3种药赏两用植物对滨海盐碱土改良效应的比较

2011-12-31贾晓东任全进徐秀美郭忠仁

植物资源与环境学报 2011年4期

贾晓东，王涛，任全进，浦东，徐秀美，郭忠仁，①

土壤盐碱化已成为导致全球可利用耕地日益减少以及限制作物产量和品质提高的主要非生物逆境之一［1］。据报道，全世界盐碱地约占地球陆地总面积的7％，约22％的农业耕地正遭到日益加剧的盐碱化影响［2］。中国盐碱地面积约3.6×107hm2，且呈逐年增加的趋势［3］。利用植物资源治理盐碱地可有效避免工程措施和化学措施带来的土壤养分流失、工程滑坡、淤塞、土壤理化性质变差等负面效应［4］，因此，因地制宜筛选具有土壤改良作用的耐盐经济植物，如药赏两用植物［5-7］，既可开发利用盐碱地又可获得良好的社会和经济效益，对盐碱地的改良和可循环持续发展具有重要意义［8］。

目前，已有学者针对药赏两用植物对盐碱地土壤的改良作用进行了一些研究。郭晔红等［9-11］的研究结果表明：种植甘草（Glycyrrhiza uralensis Fisch.）、黄耆〔Astragalusmembranaceus（Fisch.）Bunge〕、金银花（Lonicera japonica Thunb.）和红耆（Hedysarum polybotrys Hand.-Mazz.）对盐碱地具有明显的改良作用，且改良效果因植物种类而异，并与种植密度呈正相关；王龙强［12］、张有福等［13］和王斌［14］的研究结果均表明：种植宁夏枸杞（Lycium barbarum L.）对盐碱地具有良好的改良效果；张立宾等［15］认为：种植柽柳（Tamarix chinensis Lour.）能够有效降低土壤表层含盐量，增加土壤中有机质、N、P和K的含量，对滨海盐渍土具有明显的改良作用。以上研究结果均表明药赏两用植物具有良好的盐碱地改良能力，但目前关于这类植物对盐碱地改良效果的相关研究仍较少。因此，有必要对药赏两用植物的耐盐性进行普筛，为盐碱地的开发利用提供更多的植物资源。

鉴于此，作者前期选择了25种耐盐药赏两用植物进行实生栽培筛选，对成活率、耐盐性和盐害指数等指标进行观测［16］，评价它们对盐碱地的改良效果及药用有效成分的含量变化，以期发现优良的耐盐药赏两用植物种类。在前期工作的基础上，作者以其中的薄荷（Mentha haplocalyx Briq.）、地榆（Sanguisorba of ficinalis L.）和枸杞（Lycium chinense Mill.）为研究对象，对种植地土壤 pH值以及可溶性盐、K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-和SO42-的含量进行测定及分析，并对土壤改良效果进行比较，为耐盐药赏两用植物资源的筛选和利用提供基础数据。

1 材料和方法

1.1 实验地概况

实验地位于江苏省启东市启隆乡，地理坐标为N31°41′06″～32°16′19″、E121°25′40″～121°54′30″，地处长江北支入海口，南与上海崇明岛接壤；海拔3～8 m，常年地下水位1.2～1.6 m；属北亚热带湿润气候区，海洋性季风气候特征明显。年平均气温15℃；年平均降水量1037.1 mm，年平均蒸发量1336.1 mm，蒸发量明显大于降水量，表现为春旱、夏涝、晚秋又旱的气候特点；平均气压101.65 kPa；平均空气相对湿度81％；年均温高于35℃的日数为5 d；全年最多风向为东南风，年平均风速3.5 m·s-1；年平均日照时数2073 h；年平均无霜期222 d。

