歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的適應(yīng)性栽培試驗(yàn)

楊獻(xiàn)坤，徐子棋，許文旭，滕美瑤，王大中，王永豐，趙書軍，張 利

(1.吉林省水土保持科學(xué)研究院，吉林 長(zhǎng)春 130033； 2.東北林業(yè)大學(xué)，黑龍江 哈爾濱 150040；3.吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)，吉林 長(zhǎng)春 130118)

土壤鹽分主要為Na2CO3和NaHCO3的鹽堿地稱為蘇打鹽堿地[1]。吉林省西部處于世界三大蘇打鹽堿地集中分布區(qū)之一的松嫩平原的中南部，地勢(shì)較為平坦，土地資源豐富，過(guò)境水資源充沛[2]。近年來(lái)，受自然和人為因素綜合作用，鹽堿化土地面積不斷擴(kuò)大，程度不斷加劇[3]。2018年數(shù)據(jù)顯示，吉林省西部蘇打鹽堿地達(dá)2.2×106hm2，占吉林省土地總面積的11.74%[4]，對(duì)區(qū)域生態(tài)環(huán)境威脅加劇，土地生產(chǎn)力嚴(yán)重下降[5]。因此，面對(duì)生態(tài)經(jīng)濟(jì)板塊建設(shè)的發(fā)展要求，積極探索和研究適宜吉林西部的生態(tài)經(jīng)濟(jì)植物品種，對(duì)恢復(fù)區(qū)域生態(tài)環(huán)境、發(fā)展生態(tài)經(jīng)濟(jì)具有重要意義。

歐李(Cerasushumilis)是薔薇科櫻桃屬矮生灌木果樹，具有較強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性，對(duì)干旱、嚴(yán)寒和鹽堿等逆境均有很好的抗性，且具有較高的生態(tài)效益和經(jīng)濟(jì)效益[6]。前人對(duì)歐李的耐鹽堿性做了相關(guān)研究：郭剛和喬國(guó)棟等[7-8]研究了在不同濃度NaCl脅迫下歐李盆栽苗的生長(zhǎng)、生理及生化響應(yīng)狀況；趙慶輝等[9]研究了田間試驗(yàn)條件下歐李對(duì)濱海鹽土中鹽分的生理響應(yīng)；陳書明、劉顯臣、姜英淑等[10-12]研究了碳酸鹽脅迫下歐李的生長(zhǎng)、生理變化；李學(xué)強(qiáng)等[13]研究了混合鹽(NaCl、NaHCO3、Na2SO4)脅迫對(duì)歐李盆栽苗的生理、生化狀況的影響；孫孟超等[14]對(duì)歐李的耐鹽性基因(NHX1和CDPK等)表達(dá)進(jìn)行了研究。然而，對(duì)田間試驗(yàn)條件下歐李在蘇打鹽堿化土壤上的物候和生長(zhǎng)狀況的研究鮮有報(bào)道。

本研究通過(guò)觀測(cè)歐李在吉林省西部鹽堿化淡黑鈣土和風(fēng)沙土上的物候、生長(zhǎng)狀況，來(lái)研究歐李對(duì)蘇打鹽堿化土壤的適應(yīng)性，以期為歐李在吉林省西部蘇打鹽堿化土地上引種提供理論支持。

1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于吉林省白城市通榆縣鴻興鎮(zhèn)聚富村，地理坐標(biāo)為123°12′12″～123°12′53″E、45°02′11″～45°02′51″N，地勢(shì)平坦，海拔139～145 m。該區(qū)屬溫帶季風(fēng)氣候，夏季炎熱，冬季寒冷少雪，春秋季節(jié)多風(fēng)；年均氣溫6 ℃，≥10 ℃年積溫3 278.4 ℃，年均日照時(shí)數(shù)2 917 h；年均降水量382.2 mm，年均水面蒸發(fā)量1 893.6 mm，年均風(fēng)速4.2 m/s，無(wú)霜期134 d，最大凍土深度為1.78 m。區(qū)內(nèi)土壤類型包括淡黑鈣土、風(fēng)沙土、草甸土、沼澤土、鹽漬土等，主要天然植被類型包括榆樹疏林、堿茅鹽生草甸、羊草草原、叢生禾草草原等。

2 研究材料與方法

2.1 供試材料

供試材料為原產(chǎn)地內(nèi)蒙古赤峰長(zhǎng)勢(shì)相似的2年生歐李實(shí)生苗。淡黑鈣土試驗(yàn)田和風(fēng)沙土試驗(yàn)田面積均為1 500 m2。歐李苗于2017年3月初截干栽植，株行距為1 m×1 m，淡黑鈣土試驗(yàn)田和風(fēng)沙土試驗(yàn)田各栽50排，每排30株。不進(jìn)行施肥處理，每30天澆一次水。2017年11月末再截干。

