蘆葦不同生育期鹽堿土離子含量動態(tài)變化研究

張 露, 韓霽昌, 馬增輝, 陳田慶, 師晨迪, 魏 靜

(陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán) 陜西地建土地工程技術(shù)研究院國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室， 西安 710075)

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蘆葦不同生育期鹽堿土離子含量動態(tài)變化研究

張 露, 韓霽昌, 馬增輝, 陳田慶, 師晨迪, 魏 靜

(陜西省土地工程建設(shè)集團(tuán) 陜西地建土地工程技術(shù)研究院國土資源部退化及未利用土地整治工程重點實驗室， 西安 710075)

蘆葦; 鹽堿化;pH; 電導(dǎo)率; 鹽基離子

土壤鹽堿化是當(dāng)今世界上土地荒漠化與土地退化的主要類型之一[1]，制約著耕地有效利用和農(nóng)業(yè)持續(xù)發(fā)展[2]，據(jù)統(tǒng)計全球約有9.52×109km2鹽堿化土地[3-4]，現(xiàn)已成為一個世界性的生態(tài)問題。我國是受鹽堿化影響較為嚴(yán)重的國家[5]，鹽堿地面積約為3.6×105km2，占全國可利用土地面積的4.88%[6]，其中以東北、內(nèi)蒙古和西北內(nèi)陸的鹽堿化最為嚴(yán)重，占全國鹽堿地面積的69.03%[7-9]。近些年，工程措施[10-12]、化學(xué)措施[13-14]改良鹽堿土已取得一定的成效，也有研究者利用生物措施，研究耐鹽植物，如有學(xué)者對紫花苜蓿進(jìn)行耐鹽生理及鹽堿脅迫研究表明紫花苜蓿有一定的耐鹽性[15-17]，且在其種子萌發(fā)期抗逆性較強(qiáng)，可通過在復(fù)雜鹽堿逆境下快速的根系生長，來確保植株的成活[18]。藺吉祥等人通過培育，篩選了一些耐鹽新品種，指出山苜2號在松嫩平原的鹽堿地治理上已獲得了很好的區(qū)域性試驗評價[19]。肖克飚等研究指出耐鹽植物能明顯降低惠農(nóng)縣鹽堿地耕層的土壤鹽分，其鹽分降低順序為檉柳>葦狀羊茅>油葵[20]；有研究者也指出大島野路菊、牡蒿、磯菊等植物對鹽堿脅迫受害癥狀表現(xiàn)較輕，耐鹽性強(qiáng)[21-22]。目前研究主要集中在植物的耐鹽性上[23-26]，而對耐鹽植物各生長階段離子含量的動態(tài)變化研究尚且不足。所以，本研究在室內(nèi)模擬條件下，研究分析耐鹽植物蘆葦(Phragmitesaustralis(Cav.) Trin.ex Steud)在各生長階段鹽堿土鹽分的動態(tài)變化趨勢，旨在為鹽堿地的科學(xué)治理提供理論指導(dǎo)。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

研究區(qū)域選在陜西省定邊縣鹽堿化地區(qū)，該區(qū)域氣候為典型的溫帶半干旱大陸性季風(fēng)氣候，年平均降雨量316.9 mm，春季多風(fēng)，夏季干旱，秋季陰雨，冬季嚴(yán)寒。該地區(qū)日照充足，年均氣溫7.9℃，年平均日照2 743.3 h，太陽總輻射熱能每年為576.95 kJ/cm2，完全能滿足作物對光能的需要≥0℃的年平均積溫為3 566℃，年平均蒸發(fā)量2 490.9 mm，是降雨量的7.9倍，年平均無霜期141 d，絕對無霜期110 d。該研究區(qū)域地勢寬廣平坦，地下水位高，一般小于10 m[27]，土壤鹽堿化嚴(yán)重，經(jīng)背景值的測定，其pH平均為9.81，電導(dǎo)率平均為1 200 μS/cm，有機(jī)質(zhì)平均含量2.74 g/kg，含鹽量平均為13.26 g/kg，對農(nóng)作物生長十分不利。

