張 凌，高 翱，張蕓香

(山西農(nóng)業(yè)大學 林學院，山西 太谷 030801)

土地鹽堿化是全世界范圍內(nèi)人類共同面對的棘手問題，目前，全世界鹽堿地面積達9.45億hm2，約占陸地總面積的10%[1-2]。我國是世界上鹽堿地面積最大的國家，其總面積占全國可利用土地面積的4.88%[3]，而山西省鹽堿地面積也很大，占平川總面積的9.9%[4]。面對日益嚴重的土地鹽堿化問題，迫切需要改良鹽堿地。目前改良的物理和化學方法需投入高昂的費用，且改造中可將Na+、Cl-等鹽離子和一些植物生長所必需的礦質(zhì)元素清除，造成土地貧瘠等次生問題[5]。利用高耐鹽堿植物進行鹽堿地的生物改良是鹽堿地恢復的重要途徑，篩選適宜的種植材料是實施鹽堿地生物恢復和改良的關(guān)鍵。有關(guān)耐鹽堿植物的研究集中于不同鹽分脅迫下植物的形態(tài)解剖結(jié)構(gòu)[6-8]、生理生化變化[9-11]、抗鹽機制[12-14]的差異響應及耐鹽基因組成、表達調(diào)控、信號傳導[15-16]等分子水平上的研究，有關(guān)植物耐堿性的能力探究相對較少。

杜仲作為我國珍貴的橡膠資源樹種之一，不僅擁有重要的藥用價值，還具有耐旱性等優(yōu)良特性。沙棗、檉柳和梭梭是3種耐鹽灌木樹種，已有研究表明它們具有較強的耐鹽性，但對其耐鹽堿性機制研究尚不明確。本文以杜仲、沙棗、檉柳和梭梭為試驗材料，采用人工模擬鹽堿脅迫的方法，選取2種中性鹽(NaCl、Na2SO4)和2種堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)對4種苗木進行鹽堿脅迫試驗，分析它們的耐受性差異，為鹽堿地植被恢復篩選合適的種植材料提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設置在山西省太谷縣山西農(nóng)業(yè)大學林學院苗圃內(nèi)，地理位置114°E，37°N，海拔793 m。該地區(qū)氣候?qū)儆谂瘻貛Т箨懶约撅L氣候，全年平均氣溫9.9℃，1月平均氣溫-2℃，極端低溫-20℃，6月平均氣溫為14℃，極端高溫34℃，7月平均氣溫24.5℃，極端高溫37℃，全年無霜期181 d，有效積溫3 529℃，全年降水量465.8 mm。

1.2 材料培養(yǎng)

試驗材料為4個樹種的2年生苗，梭梭、沙棗、檉柳來自甘肅省張掖市，杜仲來自山西省運城市聞喜縣。苗木于2016年3月購入，每個樹種挑選均勻一致的苗木50株，定植于厚塑料桶(桶高28 cm，口徑33 cm)中，每桶定植2株，每個樹種25桶，桶底鋪一層厚約3 cm的碎石子，蓋1層厚度1 cm的海綿，穿過海綿插1根長約40 cm的塑料管，裝入預先配制好的培養(yǎng)土。培養(yǎng)土為苗圃園土與商品花土的1∶1混合土，培養(yǎng)土碳含量3.57 g/kg、氮含量1.38 g/kg、磷含量0.24 g/kg、含鹽量0.059%、pH值6.78。定植后的苗木置于遮雨棚下，進行常規(guī)管理，緩苗3個月待用。

1.3 試驗方法

1.3.1 處理條件設定 根據(jù)鹽堿地鹽分組成，選取2種中性鹽(NaCl、Na2SO4)和2種堿性鹽(Na2CO3、NaHCO3)為配制處理液的原藥，將NaCl∶Na2SO4∶NaHCO3∶Na2CO3按摩爾比1∶18∶18∶1的比例混合，并按鹽濃度100 mmol/L的濃度梯度計算單位體積去離子水的混合藥用量，配制成4種鹽度的處理液，以去離子水為對照，分別測定其pH值(表1)。對不同處理液和去離子水處理后的培養(yǎng)土進行取樣測定，其含鹽量和pH值，5個處理依次設為對照、低鹽低堿、中鹽中堿、高鹽高堿和重鹽重堿，相應以CK、A、B、C、D表示(表1)。

表1 處理條件設計及處理后土壤含鹽量和土壤pH值

1.3.2 指標的測定 植株生長指標包括株高、基徑、主根長。

苗木株高和基徑分3次測量，以土面到苗木頂端新芽芽尖的距離為株高，以地面上方植株基部的直徑為基徑，處理開始前測期初值，30 d后測中期值，處理結(jié)束后測期末值，并可用期初和期末值計算增長率，增長率(%)=(期末值-期初值)/期初值。苗木根長只在期末測定1次。

