鹽脅迫對(duì)柳枝稷生物量及品質(zhì)的影響

黃高鑒，王 斌，楊治平，王永亮，郭彩霞，武文麗

(山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)環(huán)境與資源研究所 山西太原030031)

柳枝稷原產(chǎn)北美，禾本科黍?qū)貱4 草本植物，耐寒，適應(yīng)干旱環(huán)境，對(duì)貧瘠、鹽堿等逆境具有脅迫能力，生物質(zhì)產(chǎn)量相對(duì)較高，極易進(jìn)行管理，便于收獲。柳枝稷苗期呈現(xiàn)良好的耐鹽性，在科研方面具有潛力。科學(xué)家以柳枝稷幼苗為研究對(duì)象，圍繞其耐鹽性、根系分布和生長(zhǎng)狀況等展開(kāi)研究，結(jié)果表明，不同鹽脅迫對(duì)全生育期柳枝稷的品質(zhì)造成的影響不大，對(duì)生物量的影響非常少。

本文對(duì)不同鹽脅迫對(duì)全生育期柳枝稷品質(zhì)和生物量的影響進(jìn)行分析，通過(guò)得到的實(shí)驗(yàn)結(jié)果為后續(xù)探究提供思路。

1 材料與方法

1.1 供試材料

柳枝稷屬多年生草本，稈呈現(xiàn)直立狀態(tài)，質(zhì)地非常堅(jiān)硬，高度在1～2 m 之間。葉舌相對(duì)短小，葉片呈線形，葉鞘和葉片兩面均無(wú)毛。分枝相對(duì)粗糙，疏生小穗；小穗無(wú)毛，呈橢圓，顏色偏綠或偏紫。第一穎的長(zhǎng)度介于小穗的2/3 和3/4 間，頂部較尖；第二穎的長(zhǎng)度和小穗一樣，頂端尖。從形狀來(lái)看，第一外稃和第二穎相同，但從長(zhǎng)度上來(lái)看略短，內(nèi)包3 雄蕊；第二外稃呈橢圓，頂部較尖，長(zhǎng)度為3 mm，相對(duì)平滑，十分光亮，6～10月為其花果期。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本文在開(kāi)展研究的過(guò)程中，主要采用土柱法和配對(duì)設(shè)計(jì)。土壤鹽分和質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.4%氯化鈉、0.8%硫酸鈉和0.8%碳酸氫鈉，對(duì)照組為無(wú)鹽脅迫，對(duì)土壤進(jìn)行過(guò)篩處理，并將其按照質(zhì)量分?jǐn)?shù)進(jìn)行混合，每組實(shí)驗(yàn)重復(fù)3 次。土柱的高度為1.2 m，直徑為0.4 m，管壁下端有小孔，大小約為1 cm，數(shù)量為10 個(gè)，均置于深度為1.2 m 的坑內(nèi)，確保土面和地面保持齊平狀態(tài)。對(duì)應(yīng)土柱專門設(shè)置桶，直徑為0.5 m，桶內(nèi)水深0.1 m，避免出現(xiàn)鹽分流失現(xiàn)象。葉期柳枝稷幼苗于2018年6月13 日進(jìn)行移栽，桶內(nèi)水深一直保持為0.1 m。經(jīng)過(guò)一個(gè)月的鹽脅迫處理，對(duì)其各項(xiàng)生理指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)，11月4 日結(jié)束試驗(yàn)，通過(guò)取樣檢測(cè)柳枝稷的品質(zhì)和生物量等指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法

1.3.1 生物量測(cè)定方法

對(duì)柳枝稷進(jìn)行取樣后，分別將地上、地下部分清洗干凈，分裝于紙袋中。樣品進(jìn)行殺青處理，處理時(shí)間為0.5 h，處理溫度為105 ℃，之后在80 ℃的條件下進(jìn)行烘干處理，一直到恒重狀態(tài)，記錄重量。以人工的方式來(lái)獲得柳枝稷籽粒，分別將穎、稃去除后，在80 ℃的條件下進(jìn)行烘干處理，直到恒重狀態(tài)。

1.3.2 生物品質(zhì)測(cè)定方法

對(duì)柳枝稷進(jìn)行烘干處理，達(dá)到恒重狀態(tài)后，進(jìn)行粉碎并經(jīng)過(guò)40 目篩處理，然后置于干燥器中備用。按照直接灰化法對(duì)灰分進(jìn)行測(cè)定，用馬弗爐來(lái)檢測(cè)揮發(fā)組分，運(yùn)用消煮-比色法來(lái)檢測(cè)鉀、磷和氮等含量，運(yùn)用消煮-流動(dòng)注射分析儀法來(lái)檢測(cè)硫含量，運(yùn)用莫爾法來(lái)檢測(cè)氯含量，運(yùn)用消煮-重量法來(lái)檢測(cè)硅元素，采用洗滌法對(duì)纖維素、木質(zhì)素和半纖維素等進(jìn)行檢測(cè)。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同鹽脅迫對(duì)柳枝稷生物量的影響

氯化鈉、硫酸鈉和碳酸氫鈉的脅迫會(huì)明顯抑制柳枝稷的生長(zhǎng)狀態(tài)，如表1。分別和對(duì)照組相比，柳枝稷的總生物量降低了9.39%、60.52%、76.45%，地上生物量降低了56.14%、61.73%、76.90%，籽粒產(chǎn)量降低了70.95%、52.88%、33.81%。對(duì)這3 種鹽的脅迫效果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)抑制柳枝稷生長(zhǎng)的程度有差異，其中抑制作用最強(qiáng)和最弱的分別是碳酸氫鈉和氯化鈉。對(duì)籽粒產(chǎn)量進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氯化鈉脅迫所對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量最小，碳酸氫鈉脅迫對(duì)應(yīng)的產(chǎn)量最大；3 種鹽脅迫不會(huì)對(duì)根冠比產(chǎn)生非常明顯的影響。

