2021-4-9 | 農業
尉犁縣位于塔克拉瑪干沙漠北緣和塔里木河下游,是新疆沙漠化和土壤鹽漬化比較嚴重的地區。2004年,尉犁縣的沙漠化土地面積達444.77萬hm2,占該縣土地總面積的75.49%;其中主體是流動沙地,占該縣沙漠化土地總面積的61.43%[1]。尉犁縣發生土地沙漠化和鹽漬化的自然原因是氣候干燥,降水少,蒸發強烈,封閉的盆地地形造成地表廣泛積鹽,沙源豐富,風大,沙塵暴頻繁,植被種類少而且蓋度低等;人為原因包括人口增長,樵采胡楊和檉柳等天然植物作為燃料,采挖甘草,麻黃和羅布麻等中藥材,過度放牧,盲目墾荒種植棉花等經濟作物,水資源分配和利用不合理,上游和中游過度用水導致下游來水量銳減,大片農田撂荒[2],傳統的大水漫灌方式導致地下水位升高,加劇土壤次生鹽漬化[3]。在當地建立綠洲的防護林,除了考慮樹種的防風固沙效益之外,必須重視樹種的耐鹽性,才能長期維持防護林的穩定性。因此,比較植物的耐鹽性,了解植物的耐鹽機理、有效控制和利用鹽漬化土壤資源,對農業發展、糧食安全、生態環境改善等有重要的現實意義[4]。
楊樹是尉犁縣防護林的主栽喬木樹種。目前,國內關于楊屬植物耐鹽性方面的研究比較少。例如,鹽脅迫下新疆楊通過選擇性吸收K+,抑制過多Na+進入根系,它對鹽離子的選擇性運輸主要體現在根向邊材的運輸中,根系對Na+具有較強的截留作用,對Cl-和SO2-4也有一定截留作用[5]。胡楊能響應鹽脅迫并提高超氧化物歧化酶SOD、抗壞血酸過氧化物酶APX和過氧化氫酶CAT等保護酶類的活性,降低鹽誘導的膜脂過氧化,從而減少電解質外滲,最終提高耐鹽性[6]。耐鹽轉基因中天楊在盆栽扦插條件下能夠忍耐2g•kg-1的鹽度,超過4g•kg-1鹽度時陸續枯死[7]。這些實驗均是在室內盆栽條件下研究各種楊樹的耐鹽性或耐鹽機理,在大田條件下的實驗報道比較少。文中通過測定防護林帶樹種的一些生理生態指標,對4種楊樹進行了苗期耐鹽性的綜合評價,據此為尉犁縣的鹽漬化土壤改良和鹽堿地造林等林業工程選擇適宜的樹種提供理論依據。
1材料和方法
1.1研究區概況
試驗地位于新疆維吾爾自治區尉犁縣興平鄉的尉北防沙治沙工程基地。尉犁縣屬巴音郭楞蒙古自治州管轄,該縣地理坐標為40°10'30″~41°39'47″N,84°02'50″~89°58'50″E。尉犁縣屬于典型的暖溫帶大陸性干旱荒漠氣候,年平均氣溫10.5°C;年平均降水量僅為50.7mm,年平均潛在蒸發量高達2730.3mm;主風向為東北向,年平均風速2.3m•s-1,最大風速可達24m•s-1(10級);每年春夏季節八級以上大風平均為15d,風沙日23.1d,浮塵天氣平均達24.2d。境內主要天然植物有胡楊(PopuluseuphraticaOliv.)、灰胡楊(PopuluspruinosaSchrenk.)、檉柳(Tamarixspp.)、脹果甘草(GlycyrrhizainflataBat.)和羅布麻(Apoc-ynumvenetumLinn.)等[8]。
1.2研究材料及采樣和測試方法
