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不同水文年型下盐胁迫对白茎盐生草生长的影响.pdf
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1、2023,45(4)DOI:10.13836/j.jjau.2023091江西农业大学学报 Acta Agriculturae Universitatis Jiangxiensishttp:/不同水文年型下盐胁迫对白茎盐生草生长的影响刘巧玲1,赵广兴1,李王成1,2,3*,贾振江1,安文举4,张欣1,刘嘉斌1(1.宁夏大学 土木与水利工程学院,宁夏 银川 750021;2.旱区现代农业水资源高效利用教育部工程研究中心,宁夏 银川 750021;3.省部共建西北土地退化与生态恢复国家重点实验室,宁夏 银川 750021;4.黄河水土保持绥德治理监督局(绥德水土保持科学试验站),陕西 榆林 719
2、000)摘要:【目的】为明晰白茎盐生草在典型干旱区适宜生长的最佳水盐条件和耐盐阈值。【方法】采用室外桶栽控制试验,以当地土壤盐浓度3.2 g/kg(S1)为对照,分别设置4.5 g/kg(S2)、6 g/kg(S3)、10 g/kg(S4)、14 g/kg(S5)、18 g/kg(S6)和22 g/kg(S7)的土壤盐浓度,共7个盐分水平,研究特丰水年(W3)、平水年(W2)、特枯水年(W1)下不同程度盐胁迫对白茎盐生草不同生育期的生长特征、生理变化和生物量的影响。【结果】(1)土壤含盐量为14 g/kg以上时白茎盐生草将无法萌发及生长。(2)不同生育期白茎盐生草对水分和盐分胁迫响应的敏感性不
3、同,水盐胁迫对其生长期的影响高于成熟期。生长期时,水分和盐分对其生长生理等指标均产生显著的影响(P0.05),水盐交互作用对肉质化、叶片保水力、叶片相对含水量和质膜相对透性影响显著,但成熟期水盐交互作用对白茎盐生草的生理生长无显著的影响。(3)水分主要影响白茎盐生草的生理特征,而盐分对其生理生长特征均有显著的影响。在水分和盐分胁迫的交互作用下,白茎盐生草主要通过增大肉质化程度和质膜相对透性,降低叶片保水力和生物量等应对逆境。(4)由白茎盐生草地上鲜重和土壤盐分的回归方程(y=107.36+5.54x-0.92x2,R2=0.97)求解得出,白茎盐生草的耐盐阈值为10.98 g/kg。白茎盐生草
4、的耐盐生长综合评价模型结果显示,各处理按生长指标的隶属函数平均值从大到小排序依次为:W2S2(0.82),W3S2(0.78),W2S1(0.77),W3S1(0.72),W3S3(0.71),W2S3(0.67),W2S4(0.54),W1S2(0.38),W3S4(0.36),W1S1(0.34),W1S3(0.20),W1S4(0.13)。【结论】平水年下4.5 g/kg的土壤盐浓度(W2S2)是白茎盐生草的生长最佳水盐条件,且白茎盐生草属于耐盐能力强的植物,可用于盐碱地的改良和生态脆弱区的植被恢复。关键词:水文年型;耐盐阈值;综合评价;白茎盐生草中图分类号:S156.4 文献标志码:A
5、 开放科学(资源服务)标识码(OSID):文章编号:1000-2286(2023)04-0983-11收稿日期:20230216 修回日期:20230326基金项目:国家自然科学基金项目(52169010)、国家重点研发计划项目(2021YFD1900600)、宁夏自然科学基金重点项目(2021AAC02008)、宁夏重点研发计划项目(2019BEH03010)和宁夏高等学校一流学科建设项目(NXYLXK2021A03)Project supported by the National Natural Science Foundation of China(52169010),National
6、 Key Research and Development Plan(2021YFD1900600),The Key Natural Science Projects of Ningxia(2021AAC02008),Ningxia Key Research and Development Program(2019BEH03010)and First-class Discipline Construction Project of Ningxia Colleges and Universities(NXYLXK2021A03)作者简介:刘巧玲,硕士,orcid.org/0009-0001-79
7、45-7913,;*通信作者:李王成,教授,博士生导师,主要从事农业水资源高效利用研究,orcid.org/0009-0004-7543-479,。刘巧玲,赵广兴,李王成,等.不同水文年型下盐胁迫对白茎盐生草生长的影响 J.江西农业大学学报,2023,45(4):983-993.LIU Q L,ZHAO G X,LI W C,et al.Effect of salt stress on growth of Halogeton arachnoideus under different hydrological yearsJ.Acta agriculturae universitatis Jian
8、gxiensis,2023,45(4):983-993.江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷Effect of Salt Stress on Growth of Halogeton arachnoideus under Different Hydrological YearsLIU Qiaoling1,ZHAO Guangxing1,LI Wangcheng1,2,3*,JIA Zhenjiang1,AN Wenju4,ZHANG Xin1,LIU Jiabin1(1.School of Civil and Hydraulic Engineering,Ningxia University
