鄭旭，趙文靜，劉興滿，張康，卞建，閆紅民，王曉曉，唐羅忠*

1.連云港市農(nóng)業(yè)科學(xué)院

2.南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院, 南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心

3.江蘇裕豐旅游開發(fā)有限公司

4.江蘇方洋集團(tuán)有限公司

土壤鹽漬化嚴(yán)重影響著世界各國的土地質(zhì)量和生態(tài)安全，全球鹽漬化土地面積已發(fā)展至8.31 億hm2[1]。我國鹽漬化土地分布范圍廣，類型多樣，總面積約為0.36 億hm2[2]，主要分布在華北、東北、西北以及濱海區(qū)域[3]。近年來，由于氣候變化及不合理耕作，造成土壤中可溶性鹽離子含量不斷向表層積聚，土壤原生和次生鹽漬化現(xiàn)象日趨嚴(yán)重。因此，合理開發(fā)利用濱海鹽堿地資源，對改善地區(qū)生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)地區(qū)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展至關(guān)重要。采用換土方法進(jìn)行鹽堿土改良，不但成本高，而且難以根除鹽漬化問題[4]。越來越多的研究表明，使用耐鹽植物恢復(fù)植被是抑制土壤鹽漬化、改良鹽漬土的有效措施[5-9]。但高濃度鹽脅迫會影響植物生長發(fā)育，如植物葉綠素降解、光合速率降低、高生長和粗生長減慢、生物量積累減少等[10-11]。目前關(guān)于木本植物耐鹽能力的研究較多，主要集中在盆栽鹽脅迫試驗(yàn)方面[12-18]。這些研究結(jié)果雖然具有重要的參考價(jià)值，但是田間土壤的鹽分組成、分布和變化十分復(fù)雜，不同種類植物與土壤鹽分的關(guān)系還不清楚。

濱海鹽堿區(qū)域的地理位置往往比較優(yōu)越，交通便利，資源豐富，具有很高的開發(fā)利用價(jià)值。濱海鹽堿地主要受海水影響，其鹽分組成與海水的關(guān)聯(lián)度高，土壤剖面由上而下主要分布著氯化物鹽類[19]。高含鹽量的濱海鹽堿土已成為林木成活和生長的主要限制因子[20]。因此，為了探索濱海鹽堿地土壤鹽分特征及其對主要造林樹種的影響，本研究選擇江蘇省北部典型的濱海鹽堿地，調(diào)查不同含鹽量土壤立地上的林木成活率、生長量和土壤基本性質(zhì)，采用隸屬函數(shù)評價(jià)不同樹種的耐鹽能力，以期為篩選耐鹽性強(qiáng)、生長較快的樹種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究地位于江蘇省鹽城市大豐區(qū)（120°13′E~120°55′E，32°54′N~33°34′N）（圖1），距 離 海 岸 線1~15 km，地處北亞熱帶向暖溫帶的過渡帶，春季風(fēng)大，夏季多雨。2019 年最高水位1.61 m，最低水位0.58 m，年平均水位0.85 m。地下水水質(zhì)類別為GB/T 14848—2017《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》Ⅲ類，氨氮濃度為0.174 mg/L，總磷濃度為0.166 mg/L，總氮濃度為2.828 mg/L，pH 為7.96，電導(dǎo)率為978.81 μS/cm。屬淤泥質(zhì)海岸，土壤粉砂含量高，肥力低。由于淤積成土?xí)r間、人工改良與利用強(qiáng)度、地形等存在差異，不同地塊的土壤含鹽量差異較大，人工栽植的樹木成活率和生長量差別明顯。

圖1 江蘇省鹽城市大豐區(qū)研究區(qū)域分布示意Fig.1 Location of study sites in Dafeng District, Yancheng City, Jiangsu Province