2008年4月,在活化沙地前沿栽植防風固沙林,林帶分兩段,東西走向的林帶長750m,南北走向的林帶長350m,林帶寬12m。配置模式為:1行檸條錦雞兒+1行沙棗+1行胡楊+1行中天楊+1行胡楊+1行銀新楊+2行新疆楊。其中,檸條錦雞兒株行距為1m×1m,沙棗為1.5m×2m,其余的為1.5m×1.5m,滴灌水量為每年8000m3•hm-2左右,每次灌溉約267m3•hm-2。選擇林帶中的中天楊(Populus×xi-aozhuanica"Zhongtian")[7]、新疆楊(PopulusalbaL.var.pyramidalis)[5]、銀新楊(Populusalba×Populusalbavar.pyramidalisBunge)[9]以及胡楊為研究材料。其中,胡楊為2年生的實生苗,其他3種楊樹為2年生扦插苗。在該防護林帶中選擇3塊土壤含鹽量不同的地塊作為樣地,從7月初開始采樣,每月1次,連續采樣3次。每種植物設置3個樣方作為重復(樣方間距大于50m),每個樣方包括3棵植物,選擇中部向陽葉片,部分用于測定SOD(超氧化物歧化酶)活性和丙二醛(MDA)含量的葉片立即放入液氮罐;其余試驗植物的葉片放入信封,采樣完畢立即做殺青處理(85℃下烘20~30min),然后在75℃下烘24h。在選擇的每塊樣地中,沿對角線方向選擇兩端和中心3個點使用土鉆進行分層取土壤樣品(0~10,10~20,20~40,40~60cm),用烘干法(105℃,12h)測定土壤含水量,用重量法(殘渣烘干法)測定土壤含鹽量[10]。葉片脯氨酸含量用茚三酮比色法測定;SOD活性用NBT(氯化硝基四氨唑藍)光化還原法測定;Na+和K+含量用火焰分光光度法測定[11];Cl-含量用比色法測定(以明膠-乙醇水溶液為膠體保護劑,加入AgNO3溶液,300nm處比色)[12];MDA含量用硫代巴比妥酸法測定[13]。部分葉片粉碎后過80目篩,在中國林業科學研究院的穩定同位素比率質譜實驗室用FinniganMATDeltaVadvantage質譜儀測定葉片δ13C值。每個樣品重復測定3次。
1.3數據分析
利用SPSS16.0,通過單因素方差分析(one-wayANOVA)分析不同樣地內4種楊樹的各項指標變化以及土壤含水量和含鹽量的變化是否顯著(p<0.05),如果顯著,再用Tukey'stest檢驗樣地之間的差異性。
2結果
2.1土壤含鹽量變化
2008年7月,樣地1的0~10cm表層土壤含鹽量顯著高于樣地2和3(p<0.05)。3個樣地的10~20cm的土壤含鹽量差異不顯著(p>0.05)。20cm以下不同樣地之間的土壤含鹽量之間顯著差異(p<0.05),其中20~40cm時,樣地1和2的土壤含鹽量顯著高于樣地3(p<0.05);40~60cm時,樣地2的土壤含鹽量最高,樣地3最低。在各個樣地中,不同深度土壤的含鹽量之間差異均不顯著(p>0.05)(圖1A)。8月,10~20cm土壤層3個樣地之間含鹽量差異顯著(p<0.05),樣地1>樣地2>樣地3。在各個樣地中,不同深度土壤含鹽量之間差異均不顯著(p>0.05)(圖1B)。9月,0~20cm和40~60cm不同樣地之間的土壤含鹽量差異顯著(p<0.05),0~10cm和40~60cm土壤深度下,樣地1>樣地2和樣地3。在10~20cm,樣地1的土壤含鹽量顯著高于樣地3(p<0.05)。在同一樣地內的不同深度,樣地1在0~10cm的土壤含鹽量顯著高于其他土層(p<0.05)。在樣地2中,0~10cm土壤含鹽量顯著高于10~20cm和40~60cm(p<0.05)。樣地3在不同深度的土壤含鹽量之間差異均不顯著(p>0.05)(圖1C)。由于9月3個樣地的土壤表層鹽分高于7月和8月(圖1),土壤鹽脅迫最強,所以選擇9月植物的各項生理指標進行分析。