生理指標以葉片為分析樣品在處理結(jié)束后測定，從每個桶剩余1株苗木上進行葉片取樣，將植株剪下，摘取生長發(fā)育最好的葉片，裝入自封塑料袋，標號標簽，臨時存入低溫冰箱，作為生理指標測定樣品。包括葉綠素含量、丙二醛含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量、總有機酸含量。葉綠素含量測定采用丙酮浸提法，分別計算出葉綠素a，葉綠素b及總?cè)~綠素含量。丙二醛含量測定采用三氯乙酸-硫代巴比妥酸法?？扇苄蕴呛繙y定采用蒽酮比色法。脯氨酸含量測定采用酸性茚三酮顯色法。有機酸含量測定采用NaOH滴定法。

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)用Excel處理，SPSS19.0軟件進行方差分析和相關(guān)性分析。文中所有數(shù)據(jù)均以3次重復的平均值表示。檢驗的顯著水平設定為0.05。

2 結(jié)果與分析

2.1 鹽堿脅迫下4個樹種生長指標的變化分析

2.1.1 鹽堿脅迫下4個樹種苗高增長率的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種60 d后的苗高增長率影響變化趨勢為：梭梭和檉柳的苗高增長率先升高后降低，在A處理下出現(xiàn)最高值分別為46.89%和68.4%；杜仲和沙棗不斷降低，對照為最大值分別是20.83%和55.92%。4個樹種都在D處理下苗高增長率最低(圖1)。

圖1 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種苗高增長率的變化

2.1.2 鹽堿脅迫下各樹種基徑增長率的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種基徑增長率影響的變化趨勢為：隨處理強度的增加，檉柳和梭梭的基徑增長率先上升后下降，它們均在A處理下達到最高，分別為69.42%和67.70%，但梭梭的增幅較??；杜仲和沙棗不斷降低，對照為它們最大值。4個樹種都在D處理下基徑增長率出現(xiàn)最小值(圖2)。

2.1.3 鹽堿脅迫下各樹種主根長的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種主根長的影響變化趨勢為：隨處理強度的增加，梭梭和檉柳各組主根長先升高后降低，在A處理下達到最高分別為32.17 cm和35.62 cm；沙棗和杜仲隨著處理強度的增加，主根長則不斷降低，對照為它們的最高值，分別是30.44 cm和27.35 cm。4個樹種都在D處理下主根長出現(xiàn)最小值(圖3)。

圖2 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種基徑增長率的變化

圖3 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種主根長的變化

2.2 鹽堿脅迫下4個樹種生理指標的變化分析

2.2.1 鹽堿脅迫下各樹種葉綠素含量的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種苗木葉綠素含量的影響變化趨勢為：隨鹽堿脅迫強度的增加，杜仲和沙棗的葉綠素含量呈下降趨勢，對照的葉綠素含量最大，分別是2.323 mg/g和1.901 mg/g；梭梭和檉柳則是先升高后降低，A處理下葉綠素含量達到最大，為0.986 mg/g和1.326 mg/g。D處理下4個樹種的葉綠素含量最低(圖4)。

2.2.2 鹽堿脅迫下各樹種丙二醛含量的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種丙二醛含量的影響變化趨勢為：隨鹽堿脅迫強度的增加，杜仲和沙棗的丙二醛含量不斷上升，對照的丙二醛含量最小，分別是6.69 mmol/g和7.48 mmol/g；梭梭和檉柳則是先降低后升高，A處理下丙二醛含量最小，分別是6.49 mmol/g和8.81 mmol/g。4個樹種都在D處理下達到丙二醛含量的最大值(圖5)。

2.2.3 鹽堿脅迫下各樹種可溶性糖含量的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種可溶性糖含量的影響變化趨勢為：隨著處理強度的增加，杜仲和沙棗先升高后降低，梭梭和檉柳總體上升，除杜仲外，沙棗、檉柳和梭梭均在高重度鹽堿脅迫下可溶性糖含量明顯增加(圖6)。

圖4 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種苗木的葉綠素含量變化

圖5 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種苗木的丙二醛含量變化

圖6 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種苗木葉中可溶性糖含量變化

2.2.4 鹽堿脅迫下各樹種脯氨酸含量的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種葉中脯氨酸含量的影響變化趨勢為：脯氨酸同樣是植物重要的滲透調(diào)節(jié)劑，調(diào)節(jié)植物內(nèi)環(huán)境滲透壓。從整體來看，4個樹種脯氨酸含量都隨鹽堿脅迫強度的增加呈不斷上升趨勢，B、C、D處理下均比對照出現(xiàn)大幅上升(圖7)。

2.2.5 鹽堿脅迫下各樹種總有機酸含量的變化分析 不同強度鹽堿脅迫處理對杜仲、梭梭、沙棗和檉柳4個樹種葉中總有機酸含量的影響變化趨勢為：隨鹽堿脅迫的強度增加4個樹種的總有機酸含量呈不斷上升趨勢，對照為它們總有機酸含量的最小值，而D處理下4個樹種的有機酸含量均達到最大值。杜仲、梭梭、沙棗和檉柳的總有機酸含量變化范圍分別是0.26～0.81、0.25～0.67、0.39～0.71、0.29～0.66 mmol/g(圖8)。