实验地土壤属滨海盐土和盐化潮土，干旱时板结成块，浇水后粘湿厚重。土壤含盐量0.1％～0.9％，pH8.2～pH8.9。

1.2 实验材料

薄荷、地榆和枸杞种苗各500株，于2010年5月初购于浙江省临安市及安吉县。每种植物分别种植2个苗床，每个苗床种植250株；苗床长20 m、宽60 cm、高15 cm，按常规方法整地，株距30 cm、行距20 cm，移栽后正常管理。对照则为空白地，不种植任何植物，田间管理方法一致。于2010年10月分别取各苗床的土壤用于测定分析，在每个苗床中均随机选3个取样点，取样土层分别为0～10、10～20和20～30 cm，同一土层混匀为1个土样。

1.3 方法

将所取土样混匀、风干、碾碎并过50目筛。土壤pH值采用电位法［17］176-178测定；土壤可溶性盐含量采用重量法［17］225-227测定；土壤 K+、Na+、Ca2+和 Mg2+含量用原子吸收分光光度计测定（火焰法）［17］75-82；土壤Cl-含量采用硝酸银滴定法［17］205-206测定；土壤含量采用重量法［17］206-207测定。均重复测定3次。

1.4 数据处理

使用Excel2003软件统计实验结果，利用SPSS13.0软件对数据进行方差分析。

2 结果和分析

2.1 土壤pH值的变化

种植薄荷、地榆和枸杞3种药赏两用植物后不同土层pH值的变化见表1。由表1可看出：对照和3种药赏两用植物种植苗床土壤的pH值均随土层深度的增加呈降低的趋势。3种植物对土壤pH值的降低作用均在0～10 cm土层最为明显，种植薄荷、地榆和枸杞后，0～10 cm土层的pH值分别比对照降低了5.8％、7.0％和3.5％，差异极显著。种植3种植物后10～20 cm土层的pH值均低于对照，但其中薄荷及枸杞种植土壤10～20 cm土层的pH值与对照差异不显著，仅地榆与对照的差异极显著。薄荷和枸杞种植苗床20～30 cm土层的pH值均高于对照，差异达极显著水平；而地榆种植苗床20～30 cm土层的pH值低于对照且与对照差异极显著。

表1 种植3种药赏两用植物后不同土层pH值的比较（±SD）1）Table1 Comparison of pH value in different soil layers after cultivating three p lants for both medicinal and ornamental uses（± SD）1）

1）同列中不同的小写字母和大写字母分别表示差异显著（P＜0.05）和极显著（P＜0.01）Different small letters and capitals in the same column indicate the significant（P＜0.05）and extremely significant（P＜0.01）differences，respectively.2）CK：对照，不种植任何植物Control，cultivating no plant；MH：种植薄荷 Cultivating Mentha haplocalyx Briq.；SO：种植地榆Cultivating Sanguisorba of ficinalis L.；LC：种植枸杞 Cultivating Lycium chinense Mill.

组2） Group2）不同土层pH值pH value in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm CK 8.6±0.1aA 8.1±0.0aA 7.9±0.0bBMH 8.1±0.0cC 8.0±0.1aA 8.0±0.0aA SO 8.0±0.0dD 7.8±0.0bB 7.8±0.0cC LC 8.3±0.0bB 8.0±0.1aA 8.0±0.0aA

综合分析结果显示：种植地榆后土壤pH值的降低效果最明显，而种植枸杞对土壤pH值的降低作用最弱。3种植物对0～10 cm土层pH值的降低作用最为明显，对10～20 cm土层pH值的降低作用稍差，而薄荷和枸杞对20～30 cm土层pH值没有改善作用，仅地榆有一定的降低作用。

