探讨不同盐分含量下苜蓿的生理特性及形态的变化.docx

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探讨不同盐分含量下苜蓿的生理特性及形态的变化随着全球变暖步伐的日趋加剧，陆地蒸发量进一步増强，海平面日益上升，中、低纬度地区的国家盐渍化问题将逐渐凸显。我国是世界盐碱地大国之一，其中耕地面积近3460万hm2，发生盐渍化土地约760万hm2，占总耕地面积的1/5，主要分布在我国的西北、华北和东北的干旱、半干旱地区，近些年来，随着盐渍化土壤的进一步蔓延，北部地区的农田次生盐渍化土地严重恶化，截止2010年我国盐碱土总面积约3667万hm2[1,2,3,4]。盐害己成为21世纪世界农牧业的重要问题，给生态环境和粮食安全带来威胁，盐渍化土壤的改良和利用是现在迫切需要解决的问题。改良土壤盐化的途径有很多，相对而言，筛选和种植苜蓿被普遍认为是最有效的措施之一，苜蓿作为豆科牧草中较耐盐的饲用作物，能够在轻度的盐渍化土壤中种植生长，可作为畜牧业生产中极其重要的饲草之一[5]。苜蓿作为改良盐渍化土壤的先锋作物[6,7]，目前已开展盐渍化土壤不同种植模式下的牧草光合特性、耐盐性研究，对于改善盐渍化土地实际，提高牧草产量，发展牧草产业，缓解粮食紧张有着积极作用，不但能够提高盐渍化土地利用效率，而且可以增加牧草产量，为畜牧业发展奠定物质基础。本试验通过不同比例盐碱土与黄绵土比例试验，对比分析苜蓿的生长状况及耐盐指标变化情况，探讨适合卤泊滩重度盐碱土壤的改良方案。1、材料与方法1.1研究区概况试验的盐碱土为陕西省富平县与蒲城县交界处的卤泊滩重度盐碱土壤。该地区属于半干旱气候，全年平均蒸发量约为1200mm，而降雨量仅为600mm。该地区的土壤大部分为中度盐化和重度的盐化土壤构成，区域内斑驳分布着苏打盐。土壤中有机质平均含量为0.72%，全盐含量为0.8%,pH值约为9.3。该地区一直致力于修复利用盐碱土，而传统的以排为主的治理方法需要增加大量的排灌工程，且该地区水资源相对较少，不适宜大面积在卤泊滩推广应用。1.2试验设计供试材料选择“中苜三号”苜蓿种子。试验的盐碱土为陕西省富平县与蒲城县交界处的卤泊滩重度盐碱土壤。盐碱土壤的全盐含量为0.8%，黄绵土全盐含量0.17%。试验采用盆栽法，于2016年8月至2018年3月在陕西省富平县陕西地建土地工程技术研究院中试基地进行。试验设置6个处理（表1），分别为黄绵土及不同体积比例的盐碱土与黄绵土混合土壤。选用盆高30cm，盆口直径27cm的塑料盆，内装过筛晒干的耕层土壤，盆底无排水洞。播种紫花苜蓿品种，每个处理重复3次，共18盆，播种量按每亩1kg折算，播深1cm。于2016年8月播种，播种前充分浇水，生育期间隔1d补水。在苜蓿各生育时期测定各项指标。表1试验处理1.3测定指标及方法对不同试验处理的苜蓿，在其苗期选择标记长势相当的苜蓿15株，用于生长状况的测定；株高测定：用直尺测定其株高；生物量测定：采用烘干法，于试验完成后，收获盆栽内的全部植物，地上部分在105℃杀青30min,75℃烘干至恒量，计算叶片含水量及地上部分生物量[8]。SPAD值的测定：采用SPAD-502型叶绿素仪测定[9]；于苜蓿的不同生长期内，对标定植株选取倒数第5片健康完整叶片，测定叶绿素相对含量。光合指标测定：采用美国LI-6400光合仪测定[10]；于苜蓿的开花期内对标定植株选取倒数第5片健康完整叶片，在自然光照下从8∶30到16∶30间隔2h测定一次，测定指标有叶片的光合速率[Pn，μmol·（m2·s)-1]、气孔导度[Gs,mmol·（m2·s)-1]、胞间CO2浓度[Ci，（μmol·mol-1）]、蒸腾速率[Tr,g·（m2·h)-1]等植物生理因子。