起壟高度對黑果枸杞生長及生理特性的影響

張琛, 韓婷, 馬潔, 楊涓, 劉根紅, 鄭國琦

(寧夏大學生命科學學院, 銀川 750021)

土壤鹽漬化作為世界上最嚴重的生態(tài)問題之一，很大程度地制約了農業(yè)發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，中國現(xiàn)有的鹽漬化土地約有3.6×107hm2，廣泛分布于華北、東北、西北及沿海地區(qū)[1]。我國西北地區(qū)地處內陸，氣候干燥，降水量少，且由于氣候影響，土壤鹽分聚集，鹽漬化程度較高、面積較大，當?shù)氐霓r業(yè)發(fā)展深受限制。對于鹽堿地的改良和利用方法，目前主要有物理改良、化學改良、農藝改良、工程改良和生物改良，其中，生物改良被認為是最為持久和高效的。我國鹽生植物資源豐富，有400余種，占世界總數(shù)的四分之一[2]。因此，利用鹽生植物的生態(tài)價值和經濟價值去改善環(huán)境，增加收益，達到可持續(xù)發(fā)展的效果，對鹽堿地的開發(fā)與利用具有重要意義。

黑果枸杞(LyciumruthenicumMurr.)為茄科枸杞屬多年生灌木，漿果藥用，廣泛分布于我國西北鹽堿荒漠地區(qū)[3]，可以在河湖沿岸等高鹽漬環(huán)境下正常生長，并表現(xiàn)出極強的耐鹽性[4]。目前關于黑果枸杞的研究，主要集中在黑果枸杞育種及栽培繁殖技術、耐鹽適應性、分子與遺傳多樣性、藥用、經濟及生態(tài)價值等方面[5]，關于鹽堿地黑果枸杞適宜栽培方法的研究相對較少。作為抗旱耐鹽植物的一種，黑果枸杞不僅具有很高的營養(yǎng)價值和藥用價值，而且還對西北鹽堿荒漠地區(qū)脆弱生態(tài)環(huán)境的維護和改良具有十分重要的作用[6]。

壟作是廣泛應用于土壤改良和農業(yè)生產的栽培方式。與平作相比，壟作栽培可以提高作物產量、改善土壤水分、溫度、通氣等土壤性狀，而且通過起壟還可人為改變植物根系與地下水位的距離。鄭旭等[7]研究表明，鹽堿地起壟栽培可以改善食葉草根系生長和促進產量增加；莊舜堯等[8]研究表明，壟作栽培可顯著提高鹽堿地籽粒莧的生物量，說明鹽堿地起壟栽培可以顯著促進植物生長并提高作物產量。寧夏回族自治區(qū)屬于西北內陸，在引黃灌區(qū)邊緣區(qū)，由于氣候干旱，地勢低洼，土壤鹽漬化程度重，加之地形地貌條件不利于排水，導致該地區(qū)地下水位常年維持在較高水平，嚴重抑制了植物生長和當?shù)赝恋刭Y源的利用。為了進一步開發(fā)利用這一類型低洼鹽堿地，本研究以寧夏銀北地區(qū)低洼鹽堿地常見野生耐鹽植物黑果枸杞為試驗材料，模擬該地區(qū)溝湖沿岸正常生長的黑果枸杞，通過起壟栽培方式，研究不同起壟高度對黑果枸杞生長及生理特性的影響，為研究低洼鹽堿地黑果枸杞的適宜栽培方式提供理論依據(jù)，并為低洼鹽堿地土地利用提供實踐基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點

試驗地設在寧夏回族自治區(qū)石嘴山市惠農區(qū)燕子墩鄉(xiāng)黑果枸杞基地，海拔1 140 m，地處西北內陸，屬中溫帶大陸性氣候，四季分明，晝夜溫差大。全年日照時數(shù)2 955 h，年平均氣溫8.3～8.6 ℃，無霜期176 d，年降雨量260.7 mm。試驗區(qū)地勢低平，地處黃河灌區(qū)，春季項目監(jiān)測區(qū)表層0～20 cm土壤pH變化范圍在8.65～9.24之間，平均pH為8.93，全鹽含量變化幅度在3.55～22.35 g·kg-1之間，平均全鹽含量為16.65 g·kg-1，地下水埋深在0.9～1.1 m之間，而夏秋季平均地下水位維持在0.7～0.9 m左右。