1.2試驗方案

1.2.1試驗土柱設(shè)計試驗裝置建立在陜西富平國土資源部退化及未利用土地重點實驗室外，為2排×10個水泥裝置組成，裝置內(nèi)徑0.8 m，外徑0.96 m，高0.98 m，兩個土柱間間距1.2 m。從試驗區(qū)陜北定邊縣堆子梁鎮(zhèn)分10 cm每層運來0—60 cm鹽堿土，控制每個裝置容重為1.30 g/cm3，根據(jù)裝置體積計算所需土的質(zhì)量，按原土的剖面構(gòu)型進(jìn)行分層預(yù)裝60 cm鹽堿土，根據(jù)陜西定邊鹽堿地區(qū)實際情況，兼顧試驗要求，其中第一排10個裝置用根移栽法將每個均種植蘆葦30株，并對各生育期的蘆葦生長狀況及生物量進(jìn)行觀測記錄，在其生長幼苗期需根據(jù)實地出苗情況進(jìn)行間苗，確保每個裝置中蘆葦?shù)姆N植密度及長勢基本相同，第二排10個裝置則不種植任何作物，作對比處理。對每個模型均做防滲處理，是一個相對獨立的系統(tǒng)，并控制每個試驗裝置的土壤水分狀況，確保鹽分總量平衡。

1.2.3數(shù)據(jù)分析用Excel 2007處理，數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析采用DPS 7.05軟件進(jìn)行分析，運用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行統(tǒng)計分析。

2　結(jié)果與分析

2.1鹽堿土pH、電導(dǎo)率的動態(tài)變化

從圖1可以明顯的看出，鹽堿土壤pH值隨著蘆葦?shù)纳L而降低，不種植蘆葦?shù)柠}堿土平均土壤pH值為9.81，說明蘆葦?shù)姆N植能降低鹽堿土的pH。從蘆葦出苗期到枯黃期，pH總體降低0.65個單位，從蘆葦剛開始出苗到葉片伸展，pH降低最多，為0.42個單位。出苗期的pH顯著高于展葉期、開花期、成熟期及枯黃期的pH值(p<0.05)，枯黃期的pH顯著地低于展葉期、開花期及成熟期的pH(p<0.05)，但展葉期、開花期和成熟期的pH差異不顯著(p<0.05)。

從圖2可以明顯的看出，鹽堿土壤的電導(dǎo)率隨著蘆葦?shù)纳L先增大而后逐漸減小，不種植蘆葦?shù)柠}堿土平均電導(dǎo)率為1 245 μS/cm，總體上來說，從蘆葦出苗期到枯黃期，電導(dǎo)率總體下降756.55 μS/cm。從蘆葦出苗期到展葉期，電導(dǎo)率略有上升，平均上升86.85 μS/cm，從展葉期到開花期，電導(dǎo)率下降最多，為725.55 μS/cm，從蘆葦開花期到枯黃期，電導(dǎo)率基本維持在472.5 μS/cm的穩(wěn)定水平上，波動較小。出苗期、展葉期的電導(dǎo)率與開花期、成熟期及枯黃期的電導(dǎo)率(p<0.05)達(dá)到顯著性差異，出苗期和展葉期的電導(dǎo)率(p<0.05)差異性不顯著，開花期、成熟期和枯黃期的電導(dǎo)率(p<0.05)差異性不顯著。

注:a b c 代表Duncan(p<0.05)水平差異顯著性。下圖同。

圖1蘆葦不同生長階段鹽堿土壤pH變化

圖2　蘆葦不同生長階段鹽堿土壤電導(dǎo)率變化

2.2鹽堿土鹽基陽離子的動態(tài)變化

由圖3可以看出，Ca2+，Mg2+，K+和Na+鹽分陽離子含量隨蘆葦?shù)纳L而降低，不種植蘆葦?shù)柠}堿土平均Ca2+，Mg2+，K+和Na+含量分別為191.5，35.68，23.09，90.42 mg/kg。從蘆葦出苗期到枯黃期，鹽分陽離子降幅最多的是Ca2+離子，在蘆葦整個生長期總體下降138.70 mg/kg，主要集中在展葉期到開花期和成熟期到枯黃期，平均下降58.93 mg/kg，出苗期、展葉期的Ca2+含量與開花期、成熟期及枯黃期的Ca2+含量(p<0.05)達(dá)到顯著性差異，開花期、成熟期的Ca2+含量與枯黃期的Ca2+含量(p<0.05)達(dá)到顯著性差異，出苗期與展葉期、開花期與成熟期的Ca2+含量(p<0.05)差異性不顯著。下降幅度最少的為K+，在蘆葦整個生長期，總共下降12.65 mg/kg，在出苗期、展葉期、開花期、成熟期的K+含量和枯黃期的K+含量(p<0.05)達(dá)到顯著性差異。其次下降幅度較少的為Mg2+，在蘆葦整個生長期，總共下降26.93 mg/kg，在蘆葦生長前期(出苗期、展葉期)的Mg2+含量和其后期(開花期、成熟期、枯黃期)的Mg2+含量(p<0.05)達(dá)到顯著性差異。下降幅度較大的為Na+離子，在蘆葦整個生長期，總共下降55.58 mg/kg，從展葉期到開花期下降最多為29.17 mg/kg，仍然是在蘆葦生長前期(出苗期、展葉期)的Na+含量和其后期(開花期、成熟期、枯黃期)的Na+含量(p<0.05)達(dá)到顯著性差異。由以上各鹽分陽離子的變化趨勢可知，蘆葦對各鹽分陽離子的吸收情況是不同的，其吸收程度強(qiáng)弱順序為：Ca2+>Na+>Mg2+>K+。

