黃河三角洲鹽堿地不同樹種耐鹽性形態(tài)指標的比較研究

姜福成, 王月海, 囤興建, 許景偉, 佀慶柱

(1.濟南軍區(qū)黃河三角洲生產(chǎn)基地, 山東 東營 257231; 2.山東省林業(yè)科學研究院, 山東 濟南 250014)

黃河三角洲鹽堿地不同樹種耐鹽性形態(tài)指標的比較研究

姜福成1, 王月海2, 囤興建2, 許景偉2, 佀慶柱1

(1.濟南軍區(qū)黃河三角洲生產(chǎn)基地, 山東 東營 257231; 2.山東省林業(yè)科學研究院, 山東 濟南 250014)

摘要：[目的] 研究不同樹種的耐鹽性形態(tài)指標，為黃河三角洲中度鹽堿地造林樹種選擇提供重要理論依據(jù)和參考。 [方法] 對中度鹽堿地上營造的試驗林中的12個樹種在保存率、生長勢和鹽害程度(鹽害指數(shù))等幾個耐鹽性形態(tài)指標上進行比較分析，確定各樹種的相對耐鹽力。 [結(jié)果] (1) 不同樹種的保存率差異較大，最低保存率為19.3%，最高保存率為96.7%； (2) 除美國紅葉白蠟和沙柳2個樹種外，其余10個樹種的生長表現(xiàn)(生長勢和鹽害程度)與保存率變化一致，即保存率高的樹種，其生長表現(xiàn)亦好(生長旺盛、葉片受到的鹽害程度小)； (3) 綜合幾個耐鹽性指標對12個樹種的聚類分析，其耐鹽力可劃歸為強、中、一般3類。 [結(jié)論] 通過中度鹽堿地不同樹種耐鹽性形態(tài)指標的評價，客觀真實地反映了不同樹種耐鹽能力的強弱。

關鍵詞：黃河三角洲鹽堿地; 樹種耐鹽性; 保存率; 生長勢; 鹽害指數(shù)

由于黃河三角洲地區(qū)濱海鹽堿地的惡劣條件，限制了許多樹種的發(fā)展，使得適宜該地區(qū)造林的樹種十分貧乏。能夠自然繁衍的只有檉柳(Tamarixchinensis)和白剌(Nitrariaschoberi.)等少數(shù)耐鹽樹種，現(xiàn)有人工栽植的也只有絨毛白蠟(Fraxinusvelutina)、柳(Salix)、白榆(Ulmuspumila)、刺槐(Robiniapseudoacacia)等少數(shù)樹種，而且這些少數(shù)樹種多栽植在輕度鹽堿(土壤0—20 cm表層含鹽量在0.3%以下)區(qū)域，在鹽堿含量稍高的一些區(qū)域，難以選擇出適宜的造林樹種，使得黃河三角洲濱海鹽堿地的造林綠化難度加大[1]。但是，缺乏適宜造林樹種的另一個原因是目前對樹種耐鹽能力的了解和研究還不夠深入[2]。因此,對常見和引進樹種的耐鹽能力進行測定和比較,可為鹽堿地造林因地制宜選擇樹種提供科學依據(jù)和生產(chǎn)上應用的造林樹種,是提高鹽堿地造林成活率和林木生長量的重要途徑[2]。本研究對黃河三角洲中度鹽堿地(土壤0—20 cm表層含鹽量0.38%、pH值8.6)上營造的試驗林中的12個樹種進行了幾個耐鹽性形態(tài)特征的觀測和研究，為篩選出黃河三角洲中度鹽堿土壤條件下適生的耐鹽樹種造林提供依據(jù)和參考。

