鹽度、氮、磷含量對翅堿蓬生長的影響

牟相蓉，王昌偉，姜亦松，崔修鑫，萬婷，劉遠，李鶴林，張舒暢，何潔

（1.大連海洋大學海洋科技與環(huán)境學院遼寧省高校近岸海洋環(huán)境科學與技術重點實驗室，遼寧 大連 116023；2.遼寧省海洋生物資源恢復與生境修復重點實驗室，遼寧 大連 116023）

濕地形成的生態(tài)系統(tǒng)與人類生活息息相關［1］。濕地保護是生態(tài)文明建設的重要內容［2］。作為“地球之腎”，濕地在涵養(yǎng)水源、凈化水質、蓄洪抗旱、調節(jié)氣候和維護生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用［3］。作為遼河口濕地先鋒植物的翅堿蓬群落遍布78公里海岸線，總面積近6000公頃，2004年被列入國際濕地保護名錄［4］，然而近年來雙臺子河口兩岸灘涂的翅堿蓬面積急劇減少，有顯著退化的趨勢［5-6］。

氮、磷是植物體內最基本的營養(yǎng)元素，以多種形式參與植物的生長發(fā)育以及各種代謝過程，N、P彼此獨立又相互影響，在植物的群落組成及生態(tài)系統(tǒng)的結構與功能等方面發(fā)揮著重要作用［7-8］。陶韋等［9］認為：氮沉降增加促進了翅堿蓬積累磷，但積累相對較慢，翅堿蓬的生長情況可能受氮的限制作用。馬寧［10］發(fā)現，在植物生長季時，植物對N、P需求量大，促進了N、P元素釋放和吸收的波動變化。而環(huán)境中的鹽度因子對翅堿蓬的生長也有很大影響。馬林娜［11］的研究表明水域鹽度對翅堿蓬具有生理上的調控作用，但鹽度過高會導致翅堿蓬細胞內滲透壓失衡，從而抑制其生長。陳文翰［12］研究了鹽脅迫情況下翅堿蓬種子的發(fā)育情況，結果表明鹽脅迫情況下翅堿蓬種子的發(fā)芽數降低，且發(fā)芽種子中的幼苗滲透調節(jié)物質升高。綜上，鹽度、氮含量和磷含量對植物的生長有著重要作用。

本文以翅堿蓬（Suaeda heteroptera）為研究對象，采用正交試驗的方法，探究在不同水平的鹽度，氮含量和磷含量的正交條件下翅堿蓬的生長情況，通過測定試驗條件下翅堿蓬種子的發(fā)芽數以及幼苗的氮磷含量，葉綠素含量和相關生長指標，進行方差分析和顯著性分析，探明影響翅堿蓬生長的主要因子，為探討翅堿蓬退化原因提供一定依據，也為翅堿蓬種群修復提供一定的理論參考。

1 材料和方法

1.1 儀器與材料

721型分光光度計（上海菁華科技儀器有限公司）；vario PYRO cube元素分析儀（德國Elementar公司）；LWY84B控溫式遠紅外消煮爐（四平電子技術研究所）。黑色的翅堿蓬種子購于遼寧省盤錦市紅海灘（40°55＇24.54″N，121°46＇53.16″E），土壤取自于大 連 市 黑 石 礁 海 灘（38°87＇29.93″N，121°56＇41.92″E），配制不同鹽度梯度海水的母液取自大連市黑石礁黃海沙濾海水。

1.2 試驗方法

1.2.1 正交試驗設計

采用盆栽方法，設計正交試驗。鹽度因子為A，氮添加因子為B，磷添加因子為C。其中氮用的是硝酸銨，磷用的是磷酸二氫鉀。試驗中各因子量的設計見表1。試驗采用同水平正交表，記L9（33），各試驗組因子設計及其試驗號見表2，根據設定序號準備各試驗土壤，進行翅堿蓬培育。

表1 試驗因子水平的設定Tab.1 Setting of test factors and levels

表2 正交試驗設計Tab.2 The design of the orthogonal test

1.2.2 翅堿蓬種子的培植

翅堿蓬的培植方式按照正交土培試驗，每組試驗配好土壤1 kg，播種前先將翅堿蓬種子用純水浸泡一天讓其吸收水分，再進行播種，在種植15天后記錄發(fā)芽情況。

1.2.3 樣品預處理

播種40天時將采集的完整翅堿蓬樣品用純水洗凈，用吸水紙吸干表面水漬，分別測量其苗高，鮮重。而后于70℃烘箱烘干至恒重，研磨，裝于棕色瓶。

1.2.4 樣品的測定

（1）葉綠素［13］含量的測定：采用分光光度計法（GB/T22182-2008）測定。

（2）翅堿蓬全氮的測定：稱取預處理好的植物干樣2 mg于元素分析儀上測得翅堿蓬體內的全氮含量。

（3）翅堿蓬全磷［14］的測定：采用H2SO4-H2O2消解—鉬銻抗比色法（NY/T 2421-2013）測定。

1.3 數據處理

利用Excel 2010進行數據處理，用IBM SPSS Statistics 25.0軟件分析數據，使用三因素方差法對試驗結果進行顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 翅堿蓬發(fā)芽數及生長指標