抗逆性指标测定[11]：丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸-分光光度计法测定。在测定过程中应测定硫代巴比妥酸在532、600及450nm的消光值。MDA含量用nmol·g-1·FW-1表示。游离脯氨酸（Pro）采用茚三酮-分光光度计法测定，测定峰值为515nm,Pro的含量用mg·g-1·FW-1表示。超氧化物歧化酶活性（SOD）使用NBT光化还原法测定。酶活性单位用u·g-1表示。2、结果与分析2.1盐分胁迫对紫花苜蓿生长的影响2.1.1不同盐碱土比例下紫花苜蓿株高的动态变化情况由表2可看出，盐碱土与黄绵土混合后苜蓿的生长均受到了影响，且随着盐碱土所占比例的增加，苜蓿的株高显著降低。YJ-0处理的苜蓿在幼苗期至成熟期均高于其他处理，且在成熟期时株高达到了28.2cm，而YJ-5仅为6.5cm，较YJ-0降低了77.0%，且达到显著差异（P<0.05）。同时，由于受到盐碱的胁迫，苜蓿的株高增加量受到了显著的抑制。YJ-0到YJ-5苜蓿的株高增加量分别为19.8、20.0、18.4、16.0、12.9和3.9cm，其中以YJ-1的增加量最大；且YJ-4和YJ-5的增长量显著低于其他处理，说明盐碱土所占比例过高将导致苜蓿株高的急剧下降，甚至停滞生长。2.1.2不同比例盐碱土对紫花苜蓿生物量的影响由表3可以看出，苜蓿的鲜重、干重及叶片含水量均随着盐碱土壤所占比例的增加而下降。说明盐碱土壤对苜蓿的生长产生了胁迫作用，导致生物量减少。YJ-5的地上部分鲜重和干重分别为3.48g和1.41g，分别较YJ-0降低了67.8%和41.5%，且达到显著差异（P<0.05）；由鲜重和干重分别降低量可看出，盐分对苜蓿鲜重的影响显著高于干重。这可能是因为土壤中盐分的胁迫作用，对水分由根系植株的运输过程产生了一定的抑制作用；叶片含水量随着盐浓度的增加而降低与这一现象表现为一致。2.2不同处理紫花苜蓿光合特性的变化情况2.2.1不同处理紫花苜蓿的SPAD值变化情况由表4可看出，同一生育期随着盐碱土壤所占比例的增加，叶片的SPAD值先增加后降低，且在不同生育期内其SPAD值的变化表现一致，为YJ-2>YJ-1>YJ-0>YJ-3>YJ-4>YJ-5。不同试验处理中YJ-2处理的SPAD值最大，在开花期时达到58.7，较YJ-5（48.4）提高了21.3%。同时，在相同盐碱处理下苜蓿叶片中的SPAD值随着生育期而增大，且在开花期达到最大值，随后SPAD值下降；在苗期，不同比例盐碱土苜蓿SPAD值存在显著差异，在一定盐碱比例范围内，苜蓿的SPAD值的变化较小，当盐碱土∶黄绵土=2∶1时，苜蓿叶片中SPAD值显著下降；随着生育期的延长，苜蓿间SPAD值的差距逐渐缩小。即不同生育期YJ-2的SPAD分别较YJ-5提高了59.0%、39.1%、31.8%、21.3%和18.8%，随着胁迫时间的延长，苜蓿中SPAD下降幅度变缓，这说明紫花苜蓿具有一定的抗盐性。表2不同比例盐碱土对苜蓿生长的影响注：同列不同小写字母表示处理间差异达5%显著水平，下同。