1試驗地概況

試驗地設在東營市河口區(qū)孤島鎮(zhèn)濟南軍區(qū)黃河三角洲生產(chǎn)基地(37°49′40″N，118°46′48″E)，系黃河歷次淤積退海而成，是典型的黃河三角洲地貌。屬暖溫帶半濕潤性季風氣候區(qū),春季干旱多風,夏季炎熱多雨,冬季干燥寒冷。年均氣溫11.4 ℃,平均無霜期202 d，年均降水量548.2 mm，多集中在夏季，年蒸降比約為3.6∶1。試驗地土壤為濱海鹽化潮土,上層為現(xiàn)代河流沙、壤質(zhì)沉積物，系現(xiàn)代新成土母質(zhì)；下層為海相沉積鹽漬母質(zhì)。土壤0—40 cm層是輕黏土,有機質(zhì)含量為0.48%，全氮為0.042%，堿解氮為19.6 mg/L，速效磷為6.1 mg/L，速效鉀為161.7 mg/L，氮素不足，嚴重缺磷；土壤0—20 cm層平均pH值8.6，平均含鹽量0.38%，屬中度鹽漬土。試驗地植被主要有蘆葦(Phragmitesaustralis)、堿蓬(Suaedaglauca)、鹽角草(Salicorniaeuropaea)、白茅(Imperatacylindrica)、狗尾草(Setariaviridis)、蘿藦(Metaplexisjaponica)、藜(Chenopodiumalbum)、茵陳蒿(Artemisiacapillaris)、泥胡菜(Hemisteptialyrata)、苦買菜(Ixerischinensis)等植物。

2試驗材料與研究方法

2.1　試驗材料

依據(jù)查閱的相關文獻和生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，初步篩選了耐鹽堿的沙柳(Salixpsammophila)、北海道黃楊(Euonymusjaponicus)、木槿(Hibiscussyriacus)、北美金葉復葉槭(Acernegundo)、龍柏(Juniperuschinensis)、美國竹柳((Salixamericana)、美國紅葉白蠟(Americanredfraxinus)、杜梨(Pyrusbetulifolia)、白榆、中國檉柳、紫穗槐(Amorphafruticosa)、絨毛白蠟(Fraxinusvelutina)等12個樹種進行了鹽堿地造林試驗。每個樹種的生活型、來源、苗齡及栽植株數(shù)詳見表1。

表1　試驗樹種的生活型、苗齡、來源及栽植株數(shù)

2.2　試驗設計與造林

選擇立地條件基本一致的地塊進行試驗林營造。在2010年11月進行20 cm深度的全面機耕整地基礎上，于2011年3月29—30日進行穴狀整地造林，樹穴規(guī)格為30 cm×30 cm×40 cm，共栽植12個樹種，依據(jù)苗木的規(guī)格和樹種生長速度，每個樹種的栽植株數(shù)在30～60株(密度為2 505～10 005株/hm2)之間不等。田間試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復。

造林后實施常規(guī)的撫育管理措施，經(jīng)營管理條件保持相對一致。

2.3　研究方法

生長勢的調(diào)查觀測分為5級：旺盛、較旺盛、一般、較差和差。對樹木鹽害的分級到目前為止還沒有統(tǒng)一的標準。參照以往的研究[3-6],結(jié)合黃河三角洲鹽堿地的實際,將樹木葉片受到的鹽害程度分為5級。0級:整株葉片無鹽害癥狀；Ⅰ級(輕度):全株有1/3葉片的葉尖葉緣失水萎蔫；Ⅱ級(中度):全株有1/2葉片的葉尖葉緣失水萎蔫并有焦枯現(xiàn)象；Ⅲ級(重度):全株有2/3葉片的焦枯面積達到本身葉片的1/3，1/2葉片脫落；4級(極重度):整株所有葉片焦枯面積達1/2以上，全株多數(shù)葉片已經(jīng)脫落。

鹽害指數(shù): SI(%)=∑(鹽害級值×相應鹽害級值株數(shù))/(總株數(shù)×鹽害最高級值)×100[3]。

2014年5月20—21日對試驗林12個樹種造林3 a后的保存率、生長勢和葉片鹽害程度3個耐鹽性形態(tài)指標進行了觀測和調(diào)查，同時在試驗地沿S形布點取土樣進行土壤pH值、鹽分含量、養(yǎng)分(N，P，K等)化驗。數(shù)據(jù)的相關分析采用SPSS 19.0統(tǒng)計軟件進行。

3結(jié)果與分析

鹽堿地植物形態(tài)學特性是植物遺傳學和環(huán)境共同對植物生長影響之生理現(xiàn)象的綜合體現(xiàn)，亦是植物體內(nèi)耐鹽性生理機制的綜合特征反映[7-10]。因此，植物在鹽堿地的生長形態(tài)和成活率(保存率)等指標是植物耐鹽堿脅迫能力的具體體現(xiàn)，可作為植物耐鹽性的最優(yōu)評價指標[8]。耐鹽性是植物對鹽漬生境的適應性[11]。樹種的耐鹽能力一般是指在造林后的前2～3 a內(nèi)幼樹對土壤鹽堿的適應性，是鹽堿地上樹木忍受鹽漬化程度并正常生長的能力[12]。為此，對試驗林12個樹種在3 a生時的保存率、生長勢和葉片受鹽害程度3個指標進行了調(diào)查觀測，結(jié)果詳見表2。