2.2 測(cè)定指標(biāo)與方法

2.2.1 植物指標(biāo)觀測(cè)

(1)物候及產(chǎn)量觀測(cè)。歐李物候及產(chǎn)量指標(biāo)的選擇參考劉宏斌和丁偉等[15-16]的研究方法。在鹽堿化淡黑鈣土和風(fēng)沙土試驗(yàn)田上分別選擇10株長(zhǎng)勢(shì)具有代表性的歐李進(jìn)行掛牌觀測(cè)。2017、2018年歐李物候觀測(cè)均從3月初開始，每天觀測(cè)一次，一直觀測(cè)到落葉末期。物候期包括萌芽期、展葉期、開花期、果實(shí)成熟期和落葉期。參考葉鑫等[17]的研究方法，≥10%的植物進(jìn)入相應(yīng)物候期為該物候期的始期，≥80%的植物進(jìn)入相應(yīng)物候期為該物候期的末期。由于2017年歐李均未進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，2018年淡黑鈣土上的歐李進(jìn)行了生殖生長(zhǎng)，風(fēng)沙土上的歐李未進(jìn)行生殖生長(zhǎng)，因此僅在2018年觀測(cè)了淡黑鈣土上歐李的開花率、結(jié)果率和單株果實(shí)質(zhì)量，開花率、結(jié)果率分別統(tǒng)計(jì)25排(每排20株)，單株果實(shí)質(zhì)量測(cè)定10株。

(2)存活率、越冬率及生長(zhǎng)觀測(cè)。歐李存活及生長(zhǎng)指標(biāo)的選擇參考劉宏斌和丁偉等[15-16]的研究方法。2017年5月初統(tǒng)計(jì)歐李存活率，2018年5月初統(tǒng)計(jì)越冬率，在淡黑鈣土和風(fēng)沙土上分別統(tǒng)計(jì)25排(每排20株)歐李的存活株數(shù)。生長(zhǎng)觀測(cè)使用物候觀測(cè)掛牌的植株，即淡黑鈣土、風(fēng)沙土上歐李各10株。2017年歐李的株高、冠幅觀測(cè)從4月30日開始，每10天觀測(cè)一次(由于歐李8月末就停止生長(zhǎng)，故僅觀測(cè)到2017年9月7日)；2018年歐李株高、冠幅僅在9月7日觀測(cè)一次。株高用卷尺測(cè)定，精確到0.1 cm；冠幅參考史元春等[18]的研究方法，取東西、南北冠徑的平均值；地徑用游標(biāo)卡尺測(cè)定，精確到0.01 mm，因歐李地徑變化不明顯，故僅在2017年4月30日、2017年9月7日和2018年9月7日各測(cè)定一次。

2.2.2 土壤指標(biāo)測(cè)定

土壤指標(biāo)的選擇參考郭興和范亞文等[19-20]的研究成果。2016年11月3日進(jìn)行土壤取樣，在鹽堿化淡黑鈣土試驗(yàn)田和風(fēng)沙土試驗(yàn)田對(duì)角線上各選5個(gè)點(diǎn)，取其平均值。物理性質(zhì)用環(huán)刀取表層土測(cè)定，化學(xué)性質(zhì)測(cè)定取土深度為20 cm。土壤物理性質(zhì)(容重、總孔隙度、含水量)測(cè)定參考喬勝英[21]的方法；土壤化學(xué)性質(zhì)中，全氮量(TN)用半微量開氏法測(cè)定，全磷量(TP)用NaOH熔融-鉬銻抗比色法測(cè)定，全鉀量(TK)用NaOH熔融法測(cè)定，有機(jī)質(zhì)含量用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測(cè)定[22]，pH值用美國(guó)Spectrum PH400土壤原位pH計(jì)測(cè)定，全鹽量用TZS-pHW-4G土壤多參數(shù)測(cè)定儀測(cè)得的電導(dǎo)率表示。

2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

應(yīng)用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及圖表繪制，利用SPSS 17.0進(jìn)行單因素方差分析(Duncan檢驗(yàn)法)。

