蘆葦不同生育期鹽堿土離子含量動態(tài)變化研究

2016-10-21 02:28:04韓霽昌馬增輝陳田慶師晨迪

水土保持研究 2016年4期

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710075)

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(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(jì)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(yàn)評價(jià)[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?yàn)闄f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?yàn)榈湫偷臏貛О敫珊荡箨懶约撅L(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(yàn)方案

1.2.1試驗(yàn)土柱設(shè)計(jì)試驗(yàn)裝置建立在陜西富平國土資源部退化及未利用土地重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yàn)區(qū)陜北定邊縣堆子梁鎮(zhèn)分10 cm每層運(yùn)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(jì)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(shí)際情況，兼顧試驗(yàn)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(shí)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(dú)立的系統(tǒng)，并控制每個試驗(yàn)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(jì)分析采用DPS 7.05軟件進(jìn)行分析，運(yùn)用Duncan新復(fù)極差法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)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?yàn)椋篊a2+>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(yùn)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

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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)