1.2 試驗材料

選取種植于寧夏回族自治區(qū)石嘴山市惠農區(qū)燕子墩鄉(xiāng)黑果枸杞基地的黑果枸杞為試驗材料，設置不起壟(對照，H1)、起壟20 cm(H2)、起壟40 cm(H3)共3個栽培處理，3次重復，單因素隨機區(qū)組排列。通過各處理設置的地下水位觀測井觀測并記錄地下水位數(shù)據(jù)。黑果枸杞苗木于2018年4月中旬栽植，待苗木成活后，于后期生長適應期，即8月13日(T1)、9月2日(T2)、10月1日(T3)3個不同生長時期，標記樣株，田間測定相關生長指標，并隨機采集不同處理的植株葉片裝入塑料袋，扎口，采樣箱低溫避光保存帶回，部分烘干儲存用于后期生理指標的測定。

1.3 測定指標及方法

1.3.1地下水位監(jiān)測及土壤全鹽、pH 測定 地下水位監(jiān)測：采用直徑5 cm的PVC管，底部密封，側面打孔，用無紡布包裹后做成高200 cm的觀測井，于4月6日統(tǒng)一布設于田間，一周后，進行地下水位觀測。觀測井的布設按200 m間距布設，共布設監(jiān)測井9個。

土壤全鹽、pH測定：分別于地上部第一次采樣時間T1(8月13日)和最后一次采樣時間T3(10月1日)采集不同處理的0～20 cm和20～40 cm土樣，采用電導率法，水土比為5∶1，進行全鹽和pH測定，采用的儀器分別為上海雷磁生產的DDS-11A 臺式電導率儀和PHBJ-260F型便攜式pH計。

1.3.2生理指標測定 采用卷尺和游標卡尺測量提前標記好的黑果枸杞樣株的枝長和莖粗；葉面積采用透明方格法進行測量[9]；采用烘干法測定干物質含量，因黑果枸杞為多年生灌木，生長緩慢，但地上部葉片對外界環(huán)境的改變相對比較敏感，因此僅測定葉片的干物質含量。取烘干的植株葉片，參照高俊鳳[9]方法測定葉綠素含量。采用茚三酮法[9]測定黑果枸杞葉片的脯氨酸含量；采用蒽酮-硫酸法[9]測定可溶性糖含量，采用火焰光度法[10]測定葉片的鉀、鈉離子含量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用SPSS 17.0對試驗數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，采用DUNCAN’S法進行方差分析。

2 結果與分析

2.1 地下水位監(jiān)測及不同處理的土壤全鹽和pH

2.1.1試驗區(qū)地下水位監(jiān)測結果 由圖1可以看出，試驗區(qū)春季(4月13日)平均地下水位埋深為94.1 cm，之后地下水位逐漸上升，并在7月15日和8月15日達到最高，地下水位埋深維持在66 cm左右，之后地下水位又逐漸下降，試驗地所在區(qū)域為低洼鹽堿地，地下水位埋深的變化受該區(qū)域周圍農田灌水高峰期以及降雨的影響顯著。

2.1.2不同處理的土壤pH和全鹽含量測定結果

由圖2可知，T1和T3時期，H1處理的0～20 cm土壤pH均顯著高于20～40 cm土壤(P<0.05)；而H2處理2個土層土壤pH則表現(xiàn)出相反的變化趨勢；T1時期，H3處理的0～20 cm土壤pH顯著低于20～40 cm土壤(P<0.05)，而T3時期，H3處理的0～20 cm土壤pH與20～40 cm土壤無顯著差異(P>0.05)。T1時期(8月份)，3種起壟處理的0～20 cm土層土壤pH表現(xiàn)為H1>H2>H3，H3處理土壤pH最低，3個處理差異顯著；H2處理的20～40 cm土層土壤pH顯著高于H1和H3處理，H1和H3處理間無顯著差異。T3(10月份)時期，H2處理的0～20 cm土層土壤的pH顯著低于H1和H3處理，H1和H3處理間無顯著差異；不同處理的20～40 cm土層土壤pH表現(xiàn)為H3>H1>H2，3個處理間差異顯著。綜合比較，8月份H3處理的土壤pH顯著低于其他處理，而10月份H2處理的土壤pH顯著低于其他處理。