9、,Yinchuan 750021,China;2.Engineering Technology Research Center of Water-Saving and Water Resource Regulation in Ningxia,Yinchuan 750021,China;3.State Key Laboratory of Land Degradation and Ecological Restoration in Northwest China,Yinchuan 750021,China;4.Suide Soil and Water Conservation Experiment
10、al Station of Yellow River Conservancy Commission,Yulin,Shaanxi 719000,China)Abstract:ObjectiveThis study aims to clarify the optimal water and salt conditions and salt tolerance threshold for the suitable growth of Halogeton arachnoideus in typical arid areas.MethodsA controlled outdoor bucket plan
11、ting experiment was conducted with a local soil salt concentration of 3.2 g/kg(S1)as the control and the concentration level of 4.5 g/kg(S2),6 g/kg(S3),10 g/kg(S4),14 g/kg(S5),18 g/kg(S6)and 22 g/kg(S7)were set respectively.The effects of different levels of salt stress on the growth characteristics
12、,physiological changes,and biomass characteristics of H.arachnoideus at different reproductive stages were investigated at seven salinity levels in high-flow yea(W3),normal-flow year(W2),and low-flow year(W1).Results(1)the soil salt content of 14 g/kg or above prevented the germination and growth of
13、 H.arachnoideus.(2)The sensitivity of H.arachnoideus to water and salt stress differed in different reproductive stages,and the effect of water and salt stress was higher in the growing stage than in the maturing stage.During the growth period,water and salt had significant effects(PW3S2(0.78)W2S1(0
14、.77)W3S1(0.72)W3S3(0.71)W2S3(0.67)W2S4(0.54)W1S2(0.38)W3S4(0.36)W1S1(0.34)W1S3(0.20)W1S4(0.13).Conclusion The best water-salt conditions for the growth of H.arachnoideus were the soil salt concentration(W2S2)of 4.5 g/kg,under the normal-flow.As a salt-tolerant plant,H.arachnoideus can be used for th
15、e improvement of saline lands and the revegetation of ecologically fragile areas.Keywords:hydrological year;salt tolerance threshold;comprehensive evaluation;Halogeton arachnoideus【研究意义】近年来,随着气候变化和人类活动的加剧,全球多数地区将更加频繁地出现不同类型的极端气候事件(如干旱,强降雨,热浪等)1。在我国主要表现为气温升高,降水量减少等现象。极端天气的频繁发生不仅对生态系统产生强烈影响,也将加重土壤盐碱化程
16、度,使本就有限的土地资源面临更加 984第 4 期刘巧玲等:不同水文年型下盐胁迫对白茎盐生草生长的影响严峻挑战2。据统计,全球盐碱化土地的面积仍在持续增加。到2050年,全球可能会有超过一半的土地转为盐碱化土地3。耐盐植物的选育是改良盐碱地的有效手段之一,因此研究植物在盐胁迫下的生理生长特征及耐盐阈值具有重要的现实意义。【前人研究进展】在我国西北典型干旱半干旱地区,干旱与盐胁迫常常伴随发生,共同影响植物的生长发育4。干旱和盐分胁迫不仅改变了植物生理生长特征、生活史及适应策略,对土壤结构、物种多样性及群落结构等亦有不利影响5。西北干旱半干旱地区自然生长的植被主要依赖天然降水补给水分。枯水年时,持
17、续的干旱胁迫限制了植物的养分吸收和生物量的积累6。当发生特丰水年时,降雨总量大,水分过多也可能会对植物产生负面效果7。同时,植物盐胁迫的应对机制很大程度上取决于胁迫程度和植物种类8。轻度的水盐胁迫能够有效减少植物蒸散量,稳定作物产量,提高作物水分利用效率9。而重度盐胁迫造成的高渗透压促进脱落酸的产生,导致植物叶片孔闭合和叶水势降低等10。植物的生理生长对水盐胁迫的响应可能不是两种效应的简单叠加,而是涉及到复杂的相互反馈和协同过程。宁夏中部干旱带属于典型的生态脆弱区,降水总量少且年际降雨量分配不均,土壤水承载能力不足,次生盐碱化严重,多数季节性植被无法正常生长11-12。白茎盐生草(Haloge
