李茂瑾

(福建省惠安赤湖國有防護(hù)林場，福建 惠安 362131)

福建省海岸線長3752 km，其中沙質(zhì)海岸線長達(dá)565.28 km，占總長度的15.07%，橫跨28個沿?？h、市、區(qū)[1]，在沿海風(fēng)口沙荒地帶經(jīng)常由于降雨不足或大風(fēng)引發(fā)植物組織內(nèi)水分虧缺造成干旱的情況并不少見；同時，海岸前沿地帶海潮、鹽霧帶來的鹽分對植物造成的鹽害，也稱鹽脅迫[2]是沿海風(fēng)口地區(qū)植被恢復(fù)困難的原因之一。目前沙質(zhì)海岸造林樹種以木麻黃為主，但是風(fēng)口地段的基干林帶因惡劣的氣候環(huán)境造成斷帶、缺口以至于防護(hù)功能下降；新造林分因考慮造林成本沒有采取人工防護(hù)措施導(dǎo)致造林失敗或成為低效林分的現(xiàn)象不少見，因此建立喬木為主體，灌、草為輔的多功能、多層次植被帶是沿海風(fēng)口困難立地防沙治沙的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

灌木物種的選擇首先考慮的是天然分布的鄉(xiāng)土植被同時具有一定耐旱和耐鹽的植物，因?yàn)樗鼈兡軌虺浞诌m應(yīng)濱海沙地的氣候條件[3]。林投(Pandanustectorius)為露兜樹科露兜樹屬常綠分枝灌木或小喬木，具多分枝或不分枝的氣根；葉簇生于枝頂，3行緊密螺旋狀排列、條形，葉緣和背面中脈均有粗壯的銳刺[4]，福建省主要分布于漳州、廈門沙質(zhì)海岸前沿，能耐鹽堿和風(fēng)沙，是理想的治沙樹種。目前有關(guān)林投方面的研究較少，多集中在樹體營養(yǎng)成分[5]和果實(shí)精油成分研究[6]，有關(guān)脅迫方面的研究未見相關(guān)文獻(xiàn)報道。因此，本研究以林投為對象實(shí)施苗木鹽分和水分雙重脅迫試驗(yàn)，探討其耐性指標(biāo)和在惡劣條件下的適應(yīng)能力，為進(jìn)一步合理運(yùn)用林投在風(fēng)口地段治沙造林提供參考。

1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在福建省惠安赤湖國有防護(hù)林場苗圃，位于惠安縣崇武半島，靠近海岸線，東經(jīng)118°55′、北緯24°35′。屬于南亞熱帶海洋性季風(fēng)氣候，年均氣溫20.7 ℃，最高氣溫36.6 ℃，最低氣溫3.6 ℃，年蒸發(fā)量2056.7 mm，干濕季明顯，干旱頻度大，夏季多臺風(fēng)，秋冬盛行東北風(fēng)，7～8級大風(fēng)天數(shù)超過100 d。

2 材料和方法

2.1 材料的選擇和處理

試驗(yàn)材料選用林場苗圃培育的2年生植株。2013年3月初挑選生長良好，苗高相對一致的苗木連營養(yǎng)袋一起移入裝滿干沙的塑料桶中，桶底鉆孔以便排水，移入后馬上澆水，并隔天噴水保持桶內(nèi)濕潤，60 d后待生長狀況穩(wěn)定后(5月16日)搬入苗圃旁的溫室大棚實(shí)施試驗(yàn)。

2.2 試驗(yàn)設(shè)計方法

試驗(yàn)采用二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，參試因子為鹽分含量和干旱時間。根據(jù)野外觀測，林投在高潮位海水淹沒處可見分布，且試驗(yàn)地連續(xù)30 d干旱無雨氣候常見，因此鹽分含量(X1)0水平取值3.3%，水平間距為1.1%；干旱時間(X2)0水平取值30 d，水平間距為10 d。共計13個試驗(yàn)號，每個試驗(yàn)號20株，共260株。每個試驗(yàn)號根據(jù)設(shè)計調(diào)好鹽溶液(食用鹽配制)澆入直至桶底有水滲出，其后不再補(bǔ)充水分直至試驗(yàn)結(jié)束。各因子水平編碼及實(shí)施水平設(shè)計見表1。