表3不同比例盐碱土对苜蓿生物量的影响表4不同比例盐碱土对苜蓿叶绿素含量的影响2.2.2紫花苜蓿在开花期的光合特性指标日变化情况表5显示不同盐碱土比例下苜蓿在开花期的光合指标日变化情况，由表看出，随着光照时间的推移，在盐碱土与黄绵土的不同比例下，苜蓿的净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Gs）与胞间CO2浓度（Ci）均发生了显著变化，其中，Pn在上午10∶30达到最大，随后出现逐渐下降的趋势，至16∶30时表现为最低；而不同处理的Tr和Gs均在8∶30时达到高峰值，在12∶30之后出现了显著下降的现象，且在12∶30-16∶30间Gs的值基本一致，说明在12∶30后苜蓿叶片中的Gs存在较小的变化。而Ci由于对外界环境较为敏感，因此日变化规律性较差。在相同时间条件下，日光和指标随着盐碱土比例的增加出现了显著变化。Pn、Tr、Gs和Ci在一定盐浓度的范围内，不同光合指标值之间的差异较小，且均在YJ-3处理时出现了显著下降。YJ-2的Pn在10∶30时达到最大，为6.33μmol·（m2·s)-1，较YJ-5提高了45.9%;YJ-1的Tr和Gs在8∶30时最大，分别为3.45g·m-2·h-1和0.15mmol·m-2·s-1，其次是YJ-2处理，且两者间的差异较小。2.3不同处理对紫花苜蓿耐盐生理指标的影响2.3.1不同盐碱土比例条件下苜蓿丙二醛的变化情况由图1可看出，在相同试验处理下，苜蓿中丙二醛的含量随着生长期而增大；同一生育期内苜蓿丙二醛含量随着盐碱土比例的提高而增大。未添加盐碱土的YJ-0处理的丙二醛含量明显高于YJ-1，而低于其余盐碱处理。其中YJ-5处理显著高于其他试验处理，在成熟期时达到了104nmol·g-1·FW-1，较YJ-1提高了28.4%；各试验处理的丙二醛均在成熟期达到峰值，不同试验的丙二醛含量在成熟期分别较苗期提高了10.4%、12.5%、15.2%、13.4%、12.9%和11.8%。由此发现，丙二醛在苜蓿整个生育期内的增加量随着盐碱土占比的增加先升高而后下降；YJ-2的丙二醛增加量显著高于其他处理。表5苜蓿在开花期的日光合指标的变化情况2.3.2不同盐碱土比例下苜蓿叶片中脯氨酸的变化由图2看出，同一盐碱土比例条件下，苜蓿中脯氨酸含量随着生长期的延长而增大；在成熟期时各处理的脯氨酸含量达到最高，为105、106、111、115、117和120mg·g-1·FW-1，分别较苗期提高了27.8%、27.2%、32.1%、30.7%、30.0%和27.7%。由此可看出，不同程度的盐碱胁迫，能提高苜蓿中的脯氨酸含量，从而提高其抗逆性能，其中YJ-2处理的脯氨酸含量在各处理中居于中等水平，但其在成熟期的增加率是最高的。在同一生长期内，苜蓿脯氨酸含量随着盐碱土比例的增大而增大；YJ-5的脯氨酸含量达到最大值，其在不同生育期内脯氨酸含量分别为94、106、112、116和120mg·g-1·FW-1，分别较YJ-0提高了19.0%、24.7%、28.7%、26.1%和18.8%。由此说明，盐碱胁迫能有效促进苜蓿中抗逆性物质的产生，且随着胁迫程度的增加，抗性物质的含量也相应增加。2.3.3不同盐碱土比例下苜蓿叶片中SOD活性变化由图3可看出，不同比例盐碱土显著影响苜蓿叶片中SOD活性。同一盐碱土比例条件下，苜蓿中SOD活性随着生长期的延长而提高；图中显示，叶片中SOD活性在成熟期达到最高，各处理的活性分别为36.53、36.21、36.75、37.54、37.72和37.98u·g-1。而在同一生育期内，苜蓿叶片中SOD活性随着盐碱土所占比例的增加而提高。YJ-0高于YJ-1，但低于其他不同盐碱土处理。