1.2 研究方法

采用標(biāo)準(zhǔn)地調(diào)查法，調(diào)查地分別為鹽城市大豐區(qū)境內(nèi)的上海農(nóng)場、鹽城市大豐區(qū)沿海林場以及江蘇省沿海造林試驗(yàn)站。2019 年8 月下旬，在對上述3 個單位的主要造林樹種種類、樹木生長情況以及土壤基本狀況進(jìn)行踏查和咨詢之后，確定8 個蘇北沿海地區(qū)主要造林樹種純林作為調(diào)查對象，分別是中山杉（Taxodium 'Zhongshanshan'）、白榆（Ulmus pumila）、落羽杉（Taxodium distichum）、榔榆（Ulmus parvifolia）、烏桕（Triadica sebifera）、青皮柳（Salix ohsidare）、構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）和苦楝（Melia azedarach）。各樣地土壤含水量為15.28%~18.68%，有機(jī)質(zhì)濃度為6.86~8.99 g/kg，全氮濃度為0.13~0.31 g/kg，全磷濃度為0.87~1.13 g/kg，全鉀濃度為7.75~8.25 g/kg。

2019 年8 月20—24 日，根據(jù)每個樹種的成活率、生長情況、造林面積、土壤鹽分表觀以及林下植被狀況（如當(dāng)?shù)佧}堿地指示性植物的種類、生長狀況等信息）分別設(shè)置5~12 塊樣地，8 個樹種共設(shè)置48 個樣地。樣地均為20 m×20 m，對樣地內(nèi)的樹木種類、年齡、胸徑、樹高、成活率進(jìn)行調(diào)查。所調(diào)查的林分郁閉度均小于0.5，林分密度對胸徑生長尚不會產(chǎn)生明顯影響。

1.2.1 土壤調(diào)查與土樣測定分析

在每塊調(diào)查樣地中按照“Z”字形走向，用口徑為4.5 cm 的土鉆分別鉆取0~20 和20~50 cm 土層土壤，重復(fù)9 次，相同層次土壤3 份混合為1 份混合土樣，裝入自封袋保存，共有288 份土壤樣品。至陰涼處將土壤攤開，自然風(fēng)干15 d 左右，土壤質(zhì)量基本穩(wěn)定時（連續(xù)稱重2 次，前后差值不超過最終測定質(zhì)量的0.1%），撿出土壤中的雜質(zhì)，并過2 mm 孔徑的土壤篩，過篩后的土壤用于測定含鹽量。測定方法如下：精確稱取20 g 的過篩土樣放入容量為500 mL 的玻璃錐形瓶中，加入100 mL 的超純水，振蕩5 min，在4 000 r/min 的轉(zhuǎn)速下離心30 min，將上清液進(jìn)一步過濾后，精確量取50 mL 濾液放入已知質(zhì)量的清潔干燥玻璃瓶中（W1），經(jīng)水浴處理，待溶液蒸干后（溶液蒸干后為白色，有機(jī)質(zhì)含量忽略不計(jì)），再在電熱鼓風(fēng)烘箱中將玻璃瓶中溶液烘干至恒重（W2）。土壤含鹽量（S）計(jì)算公式如下：

1.2.2 樹木生長調(diào)查

測定每塊樣地的樹高、胸徑和成活率。較矮的樹木用標(biāo)桿測定樹高，較高的樹木用勃魯萊測高器測定樹高；用樹木胸徑尺測定地面以上1.3 m 處的樹木直徑（胸徑）；成活率為樣地內(nèi)的存活樹木數(shù)量占造林樹木數(shù)量的比例。

1.2.3 隸屬函數(shù)綜合評價(jià)方法

采用隸屬函數(shù)法對不同樹種的抗鹽性進(jìn)行評價(jià)。如果指標(biāo)與抗鹽性之間存在正相關(guān)，則：

如果指標(biāo)與抗鹽性之間存在負(fù)相關(guān)，則：

式中：Uijk為第i個樹種第j個鹽濃度對第k項(xiàng)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xijk為第i個樹種第j個鹽濃度對第k項(xiàng)指標(biāo)的測定值；Xjkmax為所有樹種第j個鹽濃度第k項(xiàng)指標(biāo)的最大值；Xjkmin為所有樹種第j個鹽濃度第k項(xiàng)指標(biāo)的最小值。Uijk越大表明抗性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 土壤含鹽量

