王 樂， 李亞光

(北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院， 北京 100083)

中新天津生態(tài)城河岸帶鹽堿地造林樹種選擇

王 樂， 李亞光

(北京林業(yè)大學(xué) 水土保持學(xué)院， 北京 100083)

摘要：[目的] 在對生態(tài)城河岸帶樹種造林成活率調(diào)查、分析的基礎(chǔ)上，篩選耐鹽性樹種并對其抗鹽性進行研究，為濱海鹽堿地河岸帶造林樹種選擇提供依據(jù)。 [方法] 設(shè)置CK，1.5‰，3‰，6‰，8‰，11‰，6個土壤鹽度處理，分析鹽脅迫對刺槐、杜梨、國槐、絨毛白蠟、臭椿5個樹種種子萌發(fā)、苗期生長的影響。 [結(jié)果] 隨土壤鹽度的加劇，5種種子的萌發(fā)能力均受到顯著抑制，出苗率、出苗指數(shù)大幅降低。苗期生長過程中，國槐受鹽害癥狀表現(xiàn)最嚴(yán)重，其后從重到輕依次為杜梨、刺槐、臭椿、絨毛白蠟。植株葉片質(zhì)膜透性、丙二醛含量隨著鹽脅迫程度增加顯著上升；總?cè)~綠素含量呈總體下降趨勢；脯氨酸含量呈先升高后降低的變化規(guī)律。 [結(jié)論] 根據(jù)隸屬函數(shù)法綜合評價5個供試樹種的耐鹽性，其由強到弱的順序為：絨毛白蠟>臭椿>杜梨>刺槐>國槐。

關(guān)鍵詞：河岸帶； 鹽脅迫； 種子萌發(fā)； 苗期生長； 隸屬函數(shù)

中新生態(tài)城位于天津東部沿海地區(qū)，漢沽和塘沽兩區(qū)地界內(nèi)，西至薊運河，南至永定新河入海口，距渤海海岸線不足1 km。由于特殊的地理位置，區(qū)域內(nèi)水系含鹽量高,河岸帶土壤鹽堿化程度嚴(yán)重，植被種類以鹽蒿、蘆葦為主，很難實現(xiàn)固土護坡，保持水土，凈化水質(zhì)，美化環(huán)境等功能。中新生態(tài)城自2009年起通過淡水洗鹽、客土綠化等工程措施打造濕地花園，成功重建了河道生態(tài)景觀，但前期工程投入量大，后期維護困難等矛盾日益凸顯。選擇合適的耐鹽樹種是提高鹽堿地區(qū)造林成活率及造林質(zhì)量的重要保證[1-3]。本研究從中新生態(tài)城河岸帶耐鹽樹種中篩選出刺槐、杜梨、國槐、絨毛白蠟、臭椿作為研究對象，探討了5個樹種種子萌發(fā)、苗期生長階段的耐鹽性差異。為開發(fā)和選育耐鹽植物資源，建設(shè)沿海地區(qū)防護林，豐富濱海鹽堿地景觀提供了科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)概況

表1　中新生態(tài)城河岸帶土壤含鹽量

2材料與方法

2.1　抗鹽樹種的調(diào)查與篩選

調(diào)查區(qū)位于天津市生態(tài)城薊運河故道的河岸帶(39°7′N,117°44′E)。進行等距取樣分析，樣方大小為20 m×20 m。根據(jù)2010—2013年樹種移栽成活率(詳見表2)，初選出刺槐(Robiniapseudoacacia)、杜梨(Pyrusbetulifolia)、國槐(Sophorajaponica)、絨毛白蠟(Fraxinusvelutina)、臭椿(Ailanthusaltissima)5個樹種作為研究對象，探究其在不同土壤鹽度條件下的萌發(fā)、生長狀況。

(1)

一般苗木主干健壯、頂芽飽滿、無機械損傷、無病蟲害的為壯苗；苗木已成活但長勢相對較差，部分枝葉出現(xiàn)病蟲害損傷的為弱苗。

表2　研究區(qū)樹種造林成活率調(diào)查結(jié)果

2.2　試驗方法

2.2.1樹種萌發(fā)階段耐鹽性測定將刺槐、杜梨、國槐、絨毛白蠟、臭椿種子進行浸泡、層積處理后播種在營養(yǎng)缽中。設(shè)置CK，1.5‰，3‰，5‰，8‰，11‰，6個土壤鹽濃度處理。鹽分組成按NaCl 78%, MgCl225%, CaSO410%,KCl 2%, Na2CO35%比例配置。每個營養(yǎng)缽播種3粒，20個營養(yǎng)缽為一個重復(fù)(60粒)，每處理重復(fù)4次。保持室溫22±2度。土壤含水率為田間持水率的85%。播種后觀察記錄出苗時間以及幼苗的生長情況。以子葉出土定義為出苗,統(tǒng)計出苗率。將出苗20 d后的幼苗洗凈、烘干并稱量干重。計算活力指數(shù)。