T1和T3時期，H1處理0～20 cm土壤全鹽含量均低于20～40 cm土壤，而H2和H3處理則呈現(xiàn)相反的變化趨勢。隨時間轉移，H1和H2處理不同土層土壤全鹽含量都呈現(xiàn)上升趨勢，而H3處理則呈現(xiàn)相反的變化趨勢。T1時期(8月份)，3種起壟處理的0～20 cm土層土壤全鹽含量表現(xiàn)為H3>H2>H1，H1處理土壤全鹽含量相對最低，3個處理差異顯著；H1和H2處理的20～40 cm土層土壤全鹽含量顯著低于H3處理，H1和H2處理間無顯著差異。T3(10月份)時期，H1處理的0～20 cm土層土壤的全鹽含量顯著低于H2和H3處理，H2和H3處理間無顯著差異；而不同處理的20～40 cm土層土壤全鹽含量表現(xiàn)為H2>H3>H1，3個處理間差異顯著。結果表明，起壟處理土壤全鹽含量顯著高于不起壟處理。

2.2 起壟高度對黑果枸杞生長的影響

2.2.1不同處理對黑果枸杞生長特性的影響

由圖3可知，不同處理T1、T2、T3(8、9、10月份)3個時期測定的黑果枸杞枝長情況基本相同，均表現(xiàn)為H1處理的黑果枸杞枝長最短，顯著低于H2和H3處理，而H2和H3處理間差異不顯著。表明進行起壟處理后黑果枸杞枝長較不起壟處理顯著增加。不同處理T1、T2、T3時期測定的黑果枸杞莖粗均差異不顯著。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異在P<0.05 水平具有統(tǒng)計學意義。

2.2.2不同處理對黑果枸杞葉面積及其干物質含量的影響 由不同處理T1、T2、T3(8、9、10月份)3個時期黑果枸杞葉面積測定結果(圖4)可知，H1、H2處理的黑果枸杞葉面積隨時間推移逐漸減小，而H3處理的葉面積表現(xiàn)出相反的變化趨勢。T1時期(8月份)，H1處理的黑果枸杞葉面積顯著低于H2和H3處理，H2和H3處理間無顯著差異。T2和T3(9、10月份)時期，3個處理的黑果枸杞葉面積表現(xiàn)為H3>H2>H1，H1處理的葉面積最低，3個處理差異顯著。說明起壟處理后黑果枸杞葉面積顯著大于不起壟處理，各處理黑果枸杞葉面積的排序總體表現(xiàn)為H3>H2>H1。3個處理黑果枸杞的葉片干物質含量均隨時間推移不斷增加。T1和T2(8、9月份)時期，不同處理間葉片干物質含量差異不顯著。T3(10月份)時期，H2處理的葉片干物質含量顯著高于H1和H3處理，H1和H3處理間無顯著差異。綜合可知，10月份H2處理的葉片干物質含量顯著高于其他處理。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學意義。

2.2.3不同處理對黑果枸杞葉綠素含量的影響

由不同處理T1、T2、T3(8、9、10月份)3個時期的黑果枸杞葉片葉綠素含量測定結果(圖5)可知，3個處理的黑果枸杞葉片葉綠素含量隨著時間推移呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢。T1(8月份)時期，H1處理的黑果枸杞葉片葉綠素含量最高，顯著高于H2處理。T2(9月份)時期，H3處理葉綠素含量顯著高于H1和H2處理，H1和H2處理間無顯著差異。T3(10月份)時期，H2處理的黑果枸杞葉片葉綠素含量最高，顯著高于H1處理。綜合比較，在9、10月份時起壟處理的黑果枸杞葉片葉綠素含量比不起壟處理高，3個時期中10月份的葉片葉綠素含量最高。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學意義。

