盤錦紅海灘翅堿蓬現(xiàn)場生態(tài)修復研究

劉 帥，魏海峰*，劉長發(fā)，張明亮，何 潔，高 嘉，趙肖依，霍玉潔，夏 寧，趙雨朦

(1. 遼寧省近岸海洋環(huán)境科學與技術重點實驗室，遼寧 大連116023；2. 大連海洋大學，海洋科技與環(huán)境學院，遼寧 大連116023；3. 大連海洋大學，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室，遼寧 大連116023)

盤錦紅海灘在渤海灣東北部，依托于濱海濕地而存在[1]，翅堿蓬在紅海灘廣泛存在，資源豐富。濱海地區(qū)地理位置獨特、資源廣泛，具有良好的經(jīng)濟效益和生態(tài)效益。但近年來，隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，人為污染和石油污染愈發(fā)嚴重，使生態(tài)系統(tǒng)薄弱的濱海地區(qū)遭受摧殘，濱海地區(qū)植被的生長較大程度上受到了限制[2]。對于如何修復濱海地區(qū)生態(tài)環(huán)境，使其發(fā)揮更大的經(jīng)濟效益、社會效益和生態(tài)效益，受到國內外學者的關注。盤錦紅海灘優(yōu)勢植物翅堿蓬(Suaedasalsa)是一年生草本植物，隸屬于藜科堿蓬屬[3]，生長在河口濱海濕地，具有易繁殖和強耐鹽性特點[4-5]。翅堿蓬在增加土壤有機質和鹽分含量方面具有重大意義，可改變鹽堿地高鹽堿度的狀況[6]。翅堿蓬在生態(tài)改良方面也擁有巨大效益，其高耐鹽性利于濱海濕地生態(tài)系統(tǒng)的修復。目前，國內外對翅堿蓬的研究主要關注重金屬[7-8]、土壤鹽度[9-10]、石油污染[11]以及除草劑[1]等因素等對翅堿蓬生長的影響。目前，已有成熟的內陸鹽堿地改良的研究理論方法[12]，而濱海濕地生態(tài)修復的理論尚未完善，采用現(xiàn)場生態(tài)修復技術研究翅堿蓬植被的恢復的研究較少。因此，進行翅堿蓬生態(tài)恢復研究，為修復濱海濕地生態(tài)環(huán)境和提高翅堿蓬存活率提供科學依據(jù)和理論基礎[13]。

1 材料與方法

1.1 試驗設計

試驗田位于盤錦紅海灘國家風景廊道旅游景區(qū)(121.50′40.32′′E，40.49′51.70′′N)，每塊試驗田為3 m×3 m的正方形。共6塊試驗田，每塊試驗田一半處理方式為淺翻，另一半處理方式為深翻。淺翻處理組使用齒為5 cm的金屬耙子將潮灘淺翻，之后施肥，施尿素(0.028 kg/m2)和磷酸二氫鉀(0.009 7 kg/m2)；深翻處理組，將土地深翻20 cm，后用耙子平整土地后，播種，播種量、施肥量同淺翻處理組。1～3號試驗田播種密度為0.15 kg/m2；3～6號試驗田播種密度為0.02 kg/m2，播種后種子表面覆蓋薄土一層，以免種子被潮水沖走；選取1～6號試驗田作為監(jiān)測對象，監(jiān)測理化指標及翅堿蓬密度。

1.2 樣品采集

翻地后對土壤進行采集，每塊試驗田選取5個點并采用梅花布點法進行不同深度的土壤采樣，分別為3、6、9 cm。樣品風干后保存待測。

1.3 測定方法

翅堿蓬發(fā)芽長出地表10 d后，記錄翅堿蓬種子發(fā)芽數(shù)量；翅堿蓬苗密度用樣方法測量，使用樣方框，計數(shù)翅堿蓬苗的株數(shù)；用土壤電導率測定儀測定土壤電導率值、鹽分；溫度計原位測定土壤溫度；土壤水分測量采用重量法；使用環(huán)刀采樣法測定土壤深度為3、6、9 cm處土壤密度。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計學分析借助SPSS 19.0統(tǒng)計軟件完成，然后利用Duncan檢驗方法對試驗數(shù)據(jù)進行差異分析，P<0.05表示差異顯著。