出苗指數(shù)(GI)=∑(Gt/Dt)；

活力指數(shù)(VI)=出苗指數(shù)(GI)×幼苗干重(DW)。

式中：Dt——發(fā)芽日數(shù)；Gt——與Dt相對應(yīng)的每天發(fā)芽種子數(shù)與發(fā)芽日數(shù)。

2.2.2樹種苗期耐鹽性測定選擇長勢整齊一致、無病蟲害的1年生刺槐、杜梨、國槐、絨毛白蠟、臭椿幼苗定植于營養(yǎng)缽中，緩苗后進行鹽脅迫處理。將不同濃度的混合鹽溶液(鹽分組成按NaCl 78%,MgCl25%, CaSO410%, KCl 2%, Na2CO35%比例配置)分3次澆入營養(yǎng)缽中，設(shè)置6個鹽度處理，每個處理最終土壤鹽度分別為CK，1.5‰，3‰，5‰，8‰，11‰。鹽脅迫25 d后，觀察植株的受害情況，隨機采取植株中部葉片進行生理指標(biāo)的測定。

根據(jù)植株的生長情況劃分鹽害等級。0級：葉片顏色、生長正常；1級：少量葉尖、葉緣變黃；2級：少量葉片變黃，萎蔫，部分葉片脫落；3級：大部分葉片變黃，萎蔫干枯，有明顯落葉；4級：苗木枝條底部葉片大量脫落，部分植株死亡。

電解質(zhì)外滲率采用電導(dǎo)法測定;葉綠素含量測定采用丙酮法。丙二醛含量測定采用硫代巴比妥酸法。將待測葉片研磨、離心后取上清液與硫代巴比妥酸(TBA)反應(yīng)，測定532，600和450 nm波長下的消光度，計算出丙二醛的含量。脯氨酸質(zhì)量分數(shù)測定采用酸性茚三酮比色法。研磨提取待測葉片中的脯氨酸，去除干擾氨基酸后在酸性條件下，使脯氨酸和茚三酮反應(yīng)生成穩(wěn)定的有色產(chǎn)物，并用分光光度法測定脯氨酸含量。

2.2.3數(shù)據(jù)處理試驗數(shù)據(jù)采用Excel和SPSS 16.0數(shù)據(jù)處理軟件，進行方差分析和多重比較。采用模糊綜合評判法通過計算各個樹種的隸屬函數(shù)X(u)，得出4個樹種耐鹽性排序。計算公式為：

X(u)=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

如果某一指標(biāo)與耐鹽性呈負相關(guān)，則

X(u)=1-(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)

式中：X——各樹種某一指標(biāo)(u)的測定值；Xmax——該指標(biāo)中的最大值；Xmin——該指標(biāo)中的最小值。將各個樹種各耐鹽性指標(biāo)的隸屬函數(shù)值進行累加，計算其平均值(Δ)即為所求指標(biāo)的隸屬度。

3結(jié)果與分析

3.1　鹽脅迫對供試樹種種子萌發(fā)情況的影響

3.1.1鹽脅迫對供試樹種出苗率的影響單因素方差分析表明,土壤鹽度對5個樹種的出苗率有顯著影響(表3)。1.5‰的土壤鹽度條件下，5個樹種的出苗率較CK對照組相比均無顯著差異，其中絨毛白蠟的出苗率略高于對照組；當(dāng)土壤鹽度為3‰時，刺槐、杜梨、國槐、臭椿的出苗率明顯下降；5‰的土壤鹽度條件下，國槐種子失去萌發(fā)能力，刺槐、杜梨、絨毛白蠟、臭椿的出苗率較對照組分別下降了70%，59%，33%，49%；8‰的土壤鹽度條件下，僅絨毛白蠟、臭椿種子具有萌發(fā)能力，出苗率較對照組分別下降了67%和80%。

