combination of soil matrix could be used for salt-tolerance identification for shallow root plants such as dandelion.

Key words：Salt-tolerance identification;Regulation of water and salt;Water self-absorption;Soil matrix proportion

我國(guó)現(xiàn)有鹽荒地約3600萬(wàn)hm2，相當(dāng)于總耕地面積的1/3。由于灌溉方法不當(dāng)，在1億hm2耕地中造成了600多萬(wàn)hm2的次生鹽演化土地，嚴(yán)重影響了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)[1]。多國(guó)實(shí)踐表明，應(yīng)用生物學(xué)措施改良鹽堿地極具前途，特別是引種經(jīng)濟(jì)鹽生植物[2]。鹽生植物是一類能夠在鹽演土壤上正常生長(zhǎng)并完成生活史的天然植物群落，其最大特點(diǎn)是具有較大的抗鹽能力。對(duì)鹽生植物資的耐鹽性進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，是鹽堿地農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)[3，4]。然而，在耐鹽鑒定和評(píng)價(jià)過(guò)程中，采用的方法存在差異性。鑒定植物的耐鹽性，一般采用水培、沙培、鹽堿土培等方法[5，6]，但是這些方法都忽略了水-鹽運(yùn)動(dòng)性質(zhì)[7]，即在澆鹽水時(shí)，鹽分會(huì)隨著水分下移，導(dǎo)致耐鹽評(píng)測(cè)結(jié)果不準(zhǔn)確[8]。水-鹽運(yùn)移現(xiàn)象也表現(xiàn)在鹽度積累、礦化度分布不均。因此，保證耐鹽鑒定條件的一致性是評(píng)價(jià)植物耐鹽性的重要前提[4]。針對(duì)目前耐鹽鑒定存在的問(wèn)題，本試驗(yàn)以濱海區(qū)地下咸水配置梯度鹽分，采用水分自吸方法調(diào)控基質(zhì)水分，通過(guò)研究珍珠巖、蛭石與草炭的合理配比，確定一種水鹽分布均勻、通透性、穩(wěn)定性良好的耐鹽鑒定基質(zhì)。

1 研究方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 本試驗(yàn)采用珍珠巖、蛭石、草炭作為基質(zhì)材料，按一定配比混合共13個(gè)處理（表1）。每處理6次重復(fù)，以河北省唐山市曹妃甸區(qū)的粘質(zhì)濱海鹽堿土為供試對(duì)照鹽堿原土。

1.2 試驗(yàn)方法 試驗(yàn)在河北省農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所綜合試驗(yàn)站防雨棚中進(jìn)行。耐鹽鑒定裝置采用自吸水盆栽裝置如圖1所示，裝基質(zhì)的花盆內(nèi)徑30cm、高23cm，水桶內(nèi)徑35cm、高度29cm;靠輸水棉繩供給基質(zhì)水分，棉繩直徑5mm，鹽堿基質(zhì)采用9g/L的濱海區(qū)地下咸水與混合基質(zhì)定量攪拌。配置的鹽分梯度分別為1g/L、2g/L、3g/L、5g/L、7g/L、9g/L，以濱海鹽堿原土為對(duì)照，鹽分含量為12%，每個(gè)處理設(shè)6個(gè)重復(fù)。供水方式為自吸水，桶里保持有相同的淡水，鑒定基質(zhì)盆底距離水面2cm。以十字型的位置在花盆四側(cè)距離盆上沿測(cè)5cm、9cm、13cm、17cm、21cm的位置打小孔，用于檢測(cè)基質(zhì)空間內(nèi)水分和鹽分的含量。

1.3 指標(biāo)檢測(cè) 利用100cm3的鋼制環(huán)刀對(duì)混合基質(zhì)進(jìn)行取樣并稱重，隨后進(jìn)行浸水與控水處理，測(cè)定基質(zhì)飽和含水量（%）、基質(zhì)毛管持水量（%）、基質(zhì)持水量（%）、基質(zhì)容重（g/cm3）、基質(zhì)含水量（%）、毛管孔隙度（%）、非毛管孔隙度（%）以及總孔隙度（%）等物理參數(shù)。具體計(jì)算方法參見(jiàn)張學(xué)禮等的研究方法[9]。按比例配好基質(zhì)裝入盆中3d和5d后，利用便攜式土壤三參測(cè)定儀（EasyTest）檢測(cè)基質(zhì)空間內(nèi)水分含量。利用上述同樣的方法，將配好的基質(zhì)加入1g/L、2g/L、3g/L、5g/L、7g/L、9g/L的地下咸水，混勻靜待5d后，測(cè)定基質(zhì)空間內(nèi)鹽分變化。

