不同土壤改良措施對高鹽土壤條件下馬藺幼苗生長和抗氧化酶活性的影響

劉清泉 原海燕 張永俠

摘要：采用盆栽方式分析土壤改良措施對高鹽土壤條件下馬藺幼苗生長及抗氧化酶活性的影響。試驗共設計6組改良措施，即分別向灘涂高鹽土中添加不同量（1/12、1/6、1/4）園土和草炭。結果顯示，在不同含鹽量土壤上生長30 d后，與園土對照相比，在0.50%鹽土條件下，馬藺幼苗存活率和根系鮮質量均無明顯變化，在0.75%和1.00%鹽土條件下馬藺根系生長顯著受到抑制，植株存活率顯著下降，地上部和根系鮮質量均顯著減少。在1%鹽土中添加 1/6 園土能顯著提高馬藺幼苗地上部鮮質量及根系CAT活性，添加1/12園土能顯著提高地上部POD活性，但對可溶性蛋白含量沒有顯著影響;添加草炭能明顯提高馬藺幼苗的存活率、地上部鮮質量和可溶性蛋白含量，但對POD和CAT活性沒有顯著影響。由結果可知，在1%高鹽土中，添加1/6園土能顯著促進馬藺地上部生長，提高抗氧化酶活性;添加1/12草炭可有效促進馬藺幼苗地上部和根系的生長。

關鍵詞：鹽土;馬藺;土壤改良;幼苗生長;抗氧化酶

土壤鹽堿化已成為全球性的生態環境問題之一，鹽脅迫是影響全球作物產量的主要非生物脅迫之一，嚴重制約著農業的可持續發展[1-2]。據統計，全世界鹽漬化土地約為9.5億hm2，占全球陸地面積的10%，土壤次生鹽漬化面積也在不斷增加[3-4]。據全國第二次土壤普查資料統計，我國鹽漬土面積約為9 913萬hm2，主要分布于西北、華北、東北及沿海地區，從熱帶到寒溫帶、濱海到內陸、濕潤地區到極端干旱的荒漠地區[5-6]。鹽堿地是我國重要的農業儲備資源，其治理和利用對解決我國耕地緊缺、保障國家糧食安全與農產品有效供給具有重要的意義。因此，鹽堿地高效、快速的修復與改良成為亟待解決的重大課題。目前，鹽堿地的修復改良主要有物理、化學、生物、工程改良等4種方法[7]。利用耐鹽植物對鹽堿地進行修復改良是目前最有效且綠色無污染的方法之一，植物的大量種植對鹽堿地土壤水鹽平衡、鹽分聚集及耗水量都具有一定的影響，植物種植面積越大，鹽堿地土壤水分蒸發速率越高，可溶性鹽分就越低，進而改善鹽堿土壤的質量[7]。

鹽堿地中過高濃度的鹽離子會抑制植物正常的生長發育和生理代謝，對植物造成不同程度的傷害，例如細胞膜結構損傷、活性氧代謝失調、光合效率下降等;嚴重時，植物會出現鹽斑、萎蔫等癥狀，甚至死亡[8-9]。這樣，植物修復鹽堿地的效率必然會受到不同程度的影響。因此，提高植物修復鹽堿地的效率勢在必行，通過土壤改良及外源物的添加等技術適當調控植物的生長發育，將有利于耐鹽植物更好、更快地進行鹽堿地的修復改良。農藝措施可顯著提高植物修復鹽堿土的能力，例如通過合理的耕作，及時進行松土，可減少土壤水分的蒸發，改善土壤的通氣性，防止土壤板結，抑制再返鹽[10]。鋪沙可以有效增加土壤含水量，降低土壤電導率，起到脫鹽和壓堿的作用[11];施加園土和草炭可以增加鹽堿地土壤速效養分的含量，降低土壤pH值，改善植物營養供給狀況，增加作物的產量[12]。