在播種后的第15天進行翅堿蓬種子發(fā)芽數的測定，在播種第40天后進行植物相關生長指標的測定，如表3所示。

表3 翅堿蓬在試驗條件下的發(fā)芽數及生長生理指標Tab.3 Germination rate and growth physiological indexes of S.heteroptera under experimental conditions

2.1.1 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬種子發(fā)芽數的影響

從表4可知，鹽度因子在翅堿蓬種子發(fā)芽的過程中起著關鍵作用（P＜0.05），土壤的氮和磷含量因子對翅堿蓬種子發(fā)芽的作用不顯著（P＞0.05）。隨著鹽度的增加，翅堿蓬種子的發(fā)芽數逐漸降低，在氮添加量為245.00 mg·kg-1的試驗組中發(fā)芽數達到了最大值，在磷添加量為6.31 mg·kg-1的試驗組中發(fā)芽數達到最大值。本次試驗適宜翅堿蓬種子發(fā)芽的組合為A1B2C3試驗組。

表4 各試驗因子對翅堿蓬種子發(fā)芽數的顯著性情況Tab.4 Significance of test factors on seed germination rate of S.heteroptera

2.1.2 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬苗高的影響

從表5可知，鹽度因子和氮含量因子對翅堿蓬苗高的影響顯著（P＜0.05），磷含量因子對翅堿蓬苗高的影響不顯著（P＞0.05）。隨著鹽度的增加，翅堿蓬的苗高逐漸降低；隨著土壤氮含量的增加，翅堿蓬的苗高逐漸增高；隨著土壤磷含量的升高，翅堿蓬的苗高呈先降低后增加的生長趨勢。本次試驗適宜翅堿蓬苗高生長的組合為A1B3C2試驗組。

表5 各試驗因子對翅堿蓬幼芽苗高的顯著性情況Tab.5 Significance of experimental factors on height growth of young buds and seedlings of S.heteroptera

2.1.3 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬苗重的影響

從表6可知，鹽度因子對翅堿蓬苗重的影響顯著（P＜0.05），氮和磷含量因子對翅堿蓬苗重的影響不顯著（P＞0.05）。當鹽度為0時翅堿蓬的苗重最大，隨著鹽度的增加翅堿蓬的苗重逐漸降低；隨著氮含量的增加，翅堿蓬苗重逐漸升高，且這種趨勢不隨土壤鹽度的增加而改變；隨著磷含量的增加，翅堿蓬苗重呈現先降低后升高的趨勢。本次試驗適宜翅堿蓬苗重生長的組合為A1B3C3試驗組。

表6 各試驗因子對翅堿蓬苗重的顯著性情況Tab.6 Significance of various experimental factors on the weight of young buds and seedlings of S.heteroptera

2.1.4 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬葉綠素積累的影響

從表7可知，鹽度因子和氮含量因子對翅堿蓬葉綠素積累影響顯著（P＜0.05），磷含量因子對翅堿蓬葉綠素的積累影響不顯著（P＞0.05）。隨著鹽度的增加，翅堿蓬的葉綠素含量逐漸降低。在鹽度為0時，葉綠素含量達到最大值（0.30±0.04）mg·g-1；在鹽度為12‰時，葉綠素含量達到最小值（0.11±0.01）mg·g-1。隨著氮含量的增加，翅堿蓬的葉綠素含量升高。本次試驗適宜翅堿蓬葉綠素積累的組合為A1B3C3試驗組。

表7 各試驗因子對翅堿蓬葉綠素含量的顯著性情況Tab.7 Significance of test factors on chlorophyll contents of S.heteroptera

2.1.5 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬吸收土壤氮的影響

從表8可知，鹽度因子和氮含量因子對翅堿蓬吸收土壤氮的影響顯著（P＜0.05），磷含量因子對翅堿蓬吸收土壤氮影響不顯著（P＞0.05）。隨著鹽度的增加，翅堿蓬體內的氮含量逐漸減少。當鹽度為0時翅堿蓬體內的氮含量達到了最大值（48.31±0.12）mg·g-1；在鹽度為12‰時，翅堿蓬體內的氮含量達到了最小值（25.98±0.20）mg·g-1。隨著土壤氮含量的增加，翅堿蓬體內的氮含量小幅升高；隨著土壤磷含量的增加，翅堿蓬體內的氮含量變化不明顯。本次試驗適宜翅堿蓬吸收氮的組合為A1B3C3試驗組。

表8 各試驗因子對翅堿蓬體內氮吸收量的顯著性情況Tab.8 Significance of various test factors on nitrogen absorption in S.heteroptera

