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本文以松嫩平原苏打盐碱化地区优势植物羊草(Leymus chinensis)为试验对象,系统地研究了羊草萌发和生长过程中对不同苏打盐碱胁迫的响应,对羊草移栽治理重度盐碱地技术及相关的调控措施进行了初步探索,旨在为羊草耐盐碱机理研究和重度盐碱化退化草地生态恢复与重建提供相关的科学依据和技术支撑。
试验采用8种盐溶液(NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4、NaHCO3、KHCO3、Na2CO3和K2CO3)及其不同浓度对羊草种子进行胁迫培养。结果表明,碱性盐胁迫对羊草种子萌发和根芽生长的抑制作用大于中性盐,钠盐胁迫的抑制作用大于钾盐,高价盐胁迫的抑制作用大于低价盐。20 mmol·L-1的Na2CO3和NaHCO3,50 mmol·L-1的Na2SO4. K2CO3和KHCO3,100 mmol·L-1的NaCl、KCl和K2SO4对羊草种子萌发均达到显著抑制。各种盐分对羊草根长的抑制作用较芽长更为敏感,除5 mmol·L-1的NaCl、KCl和NaHCO3外,其它盐分浓度对根长的抑制作用均达到显著水平。相同摩尔浓度(以50 mmol·L-1为例)下,羊草种子芽长在NaCl、KCl、Na2SO4、K2SO4、NaHCO3、KHCO3、Na2CO3和K2CO3胁迫下分别比对照下降了26%、5.5%、50.7%、11%、38.7%、37.1%、79%和83.9%。以上8种盐分中以Na2CO3对羊草种子萌发的危害最为严重,其5 mmol·L-1的低浓度即可将环境的pH提高10.0以上。因此,松嫩平原苏打盐碱土表现的高pH主要源于土壤中含有大量Na2CO3成分,土壤高Na+含量和高pH是抑制羊草种子萌发和根芽生长的主要原因。
采用pH7.15的黑土和pH9.08的碱化土进行了4叶龄羊草幼苗的移栽,研究了幼苗在不同pH土壤上的生长规律。结果表明,羊草幼苗株高、叶片的生长和分蘖的发生在碱化土上均较黑土延迟。碱化土上羊草当季株高、叶片数和分蘖数分别是黑土上的93.1%、94.4%和78.1%,地上和地下部生物量分别是黑土上的91.8%和92.1%,除分蘖数外,羊草在2种不同pH土壤上其它生长指标没有显著差异。羊草生长在黑土上地下部以须根为主,干重是碱化土上的1.6倍;生长在碱化土上地下部根茎占绝对优势,其数量和长度分别比黑土上增加了48.9%和22.5%,根茎含水量在黑土和碱化土上分别是须根的1.8倍和1.6倍。羊草在碱化土壤中通过发达的根茎维持体内较高的含水量,是其适应盐碱胁迫的重要生理机制。
采用pH7.15~pH9.78的5种土壤进行了羊草直播盆栽试验,研究了羊草在不同盐碱胁迫下的生物学特性和生理反应。结果表明,pH8.5左右的土壤环境最适宜羊草的生长。随着土壤pH的升高羊草分蘖和地上部生物量均呈下降趋势,当土壤pH达到9.78时,直播后第2年羊草总株数比对照(pH7.15)降低了42.0%,地上部生物量比对照降低了74.1%。盐碱胁迫下,羊草地上部含水量、可溶性糖和叶绿素含量亦呈下降趋势,叶片外渗液电导率则显著升高。羊草的分蘖和地上部生物量是衡量其耐盐碱性强弱的重要生物学指标。直播条件下,随着土壤pH的升高,羊草体内Na+含量显著升高,K+、Ca2+、Mg2+、Fe2+和Zn2+含量不断降低。土壤pH7.15~pH9.78范围内,羊草地上部K+含量为14.5 mg·g-1~24.1mg·g-1,Na+含量为0.8 mg·g-1~9.0 mg·g-1,K+/Na+比值为28.6~1.6。地上部维持相对较高的K+水平,有效地避免了Na+的大量积累,是羊草耐盐碱的重要原因。
羊草光合作用和蒸腾作用日变化反应出羊草具有较高的水分利用效率,苏打盐碱胁迫下,羊草叶片的光合速率和蒸腾速度均显著下降,这是羊草适应环境的主动调节过程,维持了体内较高的水分利用效率是羊草耐盐碱的重要生理机制。
羊草移栽是生物治理苏打盐碱地的一项新突破。移栽叶龄和移栽方式直接影响羊草幼苗的成活率,是羊草移栽技术的关键。2叶龄羊草幼苗移栽成活的最高土壤pH为10.17,成活率可达70%,而10叶龄羊草苗在pH10.17的重度盐碱化土壤上移栽成活率可达100%。4叶龄羊草幼苗在pH10.48的重度盐碱土上采用多株带土穴栽方式成活率可达65%以上。调酸和施肥显著提高了羊草移栽成活率和生物量,是羊草移栽技术的有效调控措施,可作为重度苏打盐碱地羊草移栽的配套技术。移栽较直播显著提高了羊草对高pH土壤环境的适应能力,扩大了羊草的种植地域。