由圖2 可知，在8 個樹種、48 個樣地之間土壤含鹽量差異較大。含鹽量較高的樣地（上層土壤含鹽量在5 mg/g 以上），其上層土含鹽量均顯著高于下層土，鹽分表聚現(xiàn)象明顯；而含鹽量較低的樣地上下土層之間的含鹽量差異較小，或下層土高于上層土。中山杉大部分樣地土壤含鹽量低于3 mg/g，但樣地6、樣地7、樣地8 和樣地12 的土壤含鹽量較高，其中樣地12 的0~20 與20~50 cm 土層含鹽量格外高，分別為9.2 與6.8 mg/g；落羽杉、青皮柳和苦楝樣地土壤含鹽量均在6 mg/g 以下。

圖2 不同樹種不同樣地不同土層的土壤含鹽量Fig.2 Soil salt content in different soil layers of different tree species and different plots

0~20 cm 土層中，構(gòu)樹樣地3 的上層土壤含鹽量最高，達(dá)到11.9 mg/g，烏桕樣地2 次之，為10.5 mg/g，中山杉樣地1 的含鹽量最低，僅為0.5 mg/g。方差分析結(jié)果顯示，各樹種樣地間土壤含鹽量存在顯著差異。20~50 cm 土層中，落羽杉、青皮柳、構(gòu)樹和苦楝各樣地間土壤含鹽量差異顯著。

從2 個土層（0~20 和20~50 cm）的平均值看，土壤含鹽量依次為榔榆〔（4.72±0.26）mg/g〕>白榆〔（4.41±0.27）mg/g〕>烏桕〔（4.31±0.22） mg/g〕>構(gòu)樹〔（3.92±0.30）mg/g〕>落羽杉〔（3.23±0.12）mg/g〕>中山杉〔（2.90±0.22）mg/g〕>苦楝〔（2.79±0.11）mg/g〕>青皮柳〔（2.61±0.09）mg/g〕。

2.2 不同樣地樹種生長狀況分析

由表1 可知，相同樹種在不同樣地的成活率和生長量存在較大差異。白榆樣地2 和青皮柳樣地1的樹木成活率最高，達(dá)100%，成活率最低的是中山杉樣地12 和構(gòu)樹樣地3，均為0。

對中山杉而言，12 塊調(diào)查樣地中樣地1 的成活率最高（98%）；樣地12 的成活率最低（0）；樣地11 的中山杉胸徑以及樹高年生長量最大。對白榆而言，樣地2 的成活率以及生長量均最大；樣地6 的成活率最低，且其年生長量也較小。5 塊落羽杉樣地的樹木成活率為66%~86%，差異較小。5 塊榔榆樣地中，樣地1 的成活率最高，為96%；樣地4 的成活率最低，為45%；榔榆的胸徑和樹高年生長量均較小。青皮柳的成活率最高為100%，最低為38%，其胸徑年生長量為1~2 cm，樹高年生長量為1~2 m。構(gòu)樹的成活率最高為90%，最低為0；成活率高的構(gòu)樹年生長量較大，成活率低的年生長量較小。烏桕的成活率最高為98%，最低為56%；不同樣地的烏桕胸徑或樹高年生長量差異顯著?？嚅某苫盥收w較高，為75%~92%，胸徑和樹高年生長量也比較大。

2.3 樹種耐鹽性評價(jià)

2.3.1 相關(guān)性分析

我國鹽堿地按含鹽量高低可分為輕度、中度及重度鹽化土，其土壤含鹽量分別為1~2、2~4、4~6 mg/g[21]。為評價(jià)各樹種耐鹽性，以土壤含鹽量為自變量，以樹種成活率、胸徑年生長量、樹高年生長量為應(yīng)變量，建立線性回歸方程（表2），其中土壤含鹽量為2 個土層（0~20 和20~50 cm）含鹽量的加權(quán)平均值。由表2 可以看出，8 個樹種的成活率、胸徑和樹高年生長量與土壤含鹽量均呈負(fù)相關(guān)。其中，中山杉、青皮柳、構(gòu)樹、烏桕和苦楝的成活率與土壤含鹽量的相關(guān)性，以及中山杉、榔榆和苦楝的樹高年生長與土壤含鹽量的相關(guān)性均達(dá)到了顯著水平（P<0.05）。