圖3蘆葦不同生長階段鹽堿土壤鹽基陽離子變化

2.3鹽堿土鹽基陰離子的動態(tài)變化

圖4蘆葦不同生長階段鹽堿土壤鹽基陰離子變化

3　討 論

國內(nèi)外早有研究者對植物的耐鹽機(jī)理進(jìn)行探索，指出耐鹽植物的進(jìn)化，本質(zhì)是植物本身利用其生物化學(xué)和分子機(jī)制去適應(yīng)外界的鹽堿脅迫，包括選擇性地積聚或釋放某些離子；控制一些離子從植株根系到葉片的運輸過程；一些相溶性物質(zhì)的合成；光合作用途徑的改變；膜結(jié)構(gòu)的改變；誘導(dǎo)產(chǎn)生抗氧化酶；誘導(dǎo)產(chǎn)生植物激素等[29-32]。清楚植物抗鹽機(jī)理，便于充分利用生物措施，在保持生態(tài)的同時，達(dá)到改良鹽堿土的目的。

4　結(jié) 論

[1]馬成霞,丁建麗,李艷華,等.艾比湖鹽基離子的空間異質(zhì)性研究[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2014,30(26):170-177.

[2]韓霽昌,李曉明.鹽堿地利用障礙因子高光譜遙感反演研究[J].光譜學(xué)與光譜分析,2013,33(7):1932-1935.

[3]Ashraf M. Biotechnological approach of improving plant salt tolerance using antioxidants as markers[J]. Biotechnology Advances, 2009,27(1):84-93.

[4]Li F H, Keren R. Calcareous sodic soil reclamation as affected by COITI stalk application and incubation:A laboratory study[J]. Soil Science Society of China Published by Elsevier Limited and Science Press, 2009,19(4):465-475.

[5]張士功,邱建軍,張華.我國鹽漬土資源及其綜合治理[J].中國農(nóng)業(yè)資源與區(qū)劃,2000,21(1):52-56.

[6]王遵親,祝壽全,俞仁培,等.中國鹽漬土[M].北京:科學(xué)出版社，1993.

[7]楊勁松.中國鹽漬土研究的發(fā)展歷程與展望[J].土壤學(xué)報,2008,45(5):837-845.

[8]Zhang J L, Flowers T J, Wang S M. Mechanisms of sodium uptake by roots of higher plant[J]. Plant and Soil, 2010,326(1):45-60.

[9]Zhang J L, Shi H. Physiological and molecular mechanisms of plant salt tolerance[J]. Photosynthesis Research, 2013,115(1):1-22.

[10]單奇華,張建鋒,沈立銘,等.林業(yè)生態(tài)工程措施對濱海鹽堿地草本植物的影響[J].生態(tài)學(xué)雜志,2012,31(6):1411-1418.

[11]王軍,頓耀龍,郭義強(qiáng),等.松嫩平原西部土地整理對鹽漬化土壤的改良效果[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(18):266-275.

[12]李慶國,劉建強(qiáng).黃河三角洲鹽堿地工程治理暗管布設(shè)系統(tǒng)優(yōu)化[J].水電能源科學(xué),2014，32(2):121-123.

[13]王文杰,關(guān)宇,祖元剛,等.施加改良劑對重度鹽堿地土壤鹽堿動態(tài)及草本植物生長的影響[J].生態(tài)學(xué)報,2009,29(6):2835-2844.

[14]張密密,陳誠,劉廣明,等.適宜肥料與改良劑改善鹽堿土壤理化特性并提高作物產(chǎn)量[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報,2014,30(10):91-98.

[15]劉晶,才華,劉瑩,等.兩種紫花苜蓿苗期耐鹽生理特性的初步研究及其耐鹽性比較[J].草業(yè)學(xué)報,2013,22(2):250-256.

[16]張國盛,黃高寶,張仁陟,等.種植苜蓿對黃綿土表土理化性質(zhì)的影響[J].草業(yè)學(xué)報,2003,12(5):8893.