2.3 起壟高度對滲透調節(jié)物質的影響

2.3.1不同處理對黑果枸杞葉片可溶性糖含量的影響 滲透調節(jié)是鹽生植物抵御鹽堿脅迫的主要方式之一，是鹽生植物在高鹽脅迫下保持地上部分水分供應的重要調節(jié)機制。由不同處理T1、T2、T3(8、9、10月份)3個時期測定的黑果枸杞可溶性糖含量結果(圖6)可知，H1處理下黑果枸杞可溶性糖含量隨時間逐漸上升，H2、H3處理黑果枸杞可溶性糖含量呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢。T1和T3時期(8、10月份)，3個處理間的可溶性糖含量無顯著差異。T2(9月份)時期，H3處理的可溶性糖含量最高，顯著高于H1和H2處理，H1和H2處理間無顯著差異。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學意義。

2.3.2不同處理對黑果枸杞葉片脯氨酸含量的影響 由不同處理T1、T2、T3(8、9、10月份)3個時期的脯氨酸含量測定結果(圖7)可知，3個處理的脯氨酸含量均表現(xiàn)出隨時間推移逐漸上升的趨勢。T1時期(8月份)，不同處理間脯氨酸含量無顯著差異。T2時期(9月份)，H1處理脯氨酸含量相對最高，顯著高于H2處理。T3(10月份)時期，H2處理脯氨酸含量顯著高于H1和H3處理，H1和H3處理間差異不顯著。T3時期葉片的脯氨酸含量是3個時期中最高的。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學意義。

2.3.3不同處理對黑果枸杞葉片鉀鈉離子含量的影響 由不同處理下不同時期黑果枸杞的鉀離子含量測定結果(圖8)可知，H1處理的K+含量隨時間推移逐漸上升，而H2和H3處理的K+含量則呈現(xiàn)先上升后下降的變化趨勢。T1時期(8月份)，H2和H3處理的葉片K+含量高于H1處理，其中H2處理與H1處理間存在顯著差異。T2時期(9月份)，不同處理間K+含量差異不顯著。T3(10月份)時期，H1處理的K+含量顯著高于H2和H3處理，H2和H3處理間差異不顯著。3個處理的葉片Na+含量隨時間推移均呈現(xiàn)先下降后上升的變化趨勢。T1、T2、T3(8、9、10月份)時期，H1處理的Na+含量均顯著高于H2和H3處理，H2和H3處理間無顯著差異。3個處理的葉片K+/Na+隨時間推移均呈先上升后下降的趨勢。T1和T2時期(8、9月份)，H1處理的K+/Na+顯著低于H2和H3處理，H2和H3處理間無顯著差異。T3(10月份)時期，3個處理的K+/Na+表現(xiàn)為H2>H3>H1，H2處理最高，3個處理間均存在顯著差異。說明起壟處理的黑果枸杞K+/Na+顯著高于不起壟處理。

注:不同小寫字母表示同一時期不同處理間差異在P<0.05水平具有統(tǒng)計學意義。

3 討論

3.1 起壟改變了土壤pH和鹽分含量

茄科植物黑果枸杞屬于典型的鹽生植物，而鹽生植物生長需要一定的鹽環(huán)境，當外界鹽濃度超過其生長最適濃度時會導致其生長減緩[11]。壟作是一種保護性的耕作方法，可以改變土壤理化性質, 為根系生長提供良好條件[12]。本研究通過起壟(相對降低了地下水位)創(chuàng)造了不同的地下水位埋深，也使不同起壟高度的土壤全鹽、pH環(huán)境各具差異。其中不起壟處理采樣深度越深，土壤全鹽總量越高，土壤pH越低；而起壟處理后情況相反，起壟20和40 cm處理后因土壤鹽分表聚，于0～20 cm處采得土樣的全鹽總量高于20～40 cm處采得的土樣，深層土壤pH較表層明顯上升。根據(jù)試驗地水位監(jiān)測結果和土壤全鹽、pH的變化，可得出由于不同程度的起壟使地下水位相對降低，影響了不同起壟高度不同土層土壤鹽分的分布。不同程度的鹽脅迫會對黑果枸杞的植株生長造成影響。起壟栽培方式會對黑果枸杞生長及生理指標造成影響。