表1 林投苗木脅迫試驗(yàn)因子水平編碼

2.3 調(diào)查計算方法

試驗(yàn)開始時先標(biāo)記植株中心3個葉片作為測量苗高生長量的本底值，調(diào)查時間依據(jù)試驗(yàn)設(shè)計的干旱時間調(diào)查苗高生長量。采用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)輸入和處理，回歸分析采用DPS統(tǒng)計分析軟件建立數(shù)學(xué)模型。

3 結(jié)果與分析

3.1 脅迫下植株受害情況

林投在干旱脅迫至20 d時，5種鹽分含量下葉片沒有出現(xiàn)明顯的受害特征；30 d后鹽分含量≥3.3%的苗木部分苗木邊緣的葉片顏色由深綠變?yōu)辄S綠，部分葉片中間出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)或穿孔；隨著干旱時間的增加，至試驗(yàn)結(jié)束，鹽分含量≥4.4%的苗木邊緣的3～4片葉片尖端逐漸開始干枯到基部并枯死，表現(xiàn)出失水的受害特征，葉片中間出現(xiàn)褐色斑點(diǎn)的情況比鹽分含量≤3.3%的苗木嚴(yán)重，但沒有苗木死亡的現(xiàn)象。

3.2 效應(yīng)模型的建立與顯著性檢驗(yàn)

按照二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合設(shè)計，以生長量為因變量，建立與鹽分含量(X1)和干旱時間(X2)為自變量的處理效應(yīng)模型，并進(jìn)行效應(yīng)模型和回歸系數(shù)的顯著性檢驗(yàn)，實(shí)施方案和方差分析見表2、表3。

根據(jù)試驗(yàn)設(shè)計方案及試驗(yàn)結(jié)果，估計二次多項(xiàng)式回歸方程中各個回歸系數(shù)。檢驗(yàn)各個系數(shù)的顯著性，回歸方程失擬項(xiàng)的F1檢驗(yàn)，以及二次回歸模型的F2檢驗(yàn)。只有當(dāng)失擬項(xiàng)F1不顯著，且二次回歸模型的F2檢驗(yàn)顯著時，說明試驗(yàn)數(shù)據(jù)與所采用的二次數(shù)學(xué)模型基本上是符合的。二次回歸方程與實(shí)際情況擬合得較好，可以用來優(yōu)化、預(yù)報[7]。

根據(jù)表2的試驗(yàn)結(jié)果，通過回歸分析，建立以生長量為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型為：

(1)

回歸方程及偏相關(guān)系數(shù)方差分析結(jié)果(表3)表明，二次回歸模型的回歸項(xiàng)F2檢驗(yàn)顯著，顯著性小于0.05，而失擬項(xiàng)F1不顯著，說明不存在其他有顯著影響的因素，表明回歸方程與實(shí)際值擬合度較高，試驗(yàn)數(shù)據(jù)與所采用的二次數(shù)學(xué)模型基本上是符合的。經(jīng)剔除不顯著項(xiàng)后，簡化的回歸方程為：

(2)

簡化的回歸方程中由于模型中主效應(yīng)一次項(xiàng)的各因子均經(jīng)過無量綱線形變換，偏回歸系數(shù)已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，因此，可以從其絕對值大小直接判斷各脅迫因子對生長量作用的大小程度[8]。從方程(2)可以看出干旱時間(X2)對生長量的影響大于鹽分含量(X1)。

表3 試驗(yàn)結(jié)果方差分析

3.3 交互效應(yīng)分析

干旱時間和鹽分含量2個因子交互效應(yīng)分析，利用所建立的模型經(jīng)過計算結(jié)果見表4。

表4 林投2因子交互效應(yīng)生長量

*：行編碼為干旱時間；列編碼為鹽分含量；下同。

根據(jù)表4可知，當(dāng)鹽分含量固定時，隨著干旱時間的增加，生長量增大，到編碼1水平也即40 d達(dá)到峰值，隨后數(shù)值的減小，意味著沒有水分的補(bǔ)充，苗木有枯死的趨勢；當(dāng)干旱時間固定時，隨著鹽分含量減小，脅迫程度減輕，苗木生長量逐漸增加，即林投在鹽分脅迫下生長會受到影響。

