不同处理对碱蓬种子萌发和土壤氮磷含量的影响

赵珊珊，蒲红宇，魏海峰，2*

(1. 大连海洋大学水产与生命学院，辽宁 大连 116023；2.大连海洋大学海洋科技与环境学院，辽宁 大连 116023)

碱蓬是辽河口地区“红海滩”景观重要的生态植被，在调节区域气候、改善盐碱地环境[1]、维持生态平衡、发展旅游业、改善当地经济情况、医学药用[2]等方面都发挥了重要作用。然而近年来翅碱蓬面积大量减少引起各界关注。经研究表明，碱蓬生长于辽河口海陆相互作用地带，潮汐作用使其处于干湿交替环境中，水体运动复杂且水位变化量大，导致土壤水分盐分状况、营养物质含量[3]发生改变，从而影响碱蓬产量和质量。氮磷对碱蓬的胁迫作用[4]、土壤中重要元素的缺失和化学毒素的积累也是导致其产量下降的重要原因，可采用相应微生态制剂、化学制剂等净化土壤环境，改善土壤结构。

目前，已有大量研究证实碱蓬种子的萌发与土壤盐度相关：高渗土壤抑制其萌发[5-6]；潮汐水陆作用会引起土壤结构变化进而导致水含量变化、植物光合呼吸作用变化[7]，但水含量变化影响盐度，进而改变碱蓬生长状况的研究较少，且碱蓬为特殊的耐盐碱植物，相关条件变化对碱蓬的影响效果尚未明确；化学制剂及微生态制剂作用表现为在养殖水体中提升溶氧[8]，养殖固体中抑制病原菌生长，养殖气体中分解氨为氮气和氢气[9]，也有研究将多种微生态制剂结合或将微生态制剂与水生生物结合研究如何更好地发挥作用[10-11]，但以上制剂均为改善水质所用，用于土壤中判断其对碱蓬生长作用的效果仍有待研究。

为进一步了解适宜碱蓬生长的水文和土壤条件，探索利用化学改良剂和益生菌改善土壤以促进碱蓬生长的技术，本研究以碱蓬为研究对象，模拟辽河口湿地土壤的翻耕情况、潮汐湿地水陆交替变化，以及添加化学改良剂、不同浓度EM复合微生态制剂和芽孢杆菌等相应条件以研究水文环境及化学、微生态制剂对碱蓬生长的作用效果。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验培养碱蓬所用试剂主要有底质改良剂(过碳酸钠泡腾片)、EM复合微生态制剂(购买自大连健洋生物科技有限公司。由光合细菌、乳酸杆菌、酵母菌、放线菌、丝状菌、微量元素组成，有益菌数≥30亿个/mL)、芽孢杆菌(购自大连健洋生物科技有限公司。由有益芽孢杆菌、消化酶等代谢产物组成，有益菌数≥30亿个/mL)；磷含量测定采用磷钼蓝法[12]；氨氮含量测定采用靛酚蓝法[12]；亚硝酸含量测定采用盐酸萘乙二胺分光光度法[12]。

试验采用仪器为聚丙烯树脂种植盆(口径13 cm，底径9.5 cm，高度10.5 cm)、洒水器、铁锹、天平、刻度尺、烧杯、玻璃棒、移液管、量筒、试管、研钵、洗耳球、分光光度计。

翅碱蓬种子，采自辽宁省盘锦市。

土壤样品，采自大连湾泉水河入海口(pH7.2，氨氮含量15.1 mg/kg，亚硝酸氮含量 38.05 mg/kg，活性磷含量0.77 mg/kg)。

水(盐度2.93 mol/L，pH 8.06，溶解氧5.89 mol/L，氨氮含量0.046 mg/L，总氮含量0.062 mol/L，总磷含量0.003 mol/L)。

1.2 试验方法

1.2.1 土壤处理

本设计共10组定量试验，每组做三个平行试验：

A1组(对照组)：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土(4月30日)，不添加任何制剂。模拟翻耕、无潮汐作用条件。