3.2 起壟可以促進黑果枸杞的生長

低鹽可促進枸杞生長，但鹽濃度過高，枸杞則生長減緩[13]。鹽脅迫可使植物葉面積擴展速率降低；隨著含鹽量的增加，葉面積停止增長，根、莖、葉的鮮重、干重降低，由于缺乏足夠的水分和礦質營養(yǎng)，植物葉綠素含量較低[14]。而葉片葉綠素含量反映植物光合能力，是衡量其耐鹽性的重要指標[15]。本研究發(fā)現(xiàn)，不起壟處理的鹽分含量低于起壟處理，但不起壟處理的黑果枸杞的枝長、葉面積、葉片干物質含量和葉綠素含量等各項生長指標均低于起壟20和40 cm處理，植株的葉片已明顯呈針葉狀，初步顯示出不起壟處理較淺的地下水埋深抑制了黑果枸杞的正常生長。而葉綠體的光合功能對逆境脅迫很敏感，在受到脅迫后其光合速率降低[16]。綜合來看，通過起壟相對降低低洼鹽堿地的地下水位，有利于黑果枸杞的生長。

3.3 起壟對黑果枸杞滲透調節(jié)物質積累的影響

3.3.1有機滲透調節(jié)物質 逆境脅迫下，植物可通過合成有機溶質進行滲透調節(jié)，進而緩解體內因水分虧缺所引起的滲透脅迫[17]，且隨著逆境脅迫時間增長, 枸杞植株體內滲透調節(jié)物質累積增加，適應性增強[18]。例如，一些植物在鹽脅迫下，細胞內部分大分子物質逐漸水解，可溶性糖含量增加，以提高植物細胞原生質保護和滲透調節(jié)能力[19]；脯氨酸作為滲透調節(jié)物質可以緩解鹽脅迫的傷害, 還能調節(jié)細胞內各種代謝反應過程，維持微環(huán)境平衡[20]。在鹽堿地生長的各樹齡枸杞，可溶性糖主要在地下部積累, 在地上部無明顯變化，而脯氨酸無論在地上部還是在地下部都可大幅積累[21]。本研究發(fā)現(xiàn)，3個處理的黑果枸杞葉片可溶性糖積累量在8和10月份時無顯著差異，僅9月份起壟40 cm處理的黑果枸杞葉片可溶性糖含量顯著高于不起壟處理，而葉片脯氨酸含量隨土壤鹽分含量與鹽脅迫時間的增加，到后期呈現(xiàn)出起壟20 cm>起壟40 cm>不起壟的趨勢，即起壟后土壤表層鹽分大幅增加，導致黑果枸杞葉片脯氨酸含量的大幅上升。

3.3.2無機滲透調節(jié)物質 滲透調節(jié)物質除了有機小分子，還有一類是無機離子。在鹽脅迫下，植物會從外界環(huán)境中吸收并累積K+、Na+等無機離子，經區(qū)域化聚集在液泡中[22]。對一些鹽生植物來說，正常濃度的Na+可提高植物細胞滲透勢，但當受到高鹽脅迫時往往又受到Na+為主的離子毒害，主要表現(xiàn)為高濃度Na+置換質膜上的Ca2+，質膜功能受到破壞，胞內K+外滲，使細胞K+/Na+下降[22]。本研究中，葉片 K+含量在3個處理下8、9月份時起壟處理明顯高于不起壟處理，到10月份時則低于不起壟處理。不起壟處理的Na+含量始終顯著高于起壟處理。進行起壟處理后黑果枸杞K+/Na+始終顯著高于不起壟處理。不起壟處理的黑果枸杞葉片組織中的K+/Na+最低，表明不起壟處理植株受到的逆境脅迫最嚴重。

綜上所述，不同起壟高度處理對黑果枸杞的生長狀況及生理特征影響不同。其中，不起壟處理的植株受到的不良影響最大，其枝長最短，葉片面積小，葉片干物質積累較少，葉綠素含量較低，葉片Na+含量最高，K+/Na+最低。起壟栽培方式下黑果枸杞植株的生長和抗逆指標都有所改善。生長指標方面，起壟20和40 cm處理的植株枝長顯著高于不起壟處理，葉綠素、干物質含量和葉面積也有明顯增長。滲透調節(jié)方面，作為鹽生植物的黑果枸杞，其體內積累的無機滲透調節(jié)物質K+、Na+的作用可能高于有機滲調物質可溶性糖和脯氨酸。不起壟處理的黑果枸杞葉片組織中的K+/Na+最低，生長受到嚴重抑制，而起壟20和40 cm處理的植株體內維持著較高的K+/Na+水平，可以更好適應逆境環(huán)境。