1.4 數(shù)據(jù)分析 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 19.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。水鹽均勻分布采用3D模型分析，軟件為Table Curve 3D，模型采用Sigmoid Series Bivariate Order 3。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同基質(zhì)配比的物理性質(zhì)變化 由表2可知，濱海鹽堿原土容重最高，通過(guò)調(diào)整不同基質(zhì)的比例，總基質(zhì)的容重在0.08～0.41g/cm3，隨之，基質(zhì)的物理性質(zhì)也相應(yīng)發(fā)生了變化。飽和含水量、毛管持水量、毛管孔隙度和非毛管孔隙度初步選為基質(zhì)配比的參考參數(shù)，結(jié)合表2數(shù)據(jù)以及通過(guò)3D模型分析結(jié)果，基質(zhì)最大的飽和含水量對(duì)應(yīng)的基質(zhì)比例為：蛭石50%～60%、草炭40%～60%，余者為珍珠巖。利用同樣的方法得到最大的基質(zhì)毛管持水量對(duì)應(yīng)的基質(zhì)比例為：蛭石45%～60%、草炭45%～70%，余者為珍珠巖;基質(zhì)最大毛管孔隙度對(duì)應(yīng)的基質(zhì)比例：蛭石10%～25%或50%～70%、草炭40%～50%，余者為珍珠巖;基質(zhì)最大非毛管孔隙度對(duì)應(yīng)的基質(zhì)比例為：蛭石30%～50%、草炭40%～50%，余者為珍珠巖?；|(zhì)配比的具體的比例，應(yīng)結(jié)合基質(zhì)空間內(nèi)含水量和電導(dǎo)率的變化進(jìn)一步確定。

2.2 不同基質(zhì)配比的剖面水分變化 耐鹽鑒定基質(zhì)空間內(nèi)土壤濕度變化結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可知，除了處理2、8和11外，總體上不同比例配比基質(zhì)3d和5d后的水平空間內(nèi)水分含量差異較小在2.5～5.1，垂直空間內(nèi)水分含量差異較大在7.1～8.5，如果除去對(duì)照以及處理2、8和11，則水分含量差異在4.1～5.7，且2次測(cè)量結(jié)果差異不大?？傮w來(lái)說(shuō)，各個(gè)組合的空間內(nèi)水分差異依然在可接受范圍，也反映了該耐鹽鑒定采用的供水方式穩(wěn)定，可保證基質(zhì)水分一定程度的穩(wěn)定性。從表3中可知，除去對(duì)照外，組合4、5、8、12水分變化差異較小，其余組合6、7和9次之。結(jié)合前文確定的基質(zhì)配比范圍，綜合考慮基質(zhì)水分和毛管空隙度，可初步得到基質(zhì)組成比例為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1或3∶1∶1。

2.3 梯度鹽分在基質(zhì)中的變化 進(jìn)一步測(cè)試了梯度鹽分在草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1的組合基質(zhì)中的穩(wěn)定性，結(jié)果表明，不同梯度的鹽分在基質(zhì)空間分布均勻。差異在0.8～4.1，且基質(zhì)中的水分差異均小于4.9（表4）。說(shuō)明該耐鹽鑒定基質(zhì)受梯度鹽分的影響不大，也說(shuō)明了該調(diào)控比例的基質(zhì)能夠維持水鹽的均勻分布，可用于淺根系植物的耐鹽鑒定。

3 結(jié)論與討論

由于濱海鹽堿地原土60cm耕層中87%是由2～50μm的土壤微粒組成[10]，通透性差，對(duì)植物耐鹽鑒定的真實(shí)結(jié)果產(chǎn)生不利影響，因此本研究采用人工基質(zhì)代替鹽堿原土。草炭可為植物生長(zhǎng)提供有機(jī)碳源，蛭石保水能力好，珍珠巖能夠增加孔隙度，因此合理搭配三者比例，能夠?yàn)橹参锷L(zhǎng)提供適宜的生長(zhǎng)條件。本研究中推薦的三者比例為2∶1∶1或3∶1∶1，對(duì)應(yīng)的處理組合號(hào)為6和9，通過(guò)表2和表4的數(shù)據(jù)可看到，基質(zhì)的持水量和非毛管孔隙度均在合理范圍內(nèi)，尤其在梯度鹽分測(cè)試中，整個(gè)空間內(nèi)的鹽度和水分和鹽度分布的變異幅度較為均勻，說(shuō)明該耐鹽鑒定系統(tǒng)工作穩(wěn)定，能夠很好的用于植物耐鹽鑒定。該系統(tǒng)較適宜于淺根系植物的苗期耐鹽鑒定，是因?yàn)橹参锷L(zhǎng)后期需要大量的水分，對(duì)于高大的作物來(lái)說(shuō)，供水量不足，容易出現(xiàn)萎蔫以及基質(zhì)鹽分分布不均現(xiàn)象。在后續(xù)實(shí)驗(yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)該現(xiàn)象，利用該系統(tǒng)鑒定黃蜀葵和蒲公英的耐鹽性，在黃蜀葵以及蒲公英苗期，基質(zhì)水分和鹽分分布均勻，且梯度鹽分對(duì)它們的生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用，然而在后期生長(zhǎng)中，黃蜀葵出現(xiàn)萎蔫，梯度鹽分對(duì)黃蜀葵的生長(zhǎng)作用不明顯，基質(zhì)中的水分分布不均，主要集中于根部周圍，也導(dǎo)致根部周圍鹽分含量降低。因此，基于自吸水設(shè)施的耐鹽鑒定系統(tǒng)，合理搭配草炭、蛭石和珍珠巖，能夠很好的用于淺根系植物的苗期耐鹽鑒定。

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