表2 土壤含鹽量與各樹種成活率、胸徑年生長量及樹高年生長量的回歸方程Table 2 Regression equation between soil salt content and survival rate of tree species, annual growth of DBH, and annual growth of tree height

由回歸方程（表2）可預(yù)測各樹種在土壤含鹽量為2、4、6、10 mg/g 時的成活率和生長狀況（表3）。當(dāng)土壤含鹽量達(dá)到2 mg/g 時，各樹種成活率表現(xiàn)為落羽杉>榔榆>烏桕>白榆>苦楝>青皮柳>中山杉>構(gòu)樹；雖然榔榆成活率較高，但胸徑和樹高年生長量卻較低；年生長量最高的是苦楝，胸徑和樹高年生長量分別為2.83 cm、2.08 m。當(dāng)土壤含鹽量達(dá)到4 mg/g時，各樹種的成活率和生長指標(biāo)均有所下降，其中青皮柳和構(gòu)樹成活率降到50%以下，成活率表現(xiàn)為榔榆>烏桕>白榆>苦楝>落羽杉>中山杉>構(gòu)樹>青皮柳。當(dāng)土壤含鹽量達(dá)到6 mg/g 時，各樹種成活率表現(xiàn)為白榆>苦楝>榔榆>烏桕>中山杉>構(gòu)樹>落羽杉>青皮柳，僅有白榆、苦楝和榔榆成活率在50%以上，且白榆胸徑、樹高年生長量較高，分別為1.57 cm、1.22 m，青皮柳成活率為0。當(dāng)含鹽量達(dá)到10 mg/g時，僅有白榆、苦楝和榔榆能夠存活，但成活率均在33%以下，且胸徑和樹高年生長量均較低。表明土壤含鹽量較高時，樹木成活率和生長均會受到明顯抑制。

表3 不同土壤含鹽量下的樹種成活率、胸徑年生長量和樹高年生長量擬合數(shù)據(jù)Table 3 Fitting data of tree species survival rate, annual growth of DBH and annual growth of height under different soil salt contents

2.3.2 隸屬函數(shù)評價(jià)

選擇各樹種成活率、胸徑和樹高年生長量3 個主要指標(biāo)，根據(jù)鹽堿地造林實(shí)際情況分別賦予成活率、胸徑和樹高年生長量50%、25%和25%的權(quán)重，對8 個樹種的耐鹽性和生長進(jìn)行隸屬函數(shù)法綜合評價(jià)，結(jié)果如表4 所示。當(dāng)土壤含鹽量為2 mg/g時，各樹種綜合評價(jià)值依次為落羽杉>苦楝>白榆>烏桕>青皮柳>榔榆>構(gòu)樹>中山杉；當(dāng)土壤含鹽量為4 mg/g 時，各樹種綜合評價(jià)值依次為苦楝>白榆>落羽杉>烏桕>榔榆>中山杉>構(gòu)樹>青皮柳；在土壤含鹽量為6 mg/g（屬于重度鹽堿土）時，各樹種綜合評價(jià)值依次為白榆>苦楝>烏桕>榔榆>中山杉>落羽杉>構(gòu)樹>青皮柳；當(dāng)土壤含鹽量為10 mg/g 時，僅有白榆、苦楝和榔榆可以存活，其他樹種成活率均為0。

表4 不同含鹽量下樹種隸屬函數(shù)值、綜合評價(jià)值及排序Table 4 Membership function values, comprehensive evaluation values and ranking of tree species under different soil salt contents