馬藺是鳶尾科鳶尾屬多年生草本宿根鹽生花卉，觀賞和藥用價值高，抗逆性強，耐鹽堿，是用于鹽堿地改良的理想材料之一，然而過高的鹽濃度在一定程度上也會抑制馬藺的生長和代謝過程，影響其對鹽堿地的修復效率[13]。因此，提高馬藺幼苗在高鹽土壤上的生長勢是提高馬藺改良鹽堿地效率的關鍵，適當的土壤改良措施是解決這一瓶頸的有效手段。本研究通過分析不同土壤改良措施對高鹽土壤上馬藺幼苗生長和抗氧化酶活性的影響，篩選出合適的土壤改良方法，為提高馬藺修復改良鹽堿地的效率提供一定的理論基礎和實踐參考。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗中的供試植物材料為馬藺無性繁殖群體自然結實種子的實生苗。

1.2 試驗設計

本試驗于2016年5—7月在江蘇省中國科學院植物研究所玻璃溫室中進行，供試園土和鹽土分別取自江蘇省中國科學院植物研究所和江蘇省連云港市新沂河入海口灘涂鹽漬地，其理化指標見表1。通過向0.50%灘涂鹽土中添加不同量NaCl，調節成含鹽量分別為0.75%、1.00%的鹽土，以園土為對照，共4種土壤，分別將其烘干、粉碎過篩后裝于盆缽內，每盆裝土0.4 kg。馬藺種子經次氯酸鈉消毒、自來水沖洗干凈后，泡于水中進行浸種，待種子露白后，播于干凈的河沙中催芽，待馬藺幼苗長至3葉期時，選取株高、大小一致的幼苗，將其移栽至盆缽內的土壤中，每盆種植5株馬藺幼苗，每種土壤設3個重復。澆足淡水后，置于玻璃溫室中培養。30 d后觀察并記錄馬藺幼苗存活的情況。

土壤改良試驗中供試高鹽土為1%鹽土（配制方法同上），分別將園土和草炭烘干、粉碎過篩后摻入1%鹽土中，園土和草炭摻入量均占盆裝總量（0.4 kg）的1/12、1/6、1/4，混勻后裝于盆缽內。馬藺播種和幼苗移栽方法同上，移栽后，將其置于玻璃溫室中培養。18 d后進行收樣，并記錄植株存活率、地上部鮮質量及根系鮮質量，同時稱取一定量地上部和根系樣品，用液氮速凍后存至超低溫冰箱中，用于測定相關生理指標。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤理化性質的測定 土壤pH值采用電位法測定，土壤可溶性鹽分含量采用稱質量法測定，有機質含量采用重鉻酸鉀容量法測定，全氮含量采用凱氏定氮法測定，速效磷含量采用鉬銻抗比色法測定，速效鉀含量采用火焰光度法測定，具體操作步驟參考《土壤農化分析》（3版）[14]。

1.3.2 生長相關指標的測定 根據馬藺幼苗的生長情況，統計植株的存活率（%）;處理結束后，將馬藺幼苗從土壤中分離出來，用去離子水洗凈后，測定鮮質量。

1.3.3 可溶性蛋白和酶活性分析 粗酶液提取：取0.2 g樣品，加入2 mL 0.05 mol/L磷酸緩沖液PBS[pH值7.0，含 1 mmol/L乙二胺四乙酸（EDTA）、1%聚乙烯吡咯烷酮（PVP）]，冰浴研磨成勻漿后移至離心管中，4 ℃ 冷凍離心（12 000 r/min）20 min，上清液即為粗酶液（以上操作均在冰上進行）。

可溶性蛋白含量測定釆用考馬斯亮藍法;過氧化物酶（POD）活性測定采用愈創木酚法，測定反應體系中POD催化愈創木酚過氧化的能力，以1 min內470 nm吸光度的變化值表示酶活性的大小[15];過氧化氫酶（CAT）活性測定采用紫外吸收法，測定反應體系中CAT催化H2O2分解的能力，以 1 min 內 240 nm 吸光度的變化值表示酶活性的大小[16]。

1.4 數據處理

用SPSS 17.0軟件對數據進行方差及顯著性分析，并利用Origin軟件進行圖表的繪制。

2 結果與分析

2.1 不同土壤鹽濃度對馬藺植株存活率和鮮質量的影響

如表2所示，在園土和0.50%鹽土條件下生長30 d后，馬藺幼苗存活率均為100%;在0.75%鹽土條件下生長30 d后，植株存活率約為60%;而在1.00%高鹽土條件下生長 30 d 后，所有植株均已死亡。以上結果說明，馬藺在較高濃度鹽漬化土壤中具有較強的生長能力，而在重度鹽漬化土壤中生長受到顯著抑制。