2.1.6 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬吸收土壤磷的影響

從表9可知，鹽度因子和氮含量因子對翅堿蓬體內磷含量的積累有顯著影響（P＜0.05），磷含量因子對翅堿蓬吸收磷的影響不顯著（P＞0.05）。隨著鹽度的增加，翅堿蓬體內磷含量逐漸減少。在鹽度為0時翅堿蓬體內的磷含量達到了最大值（5.36±0.07）mg·g-1；在鹽度為12‰時翅堿蓬體內的磷含量達到了最小值（3.01±0.15）mg·g-1。隨著土壤氮含量的增加，翅堿蓬體內的磷含量逐漸增高。本次試驗適宜翅堿蓬吸收磷的組合為A1B3C3試驗組。

表9 各試驗因子對翅堿蓬體內磷積累量的顯著性情況Tab.9 Significance of various test factors on phosphorus accumulation in S.heteroptera

3 討論

3.1 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬種子發(fā)芽的影響

鹽度是影響翅堿蓬種子發(fā)芽的最主要因子。鹽度的增加，會降低種子的發(fā)芽數［15-16］，這可能是因為鹽分抑制了植物體內可溶性蛋白和糖類的合成［17-18］。種子的萌發(fā)還與水分的吸收有關，翅堿蓬在不同的水鹽平衡條件下，滲透調節(jié)物質和相對含水量會發(fā)生變化［19］。高鹽分條件下，缺少水分會使翅堿蓬種子的發(fā)芽數降低［20］。

3.2 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬苗高的影響

鹽度和氮含量是影響翅堿蓬苗高的主要因子，但起相反作用。宋紅麗研究認為，增加氮含量可以在一定程度上緩解鹽分對翅堿蓬的毒害作用［16］。翅堿蓬會通過調節(jié)環(huán)境中和自身體內生物量的分配以適應高鹽脅迫環(huán)境［20］。林磊等［21］通過對木荷（Schima superbaGardn.et Champ.）的研究發(fā)現，在高鹽脅迫下，較少的磷也可促進木荷的生長。

3.3 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬苗重的影響

鹽度是影響翅堿蓬苗重的最主要因子。土壤鹽分會抑制植物苗重，這與趙肖依、李俊貞等人的研究結果相一致［22-23］。氮含量因子對翅堿蓬苗重影響大于磷含量因子，可能是因為翅堿蓬對氮的需求量高，氮元素參與翅堿蓬生長的代謝過程多，磷元素則相對較少。有研究表明，氨態(tài)氮的增加會促進植物根系對土壤中鉀離子的吸收，而鉀離子則參與了許多植物生長所需要的酶的合成［24］。

3.4 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬葉綠素含量積累的影響

鹽度和氮含量是影響翅堿蓬葉綠素積累的主要因子。顏色變化研究表明，植物葉片的葉綠素含量與NaCl濃度呈負相關關系［25］。鹽度的增加抑制了翅堿蓬對氮和磷的吸收，從而影響到植物的光合作用［26］；氮含量同樣影響葉綠素合成，范志強［27］的研究證明了這一點。這是因為氮含量的增加在一定程度上緩解了鹽分對植物的毒害作用，使得植物解抑進行光合作用［28］，調節(jié)葉綠素含量也是翅堿蓬應對高鹽環(huán)境的機制之一［29］，短時間內翅堿蓬可以通過自身的應激反應來抵抗逆境［30］。

3.5 鹽度、氮磷含量對翅堿蓬吸收土壤氮、磷的作用

鹽度和氮含量是影響翅堿蓬吸收氮和磷的主要因子，鹽度的增加會抑制翅堿蓬吸收土壤中的氮和磷，但增加土壤的氮濃度，植物體內的氮和磷含量會上升。土壤營養(yǎng)元素與鹽沼植被生長之間的關系，已有大量的監(jiān)測和研究成果［31-32］。在高鹽壞境下，翅堿蓬出現嚴重的肉質化［33］，其生長器官和功能也出現明顯的變化，而氮含量的增加可緩解翅堿蓬受鹽分的毒害作用，從而增強植物的相關生理活性，這是植物面對逆境時的一種自我進化作用。植物吸收氮的量大于磷的量［34］，土壤中高濃度的氮磷配比對堿蓬生長具有明顯促進作用［35］。

4 結論

（1）鹽度因子是影響翅堿蓬生長的關鍵因子，低鹽環(huán)境有利于翅堿蓬生長。增加的鹽分會抑制翅堿蓬吸收土壤中的氮和磷，但高氮環(huán)境能減少此種抑制作用。

（2）氮含量因子是影響翅堿蓬生長的重要因子，氮含量的增加促進翅堿蓬的生長，高氮低磷的配比可以有效減緩鹽分脅迫對植物的危害。

（3）磷含量因子對翅堿蓬生長的影響不顯著，土壤中的氮會促進翅堿蓬吸收磷。與氮相比，翅堿蓬對磷的需求量小。