綜合4 種含鹽量下的數(shù)據(jù)結(jié)果，并給成活率、胸徑和樹高年生長量分別賦予50%、25%和25%的權(quán)重，計(jì)算中山杉、白榆、落羽杉、榔榆、青皮柳、構(gòu)樹、烏桕和苦楝8 個樹種的隸屬函數(shù)綜合評價(jià)值（表5），分別為0.234、0.946、0.503、0.428、0.216、0.169、0.449 和0.841，可初步認(rèn)為8 個樹種的抗鹽性從強(qiáng)到弱為白榆>苦楝>落羽杉>烏桕>榔榆>中山杉>青皮柳>構(gòu)樹。

表5 8 個樹種耐鹽性隸屬函數(shù)值及綜合評價(jià)值Table 5 Membership function values and comprehensive evaluation on salt tolerance of eight trees species

3 討論

3.1 濱海鹽堿土鹽分特性

土壤含鹽量是濱海區(qū)域鹽堿地樹木成活和生長的主要限制因子之一[22-24]。土壤鹽分的空間變異和動態(tài)變化較大，但是，含鹽量較高的土壤，其表層含鹽量往往較高，主要原因是土壤水溶性鹽分因水分蒸發(fā)作用通過土壤毛細(xì)管由深層向表層遷移，逐漸聚集在土壤表層[25]。韓建均[26]在研究江蘇濱海灘涂土壤特性時發(fā)現(xiàn)，從上到下不同層次剖面土壤含鹽量呈“S”型變化，其中表層土壤的含鹽量最高。本研究表明，絕大多數(shù)含鹽量較高的樣地，其上層土壤含鹽量顯著高于下層土壤，主要原因可能是：1）樣地的樹木成活率低，生長差，林下植被少，土壤裸露程度嚴(yán)重，夏季日照時間長，氣溫高，土壤水分蒸發(fā)量大；2）研究區(qū)域距離海岸線較近，淤積成土?xí)r間短，地下水位較高以及地下水礦化度低，地下水中鹽分易轉(zhuǎn)換至土壤中；3）人工開墾管理不到位，排水渠坍塌，未及時清淤，起不到降低地下水位的作用，甚至有的排水渠淤堵抬高地下水位。綜合作用下導(dǎo)致下層土壤中的水溶性鹽分上移，產(chǎn)生鹽分表聚現(xiàn)象。

3.2 濱海鹽堿土鹽分與樹種成活和生長的相關(guān)性

植物的成活率和生長是反映植物耐鹽能力最為直觀的指標(biāo)，有研究表明，高濃度的鹽脅迫會抑制植物生長，嚴(yán)重時會導(dǎo)致植物死亡[27-28]。中國檉柳（Tamarix chinensis）能在含鹽量低于8 mg/g 的土壤中成活[29]。濱海地區(qū)的苦楝種源幼苗高生長、地徑生長和生物量均隨土壤含鹽量的增加而降低[30]。董興紅等[31]通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，隨著含鹽量的升高，剛毛檉柳（Tamarix hispida）成活率逐漸下降，高生長也受到抑制，其耐鹽能力為25 mg/g。本研究表明，8 個樹種的成活率、胸徑和樹高年生長量均隨土壤含鹽量的增加而減小，即樹木成活率和生長量與土壤含鹽量之間均呈負(fù)相關(guān)。同時，鹽脅迫下植株的葉片均出現(xiàn)枯黃、萎蔫、卷邊或灼燒現(xiàn)象，說明鹽脅迫會損壞植株葉片葉綠體結(jié)構(gòu)，造成細(xì)胞質(zhì)降解，樹木受傷致使形態(tài)發(fā)生改變。各樹種長期處于鹽脅迫環(huán)境下，樹木體內(nèi)大量積累的鈉離子阻礙其他養(yǎng)分的吸收，導(dǎo)致營養(yǎng)失衡。其次，在鹽脅迫下，樹木會改變生物量的分配策略，減緩或停止生長，減少能耗以應(yīng)對逆境脅迫，嚴(yán)重的如構(gòu)樹甚至出現(xiàn)“小老樹”。樹木受到鹽脅迫時，會通過增加根系生物量以儲存較多的鈉離子，減少鈉離子運(yùn)輸?shù)饺~片，同時具有更強(qiáng)大的滲透調(diào)節(jié)能力，吸收更多的水分和營養(yǎng)物質(zhì)或減緩根系生長，從而通過減少根系對土壤中鹽分的吸收量及向地上部分的傳輸量的方式來增強(qiáng)自身的抗鹽能力[32-33]。

