江苏省8 个沿海造林树种的耐盐性评价研究

郑旭，赵文静，刘兴满，张康，卞建，闫红民，王晓晓，唐罗忠*

1.连云港市农业科学院

2.南京林业大学林学院, 南方现代林业协同创新中心

3.江苏裕丰旅游开发有限公司

4.江苏方洋集团有限公司

土壤盐渍化严重影响着世界各国的土地质量和生态安全，全球盐渍化土地面积已发展至8.31 亿hm2[1]。我国盐渍化土地分布范围广，类型多样，总面积约为0.36 亿hm2[2]，主要分布在华北、东北、西北以及滨海区域[3]。近年来，由于气候变化及不合理耕作，造成土壤中可溶性盐离子含量不断向表层积聚，土壤原生和次生盐渍化现象日趋严重。因此，合理开发利用滨海盐碱地资源，对改善地区生态环境、促进地区工农业生产和经济发展至关重要。采用换土方法进行盐碱土改良，不但成本高，而且难以根除盐渍化问题[4]。越来越多的研究表明，使用耐盐植物恢复植被是抑制土壤盐渍化、改良盐渍土的有效措施[5-9]。但高浓度盐胁迫会影响植物生长发育，如植物叶绿素降解、光合速率降低、高生长和粗生长减慢、生物量积累减少等[10-11]。目前关于木本植物耐盐能力的研究较多，主要集中在盆栽盐胁迫试验方面[12-18]。这些研究结果虽然具有重要的参考价值，但是田间土壤的盐分组成、分布和变化十分复杂，不同种类植物与土壤盐分的关系还不清楚。

滨海盐碱区域的地理位置往往比较优越，交通便利，资源丰富，具有很高的开发利用价值。滨海盐碱地主要受海水影响，其盐分组成与海水的关联度高，土壤剖面由上而下主要分布着氯化物盐类[19]。高含盐量的滨海盐碱土已成为林木成活和生长的主要限制因子[20]。因此，为了探索滨海盐碱地土壤盐分特征及其对主要造林树种的影响，本研究选择江苏省北部典型的滨海盐碱地，调查不同含盐量土壤立地上的林木成活率、生长量和土壤基本性质，采用隶属函数评价不同树种的耐盐能力，以期为筛选耐盐性强、生长较快的树种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究地概况

研究地位于江苏省盐城市大丰区（120°13′E~120°55′E，32°54′N~33°34′N）（图1），距 离 海 岸 线1~15 km，地处北亚热带向暖温带的过渡带，春季风大，夏季多雨。2019 年最高水位1.61 m，最低水位0.58 m，年平均水位0.85 m。地下水水质类别为GB/T 14848—2017《地下水质量标准》Ⅲ类，氨氮浓度为0.174 mg/L，总磷浓度为0.166 mg/L，总氮浓度为2.828 mg/L，pH 为7.96，电导率为978.81 µS/cm。属淤泥质海岸，土壤粉砂含量高，肥力低。由于淤积成土时间、人工改良与利用强度、地形等存在差异，不同地块的土壤含盐量差异较大，人工栽植的树木成活率和生长量差别明显。

图1 江苏省盐城市大丰区研究区域分布示意Fig.1 Location of study sites in Dafeng District, Yancheng City, Jiangsu Province

1.2 研究方法

采用标准地调查法，调查地分别为盐城市大丰区境内的上海农场、盐城市大丰区沿海林场以及江苏省沿海造林试验站。2019 年8 月下旬，在对上述3 个单位的主要造林树种种类、树木生长情况以及土壤基本状况进行踏查和咨询之后，确定8 个苏北沿海地区主要造林树种纯林作为调查对象，分别是中山杉（Taxodium 'Zhongshanshan'）、白榆（Ulmus pumila）、落羽杉（Taxodium distichum）、榔榆（Ulmus parvifolia）、乌桕（Triadica sebifera）、青皮柳（Salix ohsidare）、构树（Broussonetia papyrifera）和苦楝（Melia azedarach）。各样地土壤含水量为15.28%~18.68%，有机质浓度为6.86~8.99 g/kg，全氮浓度为0.13~0.31 g/kg，全磷浓度为0.87~1.13 g/kg，全钾浓度为7.75~8.25 g/kg。