表2　黃河三角洲鹽堿地12個樹種鹽害及生長情況

3.1　各樹種保存率的比較分析

在鹽堿地上造林，樹種的保存率是反映樹種耐鹽性的重要指標之一[6]，保存率高的樹種表明在該造林立地條件下其適應性強[13]。由表2可以看出，12個樹種栽植后3 a時的保存率差異較大，以美國紅葉白蠟和中國檉柳的保存率為最高(分別達到96.7%和93.3%)，其次是杜梨、絨毛白蠟、金葉復葉槭和龍柏4個樹種(分別達到76.7%，74.4%，72.2%和70%)，沙柳和木槿2個樹種的保存率相當(分別為62.7%和60.0%)，美國竹柳的保存率只有46.7%，保存率最差的是白榆、紫穗槐和北海道黃楊(3個樹種保存率分別僅有24.0%，23.3%和19.3%)。進一步對這12個樹種的保存率進行的S—N—K法多重比較分析結(jié)果(略)表明，美國紅葉白蠟與中國檉柳之間，杜梨、絨毛白蠟、金葉復葉槭和龍柏4者之間，沙柳和木槿之間，白榆、紫穗槐和北海道黃楊3者之間，它們的差異都不顯著；而杜梨、絨毛白蠟、金葉復葉槭和龍柏分別與其他8個樹種之間，沙柳和木槿分別與其他10個樹種之間，白榆、紫穗槐和北海道黃楊分別與其他9個樹種之間，美國竹柳與其他11個樹種之間都有顯著差異。

12個樹種的保存率由高到低的順序為：美國紅葉白蠟>中國檉柳>杜梨>絨毛白蠟>金葉復葉槭>龍柏>沙柳>木槿>美國竹柳>白榆>紫穗槐>北海道黃楊。

3.2　各樹種生長表現(xiàn)(生長勢和葉片鹽害程度)的比較分析

鹽堿地上植物生長表現(xiàn)的外部形態(tài)(生長勢和葉片受到的鹽害程度)是樹種耐鹽能力的直接反映[14]。植物受到鹽脅迫后,在形態(tài)上首先表現(xiàn)為葉片受害,即葉尖、葉緣失水萎蔫,進而焦枯、直至整個葉片變黃變褐,嚴重時植株全部枯死[3，12]。從12個樹種生長勢和葉片鹽害程度的外部形態(tài)特征來看(表2)，保存的中國檉柳和龍柏2個樹種生長旺盛，中國檉柳未發(fā)生鹽害現(xiàn)象，龍柏僅有個別植株受到輕微鹽害，其鹽害指數(shù)僅有14.3%；杜梨和金葉復葉槭2個樹種生長較旺盛，未受鹽害的株數(shù)分別占其總株數(shù)的21.7%和36.4%，未出現(xiàn)極重度鹽害現(xiàn)象，其鹽害指數(shù)分別為34.1%和35.2%；美國紅葉白蠟和木槿生長勢一般，所有植株都受到鹽分的危害，但大多數(shù)植株受到的只是輕度鹽害(美國紅葉白蠟和木槿2個樹種受輕度鹽害的株數(shù)分別占其總株數(shù)的73.6%和67.8%)，亦未出現(xiàn)極重度鹽害的植株，其鹽害指數(shù)分別達到46.1%和46.7%；美國竹柳和沙柳生長較差，所有植株都受到鹽害，其中有的植株還出現(xiàn)了極重度危害，鹽害指數(shù)達到61.1%和65.4%；北海道黃楊、紫穗槐和白榆3個樹種生長表現(xiàn)最差，鹽害指數(shù)分別高達73.6%，75.0%和76.4%。