A2组：取400 g滩泥于盆中，不捣碎土壤，并将土壤压实，不添加任何制剂。模拟不翻耕、无潮汐作用条件，研究翻耕对碱蓬发芽和生长的影响。

B1组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土，不添加任何制剂，12 h后加水至没过土壤1～2 cm，再经12 h将上覆水倒掉，如此循环。模拟翻耕、有潮汐作用条件，研究周期性浸没对碱蓬发芽和生长的影响。

B2组：取400 g滩泥于盆中，不捣碎土壤，并将土壤压实，不添加任何制剂，12 h后加水至没过土壤1～2 cm，再经12 h将上覆水倒掉，如此循环。模拟翻耕、有潮汐作用条件，研究周期性浸没和翻耕对碱蓬发芽和生长的影响。

C1组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土后撒施0.5 g底质改良剂过碳酸钠(即0.625 g/kg)(4月27日)。研究低剂量底质改良剂对碱蓬发芽和生长的影响。

C2组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土后撒施1.5 g底质改良剂过碳酸钠(即1.875 g/kg)。研究高剂量底质改良剂对碱蓬发芽和生长的影响。

D1组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土，撒施5 mL EM复合微生态制剂溶液(即6.25 mL/kg)。研究低剂量微生态制剂对碱蓬发芽和生长的影响。

D2组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土，撒施15 mL EM复合微生态制剂溶液(即18.75 mL/kg)。研究高剂量微生态制剂对碱蓬发芽和生长的影响。

E1组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土，撒施5 mL芽孢杆菌溶液(即6.25 mL/kg)。研究低剂量微生态制剂对碱蓬发芽和生长的影响。

E2组：取400 g滩泥于盆中，用铲子将泥土捣碎、松土，撒施15 mL芽孢杆菌溶液(即18.75 mL/kg)。研究高剂量微生态制剂对碱蓬发芽和生长的影响。(土壤处理方法可见表1)。

表1 模拟试验的土壤处理方法

1.2.2 碱蓬种植

将碱蓬种子进行脱壳处理，并挑选颗粒大小均匀且饱满的黑色种子，每盆洒50粒翅碱蓬种子，其中C组需在添加改良剂3天后进行撒种，避免因化学改良剂浓度过高未分解导致种子失活。并进行日常种植管理工作，种植3天后记录发芽率(发芽率=发芽种子数/50 *100%)，种植15天后记录碱蓬生长高度(cm)。

1.3 数据处理及分析

种植15天后，分别从各试验组按1∶1∶1比例铲取上层、中层、下层经处理过的土样混匀，各称取10 g并加水100 mL进行稀释，静置后取上清液，分别采用靛酚蓝法、盐酸萘乙二胺分光光度法、磷钼蓝法测定水样中氨态氮、亚硝酸氮、可溶性活性磷含量，用Excel绘制标准曲线并将各组吸光度值代入以计算其浓度。

2 结果与分析

2.1 不同处理对种子萌发率的影响

2.1.1 翻耕及覆水对碱蓬种子萌发率影响

从表2可见，翻耕可提高种子萌发率：在无水和有水覆盖条件下萌发率分别由40%提升至48%、21.33%提升至34.67%；即分别提高8%和13.34%，对种子萌发具有促进作用。

水的覆没会降低种子萌发率：在翻耕及不翻耕条件下，水覆没会使种子萌发率降低13.33%、18.67%，均不利于碱蓬种子萌发且对其影响作用较大。

2.1.2 添加底质改良剂对碱蓬种子萌发率影响

从图1可见，适当浓度底质改良剂过碳酸钠的添加会提高碱蓬种子萌发率，但浓度过高则会抑制种子萌发甚至使种子失活：加入低、高浓度改良剂发芽率分别为53.33%和38.87%，与对照组相比分别提升了5.33%和下降了9.33%；而微生态制剂作用效果优于化学改良剂，添加了低、高浓度的EM复合微生态制剂后种子萌发率分别为53.33%和60%，添加了低、高浓度芽孢杆菌后种子萌发率分别为57.33%和58.67%，即萌发率提高了5.33～12%，无论浓度高低，均有良好的作用效果，且高浓度微生态制剂添加对其萌发的作用效果更为明显。