表1 不同鹽脅迫下柳枝稷生物量Tab.1 Biomass of switchgrass under different salt stress

2.2 不同鹽脅迫對(duì)柳枝稷地上生物質(zhì)燃燒特性的影響

不同鹽的脅迫對(duì)柳枝稷地上生物質(zhì)燃燒特性產(chǎn)生的影響較小，如表2。氯化鈉的脅迫會(huì)明顯增加柳枝稷地上生物質(zhì)的灰分含量，增加約14.89%，其他兩種鹽對(duì)其不會(huì)造成明顯影響。對(duì)3 種鹽的脅迫效果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)氯化鈉的脅迫會(huì)導(dǎo)致地上生物質(zhì)灰分含量明顯比其他兩種鹽要高，比較其他指標(biāo)，不存在明顯差異。

2.3 不同鹽脅迫對(duì)柳枝稷地上生物質(zhì)礦質(zhì)元素含量的影響

不同鹽的脅迫對(duì)柳枝稷地上生物質(zhì)礦質(zhì)元素含量造成非常明顯的影響，如表3。和對(duì)照組相比，3 種鹽的脅迫不會(huì)對(duì)地上生物質(zhì)硅、氯、磷和氮等造成明顯影響。硫酸鈉的脅迫會(huì)明顯增加硫含量；碳酸氫鈉的脅迫會(huì)明顯降低鉀含量。對(duì)3 種鹽的脅迫效果進(jìn)行比較，硫酸鈉的脅迫導(dǎo)致硫含量顯著增加，碳酸氫鈉的脅迫會(huì)導(dǎo)致鉀含量明顯降低。

表2 不同鹽脅迫下柳枝稷地上生物質(zhì)燃燒特性Tab.2 Biomass burning characteristics of switchgrass under different salt stresses

2.4 不同鹽脅迫對(duì)柳枝稷地上生物質(zhì)細(xì)胞壁組分含量的影響

和對(duì)照組相比，不同鹽的脅迫造成柳枝稷地上生物質(zhì)木質(zhì)素、纖維素含量下降，而半纖維素含量明顯增加，如表4。在硫酸鈉的脅迫下，纖維素含量明顯降低；在碳酸氫鈉的脅迫下，半纖維素含量明顯增加。對(duì)3 種鹽的脅迫效果進(jìn)行比較，不難發(fā)現(xiàn)，硫酸鈉的脅迫導(dǎo)致纖維素含量明顯高于氯化鈉和碳酸氫鈉；碳酸氫鈉的脅迫導(dǎo)致半纖維素含量明顯高于另外兩種鹽的脅迫。

表3 不同鹽脅迫下柳枝稷地上生物質(zhì)礦質(zhì)元素含量(干物質(zhì))Tab.3 Contents of mineral elements(dry matter)of aboveground biomass of switchgrass under different salt stresses

表4 不同鹽脅迫下柳枝稷地上生物質(zhì)細(xì)胞壁組分含量Tab.4 Contents of aboveground biomass cell wall of switchgrass under different salt stresses

3 結(jié) 論

研究發(fā)現(xiàn)，鹽的脅迫對(duì)柳枝稷生長(zhǎng)起到明顯的抑制作用，顯著降低生物量，使生物量分配發(fā)生變化。不同鹽的脅迫對(duì)柳枝稷地上生物質(zhì)品質(zhì)所造成的影響極其有限，氯化鈉的脅迫會(huì)明顯增加柳枝稷地上生物質(zhì)灰分含量，硫酸鈉的脅迫會(huì)明顯增加硫的含量，不利于燃燒。硫酸鈉的脅迫會(huì)明顯降低纖維素含量，碳酸氫鈉的脅迫明顯增加半纖維素含量，不利于轉(zhuǎn)化利用。

鹽脅迫不利于植物生長(zhǎng)和發(fā)育，本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同鹽的脅迫導(dǎo)致根冠比、籽粒產(chǎn)量、生物量明顯下降，與前人所得結(jié)論相似。不同鹽脅迫會(huì)在不同程度上影響柳枝稷的生長(zhǎng)，在3 種鹽中，碳酸氫鈉的脅迫所產(chǎn)生的抑制作用最強(qiáng)。研究發(fā)現(xiàn)，pH 值和鹽分對(duì)柳枝稷的影響呈現(xiàn)協(xié)同與拮抗關(guān)系。和其他兩種鹽相比，碳酸氫鈉抑制柳枝稷生長(zhǎng)的程度最大，可能是這種鹽和pH 值的共同作用對(duì)柳枝稷生長(zhǎng)產(chǎn)生了抑制作用。植物受到脅迫后，細(xì)胞壁組分會(huì)發(fā)生變化，如蛋白質(zhì)、多糖等。本文經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同鹽的脅迫，會(huì)導(dǎo)致柳枝稷地上生物質(zhì)半纖維素含量增加，碳酸氫鈉的脅迫導(dǎo)致其漲幅為10.87%，該響應(yīng)極有可能是適應(yīng)鹽脅迫的機(jī)制。逆境脅迫會(huì)抑制分配碳源和合成纖維素的關(guān)鍵酶活性，使得纖維素含量明顯減少，極有可能是導(dǎo)致生物質(zhì)纖維素含量減少的重要原因。植物、土壤中的硫含量呈正相關(guān)性。本文通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，土壤所含二氧化硫濃度較高，使得柳枝稷地上生物質(zhì)硫含量明顯增加。