2.2 土壤中可溶性盐含量的变化

种植薄荷、地榆和枸杞3种药赏两用植物后不同土层可溶性盐含量的变化见表2。从表2可看出：对照和3种药赏两用植物种植苗床土壤的可溶性盐含量均随土层加深呈现先增加后降低的趋势。薄荷、地榆和枸杞种植苗床0～10 cm土层的可溶性盐含量分别为1.160、1.250和1.060 g·kg-1，较对照分别降低26.6％、20.9％和32.9％，差异极显著。种植枸杞后，10～20和20～30 cm土层可溶性盐含量极显著低于对照，较对照分别降低14.7％和15.5％；种植地榆后，10～20 cm土层可溶性盐含量与对照一致，而20～30 cm土层可溶性盐含量极显著高于对照；种植薄荷后，10～20和20～30 cm土层可溶性盐含量均极显著提高，分别较对照提高4.3％和24.0％。

表2 种植3种药赏两用植物后不同土层可溶性盐含量的比较（± SD）1）Table2 Comparison of soluble salt content in different soil layers after cultivating three plants for both medicinal and ornamental uses（ ±SD）1）

组2） Group2）不同土层的可溶性盐含量/g·kg-1 Soluble salt content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm CK 1.580±0.016aA 1.630±0.013bB 1.290±0.010cBMH 1.160±0.008cC 1.700±0.013aA 1.600±0.020aA SO 1.250±0.020bB 1.630±0.019bB 1.560±0.013bA LC 1.060±0.035dD 1.390±0.016cC 1.090±0.017dC

综合分析结果表明：未种植植物的对照地0～10和10～20 cm土层的可溶性盐含量高于20～30 cm土层；而种植3种植物后，0～10 cm土层的可溶性盐含量均明显低于10～20和20～30 cm土层，即可溶性盐由表层转移到下层土壤。根据土壤可溶性盐含量判断，3种植物对土壤可溶性盐含量的降低作用由强至弱依次为枸杞、地榆、薄荷，枸杞对土壤可溶性盐含量的降低效果总体最佳。

2.3 土壤中主要离子含量及阳离子分布特征的变化

种植薄荷、地榆和枸杞后，不同土层中K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cl-和SO42-含量的变化见表3，其中阳离子分布特征的变化见表4。2.3.1 阳离子含量的变化由表3可见：薄荷和地榆种植苗床0～10 cm土层的K+含量极显著低于对照，而枸杞种植苗床0～10 cm土层的K+含量则极显著高于对照；3种植物种植苗床10～20和20～30 cm土层的K+含量均极显著高于对照，其中，枸杞种植苗床10～20 cm土层的K+含量最高，比对照提高了172.2％。总体上，枸杞对土壤K+含量的提升作用最明显。

种植3种植物后，0～10、10～20和20～30 cm土层的Na+含量均极显著低于对照，降幅为10.0％～63.0％；其中0～10 cm土层Na+含量下降最明显，降幅达到43.3％～56.5％。总体上看，枸杞和地榆对土壤Na+含量的降低作用较明显，薄荷对土壤Na+含量的降低作用相对偏弱。

种植3种植物后，0～10、10～20和20～30 cm土层的Ca2+含量均极显著高于对照。其中0～10 cm土层Ca2+含量的增幅相对较小，较对照增加4.5％～16.0％；而10～20和20～30 cm土层Ca2+含量的增幅相对较大，分别较对照增加37.0％～66.8％和30.3％～102.7％。总体上看，种植枸杞对土壤Ca2+含量的提升作用相对较强。

种植3种植物后，0～10、10～20和20～30 cm土层Mg2+含量的变化有一定差异。种植薄荷后，0～10 cm土层Mg2+含量低于对照且差异达到极显著水平；而地榆和枸杞种植苗床0～10 cm土层的Mg2+含量均高于对照，其中前者的极显著高于对照，较对照增加24.7％，而后者的显著高于对照。3种植物种植苗床10～20和20～30 cm土层Mg2+含量均极显著高于对照，分别较对照增加38.8％～121.1％和50.7％～213.0％；其中地榆种植苗床10～20和20～30 cm土层的Mg2+含量增幅相同，且均最高，而薄荷均最低。总体上看，种植地榆对土壤Mg2+含量的提升作用相对较强。