YJ-5处理的SOD活性显著高于其他试验处理，说明盐分胁迫将提高苜蓿叶片中SOD的活性，从而增强苜蓿的抗逆性。图1不同盐碱土比例下苜蓿叶片中丙二醛含量图2不同盐碱土比例下苜蓿叶片中脯氨酸含量3、结论不同比例盐碱土均对苜蓿的生长发育产生了一定的抑制作用；同时，苜蓿在盐分胁迫作用下能产生大量的抗逆性物质以提高作物的抗逆性。研究结果如下：（1）不同比例盐碱土抑制苜蓿的生理生长，苜蓿的株高、鲜重、干重及叶片含水量均随着盐碱土比例的增加而出现下降。苜蓿株高随着生育期的延长而显著增大，而YJ-5处理的株高增长率显著低于其他处理，说明盐碱土壤对苜蓿的生长产生了胁迫作用，且盐分的过度胁迫导致苜蓿长势急剧下降。（2）同一生育期随着盐碱土所占比例的增加，叶片的SPAD值先增加后降低。不同试验处理中YJ-2处理的SPAD值最大。同时，在相同盐碱处理下苜蓿叶片中的SPAD值随着生育期而增大，且在开花期达到最大值，随后SPAD值下降。说明紫花苜蓿具有一定的抗盐性。（3）不同盐碱土比例影响苜蓿在开花期的光合指标。随着光照时间的推移，苜蓿的Pn、Tr、Gs与Ci基本呈现下降的趋势，至17∶00时表现为最低。而Ci由于对外界环境较为敏感，因此日变化规律性较差。图3不同盐碱土比例下苜蓿叶片中SOD活性（4）不同盐碱土比例条件下苜蓿抗逆性指标发生显著变化。苜蓿中SOD活性随着生长期的延长而提高；同一盐碱土比例条件下，苜蓿中丙二醛、脯氨酸的含量及SOD活性随着生长期而增大；同一生育期内苜蓿丙二醛、脯氨酸含量及SOD活性随着盐碱土比例的提高而增大。由此发现，丙二醛在苜蓿整个生育期内的增加量随着盐碱土占比的增加先升高而后下降；YJ-2的丙二醛、脯氨酸增加量均显著高于其他处理，说明盐分胁迫将提高苜蓿叶片中SOD的活性，从而增强苜蓿的抗逆性。综合分析植株对盐碱的耐性程度及苜蓿本身产量，在卤泊滩重度盐碱土壤可以通过盐碱土∶黄绵土=1∶2的方法改良后利用该地区土壤。参考文献：[1]杨阳.盐碱地中国潜在的耕地资源[J].中国农村科技,2018(11):8-13.[2]朱建峰,崔振荣,吴春红,等.我国盐碱地绿化研究进展与展望[J].世界林业研究,2018,31(04):70-75.[3]张建锋,张旭东,周金星,等.世界盐碱地资源及其改良利用的基本措施[J].水土保持研究,2005(06):32-34,111.[4]李彬,王志春,孙志高,等.中国盐碱地资源与可持续利用研究[J].干旱地区农业研究,2005(02):154-158.[5]景鹏成,王树林,陈乙实,等.耐盐牧草对南疆地区盐渍土的适应和改良研究[J].草业学报,2017,26(10):56-63.[6]张冈.苜蓿对河西走廊盐渍化土壤的改良效果[D].兰州:兰州大学,2007.[7]张晓琴,胡明贵.紫花苜蓿对盐渍化土地理化性质的影响[J].草业科学,2004(11):31-34.[8]范方,张玉霞,姜健,等.盐胁迫对紫花苜蓿生长及光合生理特性的影响[J].中国农学通报,2013,29(17):14-18.[9]张绪成,马一凡,于显枫,等.西北半干旱区深旋松耕作对马铃薯水分利用和产量的影响[J].应用生态学报,2018,29(10):3293-3301.[10]孙聪,李连国,刘勇翔,等.干旱胁迫下不同砧木对酿酒葡萄‘Syrah’光合作用的影响[J].北方园艺,2019(10):44-50.[11]高俊凤.植物生理学实验指导[M].北京:高等教育出版社,2006.叶胜兰,魏雨露,牛岩.盐分胁迫对苜蓿形态及生理特性的影响效应[J].西部大开发(土地开发工程研究),2020,5(01):43-49.