图1 碱蓬种子的萌发率Fig.1 Germination rate of Suaeda salsa seeds

2.2 不同处理对幼苗生长的影响

2.2.1 翻耕及覆水对碱蓬幼苗生长影响

由图2可见，翻耕可改善幼苗生长状况：在无水和有水覆盖条件下，翻耕使碱蓬的平均苗高由2.02 cm升至2.4 cm、由1.86 cm升至2.22 cm；水的覆盖对碱蓬生长不利：由图1可见，对比两种情况可知，间歇水覆盖会轻度抑制碱蓬幼苗的生长，其长势不均，部分长势良好，也有幼苗经水淹后不再生长甚至死亡。其中有间歇水覆盖实验组幼苗生长情况不均匀：倒伏现象较多，且幼苗高度较低，仅为发芽时苗高，也有部分长势较好，苗高较高且呈嫩绿色。

2.2.2 化学及生物制剂对碱蓬幼苗生长影响

由图2可见，添加底质改良剂利于碱蓬幼苗生长：化学制剂过碳酸钠的添加可促进其生长，且低浓度时作用更佳，平均苗高升至3 cm，高浓度剂量作用效果略低，平均苗高为2.57 cm；添加了微生态制剂的试验组碱蓬长势良好且均匀，几乎无死苗烂苗：添加低、高浓度EM复合微生态制剂的试验组平均苗高分别为2.97 cm和3.82 cm，添加低、高浓度芽孢杆菌的试验组平均苗高分别为3.11 cm和3.67 cm，幼苗高度较为均匀且颜色偏绿，倒伏和萎蔫情况较少。两种微生态作用效果都很明显且作用效果较为接近，高浓度剂量的添加作用效果更佳。

图2 碱蓬幼苗株高Fig.2 Average height of Suaeda salsa seedlings

2.3 添加化学、生物制剂对土壤中氮磷的影响

由图3、图4可知，底质改良剂过碳酸钠和微生态制剂都可降低土壤中氮含量并调控磷含量。

在无任何益生菌、改良剂添加的条件下，土壤中亚硝酸氮含量为38.05 mg/kg，氨态氮含量为15.10 mg/kg，活性磷含量0.77 mg/kg。当土壤中添加化学改良剂和微生态制剂后，亚硝酸氮含量都有明显的下降且下降幅度都很大。添加了不同浓度改良剂后，亚硝酸氮含量降至17.04～12.42 mg/kg，均下降了65%左右，效果较为明显。使用高剂量化学改良剂可使亚硝酸氮浓度降低71%，效果最佳，高浓度芽孢杆菌最佳效果为降低66%，化学改良剂降低亚硝态氮含量作用效果优于微生态制剂，浓度高低对亚硝酸的氧化作用也有所影响。

添加改良剂后氨氮含量也下降，添加了不同浓度改良剂后，氨态氮含量降至14.00～9.71 mg/kg。其中低浓度化学改良剂降低氨态氮含量作用效果不是很明显，但加大化学改良剂浓度会大幅度降低氨态氮含量；EM复合微生态制剂和芽孢杆菌可有效降低土壤氨态氮含量，作用优于化学改良剂。

添加改良剂对活性磷含量也有所影响。添加了不同浓度改良剂后，活性磷含量升至0.91～2.71 mg/kg，其中低浓度化学改良剂使用效果最佳，为未处理土样中活性磷含量3.45倍，由于原土样为未添加磷肥的缺磷土，化学和微生态制剂添加可有效提高土壤中磷含量，使氮磷比达到平衡，其中以低浓度化学改良剂添加和高浓度复合EM菌添加作用效果最为明显。

图3 土壤中亚硝酸氮及氨态氮含量Fig.3 Content of nitrous nitrogen and ammonia nitrogen in soil

图4 土壤中活性磷含量Fig.4 Active phosphorus content in soil

3 讨论与结论

3.1 翻耕对碱蓬萌发和幼苗生长的影响

本研究表明，经翻耕处理的土壤可提高碱蓬种子萌发率和平均高度。由于翻耕可提高土壤孔隙度，增大土壤与空气接触面积，使土壤透气性和含氧量上升，土壤呈棕褐色，利于种子萌发；未经翻耕的试验组，表面土壤与空气接触呈棕褐色，而内部土壤因极度缺氧呈黑色，不利于种子萌发。同时，渗透性增加利于水分保持，供水和蓄水能力都有明显提升[13]，其盐度也会随之下降，即使碱蓬对盐碱地有较强抗逆性，盐度变化仍会影响碱蓬生长，表现为盐度的降低可促进幼苗生长而过高盐度抑制幼苗生长[14]。因此，翻耕可通过提升水分来降低土壤盐分，调节固、液、汽三相比例[15]以改善碱蓬生长状况。