18、ton arachnoideus)为藜科(Chenopodiaceae)盐生草属(Halogeton)的一年生盐生植物,在当地河滩、山地、路旁、荒漠区均可生长良好。白茎盐生草不仅能改善盐碱地,还能起到防风固沙的作用13。前人对白茎盐生草的研究内容主要集中在种子萌发、生理生长特征、耐盐机制及耐盐基因等方面14-16。【本研究切入点】目前对白茎盐生草在不同水文年型盐胁迫下的生理生长特征的研究较少,白茎盐生草适宜生长的水盐条件尚未明确,且不同水盐条件下的多指标综合评价鲜有报道。【拟解决的关键问题】本研究在宁夏中部干旱带采用室外桶栽控制试验,以水分、盐分为控制因素,探明白茎盐生草的生长性状、生理特征等
19、变化规律,明确白茎盐生草的耐盐阈值及适宜生长的水盐条件,以期为盐碱地改良和生态脆弱区的植被恢复提供数据支持和参考。1 材料与方法1.1研究区概况试验地点位于宁夏回族自治区中卫市兴仁镇香山乡尹东村宁夏大学环香山试验基地(365624N,1051344E),降水稀少,蒸发强烈,春季多风沙,夏季炎热,秋季短暂,冬季寒冷且漫长,属于典型的干旱半干旱区17。当地年平均温度为78.5;年均降水量为180200 mm,且主要集中在59月;年均蒸发量2 100 mm;全年无霜期140150 d。试验区土壤为砂壤土,田间持水量为22.80%,土壤全盐量为3.20 g/kg,有机质为12.01 g/kg,速效磷为
20、6.50 mg/kg,碱解氮为25.42 mg/kg,速效钾为198.22 mg/kg,040 cm土层的平均土壤容重为1.38 g/cm3。1.2试验设计2020年10月采集当地自然成熟的白茎盐生草,并将其置于-4 的低温条件下进行保存,于2021年49月开展桶栽试验。白茎盐生草的生育期可划分5个阶段,分别为:萌发期(5月上旬5月下旬)、幼苗期(5月下旬7月上旬)、生长期(7月上旬8月上旬)、开花期(8月上旬8月下旬)和成熟期(8月下旬9月中下旬)。为研究不同水文年型下 59月的降雨对白茎盐生草生长的影响,对中国气象网(http:/ 19682020 年 59 月的日降雨资料进行统计分析。采
21、用 P-型频率分布曲线对白茎盐生草生育期对应的降雨量进行适线,根据 水文基本术语和符号标准(GB/T 500952014),选取 P=90%(特枯水年:降水量为历年最小值或接近最小值的年份,W1)、P=50%(平水年:降水量最接近平均值的年份,W2)和 P=10%(特丰水年:降水量为历年最大值或接近最大值的年份,W3)3个频率下的降雨量。采用典型年法,确定与降雨量数值相近年份对应的降雨量。3个水文年型生育期内降雨总量分别为:88.90 mm,147.2 mm,219.90 mm,并按照对应水文年型下的日降雨量和降雨频次等进行水分控制(表 1)。在每日 20:00进行模拟灌水,不同水文年型对应的
22、逐日灌水量见图1。985江 西 农 业 大 学 学 报第 45 卷由于试验区土壤盐分以中性盐为主18,因此,本研究只考虑NaCl对白茎盐生草生长的影响。以测得当地次生盐碱化土壤含盐量3.2 g/kg作为对照组(S1)。将供试土壤过2 mm筛,使NaCl粉末充分与土壤混合均匀,然后按照测得当地040 cm土层的平均容重进行装土,每桶装土38 kg。盐分处理采用直接将NaCl粉末加入土壤的方式,所以S2S7处理中需加入NaCl粉末的质量为49.4,106.4,258.4,410.4,562.4,714.4 g。试验用桶为塑料桶,上口径d1=35 cm,下口径d2=30 cm,高h=42 cm,桶间
23、距为30 cm。采用完全组合随机试验,水分为3个水平,盐分为7个水平,共21个处理,每个处理3个重复,分别记为W1S1,W1S2,W1S3,W1S4W3S7。2021年4月25日装桶完毕后对其进行自然沉降,5月1日将白茎盐生草种子种植于试验桶。每桶播种30粒种子,待幼苗长出2片真叶后进行间苗,桶内留长势一致的幼苗5株。生长期时每桶只留苗1株,成熟后收获生物量。现状年自然降雨时需采取避雨措施,用移动防雨棚进行遮盖,使桶栽试验免受现状年降雨量的影响。1.3测定指标与方法平均每10 d使用精度为0.01 mm的游标卡尺对白茎盐生草生长期至成熟期的株高、冠幅进行测量;地上鲜重、地下鲜重待植株成熟后使用
24、精度为1 g的电子天平进行称重;根系经0.15 mm筛网流水冲洗并控干水分后,使用精度为1 mm的卷尺进行测定。肉质化程度为植株鲜重与干重的比值;叶片保水力采用LWR=(m24h-md)/(mf-md)100%进行计算。其中,m24h为将离体叶片放置24 h后的质量,md为干重,g;mf为鲜重,g;质膜相对透性则采用相对电导法进行测定19;叶片相对含水量采用RWC=(Wf-Wd)/(Wr-Wd)100%计算。式中:Wf为鲜重,g;Wr为饱和重,为叶片浸泡于蒸馏水中68 h后的质量,g;Wd为干重,即为在烘箱105 下杀青20 min,并在85 下烘干至恒重后的质量,g。1.4数据分析利用Exc
25、el 2016进行试验数据整理;借助SPSS 25.0软件对水分、盐分及其交互作用对白茎盐生草生理生长的影响进行双因素方差分析,并对不同盐分处理和各生理生长指标进行皮尔逊相关分析,使用Origin 2021进行绘图。文中数据均为平均值标准误差。图1典型年的59月日降雨量Fig.1Daily rainfall from May to September in typical years表1设计降雨量和代表年降雨量Tab.1Design rainfall and representative annual rainfall降雨频率Rainfall frequency90%(特枯水年,W1)90%(
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