圖7 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種葉中脯氨酸含量變化

圖8 不同強度鹽堿脅迫下4個樹種苗木葉片的總有機酸含量變化

3 結(jié)論與討論

植物對外界生境的適應會通過生長發(fā)育狀況表現(xiàn)出來，謝文華[17]等對梭梭鹽脅迫的試驗證明了梭梭適宜在低鹽濃度下生長，魯艷[18]等利用NaCl對檉柳的脅迫發(fā)現(xiàn)100 mmol/L的低濃度NaCl溶液可以促進檉柳的生長，本研究發(fā)現(xiàn)在低鹽低堿(100 mmol/L,pH 8.32)處理下也會促進梭梭和檉柳的生長，株高、基徑等多項生長指標相比對照增加，說明苗木長期在鹽漬土壤環(huán)境下生長可能形成了需鹽適應性。而大多數(shù)樹木都對鹽堿脅迫十分敏感，即使在低鹽堿環(huán)境中生長也會受到抑制，試驗發(fā)現(xiàn)沙棗和杜仲在4組處理下生長均受到影響，但低鹽低堿(100 mmol/L,pH 8.32)處理對它們的抑制作用相對較小。

鹽堿脅迫過高會對植物產(chǎn)生強烈抑制，嚴重阻礙其生長發(fā)育，試驗中隨著處理強度的增加，中度及以上強度鹽堿脅迫對4個樹種都產(chǎn)生了顯著抑制，具體表現(xiàn)在苗木株高和基徑增長率下降，生物量積累減少，根長生長抑制，特別是杜仲，高鹽高堿(300 mmol/L,pH 9.18)和重鹽重堿(400 mmol/L,pH9.55)處理下生長幾乎停滯，株高和基徑增長率接近于零，說明其耐鹽堿能力有限，同時主根長、生物量等多項指標都反映了重鹽重堿(400 mmol/L,pH9.55)對4個樹種的傷害杜仲>沙棗>梭梭>檉柳。

結(jié)合各苗木的生長狀況可以看出，葉綠素含量與苗木的長勢緊密相關(guān)，當苗木葉綠素含量下降時，生長也受到抑制，當處于適宜的環(huán)境中時，葉綠素含量會增加。說明鹽堿環(huán)境會影響苗木葉綠素含量，進而促進或抑制苗木生長。對杜仲和沙棗的研究發(fā)現(xiàn)其丙二醛含量會隨著處理強度的增加而上升，它們受脅迫的傷害程度逐步加深，其中杜仲在處理強度超過中鹽中堿(200 mmol/L,pH 8.32)后丙二醛含量急劇增加，生存難以維持；梭梭和檉柳在低鹽低堿(100 mmol/L,pH 8.32)處理下丙二醛含量相比對照降低，生長較好，但中高強度脅迫下受傷害程度加深，重鹽重堿(400 mmol/L,pH 9.55)處理下丙二醛含量達到最高。

本研究中各苗木葉中脯氨酸含量的變化與上述結(jié)論一致，都隨鹽堿脅迫強度增加而上升，杜仲和沙棗在低鹽堿強度下脯氨酸含量就明顯增加，而梭梭和檉柳在低強度處理下脯氨酸含量變化不顯著，當脅迫強度達到中鹽中堿(200 mmol/L,pH 8.74)，4個樹種的脯氨酸含量都急劇增加。杜仲和沙棗葉中的可溶性糖含量在低鹽低堿下增加，處理強度進一步增大其含量下降，梭梭和檉柳葉中的可溶性糖含量隨處理強度增加不斷上升。

植物中還存在不同濃度的各種有機酸，當外界pH值升高時，植物可以通過體內(nèi)的有機酸調(diào)節(jié)內(nèi)環(huán)境pH 值。有研究表明鹽生植物堿蓬及堿地膚[19]在堿脅迫下地上部分的有機酸總含量顯著上升，類似的結(jié)論在對星星草和向日葵[20]的研究中也有證實。本試驗中4個樹種在鹽堿脅迫下葉片中總有機酸含量都隨脅迫強度的增加而增加，特別是脅迫對維護苗木內(nèi)環(huán)境pH值穩(wěn)定，提高苗木耐堿能力發(fā)揮著積極作用。

低鹽低堿(100 mmol/L,pH 8.32)處理可以促進梭梭和檉柳生長，但鈉鹽濃度達到200 mmol/L，pH值達到8.74時就會對它們產(chǎn)生明顯抑制；沙棗和杜仲始終受到鹽堿脅迫抑制，隨著脅迫強度的增加受抑制程度不斷加深。4個樹種在一定范圍內(nèi)的鹽堿脅迫下，通過增加滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)可溶性糖含量、脯氨酸含量，緩解高鹽環(huán)境對自身的滲透脅迫，提高樹木的吸水能力；隨著脅迫強度的檉加大，4個樹種不斷提升總有機酸含量，維護植物內(nèi)環(huán)境pH值穩(wěn)定，提高自身的抗鹽堿性。