從表5可以看出，在干旱時間編碼0水平，即30 d平均日生長量達(dá)到最大值，說明林投在一定的鹽脅迫水平下即使出現(xiàn)干旱的天氣也可持續(xù)生長30 d，隨后生長衰退，試驗(yàn)中各鹽分含量下沒有出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，說明林投具有較強(qiáng)的耐旱和耐鹽性。

表5 林投2因子交互效應(yīng)平均日生長量

3.4 林投苗木耐性閾值的確定

利用建立的回歸方程進(jìn)行模擬尋優(yōu)處理。在本試驗(yàn)中按照生長量大于平均值(3.82 cm)為標(biāo)準(zhǔn)，最佳配比方案共有14個，配比方案中各個因子頻率見表6。

從表6可以看出，X1的編碼值分布在-1.414～1.414之間，頻率較為平均，表明林投在試驗(yàn)區(qū)間內(nèi)具有較好的耐鹽性；X2的編碼值在0～1.414之間，說明林投耐旱最優(yōu)值在此區(qū)間，具有較長的耐旱時間。通過計算鹽分含量在95%的分布區(qū)間編碼值為-0.659～0.456，轉(zhuǎn)化為實(shí)際實(shí)施水平為2.58%～3.80%，干旱時間在95%的分布區(qū)間編碼值為-0.562～1.162，轉(zhuǎn)化為實(shí)際實(shí)施水平為24～41 d。結(jié)合上述交互效應(yīng)分析，確定林投在本試驗(yàn)條件下耐鹽閾值為3.80%，大于海水鹽分含量，耐旱時間閾值為41 d。

表6 配比方案各因子頻率表

4 結(jié)論與討論

在溫室大棚以林投2年生苗木為對象，采用二次回歸通用旋轉(zhuǎn)組合試驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行苗木鹽分和水分雙重脅迫試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果經(jīng)回歸分析后建立以生長量為目標(biāo)函數(shù)的數(shù)學(xué)模型，經(jīng)方差分析檢驗(yàn)顯著，說明回歸方程與實(shí)際情況擬合得較好。依據(jù)回歸方程判斷干旱脅迫為影響苗木生長的主要因子，鹽分脅迫為次要因子。

從鹽分和干旱雙重脅迫下出現(xiàn)的受害特征情況來看，林投苗木在本試驗(yàn)條件下即使是高脅迫水平，僅葉片部分受害，沒有出現(xiàn)死亡的現(xiàn)象，說明在適度鹽分下林投正常生長不受影響，但鹽分過高，植物生長受阻，該結(jié)果與濱梅幼苗進(jìn)行NaCl脅迫的研究結(jié)論一致[9]。綜合分析結(jié)果表明，在本試驗(yàn)條件下林投耐鹽閾值為3.80%，耐旱時間閾值為41 d。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，林投理論上具有較強(qiáng)的耐旱和耐鹽性，但是在實(shí)際造林時，由于海岸風(fēng)口沙荒地自然條件惡劣，為確保造林成活率，須具體情況酌情分析。例如高潮時海水的反復(fù)淹沒是對植物造成鹽害的主要因素，試驗(yàn)表明海水的短時浸泡對林投的正常生長沒有影響，但海流的沖刷形成根系裸露暴曬死亡或某些地段漂來的生活垃圾堆積導(dǎo)致造林失敗，因此，造林地應(yīng)選擇在海水高潮位潮水線與陸地連接處；干旱形成的原因有東北風(fēng)危害、高溫少雨、土壤干旱等，應(yīng)根據(jù)不同的原因采取相應(yīng)的應(yīng)對措施[10-12]。由于植物的耐旱和耐鹽性是一個非常復(fù)雜的生理過程，受試驗(yàn)條件所限林投自身耐性機(jī)理研究未能實(shí)施，還需做進(jìn)一步的深入探討。

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