基于自吸水設施的耐鹽鑒定基質配比對水鹽分布的影響研究

吳哲 張曉東 魯雪林 左永梅 王秀萍

摘? 要：采用水分自吸方式，利用3D模擬方法研究了珍珠巖、蛭石與草炭的合理配比，調控鹽堿土基質的保水性，確定了一種水鹽分布均勻、通透性、穩定性良好的耐鹽鑒定基質。通過測試最佳基質配比下不同梯度鹽分的均勻度及穩定性，結果表明，保持適宜的水分及均勻分布的范圍為草炭50%～65%、蛭石20%～60%、余者為珍珠巖，基質推薦比例為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1。不同梯度的鹽分在基質中分布較為均勻，差異均小于5%，可用于淺根系植物苗期的耐鹽鑒定。

關鍵詞：耐鹽鑒定;水鹽調控;自吸水;基質配比

中圖分類號 S311文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2019）08-0022-04

Absrtact：Using the method of water self-absorption and 3D simulation，the rational proportion of perlite，vermiculite and peat was studied to determine the optimal soil matrix with uniform distribution of water and salt，good permeability and stability for salt-tolerance identification.The results showed that the proportion of 50%～65% peat，20%～60% vermiculite and the rest of perlite could maintain a proper moisture content and uniform distribution.The recommended ratio of matrix was peat：vermiculite：perlite = 2：1：1.The uniformity and stability of salinity at different gradients under the optimum matrix ratio were tested.The results showed that the different gradients of salt content evenly distributed in this soil matrix，and their differences within the soil matrix were less than 8%，indicating that this combination of soil matrix could be used for salt-tolerance identification for shallow root plants such as dandelion.

Key words：Salt-tolerance identification;Regulation of water and salt;Water self-absorption;Soil matrix proportion

我國現有鹽荒地約3600萬hm2，相當于總耕地面積的1/3。由于灌溉方法不當，在1億hm2耕地中造成了600多萬hm2的次生鹽演化土地，嚴重影響了農業生產[1]。多國實踐表明，應用生物學措施改良鹽堿地極具前途，特別是引種經濟鹽生植物[2]。鹽生植物是一類能夠在鹽演土壤上正常生長并完成生活史的天然植物群落，其最大特點是具有較大的抗鹽能力。對鹽生植物資的耐鹽性進行科學評價，是鹽堿地農業發展的基礎[3，4]。然而，在耐鹽鑒定和評價過程中，采用的方法存在差異性。鑒定植物的耐鹽性，一般采用水培、沙培、鹽堿土培等方法[5，6]，但是這些方法都忽略了水-鹽運動性質[7]，即在澆鹽水時，鹽分會隨著水分下移，導致耐鹽評測結果不準確[8]。水-鹽運移現象也表現在鹽度積累、礦化度分布不均。因此，保證耐鹽鑒定條件的一致性是評價植物耐鹽性的重要前提[4]。針對目前耐鹽鑒定存在的問題，本試驗以濱海區地下咸水配置梯度鹽分，采用水分自吸方法調控基質水分，通過研究珍珠巖、蛭石與草炭的合理配比，確定一種水鹽分布均勻、通透性、穩定性良好的耐鹽鑒定基質。

1 研究方法

1.1 試驗設計 本試驗采用珍珠巖、蛭石、草炭作為基質材料，按一定配比混合共13個處理（表1）。每處理6次重復，以河北省唐山市曹妃甸區的粘質濱海鹽堿土為供試對照鹽堿原土。

1.2 試驗方法 試驗在河北省農林科學院濱海農業研究所綜合試驗站防雨棚中進行。耐鹽鑒定裝置采用自吸水盆栽裝置如圖1所示，裝基質的花盆內徑30cm、高23cm，水桶內徑35cm、高度29cm;靠輸水棉繩供給基質水分，棉繩直徑5mm，鹽堿基質采用9g/L的濱海區地下咸水與混合基質定量攪拌。配置的鹽分梯度分別為1g/L、2g/L、3g/L、5g/L、7g/L、9g/L，以濱海鹽堿原土為對照，鹽分含量為12%，每個處理設6個重復。供水方式為自吸水，桶里保持有相同的淡水，鑒定基質盆底距離水面2cm。以十字型的位置在花盆四側距離盆上沿測5cm、9cm、13cm、17cm、21cm的位置打小孔，用于檢測基質空間內水分和鹽分的含量。

1.3 指標檢測 利用100cm3的鋼制環刀對混合基質進行取樣并稱重，隨后進行浸水與控水處理，測定基質飽和含水量（%）、基質毛管持水量（%）、基質持水量（%）、基質容重（g/cm3）、基質含水量（%）、毛管孔隙度（%）、非毛管孔隙度（%）以及總孔隙度（%）等物理參數。具體計算方法參見張學禮等的研究方法[9]。按比例配好基質裝入盆中3d和5d后，利用便攜式土壤三參測定儀（EasyTest）檢測基質空間內水分含量。利用上述同樣的方法，將配好的基質加入1g/L、2g/L、3g/L、5g/L、7g/L、9g/L的地下咸水，混勻靜待5d后，測定基質空間內鹽分變化。

1.4 數據分析 試驗數據采用Excel和SPSS 19.0進行統計分析。水鹽均勻分布采用3D模型分析，軟件為Table Curve 3D，模型采用Sigmoid Series Bivariate Order 3。