3.1.2鹽脅迫對供試樹種出苗指數(shù)的影響種子活力可以反映種子在廣泛的田間條件下整齊萌發(fā)并長成正常幼苗的潛在能力[4]。方差分析表明,土壤鹽度對5個樹種種子的活力指數(shù)有顯著影響(表3)。土壤鹽度為1.5‰時，5個樹種種子的活力指數(shù)較對照組相比無顯著差異。土壤鹽度為3‰時，刺槐、杜梨、國槐、絨毛白蠟、臭椿種子的活力指數(shù)較對照組分別下降了49%，57%，87%，26%，37%。5‰的土壤鹽度條件下刺槐、杜梨、絨毛白蠟、臭椿種子的活力指數(shù)較對照組分別下降了79%，85%，59%，76%。8‰的土壤鹽度條件下，絨毛白蠟、臭椿種子的活力指數(shù)較對照組分別下降了82%，95%。隨土壤鹽度的增加，國槐種子活力指數(shù)下降趨勢最明顯，刺槐、杜梨次之，絨毛白蠟、臭椿種子抗耐性好。

表3　鹽脅迫對5個樹種種子萌發(fā)的影響

注:表中數(shù)值為平均值+標(biāo)準(zhǔn)差；不同字母表示在p≤0. 05水平上差異性顯著。下同。

3.2　鹽脅迫對供試樹種苗期生長狀況的影響

3.2.1鹽脅迫下供試樹種的受害狀況通過觀察植物葉片的鹽害癥狀可知，各樹種在不同水平鹽脅迫下，葉片受害程度存在差異(表4)。在1.5‰質(zhì)量分數(shù)的鹽脅迫下，各樹種葉片與對照組無明顯差別，鹽害特征不明顯; 隨土壤鹽分含量的的增加，5個樹種葉片受害情況加劇。土壤含鹽量為3‰時，刺槐、杜梨、國槐鹽害程度達到2級；土壤含鹽量為5‰時，國槐大部分葉片出現(xiàn)萎蔫變黃，達到3級鹽害程度，刺槐、杜梨、絨毛白蠟、臭椿鹽害程度為2級；土壤含鹽量為8‰時，除絨毛白蠟外其他樹種均達到3級鹽害程度；土壤含鹽量為11‰時，刺槐、杜梨、國槐、臭椿樹苗受害嚴(yán)重，葉片大量脫落，生長受到顯著抑制；絨毛白蠟大部分葉片變黃萎蔫，屬于3級鹽害。

表4　不同濃度鹽脅迫下供試樹種的受害癥狀

3.2.2鹽脅迫對供試樹種葉片質(zhì)膜透性的影響在鹽逆境中，植物細胞的細胞膜首先受到傷害，質(zhì)膜透性增加。耐鹽性較強的植物細胞膜穩(wěn)定性較強，質(zhì)膜透性增加較少，傷害率低；而耐鹽性弱的植物反之。葉片的質(zhì)膜透性可通過相對電導(dǎo)率反映。由圖1可知，5個樹種葉片質(zhì)膜透性隨土壤鹽度的升高呈上升趨勢，但不同樹種的升高趨勢存在差異。與對照組相比葉片質(zhì)膜透性變化幅度最大的是國槐，升高幅度為對照組的3.3倍。其次是刺槐，為對照組的3.2倍。其次為杜梨、臭椿，葉片質(zhì)膜透性分別為對照組的2.5,2.4倍。絨毛白蠟變化幅度最小，為對照組的2.1倍。

圖1　鹽脅迫下5個樹種相對電導(dǎo)率的變化

3.2.3鹽脅迫對供試樹種葉片丙二醛(MDA)含量的影響鹽脅迫會損傷植物細胞膜系統(tǒng)，引起膜脂過氧化反應(yīng)，植物組織中丙二醛含量是判斷膜脂過氧化作用的重要指標(biāo)，從而表示細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應(yīng)的強弱[5]。由圖2可知，隨土壤鹽度的增加，5個樹種葉片中的MDA含量呈上升趨勢，細胞膜受損害程度不斷增加。在土壤鹽度逐漸升高的過程中，刺槐、杜梨、國槐葉片中MDA含量增加趨勢明顯，表現(xiàn)出低度適應(yīng)性。當(dāng)土壤鹽度升高至11‰時，刺槐、杜梨、國槐、絨毛白蠟、臭椿的MDA含量分別較對照組分別升高了79%,56%,99%,34%,50%。

圖2　鹽脅迫下5個樹種丙二醛(MDA)含量的變化

3.2.4鹽脅迫對供試樹種葉片葉綠素含量的影響鹽脅迫下植物葉片葉綠素含量的變化不僅影響植株光合同化過程，而且是衡量植物體耐鹽性的重要生理指標(biāo)。由圖3可知，在1.5‰鹽度條件下，刺槐、國槐的葉綠素含量較對照組相比下降幅度較小，杜梨、絨毛白蠟、臭椿的葉綠素含量較對照組相比小幅升高。說明低強度鹽脅迫對植株葉綠素總含量的積累沒有明顯影響，甚至對部分植株葉綠素的合成有促進作用。隨土壤鹽度的增加，5個樹種葉綠素含量對土壤鹽度危害敏感，但不同樹種葉綠體受土壤鹽害程度有所差異。杜梨、國槐較對照組相比葉綠素含量下降趨勢顯著，刺槐次之，絨毛白蠟、臭椿受害程度最低。