表3 种植3种药赏两用植物后不同土层主要离子含量的比较（±SD）1）Table3 Comparison of main ion content in different soil layers after cultivating three p lants for both medicinal and ornamental uses（± SD）1）

1）同列中不同的小写字母和大写字母分别表示差异显著（P＜0.05）和极显著（P＜0.01）Different small letters and capitals in the same column indicate the significant（P＜0.05）and extremely significant（P＜0.01）differences，respectively.2）CK：对照，不种植任何植物Control，cultivating no plant；MH：种植薄荷Cultivating Mentha haplocalyx Briq.；SO：种植地榆Cultivating Sanguisorba of ficinalis L.；LC：种植枸杞Cultivating Lycium chinense Mill.

组2） Group2）不同土层K+含量/mg·kg-1 K+content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm不同土层Na+含量/mg·kg-1 Na+content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm CK 43.0±0.1bB 19.8±0.2dD 33.2±0.1dD 453.0±2.6aA 226.9±0.9aA 195.2±0.2aA MH 35.0±0.1dD 24.3±0.1cC 40.2±0.1bB 244.3±2.5cC 204.1±0.6bB 148.2±0.8bBSO 41.6±0.0cC 29.1±0.1bB 37.1±0.1cC 256.8±2.3bB 106.2±0.6dD 72.2±0.3dD LC 51.1±0.0aA 53.9±0.0aA 44.9±0.0aA 197.2±1.0dD 152.9±0.9cC 95.1±0.3cC组2） Group2）不同土层Ca2+含量/mg·kg-1 Ca2+content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm不同土层Mg2+含量/mg·kg-1 Mg2+content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm CK 64.3±0.3dD 79.4±0.7cC 71.6±0.3dD 27.9±0.0cB 40.2±0.1dD 28.4±0.0dD MH 74.6±1.3aA 113.5±2.3bB 93.3±0.3cC 27.4±0.0dC 55.8±0.5cC 42.8±0.5cC SO 67.2±0.2cC 108.8±1.8bB 117.1±1.7bB 34.8±0.1aA 88.9±0.9aA 88.9±0.9aA LC 71.9±0.5bB 132.4±4.7aA 145.1±3.1aA 28.0±0.0bB 58.4±0.4bB 56.5±0.5bB组2） Group2）不同土层Cl-含量/mg·kg-1 Cl-content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm不同土层SO42-含量/mg·kg-1 SO42-content in different soil layers0-10 cm 10-20 cm 20-30 cm CK 0.56±0.00aA 0.39±0.01bB 0.21±0.01cC 0.38±0.00dD 1.19±0.04aA 0.57±0.01aA MH 0.19±0.00cC 0.35±0.01cC 0.27±0.01bB 0.40±0.00bB 0.10±0.01cC 0.49±0.00bBSO 0.17±0.00dD 0.29±0.00dD 0.27±0.00bB 0.39±0.00cC 0.38±0.00bB 0.18±0.00dD LC 0.26±0.01bB 0.51±0.01aA 0.40±0.00aA 0.48±0.00aA 0.38±0.00bB 0.39±0.00cC

2.3.2 阴离子含量的变化由表3还可见：种植3种植物后，0～10 cm土层的Cl-含量均极显著低于对照；其中，地榆种植苗床0～10 cm土层Cl-含量的降幅最大，而枸杞最小。薄荷和地榆种植苗床10～20 cm土层的 Cl-含量极显著低于对照，而枸杞种植苗床10～20 cm土层的Cl-含量极显著高于对照。种植3种植物后，20～30 cm土层的Cl-含量均极显著高于对照，其中，枸杞种植苗床20～30 cm土层Cl-含量比对照高90.5％，增幅最大；而薄荷和地榆的增幅相对较小且一致，均比对照高28.5％。