2 結果與分析

2.1 不同基質配比的物理性質變化 由表2可知，濱海鹽堿原土容重最高，通過調整不同基質的比例，總基質的容重在0.08～0.41g/cm3，隨之，基質的物理性質也相應發生了變化。飽和含水量、毛管持水量、毛管孔隙度和非毛管孔隙度初步選為基質配比的參考參數，結合表2數據以及通過3D模型分析結果，基質最大的飽和含水量對應的基質比例為：蛭石50%～60%、草炭40%～60%，余者為珍珠巖。利用同樣的方法得到最大的基質毛管持水量對應的基質比例為：蛭石45%～60%、草炭45%～70%，余者為珍珠巖;基質最大毛管孔隙度對應的基質比例：蛭石10%～25%或50%～70%、草炭40%～50%，余者為珍珠巖;基質最大非毛管孔隙度對應的基質比例為：蛭石30%～50%、草炭40%～50%，余者為珍珠巖。基質配比的具體的比例，應結合基質空間內含水量和電導率的變化進一步確定。

2.2 不同基質配比的剖面水分變化 耐鹽鑒定基質空間內土壤濕度變化結果見表3。由表3可知，除了處理2、8和11外，總體上不同比例配比基質3d和5d后的水平空間內水分含量差異較小在2.5～5.1，垂直空間內水分含量差異較大在7.1～8.5，如果除去對照以及處理2、8和11，則水分含量差異在4.1～5.7，且2次測量結果差異不大。總體來說，各個組合的空間內水分差異依然在可接受范圍，也反映了該耐鹽鑒定采用的供水方式穩定，可保證基質水分一定程度的穩定性。從表3中可知，除去對照外，組合4、5、8、12水分變化差異較小，其余組合6、7和9次之。結合前文確定的基質配比范圍，綜合考慮基質水分和毛管空隙度，可初步得到基質組成比例為草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1或3∶1∶1。

2.3 梯度鹽分在基質中的變化 進一步測試了梯度鹽分在草炭∶蛭石∶珍珠巖=2∶1∶1的組合基質中的穩定性，結果表明，不同梯度的鹽分在基質空間分布均勻。差異在0.8～4.1，且基質中的水分差異均小于4.9（表4）。說明該耐鹽鑒定基質受梯度鹽分的影響不大，也說明了該調控比例的基質能夠維持水鹽的均勻分布，可用于淺根系植物的耐鹽鑒定。

3 結論與討論

由于濱海鹽堿地原土60cm耕層中87%是由2～50μm的土壤微粒組成[10]，通透性差，對植物耐鹽鑒定的真實結果產生不利影響，因此本研究采用人工基質代替鹽堿原土。草炭可為植物生長提供有機碳源，蛭石保水能力好，珍珠巖能夠增加孔隙度，因此合理搭配三者比例，能夠為植物生長提供適宜的生長條件。本研究中推薦的三者比例為2∶1∶1或3∶1∶1，對應的處理組合號為6和9，通過表2和表4的數據可看到，基質的持水量和非毛管孔隙度均在合理范圍內，尤其在梯度鹽分測試中，整個空間內的鹽度和水分和鹽度分布的變異幅度較為均勻，說明該耐鹽鑒定系統工作穩定，能夠很好的用于植物耐鹽鑒定。該系統較適宜于淺根系植物的苗期耐鹽鑒定，是因為植物生長后期需要大量的水分，對于高大的作物來說，供水量不足，容易出現萎蔫以及基質鹽分分布不均現象。在后續實驗觀察中發現該現象，利用該系統鑒定黃蜀葵和蒲公英的耐鹽性，在黃蜀葵以及蒲公英苗期，基質水分和鹽分分布均勻，且梯度鹽分對它們的生長具有明顯的抑制作用，然而在后期生長中，黃蜀葵出現萎蔫，梯度鹽分對黃蜀葵的生長作用不明顯，基質中的水分分布不均，主要集中于根部周圍，也導致根部周圍鹽分含量降低。因此，基于自吸水設施的耐鹽鑒定系統，合理搭配草炭、蛭石和珍珠巖，能夠很好的用于淺根系植物的苗期耐鹽鑒定。

參考文獻

[1]劉會超.耐鹽和鹽生園林植物引種、篩選、利用及其耐鹽機理的研究[D].北京：中國林業科學研究院，2005.

[2]趙可夫.利用鹽生植物改良鹽堿地[J].植物生理學報，1997（6）：501-502.

[3]田淑慧，陶翠霞，張鋒.20種藥用植物的苗期耐鹽性及其評價[J].山東農業科學，2017（8）：49-54.

[4]閻旭東.植物耐鹽性鑒定及評價技術規程[M].北京：中國農業科學技術出版社，2012.

[5]張永印，寇賀，趙福才，等.作物耐鹽堿性鑒定評價方法[J].遼寧農業職業技術學院學報，2009（2）：6-7.

[6]劉雅輝，王秀萍，左永梅，等.蒲公英苗期鹽脅迫反應及耐鹽閾值的確定[J].西北農業學報，2017（8）：1223-1229.

[7]褚琳琳，康躍虎，陳秀龍，等.噴灌強度對濱海鹽堿地土壤水鹽運移特征的影響[J].農業工程學報，2013（7）：76-82.

[8]Zhang L，Zhang J，Gao L，et al.A review of land reclamation technologies of saline-alkali soil in China[C].The International Symposium on Land Reclamation and Ecological Restoration，2017：543-545.

[9]張學禮，胡振琪，初士立.土壤含水量測定方法研究進展[J].土壤通報，2005（1）：118-123.

[10]Xiuping W，Zhizhong X，Xuelin L，et al.Salt leaching of heavy coastal saline silty soil by controlling the soil matric potential[J].Soil and Water Research，2019. （責編：張宏民）