由圖1-A可以看出，在0.50%和0.75%鹽土條件下生長30 d后，馬藺地上部鮮質量分別僅為園土條件下的54.7%和31.3%，說明在0.50%和0.75%鹽土條件下馬藺地上部的生長顯著受到抑制。由圖1-B可以看出，與園土條件相比，在 0.50%、0.75%鹽土條件下，馬藺根系鮮質量分別為園土處理的92.0%、38.9%，表明含鹽量達到0.75%時，馬藺根系生長才顯著受到鹽脅迫的抑制。這一結果表明，馬藺地上部和根系物質的積累均受到土壤中鹽分的抑制，隨著鹽土含鹽量的升高，抑制程度越大，且地上部受抑制程度大于根系。

2.2 不同土壤改良措施對高鹽土壤條件下馬藺植株存活率和鮮質量的影響

如表3所示，在不同土壤上生長18 d后，添加園土處理組馬藺存活率與對照組的相比有所提高，但差異并不顯著;添加草炭處理組馬藺的存活率均高于對照組，其中添加1/12和1/6草炭處理組馬藺存活率與對照組差異最明顯，分別為對照的2和1.86倍。以上結果說明，添加草炭能明顯提高馬藺在高鹽土壤中的存活率。

由圖2-A可以看出，添加1/12、1/6和1/4園土處理組馬藺地上部鮮質量分別為對照組的1.38、1.72和1.48倍，其中，添加1/6園土處理組馬藺地上部鮮質量與對照組的差異達到顯著水平;由圖2-C可以看出，添加1/12、1/6和1/4園土處理組馬藺根系鮮質量分別為對照組的3.78、6.96和 1.48倍，但處理組與對照組之間的差異并不顯著。結果表明，施加園土能有效提高高鹽土壤條件下馬藺幼苗地上部的生物量。

由圖2-B可以看出，添加1/12、1/6和1/4草炭處理組馬藺地上部鮮質量分別為對照組的1.84、1.72和1.65倍，添加草炭處理組馬藺地上部鮮質量與對照組的差異均達到顯著水平;由圖2-D可以看出，添加1/12、1/6和1/4草炭處理組馬藺根系鮮質量分別為對照組的2.51、1.95和 1.71倍，但1/4草炭處理組與對照組之間差異并不顯著。結果表明，施加草炭能有效增加高鹽土壤條件下馬藺幼苗的生物量，特別是地上部的鮮質量。

2.3 不同土壤改良措施對高鹽土壤條件下馬藺可溶性蛋白含量的影響

由圖3-A和圖3-C可以看出，添加1/12、1/6和1/4園土處理組馬藺地上部和根系可溶性蛋白含量與對照組相比，均未發生顯著性變化，表明施加田園土對高鹽土壤條件下馬藺幼苗可溶性蛋白含量沒有明顯的影響。

由圖3-B可以看出，添加1/12、1/6和1/4草炭處理組馬藺地上部可溶性蛋白含量與對照組相比，均顯著增加，其中，添加1/12草炭處理組馬藺地上部鮮質量與對照組的差異最大;由圖3-D可以看出，添加1/12、1/6和1/4草炭處理組馬藺根系可溶性蛋白含量與對照組相比，均沒有顯著性的變化。結果表明，施加草炭能夠增加高鹽土壤條件下馬藺幼苗地上部可溶性蛋白含量。

2.4 不同土壤改良措施對高鹽土壤條件下馬藺POD活性的影響

由圖4-A可以看出，添加1/12和1/6園土處理組與對照組相比，馬藺地上部POD活性有所升高，其中添加1/12園土處理組地上部POD活性升高最為明顯，為對照的2.74倍，而添加1/4園土處理組地上部POD活性沒有明顯改變。由圖4-C可以看出，添加1/12、1/6和1/4園土處理組馬藺根系POD活性與對照相比有所升高，但差異均不顯著。結果表明，施加田園土能顯著提高高鹽土壤條件下馬藺幼苗地上部POD活性。