种植3种植物后，0～10 cm土层的SO42-含量均极显著高于对照，其中，枸杞种植苗床0～10 cm土层含量的增幅最大，较对照增加26.3％；薄荷和地榆的增幅相对较小，分别较对照增加5.3％和2.6％。3种植物种植苗床10～20和20～30 cm土层的含量均极显著低于对照，其中，薄荷种植苗床10～20 cm土层的含量最低，较对照降低91.6％；地榆种植苗床20～30 cm土层的含量最低，较对照降低68.4％。

上述分析结果说明：种植3种植物对土壤Cl-和含量均有一定影响，但作用效应因土层而异。

2.3.3 阳离子分布特征的变化由表4可见：随土层的加深，土壤的K+/Na+值均逐渐增加；种植3种植物后，0～10、10～20和20～30 cm土层的K+/Na+值均高于对照。其中，薄荷、地榆和枸杞种植苗床0～10 cm土层的 K+/Na+值分别比对照提高50.5％、70.5％和172.6％；10～20 cm土层的K+/Na+值分别较对照提高了36.8％、216.1％和304.6％；20～30 cm土层的K+/Na+值分别较对照提高了60.0％、202.4％和177.6％。总体上看，枸杞和地榆种植苗床K+/Na+值的增幅较大，薄荷种植苗床K+/Na+值的增幅较小。

表4 种植3种药赏两用植物后不同土层阳离子分布特征的比较1）Table4 Comparison of cationic ion distribut ion feature in different soil layers after cultivating three p lants for both medicinal and ornamental uses1）

随土层的加深，土壤的（K++Na+）/（Ca2++Mg2+）值均逐渐减小；种植3种植物后，不同土层的（K++ Na+）/（Ca2++Mg2+）值均低于对照。其中，薄荷、地榆和枸杞种植苗床0～10 cm土层（K++Na+）/（Ca2++ Mg2+）值分别比对照降低49.1％、45.5％和53.9％；10～20 cm土层该比值分别比对照降低了34.5％、67.0％和47.6％；20～30 cm土层该比值分别比对照降低39.5％、76.8％和69.3％。总体上看，地榆和枸杞种植苗床土壤（K++Na+）/（Ca2++Mg2+）值的降幅较大，薄荷种植苗床的降幅较小。

从表4还可看出：种植3种植物后，0～10、10～20和20～30 cm土层中主要阳离子（Ca2+、K+和Mg2+）交换量总和均明显增加，3种植物对土壤主要阳离子（Ca2+、K+和Mg2+）交换量总和的增幅由大至小依次为枸杞、地榆、薄荷。

3 讨论和结论

实验结果表明：种植3种药赏两用植物对土壤pH值的降低作用由强至弱依次为地榆、薄荷、枸杞，对土壤可溶性盐含量的降低作用由强至弱依次为枸杞、地榆、薄荷，即地榆降低土壤pH值的效应最强，枸杞降低土壤可溶性盐含量的效应最强。就不同土层而言，3种植物对0～10 cm土层pH值和可溶性盐含量的降低效应最明显。这一现象对植物的生长具有重要的农学意义，因为70％～80％的植物根系分布在这一土层，土壤pH值和可溶性盐含量的降低为植物的生长和营养物质的积累提供了有利条件［18-19］。在种植3种植物后土壤pH值和可溶性盐含量降低，一方面是由于根系从土壤中吸收水分，由土壤蒸发改为植物叶片蒸腾，从而阻止盐分随水分向地表的聚集；另一方面是由于地表被植被覆盖，土壤蒸发量大幅减少，形成了盐分上移的又一屏障，而土壤中各种可溶性盐含量的降低又有利于pH值的降低。这一现象与郭晔红等［9］的研究结果相一致。

研究结果表明：种植3种药赏两用植物不仅使土壤可溶性盐含量降低，而且对土壤盐分的离子组成也产生了较大影响，使土壤的整体状况得到改善。种植3种药赏两用植物后，土壤中K+、Ca2+和Mg2+含量总体上升高，而 Na+含量总体上有不同程度的降低，SO4