3.3　各樹種保存率與生長表現(xiàn)的綜合比較分析

根據(jù)有關研究[4-6]，在鹽堿地上造林的2～3 a生幼樹保存率與其生長表現(xiàn)基本相一致，即保存率高的樹種，其生長表現(xiàn)亦好(生長旺盛、葉片受到的鹽害程度小)。但本試驗(觀測數(shù)據(jù)詳見表2)與之有一定的差異。保存率最高的美國紅葉白蠟的生長表現(xiàn)(生長勢和鹽害程度)甚至不及保存率較低的中國檉柳、龍柏、杜梨、絨毛白蠟和金葉復葉槭5個樹種，在經(jīng)營管理條件一致的情況下，與樹種本身的遺傳特性有關，美國紅葉白蠟是以絨毛白蠟作為砧木嫁接而成，是前期生長型樹種，因其生長期短(5—7月)，避開了春、秋季土壤干旱返鹽而造成的鹽害，故其保存率較高；龍柏雖然保存率較杜梨、絨毛白蠟和金葉復葉槭低，但其生長旺盛，只受到輕微鹽害，說明其耐鹽能力強于這3個樹種；沙柳保存率較美國竹柳高，但生長表現(xiàn)(生長勢和鹽害程度)與其相當，尚不如保存率略低的木槿，這與沙柳較美國竹柳和木槿的耐干旱能力高有關；其他樹種的保存率與生長表現(xiàn)基本與有關研究[7-9]相一致。根據(jù)耐鹽性指標的保存率和生長表現(xiàn)(生長勢和鹽害指數(shù))，利用聚類分析對12個樹種耐鹽性進行綜合的相似性判別。在數(shù)據(jù)標準化的基礎上，以3個變量(保存率、生長勢和鹽害指數(shù))為基礎，進行相同權重的分析比較，綜合這3個指標來比較不同樹種在鹽漬環(huán)境下的耐鹽能力。由12個樹種耐鹽性的聚類分析(略)，可將這12個樹種的耐鹽能力分為3大類：中國檉柳和龍柏為耐鹽能力強的一類，北美金葉槭、絨毛白蠟、杜梨、木槿、美國紅葉白蠟為耐鹽能力較強的一類，白榆、紫穗槐、北海道黃楊、沙柳和美國竹柳為耐鹽能力一般的樹種。

4結(jié)論與討論

4.1　結(jié) 論

(1) 在含鹽量0.38%，pH值8.6鹽堿地上栽植的12個樹種3 a生時的保存率差異較大，其保存率從19.3%到96.7%。12個樹種的保存率由大到小的順序依次為：美國紅葉白蠟>中國檉柳>杜梨>絨毛白蠟>金葉復葉槭>龍柏>沙柳>木槿>美國竹柳>白榆>紫穗槐>北海道黃楊。在相同立地和管理條件下，其保存率的高低，在一定程度上反映了12個樹種耐鹽能力的強弱。

(2) 除了美國紅葉白蠟和沙柳2個樹種外，其余10個樹種的生長表現(xiàn)(生長勢和鹽害程度)與保存率變化相一致，即保存率高的樹種，其生長表現(xiàn)亦好(生長旺盛、葉片受到的鹽害程度小)。

(3) 綜合保存率、生長勢和鹽害指數(shù)3個耐鹽性指標對12個樹種的聚類分析表明，依據(jù)其耐鹽能力可劃歸為3大類：耐鹽能力強的為中國檉柳和龍柏2個樹種，耐鹽能力較強的為北美金葉槭、絨毛白蠟、杜梨、木槿、美國紅葉白蠟5個樹種，耐鹽能力一般的為白榆、紫穗槐、北海道黃楊、沙柳和美國竹柳5個樹種。

4.2　討論與建議

(1) 在黃河三角洲鹽堿地上造林，影響栽植樹種保存率的因素較多，但在同一立地和經(jīng)營管理條件下，樹種的耐鹽性強弱是其主要因素。依據(jù)前人的研究和多年鹽堿地造林的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗，要提高栽植樹種的保存率，除了要求其強的耐鹽能力之外，還要考慮其強的耐旱和抗?jié)衬芰?。本試驗受到土壤黏重，春季干旱，夏季洪澇且排水能力差等因素的制約，雖然試驗條件基本一致，但由于不同樹種對這些不利因素的適應性不同，所以對不同樹種的耐鹽能力存在著一定的影響[13，15]。據(jù)本研究以前的試驗，栽植的香花槐、構樹等耐干旱樹種，雖然具有一定的耐鹽性，但因夏季或秋季的洪澇而導致“全軍覆沒”。因此，在選擇樹種時，應根據(jù)造林地的不同立地條件，具體加以確定，才能獲得預期的造林綠化效果。