2 結果

2.1 不同處理對翅堿蓬苗密度的影響

由圖1可知，深翻和淺翻兩種處理對翅堿蓬種子的發(fā)芽產(chǎn)生了不同影響。在播種密度為0.02 kg/m2的土壤中采用深翻和淺翻的處理方式，翅堿蓬苗密度分別為764株/m2和22株/m2，深翻處理發(fā)芽率是淺翻處理組的34.73倍；在播種密度為0.15 kg/m2的土壤中采用深翻和淺翻的處理方式，翅堿蓬苗密度分別為1126株/m2和165株/m2，深翻處理發(fā)芽率是淺翻處理組的6.82倍。其原因是深翻可以促使土壤團粒結構的形成，使土壤中水、肥、氣、熱得以改善所致，促使翅堿蓬的根系生長，使植物生長更加茁壯[12]。不同的播種密度也會對翅堿蓬種子的發(fā)芽產(chǎn)生影響，高播種密度會促進翅堿蓬種子的發(fā)芽。在采用相同深翻土壤處理時，播種密度為0.15 kg/m2的土壤苗密度較高，是播種密度為0.02 kg/m2的1.47倍；在采用相同淺翻處理時，也是播種密度為0.15 kg/m2的土壤苗密度較高，是播種密度為0.02 kg/m2的7.5倍。

2.2 不同翻耕處理對土壤密度的影響

土壤(粒)密度(Soil particle density)是指單位體積不含孔隙的土壤的烘干重量。它的計算方法類似于土壤容重，因此它的數(shù)值總是大于土壤容重，是土壤物理參數(shù)之一，其大小與土壤的礦物組成和有機部分有關。由圖2可知，自然狀態(tài)土壤密度1.7 g/cm3，用淺翻處理土壤密度為1.60 g/cm3，用深翻土壤密度1.38 g/cm3。與自然狀態(tài)土壤密度相比，淺翻處理和深翻處理都會使土壤密度降低，分別下降了5.88%和18.82%。但深翻處理會最大程度降低土壤密度，此種方式最有效。

圖1 不同播種密度苗的生長密度Fig.1 The growth density of seedlings with different sowing densities

圖2 不同土壤處理方式對土壤密度的影響Fig.2 Effects of different soil treatment methods on soil density

2.3 不同處理對土壤電導率值、含鹽量、水分及溫度的影響

由表1可見，經(jīng)不同深翻與淺翻處理土壤電導率值、鹽分、水分及溫度都發(fā)生了不同程度的改變。經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)，深翻處理對土壤理化指標具有較大改善。電導率和鹽分是影響翅堿蓬生長的重要土壤理化指標，表示土壤中所含鹽類的總含量，也可表示為土壤浸出液中各種陽離子的量和各種陰離子的量之和。水分和溫度也是影響植物生存的重要理化指標，它們只有達到合適范圍才能使植物正常生長。本試驗中，處理方式為深翻時，土壤電導率值、含鹽量、水分及溫度的平均值分別為6.74 μs/cm、3561 mg/kg、33.9%和18.8℃，較淺翻處理組土壤電導率值下降37.59%，土壤含鹽量下降34.96%，土壤水分下降11.95%和土壤溫度升高8.05%，差異都較顯著(P<0.05)。土壤鹽分降低是由于紅海灘灘涂土壤會經(jīng)歷潮水的沖刷，退潮后的土壤表面鹽度上升，經(jīng)過深翻處理后下層低鹽度的土壤翻至表面，降低原位土壤的鹽度[31]。土壤水分下降是由于土壤表面水分受風影響蒸發(fā)較快，土壤深層水分較高，經(jīng)過深翻處理后下層高水分的土壤翻至表面，降低原位土壤的水分。土壤溫度升高是由于土壤表面受太陽照射作用受熱溫度升高，經(jīng)過深翻處理后下層低溫的土壤翻至表面，故整體土壤溫度升高。