[17]王繼和,楊自輝,胡明貴,等.干旱區(qū)鹽漬化土地綜合治理技術(shù)研究[J].中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報,2001,9(1):6466.

[18]張立全,張鳳英,哈斯阿古拉,紫花苜蓿耐鹽性研究進(jìn)展[J].草業(yè)學(xué)報,2012,21(6):296-305.

[19]藺吉祥,高戰(zhàn)武,王穎,等.鹽堿脅迫對紫花苜蓿種子發(fā)芽的協(xié)同影響[J].草地學(xué)報,2014,22(2):312-318.

[20]肖克飚,吳普特,雷金銀,等.不同類型耐鹽植物對鹽堿土生物改良研究[J].農(nóng)業(yè)環(huán)境科學(xué)學(xué)報,2013,31(12):2433-2440.

[21]Chen F, Chen S, Guo W, et al. Salt tolerance identification of three species of chrysanthemums[C]∥XXVI International Horticultural Congress:Environmental Stress and Horticulture Crops 618,2002:299-305.

[22]管志勇,陳發(fā)棣,滕年軍,等.5種菊花近緣種屬植物的耐鹽性比較[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(4):787-794.

[23]張科,田長彥,李春儉.一年生鹽生植物耐鹽機(jī)制研究進(jìn)展[J].植物生態(tài)學(xué)報,2009,33(6)：1220-1231.

[24]王善仙,劉宛,李培軍,等.鹽堿土植物改良研究進(jìn)展[J].中國農(nóng)學(xué)通報,2011,27(24):1-7.

[25]楊帆,鄧偉,楊建鋒,等.土壤含水量和電導(dǎo)率對蘆葦生長和種群分布的影響[J].水土保持學(xué)報,2006,20(4):199-201.

[26]王文,張德罡.白莖鹽生草對鹽堿土壤的改良效果[J].草業(yè)科學(xué),2011,28(6):902-904.

[27]李貴娟.定邊縣周臺子地區(qū)地下水水化學(xué)演化規(guī)律研究[D].西安:西北大學(xué),2010.

[28]劉光崧,蔣能慧,張能弟,等.土壤理化分析與剖面描述[M].北京:科學(xué)出版社，1996.

[29]Iyengar E R R, Reddy M P. Photosynthesis in highly salt tolerant plants[M]. Handbook of photosynthesis. Marshal Dekar, Baten Rose, USA,1996,909.

[30]廖巖,彭友貴,陳桂珠.植物耐鹽性機(jī)理研究進(jìn)展[J].生態(tài)學(xué)報,2007,27(5):2077-2089.

[31]Zhao FY, Guo S L, Wang Z L, et al. Recent advances in study on transgenic plants for salt tolerance[J]. Acta Photophysiologica Sinica, 2003,29(3):171-178.

[32]Zhu J K. Salt and drought stress signal transduction in plants[J]. Annual Review of Plant Biology, 2002,53:247-273.

[33]孫博,解建倉,汪妮,等.蘆葦對鹽堿地鹽分富集及改良效應(yīng)的影響[J].水土保持學(xué)報,2012,26(3):92-101.

[34]Flowers T J, Colmer T D. Salinity tolerance in halophytes[J]. New Phytologist, 2008,179(4):945-963.

[35]胡楚琦,劉金珂,王天弘,等.三種鹽脅迫對互花米草和蘆葦光合作用的影響[J].植物生態(tài)學(xué)報,2015,39(1):92-103.

Study on Dynamic Change of Ion Contents of Saline-Alkali Soil During Different Reed Growth Stages

ZHANG Lu, HAN Jichang, MA Zenghui, CHEN Tianqing, SHI Chendi, WEI Jing

(ShaanxiLandConstructionGroup,ShaanxiLCGLandProjectTechnologyInstitute,KeyLaboratoryofDegradedandUnusedLandConsolidationEngineeringtheMinistryofLandandResourcesofChina,Xi′an710075,China)

reed; salinization; potential of hydrogen; electrical conductivity; base ion

2015-07-12

2015-07-28

陜西省自然科學(xué)基礎(chǔ)研究計劃“土地整治后農(nóng)用地質(zhì)量和生態(tài)環(huán)境在線監(jiān)測方法研究”(2014JM5213)

張露(1987—),女,四川南部人,博士研究生，主要研究土壤物理及其改良。E-mail:luluqiaofeng@126.com

韓霽昌(1968—),男,陜西渭南人,研究員,博士,主要研究土地工程及土地資源利用。E-mail:295120895@qq.com

S151.9+3； S156.4+9

A

1005-3409(2016)04-0038-05