添加不同量的草炭對高鹽土壤條件下馬藺幼苗地上部和根系POD活性的影響見圖4-B和圖4-D。結果顯示，添加1/12、1/6和1/4草炭處理組馬藺地上部和根系POD活性與對照組相比，均沒有顯著性的變化。結果表明，施加草炭對高鹽土壤條件下馬藺幼苗POD活性沒有明顯的影響。

2.5 不同土壤改良措施對高鹽土壤條件下馬藺CAT活性的影響

由圖5-A可見，添加1/12、1/6和1/4園土處理組與對照組相比，馬藺地上部CAT活性沒有發生明顯變化;由圖5-C可見，添加1/12、1/6和1/4園土處理組馬藺根系CAT活性與對照相比均有所升高，其中添加1/6園土處理組升高最為明顯，為對照的3.88倍。結果表明，施加田園土能顯著提高高鹽土壤條件下馬藺幼苗根系CAT活性。

由圖5-B和圖5-D可以看出，添加1/12、1/6和1/4草炭處理組馬藺地上部和根系CAT活性與對照組相比，均沒有明顯的變化。結果表明，施加草炭對高鹽土壤條件下馬藺幼苗CAT活性沒有顯著影響。

3 討論

土壤鹽漬化可導致耕地面積減少，作物生產力下降，是限制糧食生產最主要的環境因素之一[17]。目前，鹽漬化土地面積每年以10%的速度增長，估計到2050年，超過50%的耕地將被鹽化[18]。因此，急需合適的策略來緩解土壤鹽堿化所帶來的影響。植物修復技術，如在鹽堿地上種植耐鹽植物，因其綠色、無二次污染和成本低等特點具有非常好的優勢[19]。本研究中的試驗材料馬藺是一種抗逆性強，且具有高觀賞價值的鹽生花卉，在鹽漬地改良中具有廣闊的應用前景[20]。

土壤中過高濃度的鹽分會影響植物的生長發育過程，包括種子萌發、營養生長和生殖生長階段[21-24]。本研究表明，在0.50%鹽土上，馬藺幼苗能正常地生長，而在0.75%和 1.00% 鹽土上，馬藺幼苗的生長均受到不同程度的抑制。適當的土壤改良措施，可以改善土壤理化性質，促進植物在鹽漬土上更好地生長，有助于提高植物對鹽土的修復改良效率[25-26]，如添加園土和草炭可以有效改善鹽堿地土壤理化性質，降低含鹽量。有研究發現，添加腐殖酸類物質能夠促進星星草養分的吸收，有助于其生長，并顯著增加其產量，提高抗逆性[26]。POD和CAT是植物中廣泛存在的抗氧化酶，能將H2O2催化成H2O，從而減少脅迫產生的活性氧在植物體內的積累[16]。本研究表明，在1%鹽土上，添加1/6園土能有效緩解高鹽對馬藺幼苗地上部生長的抑制作用，提高根系CAT活性;添加1/12園土能增強馬藺地上部POD活性。有研究表明，在輕、中度鹽堿土壤中施加土壤改良劑（康地寶）能顯著提高棉花幼苗的葉片POD和CAT活性，增加可溶性糖含量[27]。

草炭是沼澤發育過程中的產物，含有大量的有機質，質地松散，通透性強，偏酸性，非常適宜用于灘涂鹽土改良。添加適量的草炭能提高鹽堿土上水稻秧苗的素質[28]。草炭添加量對不同鹽度鹽堿土上水稻秧苗生長的影響也有所不同，在輕、中度鹽堿土添加10%草炭土能促進秧苗的生長，而在重度鹽堿土中添加20%草炭土有利于秧苗的生長[29]。本研究發現，添加1/12草炭能明顯提高馬藺幼苗在1%鹽土中的存活率、地上部鮮質量和可溶性蛋白含量。另有研究表明，添加4%草炭能有效改善鹽漬土的養分供應狀況，增加作物產量[12]。綜上所述，添加園土和草炭均能有效緩解高鹽土條件對馬藺幼苗生長的抑制作用，其中添加1/6園土和1/12草炭的效果最好，可以有效改善馬藺在高鹽土壤上的生長狀況，也將有助于提高馬藺修復改良鹽堿地的效率。

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