哈密大南湖二矿草本植物示范区植物生长生理指标对比分析

2021-01-11李江龙申吴燕程志义张继卫马伊琍吐尔逊娜依热依木

绿色科技 2020年23期

李江龙，申吴燕，王梦，程志义，张继卫，马伊琍，麻浩，吐尔逊娜依·热依木

(1.神华国能集团有限公司，北京 100033；2.新疆农业大学草业与环境科学学院，新疆乌鲁木齐 830052；3.国网能源哈密煤电有限公司大南湖二矿，新疆哈密 839000；4.兰州生多荒漠保护研究院，甘肃兰州 730000)

1 引言

我国盐碱土面积3.46×107hm2，其中新疆盐碱土面积8.476×106hm2，是我国土壤盐渍化大区。哈密大南湖二矿位于新疆东部，土壤盐渍化严重，地表主要以自然原始的戈壁、裸岩、砾石为主，无植被生长，生态系统极其脆弱[1]。在诸多不利生态因子中，盐胁迫已成为影响该区域植物正常生长的重要限制因子之一[2]。如何改良和利用盐渍化土地，进行矿区生态修复和改善，对哈密大南湖二矿具有重大意义。

2 材料与方法

2.1 试验材料

试验材料包括豆科3种、禾本科3种，黑麦草(Loliumperenne)、高冰草(Thinopyrumponticum)、苇状羊茅(Festucaarundinacea)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、甘草(Glycyrrhizauralensis)、红豆草(Onobrychisviciaefolia)等。试验所需豆科和禾本科种子均来自乌鲁木齐市天博草业种子店。

2.2 试验地概况

试验地哈密大南湖二矿位于国家大型煤炭基地新疆基地吐哈区东部，新疆哈密市西南，属哈密市南湖乡管辖，距哈密市区约84 km，距南湖乡约45 km。试验地位于矿区西北部，地理位置在E93°28′～94°1′，N42°16′～42°34′之间，矿区所在哈密盆地气候分区为暖温带极干旱区，为典型的大陆温带极干旱气候区。该区全年日照时数在3350 h以上，是全国日照最充裕地区之一。哈密地区是全国最少降水地区之一，全年降水量不足50 mm，降水日数不足25 d，矿区内冬季仅阴坡偶见局部有薄层积雪。矿区土壤可溶性盐含量数据显示，土壤是盐渍化土，盐分含量为0.6%～1.8%(表1)。

表1 矿区土壤中水溶性盐含量 g/kg

2.3 试验设计

2019年5月2日在哈密大南湖二矿示范田采用单播的方式种植。选择与室内实验同一批种子条播在1 m×1 m的种植坑中，种植坑土壤配比为田园土∶荒漠土(1∶1)，每种植物设置3个重复。实验区采用随机植物排列，种植坑为3行6纵进行分区，具体如图1所示。5月中旬开始记录数据，每隔1个月进行1次采集，9月底实验结束[3]。

图1 6种植物种植位置示意图

2.4 测量方法

选取每个种植坑中5株植株，对其绝对生长高度每月进行测量；生理指标电导率、叶绿素、Na+含量、K+含量在9月下旬统一采样回实验室进行测量[4～8]。

3 结果与分析

3.1 出苗率

如图2所示，6种植物间在出苗率上有显著性差异(P<0.05)，红豆草、紫花苜蓿、黑麦草和高冰草无显著性差异(P<0.05)。各植物出苗率均在30%以上，但出苗率在60%以上仅有苇状羊茅。

图2 6种植物的出苗率

3.2 生长速度和生长高度

如图3可知，甘草的株高为最大值32.09，高冰草为最小值15.62。5～9月份间各植物每月的生长速度不同，5月份苇状羊茅生长速度最快；6月份甘草的株高最矮仅为0.94；7月份紫花苜蓿生长速度最快，增高7.57；8月份甘草生长速度最快，比上月增高14.37。相比下豆科植物前期生长速度低于禾本科植物，但后期生长迅速。

图3 6种植物的株高

3.3 电导率

如图4所示，黑麦草与其他5种植物在电导率上有显著性差异(P<0.05)。黑麦草>苇状羊茅>红豆草>紫花苜蓿>甘草>高冰草，电导率值分别为1.01>0.7>0.65>0.49>0.47>0.43。

图4 6种植物的电导率

3.4 叶绿素

如图5所示，6种植物间在叶绿素上有显著性差异(P<0.05)。红豆草>甘草>紫花苜蓿>苇状羊茅>高冰草>黑麦草，叶绿素值分别为37.72>37.44>34.65>25.51>23.45>18.36。豆科植物均高于禾本科植物。

图5 6种植物的叶绿素

3.5 Na+/K+

如图6所示，6种植物的根、茎、叶的Na+/K+有显著性差异(P<0.05)。除甘草外，各植物根的Na+/K+均大于茎和叶，叶的Na+/K+均小于根和茎。各植物间受盐环境的影响，Na+/K+黑麦草受影响最大，甘草最小。甘草的Na+茎中含量最大，茎受盐胁迫最严重。甘草的地上部分茎、叶的抑制大于根。

图6 6种植物的根、茎、叶Na+/K+

3.6 相关性分析

从表2可以看出，茎Na+/K+与电导率、根Na+/K+这两个指标之间均成极显著正相关(P<0.05)；根Na+/K+和株高显著正相关(P<0.05)；叶Na+/K+与电导率、根Na+/K+、茎Na+/K+这3个指标之间均成极显著正相关(P<0.05)。叶Na+/K+和茎Na+/K+相关性最高，相关性系数为0.948。

表2 6种植物各指标相关性分析

4 讨论与结论

4.1 讨论

各植物在哈密大南湖二矿均出苗，说明示范田的盐浓度没有抑制植物的萌发，在采取实验数据过程中，5月份出苗的部分植物幼苗，在6月份时出现原本萌发的植物幼苗变黄枯死的现象，通过多次观察发现这与哈密当地的沙尘天气和高温有直接的关系，植物萌发期到幼苗期的过程是极其脆弱的，热风把植物的水分蒸发掉，导致植物枯黄萎蔫而死。苇状羊茅的出苗率最高，展现出较强的耐盐性的同时，对其他不利因素在一定程度上展现出较强的抗性。在前期生长过程中，禾本科生长速度较快，后期豆科植物生长速度较快。5月份高冰草、黑麦草和苇状羊茅生长高度3 cm以上，紫花苜蓿和甘草未到1 cm；6月份紫花苜蓿和甘草在株高上无明显变化；8月份开始豆科植物生长速度加快，到9月份最后采样结果：甘草>紫花苜蓿>苇状羊茅>红豆草>黑麦草>高冰草。

6种植物中黑麦草的电导率值明显高于其它5种植物，细胞膜透性增加，细胞膜内外离子流动较活跃。从叶绿素含量来看科植物均高于禾本科植物，叶绿素受盐胁影响相对较小。6种植物的根、茎、叶的Na+/K+有显著差异(P<0.05)。除甘草外，各植物根的Na+/K+均大于茎和叶，叶的Na+/K+均小于根和茎。盐胁迫对甘草幼苗地上茎、叶的生长抑制作均大于地下根，这与陆嘉惠[9]的观点一致。