3.3 樹種的耐鹽性

植物對鹽脅迫的響應(yīng)過程是錯綜復(fù)雜的，植物的耐鹽性是由多個因素共同作用，各指標(biāo)均能在不同程度反映植物耐鹽性的強(qiáng)弱，所以篩選與植物耐鹽性相關(guān)度高的指標(biāo)進(jìn)行綜合評價(jià)至關(guān)重要[34]。潘香逾等[35]采用加權(quán)隸屬函數(shù)分析法對14 種植物耐鹽性進(jìn)行評價(jià)，發(fā)現(xiàn)輕度鹽堿地適宜種植畫眉草（Eragrostis pulchra）、紫花苜蓿（Medicago sativa）等9 種綠肥植物；中度鹽堿地適宜種植小黑麥（Triticum secale）、蘿卜（Raphanus sativus）等5 種綠肥植物；重度鹽堿地適宜種植黑麥草（Lolium perenne）、蘿卜等6 種綠肥植物。

本研究采用野外樣地調(diào)查法，各樹種的生長立地條件有所不同，難以直接進(jìn)行耐鹽性比較，所以結(jié)合回歸方程分析和隸屬函數(shù)分析，選擇具有代表性的土壤含鹽量，綜合評價(jià)各樹種耐鹽能力。結(jié)果表明，在不同土壤含鹽量下，各樹種耐鹽能力存在差異。當(dāng)土壤含鹽量分別為4、6 、10 mg/g時，各樹種的耐鹽性排序比較一致，而在土壤含鹽量較低（2 mg/g 以下）時，各樹種耐鹽性排序與高含鹽量時不同，其原因可能是土壤含鹽量較低時，土壤鹽分已不再是樹木成活和生長的主要限制因子。楊振華[36]亦發(fā)現(xiàn)，在輕度鹽（2 mg/g 混合鹽）處理下，棉花的生物量及其生長過程與不加鹽的對照處理相似；在高鹽（4 mg/g 混合鹽）處理下，棉花的生物量及其生長過程會發(fā)生較大變化。這說明當(dāng)土壤含鹽量較低時（輕度鹽堿土），土壤含鹽量并不是限制耐鹽植物生長的主要因子，當(dāng)土壤含鹽量較高時，土壤含鹽量是影響土壤質(zhì)量和限制植物生長的重要因子[37-38]。

4 結(jié)論

（1）在江蘇省鹽城市大豐區(qū)調(diào)查的48 個調(diào)查樣地土壤含鹽量為0.4~11.9 mg/g，不同樣地之間的土壤含鹽量差異較大。含鹽量較高的樣地，呈現(xiàn)出典型的鹽分表聚現(xiàn)象。

（2）8 個造林樹種的成活率、胸徑和樹高年生長量與土壤含鹽量之間均呈負(fù)相關(guān)，即土壤含鹽量越高，樹木成活率和胸徑、樹高年生長量越低。

（3）隸屬函數(shù)法綜合評價(jià)結(jié)果顯示，8 個造林樹種的耐鹽性依次為白榆>苦楝>落羽杉>烏桕>榔榆>中山杉>青皮柳>構(gòu)樹。如以樹木成活率在50%以上，且具有較高的胸徑和樹高生長量作為樹種耐鹽性的基本標(biāo)準(zhǔn)，則在所研究的8 個樹種中，白榆和苦楝的耐鹽性最強(qiáng)，可耐受6 mg/g 的土壤含鹽量；落羽杉、烏桕、榔榆和中山杉的耐鹽性次之，可耐受4 mg/g 的土壤含鹽量；青皮柳和構(gòu)樹的耐鹽性較差，只能耐受3 mg/g 的土壤含鹽量。