3 結(jié)果與分析

3.1 歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的物候變化

歐李的物候期變化(表1)表明，相同土壤上歐李2017年和2018年同一物候期開始時(shí)間相差0～5 d?？傮w來(lái)看，淡黑鈣土和風(fēng)沙土上的歐李萌芽期均在4月中旬至下旬，展葉期在5月上旬至中旬，落葉期在11月上旬。淡黑鈣土上歐李的萌芽期和展葉期比風(fēng)沙土上的歐李早3～6 d，落葉期兩者沒(méi)有明顯差別。其中，2017年淡黑鈣土和風(fēng)沙土上的歐李均未開花結(jié)果；2018年淡黑鈣土上的歐李正常開花結(jié)果，開花率為(82.0±2.2)%，結(jié)果率為(48.0±1.6)%，單株果實(shí)質(zhì)量為(55.0±5.2)g，風(fēng)沙土上的歐李仍未見開花結(jié)果。這說(shuō)明2年生歐李實(shí)生苗在淡黑鈣土上的適應(yīng)狀況優(yōu)于風(fēng)沙土，且在淡黑鈣土上栽植第2年就能夠正常進(jìn)行生殖生長(zhǎng)。

表1 吉林省西部不同類型鹽堿化土壤上歐李的物候期

注：表中空白項(xiàng)表示相應(yīng)物候期未出現(xiàn)。

3.2 歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的生長(zhǎng)變化

表2表明，歐李在淡黑鈣土上的存活率較高，平均達(dá)85.2%，越冬率高達(dá)95.0%，均優(yōu)于風(fēng)沙土，且差異極顯著(P<0.01)。

由圖1可見，淡黑鈣土和風(fēng)沙土上歐李株高和冠幅的生長(zhǎng)速度趨勢(shì)均為“慢—快—慢”，且速生期均為6月9日至7月29日，8月28日開始株高和冠幅均停止生長(zhǎng)。由圖1和表3可知，2017年整個(gè)生長(zhǎng)期和2018年生長(zhǎng)期結(jié)束時(shí)，淡黑鈣土上歐李的株高、冠幅數(shù)值均極顯著高于風(fēng)沙土上的歐李(P<0.01)。通過(guò)對(duì)比2017、2018年歐李數(shù)據(jù)可知，淡黑鈣土上的歐李2018年株高、冠幅分別為2017年的1.54和1.65倍，風(fēng)沙土上的歐李2018年株高、冠幅分別為2017年的1.14倍和79%。由表4可知，2017年9月7日兩種鹽堿化土壤上的歐李地徑差異顯著(P<0.05)，且淡黑鈣土上歐李地徑的總生長(zhǎng)量為風(fēng)沙土上歐李的3倍左右。對(duì)比表3、4地徑數(shù)據(jù)可知，淡黑鈣土上歐李2018年地徑為2017年的1.31倍，風(fēng)沙土上歐李2018年地徑為2017年的1.16倍。綜上說(shuō)明，淡黑鈣土上歐李的存活、越冬及生長(zhǎng)狀況顯著優(yōu)于風(fēng)沙土上的歐李，且栽植第2年生長(zhǎng)狀況優(yōu)于第1年。

表2 歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的成活和越冬狀況

注：表內(nèi)數(shù)值為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差；同列數(shù)據(jù)后標(biāo)不同大寫字母表示差異極顯著(P<0.01)，標(biāo)不同小寫字母表示差異顯著(P<0.05)，有相同小寫字母表示差異不顯著(P>0.05),下同。

圖1 2017年歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的生長(zhǎng)狀況

表3 2018年生長(zhǎng)期結(jié)束歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的生長(zhǎng)狀況

表4 2017年歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上地徑的生長(zhǎng)狀況

3.3 鹽堿化土壤物理、化學(xué)性質(zhì)對(duì)歐李的影響

由表5、6可知，栽植歐李前(2016年)淡黑鈣土的含水量、有機(jī)質(zhì)和全氮含量等顯著優(yōu)于風(fēng)沙土(P<0.05)，分別是風(fēng)沙土的160.38%、159.42%、187.69%。結(jié)合前文分析可知，歐李在淡黑鈣土上的生長(zhǎng)狀況優(yōu)于風(fēng)沙土的原因是淡黑鈣土的含水量、有機(jī)質(zhì)和全氮含量較高。

表5 歐李試驗(yàn)田鹽堿化土壤的物理性質(zhì)