此外，翻耕还可抑制病原菌生长。翻耕可使下层的病原菌暴露于土壤表面，通过阳光紫外线照射来杀灭，并可促进养分转化和循环，增大土壤中微生物活力和土壤肥力。因此，实际操作中可对土壤进行翻耕松土，改善碱蓬生长状况。

3.2 周期性覆水对碱蓬萌发和幼苗生长的影响

本研究表明，周期性水覆会降低土壤盐度改善碱蓬生长状况，但也使土壤处于变化状态，降低碱蓬萌发率，给生长带来不利影响，这主要取决于碱蓬个体的抗逆性。由于潮汐交替现象特殊的周期性浸没作用，有利影响为土壤湿度更大，水分能够及时得到补充，其含盐量也随之降低，且随着上覆水的流逝，部分盐分也会被带走，可适当降低土壤含盐量。对照无水覆盖的试验组，其幼苗颜色偏绿(无水覆盖组部分幼苗为红色)。据研究表明，土壤含盐量0.4%～1%时碱蓬呈绿色，含盐量在1～1.6%时呈红色[16]，因此间歇水覆盖会使抗逆性强的幼苗在这种水分充足且低盐的条件下长势更好。

不利影响为：第一，水没时土壤中空气排出，气孔充水，氧含量降低，部分种子因缺氧而未能萌发，同时碱蓬内相应氧化反应无法正常进行，限制营养物质转化和ATP形成，不利于其生长；第二，幼苗抗逆性较差，在水淹条件下碱蓬气孔阻力增大，光合作用和呼吸作用会受到抑制，生理功能和代谢功能失调，停止生长甚至失活[17]；第三，退潮(即试验中换水)过程会带走土壤中可溶性及不可溶营养元素，造成营养流失，抑制碱蓬幼苗生长[18]。因此可见试验组中碱蓬生长不均匀的现象：少数抗逆性强的碱蓬幼苗因水分上升、盐度下降而苗株较高且呈绿色，多数萌发后因营养不足、氧供应不足、水淹影响其生理功能而停止生长或长势较差甚至死亡，也有很多种子并未萌发。但总体的发芽率比无间歇水覆盖条件培养下要低，且生长情况均不及未经水覆盖的碱蓬。潮汐作用对碱蓬的生长影响有双重性，因此如何更好地利用湿地系统，以发挥其最大作用可作进一步研究。

3.3 化学改良剂对碱蓬萌发和幼苗生长的影响

本研究表明，化学改良剂过碳酸钠的添加可改善土壤中氮、磷含量，降低有害的亚硝酸氮、氨态氮浓度，改善土壤质量，使碱蓬萌发率显著提高，生长状况明显改善。过碳酸钠化学式为2Na2CO3·3H2O2，因过碳酸钠可以与水相结合，生成臭氧、原子氧，从而增加土壤中氧含量；又因原子氧有很高的能量，可以起到杀死或消灭土壤中有害微生物的作用[19]。因土壤中硝化细菌属好氧性细菌，氧含量的增加会增强此类细菌活性，加速氨氮、亚硝酸的转化，过碳酸钠添加也可直接氧化一部分氨氮、亚硝酸盐。同时迅速氧化分解土壤中的有害物质，改善滩泥土壤腐物、沉积粪便等有机物，故添加化学制剂组氨氮、亚硝酸氮含量均有所下降，且氨氮下降较为明显，防止了有毒物质超标。