如圖3所示，比較這兩種處理方式對土壤電導率的影響與土壤深度的效應關系。土壤深度為3 cm時，深翻處理方式較淺翻土壤電導率下降了26.84%，差異顯著(P<0.05)；土壤深度為6 cm時，深翻與淺翻處理方式下的土壤電導率分別為5.46、5.26 μs/cm，差異不顯著；土壤深度為9 cm時，深翻與淺翻處理方式下的土壤電導率分別為5.22、4.78 μs/cm，差異不顯著。因此可推測，通過深翻處理方式可以有效降低表層土壤電導率，為翅堿蓬生長提供良好的生長條件，結合松土可以有效提高發(fā)芽率。

圖3 不同處理方式對土壤電導率的影響Fig.3 Effects of different treatment soil types on soil conductivity

表1 不同處理方式對土壤理化指標的影響

續(xù)表1 不同處理方式對土壤理化指標的影響

3 討論

由上述試驗結果分析可知，深翻和淺翻處理通過改變土壤密度，進而改變土壤理化指標，最終改變翅堿蓬苗密度。本試驗中，深翻處理能夠有效降低土壤電導率、含鹽量、水分和升高土壤溫度，從而提高翅堿蓬發(fā)芽率。因此，推測在翅堿蓬正常生命活動時，土壤電導率、含鹽量、水分適宜以及土壤溫度升高，有利于翅堿蓬種子的萌發(fā)。

柳琴等相關研究表明，當土壤溫度達到合適范圍(10～30℃)，溫度增長會提高植物生長速度[14]。較低溫度時，翅堿蓬種子處于休眠狀態(tài)，種子萌發(fā)受到抑制；當達到較高適當溫度時，翅堿蓬種子的抑制因子減小，并產(chǎn)生促進因子，加速種子萌發(fā)[15-17]。本試驗中，低溫促進翅堿蓬種子的萌發(fā)，這與本文做出的推論相符。本試驗研究顯示，在一定的土壤鹽分范圍內，低鹽分可降低翅堿蓬發(fā)芽率，這與高粱品種的鹽脅迫現(xiàn)象一致[18]。植物生命活動歷程中，不同生長階段的植物對土壤鹽分的耐受程度不同，且植物種子階段對鹽分的耐受程度最高[19-20]，這與高鹽分抑制種子吸收水分，使種子內部水鹽失去平衡，抑制種子萌發(fā)生長密切相關[21]。趙肖依等[13]相關研究證明，翅堿蓬種子萌發(fā)的合適鹽度為10‰～16‰，鹽度15‰以下時翅堿蓬種子萌發(fā)較好，但鹽度16‰以上時，翅堿蓬種子萌發(fā)受到抑制，且認為與高鹽度影響種子的滲透壓[22]有關。劉逸泠等[23]研究顯示，在一定的土壤鹽分范圍內，植物幼苗可增大葉面受光度和葉片作用時間來提高光合作用效率，高鹽分通過降低葉片的光合作用效率，抑制植物幼苗生長發(fā)育。土壤電導率是展現(xiàn)農(nóng)作物生存狀態(tài)的重要參數(shù)，能反映土壤中可溶性鹽分的含量情況，且土壤電導率與土壤含鹽量具有一定的正相關線性關系[24-26]，低鹽分促進植物種子的幼苗生長發(fā)育，可能也會降低土壤電導率，從而促進植物的幼苗生長發(fā)育。

土壤水分含量也是影響翅堿蓬生長發(fā)育的主要因素之一。土壤水分的變化會改變翅堿蓬正常生長發(fā)育的狀況，充足的水分有利于翅堿蓬生長發(fā)育，蒸發(fā)、降雨、日曬、澆灌等方式通過改變土壤水分對翅堿蓬生長發(fā)育產(chǎn)生影響[27]。但過飽和的土壤水分會抑制翅堿蓬種子萌發(fā)和生長[28]。趙篤樂[29]、王景升[30]曾研究報道，種子未成熟時具有發(fā)芽趨勢，降低開花后8、12 d種子的土壤水分，種子發(fā)芽率分別達到72%和98%，在玉米、大豆等植物身上出現(xiàn)類似現(xiàn)象。說明土壤水分與種子的生長、萌發(fā)、休眠存在一定的相關聯(lián)系，其作用機制有待進一步研究分析。