圖3　鹽脅迫下5個樹種葉綠素含量的變化

3.2.5鹽脅迫對供試樹種葉片脯氨酸(Pro)含量的影響脯氨酸是植物為抵御不良環(huán)境，產(chǎn)生的一種滲透調(diào)節(jié)劑，脯氨酸的大量積累可以降低細胞水勢，避免細胞脫水，有利于植物從外界高鹽度環(huán)境中獲得水分[6]。由表5可知，隨著土壤鹽分的升高，供試樹種所受鹽害不斷加大，葉片中脯氨酸質(zhì)量分數(shù)隨脅迫強度的增加，呈先升高后降低的趨勢。由脯氨酸質(zhì)量分數(shù)相對變化率可知，在土壤鹽度由低度向中度上升的過程中，5個樹種脯氨酸積累速度明顯加快。在8‰鹽度條件下，脯氨酸含量均達到最大值。隨土壤鹽度繼續(xù)增加，杜梨、國槐脯氨酸含量迅速下降，其他樹種變化不大。

表5　鹽脅迫下5個樹種脯氨酸(Pro)含量的變化

3.3　5個樹種耐鹽性綜合評價

采用隸屬函數(shù)法對5個樹種進行耐鹽能力的綜合評價(表6)。由表6可知，5個樹種的耐鹽強弱順序為：絨毛白蠟>臭椿>杜梨>刺槐>國槐。

表6　5個樹種耐鹽性指標(biāo)隸屬度評價

4討 論

(1) 土壤鹽度對種子萌發(fā)的影響。種子能否在鹽脅迫下萌發(fā)成苗，是植物在鹽堿條件下生長發(fā)育的前提，因此在鹽脅迫下研究種子萌發(fā)狀況具有重要的意義。低濃度鹽分對種子萌發(fā)有促進作用。試驗中1.5‰的鹽度條件下，絨毛白蠟的出苗率和出苗指數(shù)較對照組都有提高。隨鹽度的增加，種子細胞膜的結(jié)構(gòu)和功能會遭到破壞,致使代謝紊亂,活力降低乃至失去萌發(fā)能力。不同種源臭椿種子在鹽脅迫下發(fā)芽率、發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)和活力指數(shù)均呈下降趨勢[7]。種子是植物的主要繁殖材料,它在萌發(fā)與早期生長階段的耐鹽狀況在一定程度可以反映該植株的耐鹽性,這有利于耐鹽植物的早期篩選與評價[8-9]。試驗中種子的出苗率和出苗指數(shù)對鹽度的響應(yīng)變化趨勢在樹種間表現(xiàn)各異。絨毛白蠟、臭椿種子在中高鹽度條件下仍有較高的出苗率和活力指數(shù)。刺槐、杜梨、國槐表現(xiàn)則較差。

(2) 土壤鹽度對植株葉片質(zhì)膜透性和丙二醛(MDA)含量的影響。生物膜結(jié)構(gòu)和功能的穩(wěn)定性與植物的抗逆性密切相關(guān)[10]。高鹽度脅迫下，細胞膜透性增加，脂質(zhì)過氧化作用加快，最終導(dǎo)致膜系統(tǒng)的破碎。質(zhì)膜相對透性的大小是膜傷害的重要標(biāo)志。MDA是脂質(zhì)過氧化的主要產(chǎn)物之一，其積累是活性氧毒害作用的表現(xiàn)[11]。試驗表明，中低鹽度脅迫下，5個樹種的質(zhì)膜透性與丙二醛含量較低，細胞膜并未受到嚴(yán)重的傷害。隨著土壤鹽度的升高，鹽脅迫對細胞質(zhì)膜系統(tǒng)損害加劇，其中對刺槐、國槐損害程度較高。

(3) 土壤鹽度對植株葉綠素含量的影響。鹽脅迫引起類囊體膜成分的改變，葉綠素酶對葉綠素b的降解加劇，葉綠體趨于分解，使垛疊狀態(tài)的類囊體膜的比例減小，減小了基粒結(jié)構(gòu)的比例，導(dǎo)致光合能力的下降，從而影響生物量的積累。試驗表明，低鹽處理對絨毛白蠟、臭椿葉綠素的合成有促進作用，這與一些學(xué)者的研究結(jié)果相似[12-14]。隨土壤鹽度的升高，5個樹種葉綠素含量下降趨勢顯著，葉尖和葉緣變黃、葉片卷曲，鹽害程度明顯。