4 討 論

4.1 歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上的物候變化

本研究結(jié)果表明，栽植第2年，風(fēng)沙土上的歐李仍未開花、結(jié)果，而淡黑鈣土上的歐李則能夠完成整個(gè)營(yíng)養(yǎng)、生殖生長(zhǎng)全過(guò)程。淡黑鈣土比風(fēng)沙土更有利于歐李的春季、夏季物候提前，但兩種鹽堿化土壤上歐李的落葉期沒(méi)有明顯差別，原因可能是溫度因子對(duì)歐李落葉的影響強(qiáng)于土壤因子。這說(shuō)明歐李具有一定的耐鹽堿性，能夠很好地適應(yīng)pH值為8.29的淡黑鈣土。劉顯臣等[11]的研究也有相似結(jié)論，即歐李具有一定的耐鹽堿性，當(dāng)土壤pH值為8.2和8.9時(shí)，Na2CO3脅迫對(duì)歐李扦插苗的生長(zhǎng)影響較小，但pH值為9.5時(shí)，Na2CO3脅迫對(duì)其生長(zhǎng)具有明顯的抑制作用。陳書明等[23]的試驗(yàn)結(jié)果表明，歐李在300 mmol/L的NaHCO3脅迫下仍能維持較高的凈光合速率和葉綠素含量等光合指標(biāo)水平，且未產(chǎn)生明顯的傷害。前人研究證明，歐李具有抵御鹽脅迫的響應(yīng)機(jī)制。趙慶輝和李學(xué)強(qiáng)等[9,13]的研究表明，在鹽分脅迫下，歐李通過(guò)提高根系活力、脯氨酸等滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)和POD、類胡蘿卜素等保護(hù)性物質(zhì)的含量來(lái)抵御鹽害。此外，在鹽分脅迫下，歐李具有較好的交替呼吸能力，能夠保證較高的呼吸作用以提高對(duì)鹽分的適應(yīng)性，并能夠通過(guò)提高體內(nèi)Na+的積累來(lái)調(diào)節(jié)體內(nèi)滲透壓保證水分的吸收，提高根際的Ca2+吸收能力以維持植物體內(nèi)鈣元素的含量，提高葉片Mg2+含量以減少鹽脅迫對(duì)其光合作用的影響[24]。

表6 歐李試驗(yàn)田鹽堿化土壤的化學(xué)性質(zhì)

4.2 土壤因子對(duì)歐李存活、越冬、生長(zhǎng)狀況的影響

本研究結(jié)果表明，淡黑鈣土上的歐李存活、越冬及生長(zhǎng)狀況較好，顯著優(yōu)于風(fēng)沙土上的歐李。同時(shí)，土壤理化分析表明，淡黑鈣土的土壤含水量、有機(jī)質(zhì)及全氮含量顯著高于風(fēng)沙土(P<0.05)，說(shuō)明影響歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上適應(yīng)狀況的重要土壤因子為水分、有機(jī)質(zhì)和全氮含量。原因可能是吉林省西部降水量少、蒸發(fā)量大，土壤水分含量較低，且歐李較為喜肥。此外，若進(jìn)行合理的灌水、施肥和防風(fēng)等管理，有可能改善歐李在吉林省西部風(fēng)沙土上的存活、生長(zhǎng)和結(jié)果狀況。前人研究也有相似結(jié)論。趙慶輝等[9]的研究表明，土壤有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀的含量是影響歐李生長(zhǎng)的重要指標(biāo)，當(dāng)土壤中鉀含量較高時(shí)，能夠緩解歐李對(duì)氮和磷的依賴。

綜上所述，歐李能夠適應(yīng)吉林省西部鹽堿化土壤環(huán)境，且在淡黑鈣土(pH值8.29、電導(dǎo)率0.258 mS/cm)上的生長(zhǎng)狀況優(yōu)于風(fēng)沙土(pH值8.19、電導(dǎo)率0.184 mS/cm)，能夠豐富吉林省西部經(jīng)濟(jì)生態(tài)植物品種。下一步，應(yīng)在吉林省西部鹽堿化土地上進(jìn)行歐李多年栽植試驗(yàn)，考察其生長(zhǎng)、結(jié)實(shí)性狀，且應(yīng)在多種類型、不同pH值及鹽度范圍的鹽堿化土壤上進(jìn)行歐李栽植試驗(yàn)，以研究其適應(yīng)范圍。

5 結(jié) 論

(1)歐李能夠適應(yīng)吉林省西部鹽堿化土壤環(huán)境，在淡黑鈣土(pH值8.29、電導(dǎo)率0.258 mS/cm)上栽植2年的歐李可完成正常的營(yíng)養(yǎng)、生殖生長(zhǎng)過(guò)程，而在風(fēng)沙土(pH值8.19、電導(dǎo)率0.184 mS/cm)上能夠完成開花、結(jié)果外的營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)。

(2)歐李在淡黑鈣土上的存活、越冬和生長(zhǎng)狀況優(yōu)于風(fēng)沙土。

(3)影響歐李在吉林省西部鹽堿化土壤上存活、越冬和生長(zhǎng)的主要土壤因子為土壤含水量、有機(jī)質(zhì)和全氮含量等。