(2) 現(xiàn)有對樹木耐鹽能力的評價研究一般是選擇不同鹽分梯度的盆栽試驗從形態(tài)和生理等方面進行，主要以生理生化指標來評定，在一定程度上能夠解釋植物耐鹽能力差異的原因。但是目前就測定的生理生化指標還沒有統(tǒng)一標準，生理背景不明，缺乏規(guī)律性，加之測定困難,不易確定哪些生理指標能準確而又方便地表達植物耐鹽能力的高低，因而其結(jié)果只能作為參考[16]。雖然本試驗限于條件，無法像盆栽等試驗安排同一樹種的無鹽分栽植對照，亦不能安排不同鹽分梯度的試驗，對其耐鹽能力的生理指標亦無法定量測定，但在復雜的鹽堿大田環(huán)境下對12個樹種之間在保存率、生長勢和鹽害指數(shù)等耐鹽性指標差異的比較分析是在相同立地和經(jīng)營管理條件下，其保存率和生長表現(xiàn)是不同樹種遺傳特征的反映[9]，尤其是以植物的生長抑制指標鹽害指數(shù)(SI)作為樹種耐鹽性鑒定指標(以鹽害分級和相應級值的株數(shù)為基礎)，可真實反映林木受鹽害的廣度和強度,它既是植物對鹽脅迫響應最敏感的生理過程,又是植物在鹽脅迫下的綜合表現(xiàn)，比較簡單和直觀明了[16]，而且符合實際的大田鹽分狀況，更能體現(xiàn)它們遺傳特性和適應環(huán)境的能力，所以,實踐中多以葉片鹽害指數(shù)作為耐鹽能力的指標[17]。本試驗結(jié)合了樹種的保存率和生長勢等指標，更能真實地反映其實際上的耐鹽能力，為黃河三角洲地區(qū)中度鹽堿地造林綠化樹種的選擇提供了重要參考。

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Comparative Reasearch on Several Salt-Tolerance-Related Morphological Indicators of Different Tree Species in Saline Lands in Yellow River Delta

JIANG Fucheng1, WANG Yuehai2, DUN Xingjian2, XU Jingwei2, SI Qingzhu1

(1.YellowRiverDeltaProducingBaseofJinanMilitaryAreaCommand,Dongying,Shandong257231,China; 2.ShandongAcademyofForestry,Jinan,Shandong250014,China)

Abstract：[Objective] Several morphological indicators of salt tolerance of different tree species were compared to provide both theoretical support and practical guidelines for choosing afforestation tree species for moderate saline-alkali lands in the Yellow River delta. [Methods] Twelve species had been planted in a moderate saline-alkali land for the comparison of salt-tolerance with indicators of survival rate, growth potential and the degree of salt(salt injury index). [Results] (1) Survival rates of the 12 tree species were significantly different, ranging from 19.3% to 96.7%. (2) Except of American red fraxinus and Dendranthema morifolium, growth performances(growth potential and salt injury degree) of each of the remaining ten species were positively correlated with their survival rate, i.e., better growth performance reflecting higher survival rate. (3) Cluster analysis based on survival rate, growth potential, and salt injury index categorised the 12 tree species into three classes according to their salt tolerance, namely, strong, medium and general. [Conclusion] Through the comparison of salt-tolerance related indices of different species in a moderate saline-alkali land, the salt tolerance rank of these tree species was objectively recognized.

Keywords:saline lands of the Yellow River delta; tolerance of tree species salt; preserving rate; growth potential; salt injury index.

文獻標識碼：A

文章編號：1000-288X(2015)06-0202-05

中圖分類號：S718.42

通信作者：王月海(1962—),男(漢族),山東省萊陽市人，學士，研究員，主要從事生態(tài)與森林培育等方面的研究。E-mail:wyuehai@163.com。

收稿日期：2014-09-02修回日期：2014-10-13

資助項目：國家科技支撐計劃項目“鹽堿地改良沿海防護林體系研究與示范”(2009BADB2B05); 國家引智項目(Y20143700003); 山東省引智項目(TG20143732)

第一作者：姜福成(1969—),男(漢族),山東省海陽市人,學士，工程師，主要從事森林培育、經(jīng)營管理及林果科技示范推廣等工作。E-mail:jidisenfang@163.com。