(4) 土壤鹽度對植株葉片脯氨酸(Pro)含量的影響。植物在高鹽度脅迫下會通過生理或代謝過程來適應(yīng)細胞內(nèi)的高鹽環(huán)境。滲透調(diào)節(jié)是植物體最常見的方式之一。植物通過細胞內(nèi)累積脯氨酸，來調(diào)節(jié)細胞滲透勢，維持膨壓，保護和穩(wěn)定大分子物質(zhì)，從而起到抗?jié)B透脅迫作用[15]。試驗表明，鹽脅迫下，5種植物體內(nèi)的脯氨酸質(zhì)量分數(shù)逐漸增加，維持細胞內(nèi)環(huán)境的相對穩(wěn)定，提高了植株的耐鹽性。但5個樹種進行滲透調(diào)節(jié)的能力和最大限度不同，當(dāng)超過極值時，植物滲透調(diào)節(jié)適應(yīng)鹽害的功能逐漸降低。

5結(jié) 論

(1) 當(dāng)土壤含鹽量小于1.5‰，土壤鹽度對絨毛白蠟種子的萌發(fā)有促進作用；隨土壤鹽度的增加，5種種子的萌發(fā)能力均受到顯著影響，出苗率、出苗指數(shù)大幅降低。

(2) 土壤鹽分含量對5個樹種苗期生長有顯著影響。當(dāng)土壤含鹽量高達5‰以上時，國槐葉片受鹽害癥狀表現(xiàn)嚴(yán)重，其后從重到輕依次是杜梨、刺槐、臭椿、絨毛白蠟；5種植株葉片質(zhì)膜透性、丙二醛含量隨著鹽脅迫程度增加顯著上升；1.5‰以下鹽度脅迫促進杜梨、絨毛白蠟、臭椿葉綠素的合成，但隨著鹽脅迫的加劇，5種植株的總?cè)~綠素含量呈下降趨勢；5個樹種葉片中的脯氨酸含量隨土壤鹽度的增加呈先升高后降低的變化規(guī)律。

(3) 根據(jù)隸屬函數(shù)法綜合評價5個供試樹種的耐鹽性，其由強到弱的順序為：絨毛白蠟>臭椿>杜梨>刺槐>國槐。

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Primary Selection of Plant Species for Afforestation in Salinized Soil in Sino-Singapore Tianjin Eco-city Riparian

WANG Le, LI Yaguang

(CollegeofSoilandWaterConservation,BeijingForestryUniversity,Beijing10083,China)

Abstract：[Objective] Studying the salt-tolerant capacity of tree species in the riparian zones in order to provide a support for the selection of afforestation species suitable for this zone. [Methods] Based on the previous investigation of survival rate of planted species in the riparian zones, five species(Locust, P. betulaefolia, pagoda tree, velvet ash and Ailanthus) were selected for the experiment in salinized soil. We studied the responses of germination and growing indexes of five species to salt stressed soils with different slat concentrations(CK， 1.5‰， 3‰， 6‰， 8‰， 11‰). [Results] With the increasing of salinity, the seed germination rate and emergence index decreased significantly. Pagoda tree showed the most serious symptom under salt stress, followed by P. betulaefolia, locust, Ailanthus and velvet ash. Membrane permeability and MDA contents of the five species increased remarkably. The contents of chlorophyll showed a decreased tendency with the increasing of salt concentration. The content of proline increased under low level of salt stress and decreased under high level of salt stress. [Conclusion] Subordinate function analysis showed that the salt-tolerance of velvet ash is the best, followed by Ailanthus, P. betulaefolia, locust and pagoda tree.

Keywords:riparian; salt stress; seed germination; plant growth; subordination function

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1000-288X(2015)04-0248-06

中圖分類號：S718.43

通信作者：李亞光(1959—),男(漢族),陜西省岐山縣人,副教授,主要從事農(nóng)業(yè)生物環(huán)境、能源工程和水土保持方面的研究。E-mail:yiaguang@bjfu.edu.cn。

收稿日期：2014-08-08修回日期：2014-09-23

資助項目：國家“十二五”水體污染控制與治理科技重大專項“中新生態(tài)城水系統(tǒng)構(gòu)建及水質(zhì)水量保障技術(shù)研究”(2012ZX07308-001)

第一作者：王樂(1988—)，女(漢族)，河北省秦皇島市人，碩士研究生,研究方向為生態(tài)建筑和城鎮(zhèn)規(guī)劃。E-mail:2652633243@qq.com。