碱蓬可直接利用土壤中的氮磷，或以根际微生物的方式进行吸收，并将氮磷转化成其生长所需的营养盐及有机物。但是因滩涂土呈碱性，其氨氮以分子形式存在，氨态氮和亚硝酸氮不可直接被碱蓬利用，还会抑制碱蓬生长：高浓度氨态氮会抑制植物的氧化磷酸化和光合磷酸化过程，使ATP合成受到抑制；亚硝酸盐会引起土壤酸化、降低酶活性，同时其过量也会导致氮磷比不平衡，植物缺磷易倒伏。因此加入了微生态制剂在直接降低土壤中氨氮、亚硝态氮含量，平衡氮磷比的同时间接促进了碱蓬生长。

此外，氨氮变化也会导致土壤中盐分变化，使碱蓬颜色偏绿。过碳酸钠还可以增加土壤中氧含量，对碱蓬萌发与生长都发挥有益作用。但由于该试剂有较强的腐蚀能力且化学作用强度较大，施加时浓度需控制在一定范围内。试验中用低浓度化学制剂可促进其发芽率，而施用了3倍剂量化学制剂条件会降低种子萌发率，可能是由于其使用量超过了促进碱蓬发芽的最适浓度范围，使部分种子被腐蚀而失活。化学试剂对种子生长情况的调控改善作用较好，在适宜浓度范围内作用效果更佳。

但是，化学制剂过碳酸钠有很强的水溶性，在日常管理与使用时应注意增加水量避免发生相关化学变化，使土壤水分降低；过碳酸钠还具有较强的腐蚀性，需在加入土壤后几天才能撒种，避免种子失活。若添加其它微生态制剂等益生菌共同作用时，需注意过碳酸钠用量与加入时间，防止益生菌制剂失活。过碳酸钠多用于水产养殖的水质、底质改善，本试验虽可证明其对土壤条件的改善作用，但其在土壤中的副作用、具体用量标准仍有待研究。

3.4 微生态制剂添加对碱蓬萌发和幼苗生长的影响

本研究表明，EM菌和芽孢杆菌的添加可改善土壤氮、磷含量，降低有害的亚硝酸氮、氨态氮浓度，使碱蓬萌发率显著提高，生长状况明显改善。

EM复合微生态制剂可在水产养殖中起净化水质、改善底质发黑发臭现象并防止养殖生物疾病[20]。在土壤中，本试验结果表明其可促进氨氮转化，降低氨态氮及硝态氮等有害物质含量，并调控氮磷含量比，维持土壤环境平衡。由于添加了EM复合微生态制剂，微生物活性、数量和多样性都大幅上升[21]并改善代谢活性和土壤微环境，增加土壤中养分含量，养分含量可直接决定碱蓬产量的高低。此外，EM菌改善土质的功能还表现在其可降解有机腐物残留，并可有效消除杂菌、抑制杂草，并提高土壤pH值，防止土壤酸化对碱蓬造成不利影响。本试验中经EM菌处理的土壤由黑色变为褐色，土壤氧含量上升，土壤通透性与蓄水能力也增强，有利于种子萌发。EM复合微生态制剂还可提高土壤中微生物活性并抑制病原菌生长，对幼苗生长有利。

芽孢杆菌在水产养殖中可改善底质、降低有害物质含量，建立养殖水体中的生态平衡，在本试验土壤中也有类似作用：使用后碱蓬萌发数量、幼苗平均高度增加。这是因为芽孢杆菌可将水中的大分子有机物分解为小分子有机物，再将小分子有机物分解矿化为各种营养元素，补充了土壤中的养分。芽孢杆菌可提高土壤保水能力[22]，降低土壤盐度，为碱蓬生长提供了更适宜的条件。此外，芽孢杆菌还是一种植物根际促生细菌[23]，分泌相关的酶与抗菌物质，使碱蓬根系更好地生长的同时抑制病原菌的生长繁殖[24]，提高碱蓬的生长性能。

本试验可验证芽孢杆菌不仅能降低养殖水体中氮含量，还可有效降低土壤中氨氮、亚硝态氮含量，同时使滩涂沉积底泥中难溶性络合态磷活化[25]，在合理浓度范围内适当增加微生态制剂浓度还可更好的促进碱蓬生长。上述微生态制剂还可以利用到植物菌肥的生产中去，因其可对土壤中有害物质进行降解，防治植物病害，改善土壤结构与质量，改善土壤盐碱度、氧含量、氮磷含量，提高肥力，并同时促进其它微生物活性以更好的发挥作用。