2-和Cl-含量在一定的土层中也有所降低。对3种植物的综合比较结果显示：地榆和枸杞对土壤中K+及Ca2+和Mg2+含量、K+/Na+值、主要阳离子（Ca2+、K+和Mg2+）交换量总和的提高效应以及对 Na+含量、（K++Na+）/（Ca2++Mg2+）值的降低作用均较强，而薄荷的这些效应在3种植物中均较弱；3种植物对土壤阴离子（SO42-和Cl-）的作用因土层而异，总体上看，均能使0～10 cm土层的Cl-含量以及10～20和20～30 cm土层的SO42-含量降低。种植3种植物后，土壤中K+含量的提高说明土壤的营养状况得到了改善［20］，Na+含量的下降表明土壤含盐量下降；土壤中K+/Na+值提高对盐碱地中植物的生长有十分重要的作用，因为盐碱地普遍存在K+/Na+值过小的现象，而通过种植3种植物对土壤K+/Na+值进行调节，使土壤营养状况得到改善，达到改良盐碱地的目的［20-21］。

土壤结构差（如水稳性差）是盐渍土的主要特点之一，而土壤水稳性团聚体含量与（K++Na+）/（Ca2++ Mg2+）值呈负相关［9］。种植3种植物后，土壤中（K++ Na+）/（Ca2++Mg2+）值有所降低，一方面因为这3种植物多为深根系植物，其地下部有较粗壮的主根和丰富的须根，这些根系对土壤有穿插和积压作用，加之根系的更新与枯死而使有机物存留于土壤中，这些都有助于土壤团粒结构的形成［22-23］；另一方面由于丰富的根系改变了土壤的水分微循环模式，阻止了地下盐水中Na+等离子的虹吸作用，从而使土壤中（K++Na+）/（Ca2++Mg2+）值下降，促使团聚体形成，改善了土壤结构。另外，土壤中交换性阳离子总量反映了土壤保持养分的能力，特别是土壤中矿质元素的保持能力；交换性阳离子总量大的土壤具有较强的保持速效养分的能力，所以土壤中交换性阳离子总量可作为评价土壤供肥和蓄肥能力的指标［24-25］。种植3种植物可使土壤中主要阳离子（Ca2+、K+和Mg2+）交换量总和明显提高，说明通过3种植物的种植使土壤速效养分的保持能力增强，从而使土壤的供肥和蓄肥能力得以提高。

从实验结果可以看出：在供试的3种药赏两用植物中，枸杞和地榆对土壤的改良作用较强，薄荷稍差。植物对土壤的改良作用是多方面的综合作用：一方面通过地上部分的遮盖作用减少水分蒸发，降低土壤盐分含量；另一方面可以通过发达的地下根和根茎影响土壤微循环，改变土壤水分及离子运动方向，以达到改善土壤营养及整体状况的目的。在实际种植过程中，枸杞和薄荷地上部分均生长旺盛，种植苗床基本全部被覆盖；而地榆地上部分并不发达，大部分土壤未被覆盖，但对土壤均具有较强的改良效应，显示出这种综合作用。种植具有茂密地上部分的植物可以达到改善盐碱地的目的，而种植具有丰富地下根和根茎的植物也可以达到很好的改善盐碱地的目的。

供试的3种药赏两用植物均为多年生植物，本文报道的仅为第1年的种植实验结果，推测次年随着植株地上部分的生长壮大和地下部分的进一步生长，对盐碱土壤的改良作用将更加明显。目前在盐碱地上种植最多的是粮食作物，虽然也能达到改良盐碱地的目的，但由于粮食作物生育期短、土地裸露期长，因而改良效果不明显［9］。而药赏两用植物多为多年生植物，具有茂密的地上部分以及发达的地下部分，绿色覆盖期长，对盐碱地的改良效果优于其他农作物，因而，在盐碱地上种植耐盐药赏两用植物不但可以获得较高的经济效益，还能达到改良土壤的目的。

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