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两种典型盐生植物耐盐机理及应用耐盐植物改良盐渍土研究

李瑞利  
【摘要】:土壤盐渍化是一个世界性的资源问题和环境问题。全世界拥有占土地面积约25%的盐渍土,同时土壤的次生盐渍化也日趋严重。近二十年来,关于植物耐盐机理的研究已成为一个热点,但是通常只考虑单一的盐胁迫(NaCl),而往往忽略了碱胁迫和盐碱混合胁迫。由中性盐(NaCl、Na2SO4)引起的胁迫通常称为盐胁迫,而由碱性盐(NaHCO3、Na2CO3)引起的胁迫通常称为碱胁迫。土壤中一旦含有HCO3-或CO32-,将导致土壤pH升高,则植物既受到盐胁迫,又受到碱胁迫。土壤盐化和碱化往往交织在一起,盐碱混合胁迫是盐渍化存在的主要问题之一。以典型盐生植物为材料进行抗盐碱生理研究,对于揭示植物对盐碱混合胁迫的适应机制及盐渍土的生物学治理均具有重要意义。 盐渍土改良的研究已有100多年的历史,主要采用工程措施、化学措施和生物学措施。工程措施和化学措施见效快,但副作用也较大,如利用淡水洗盐,在洗盐的同时,除了可以把钠盐排走外,同时也排走了植物所必需的矿质元素(如氮、磷、钾等);化学措施在排盐的同时还会带来二次污染;这两种措施的造价也比较高。而利用生物学措施,不仅可以避免这些缺点,而且同时可以带来一定的经济效益。 本研究以典型盐生植物互花米草(Spartina alterniflora)和盐地碱蓬(Suaeda salsa)为材料,将中性盐NaCl、Na2SO4和碱性盐Na2CO3、NaHCO3按不同比例混合,模拟出多种不同盐度和pH的混合盐,分别对种子和幼苗进行处理。 种子部分的主要研究结果如下: (1)不同碱度的处理组对两种植物种子萌发的影响趋势基本一致,即均随盐度的增高发芽延迟,发芽率降低。 (2)互花米草和盐地碱蓬种子在低盐度胁迫处理下萌发率较高,在短时间内种子迅速萌发;高盐度胁迫处理下互花米草种子和盐地碱蓬种子萌发率较低,发芽延迟;经胁迫处理未萌发的种子复萌后几乎全部萌发,表明在高盐渍化土壤环境中种子暂不萌发,待适宜条件下复萌,这样就可避免在高盐条件下幼苗的大规模死亡,这可能是互花米草和盐地碱蓬种子耐盐碱的一种机制。 (3)多元回归表明,盐度是影响种子萌发的决定性因素,pH值、缓冲量(代表碱度的指标)对种子萌发影响较小 幼苗部分的主要研究结果如下: (1)在较低的pH下,互花米草能够在所有盐度处理下存活,最高盐度可达600mmol L-1 ([Na+]=900 mmol L-1),表明互花米草具有很高的耐盐性;在中等的碱胁迫下能全部存活(pH≤9.56),表明其具有一定的耐碱性。盐地碱蓬同样具有较高的耐盐性,最高盐度达360 mmol L-1 ([Na+]=480 mmol L-1)时仍能全部存活;盐地碱蓬具有更高的耐碱性,甚至在pH=10.40仍能全部存活。 (2)互花米草和盐地碱蓬幼苗的相对生长率、相对根系活力及电解质外渗率等胁变指标均随盐度和碱性盐比例增加而加剧。此外,对于混合盐碱胁迫而言,盐胁迫与碱胁迫间具有协同作用。 (3)互花米草和盐地碱蓬幼苗中Na+含量随盐度和碱度的增加而增加,同时K+含量减少,表明这两种植物体内Na+和K+吸收存在竞争抑制。游离脯氨酸含量均随着盐度的增加而增加,同时随碱度增加也增加,表明游离脯氨酸不仅作为渗透调节物质,还可能用来平衡植物体内pH平衡。互花米草中可溶性糖含量随盐度和碱度增加而增加,但盐地碱蓬中却减少,表明可溶性糖含量与植物耐盐性的关系在不同植物种类中不同。 (4)盐度、缓冲量、pH的综合是评价盐碱混合胁迫胁强的理想指标。 本研究在天然盐渍土上,种植了包括盐地碱蓬及美国引进的新麦草等二十几种耐盐植物。经过3年的种植,其中盐地碱蓬(Suaeda salsa)、长穗偃麦草(Elytrigia elongata)、高羊茅(Festuca elata)、指状格兰草(Bouteloua dactyoides)、新麦草(Psathyrostachys juncea)5种植物生长旺盛。为考察修复效果,选择种植耐盐植物样地和裸地(对照),对其土壤理化性质、酶活性及微生物数量进行了研究。结果表明,种植3年后,土壤容重明显下降,土壤湿度增加,有机碳、总氮、有效磷和钾含量增加,土壤细菌、真菌、放线菌数量增多,土壤脲酶、脱氢酶、β-葡糖苷酶活性升高,尤其在表层的0~20cm内。本研究结果证实了选用合适的耐盐植物改良盐渍土,在盐渍土恢复过程中扮演重要角色,可以在大面积范围内推广应用。


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