2019 年8 月20—24 日，根据每个树种的成活率、生长情况、造林面积、土壤盐分表观以及林下植被状况（如当地盐碱地指示性植物的种类、生长状况等信息）分别设置5~12 块样地，8 个树种共设置48 个样地。样地均为20 m×20 m，对样地内的树木种类、年龄、胸径、树高、成活率进行调查。所调查的林分郁闭度均小于0.5，林分密度对胸径生长尚不会产生明显影响。

1.2.1 土壤调查与土样测定分析

在每块调查样地中按照“Z”字形走向，用口径为4.5 cm 的土钻分别钻取0~20 和20~50 cm 土层土壤，重复9 次，相同层次土壤3 份混合为1 份混合土样，装入自封袋保存，共有288 份土壤样品。至阴凉处将土壤摊开，自然风干15 d 左右，土壤质量基本稳定时（连续称重2 次，前后差值不超过最终测定质量的0.1%），捡出土壤中的杂质，并过2 mm 孔径的土壤筛，过筛后的土壤用于测定含盐量。测定方法如下：精确称取20 g 的过筛土样放入容量为500 mL 的玻璃锥形瓶中，加入100 mL 的超纯水，振荡5 min，在4 000 r/min 的转速下离心30 min，将上清液进一步过滤后，精确量取50 mL 滤液放入已知质量的清洁干燥玻璃瓶中（W1），经水浴处理，待溶液蒸干后（溶液蒸干后为白色，有机质含量忽略不计），再在电热鼓风烘箱中将玻璃瓶中溶液烘干至恒重（W2）。土壤含盐量（S）计算公式如下：

1.2.2 树木生长调查

测定每块样地的树高、胸径和成活率。较矮的树木用标杆测定树高，较高的树木用勃鲁莱测高器测定树高；用树木胸径尺测定地面以上1.3 m 处的树木直径（胸径）；成活率为样地内的存活树木数量占造林树木数量的比例。

1.2.3 隶属函数综合评价方法

采用隶属函数法对不同树种的抗盐性进行评价。如果指标与抗盐性之间存在正相关，则：

如果指标与抗盐性之间存在负相关，则：

式中：Uijk为第i个树种第j个盐浓度对第k项指标的隶属函数值；Xijk为第i个树种第j个盐浓度对第k项指标的测定值；Xjkmax为所有树种第j个盐浓度第k项指标的最大值；Xjkmin为所有树种第j个盐浓度第k项指标的最小值。Uijk越大表明抗性越强。

2 结果与分析

2.1 土壤含盐量

由图2 可知，在8 个树种、48 个样地之间土壤含盐量差异较大。含盐量较高的样地（上层土壤含盐量在5 mg/g 以上），其上层土含盐量均显著高于下层土，盐分表聚现象明显；而含盐量较低的样地上下土层之间的含盐量差异较小，或下层土高于上层土。中山杉大部分样地土壤含盐量低于3 mg/g，但样地6、样地7、样地8 和样地12 的土壤含盐量较高，其中样地12 的0~20 与20~50 cm 土层含盐量格外高，分别为9.2 与6.8 mg/g；落羽杉、青皮柳和苦楝样地土壤含盐量均在6 mg/g 以下。

图2 不同树种不同样地不同土层的土壤含盐量Fig.2 Soil salt content in different soil layers of different tree species and different plots

0~20 cm 土层中，构树样地3 的上层土壤含盐量最高，达到11.9 mg/g，乌桕样地2 次之，为10.5 mg/g，中山杉样地1 的含盐量最低，仅为0.5 mg/g。方差分析结果显示，各树种样地间土壤含盐量存在显著差异。20~50 cm 土层中，落羽杉、青皮柳、构树和苦楝各样地间土壤含盐量差异显著。

从2 个土层（0~20 和20~50 cm）的平均值看，土壤含盐量依次为榔榆〔（4.72±0.26）mg/g〕>白榆〔（4.41±0.27）mg/g〕>乌桕〔（4.31±0.22） mg/g〕>构树〔（3.92±0.30）mg/g〕>落羽杉〔（3.23±0.12）mg/g〕>中山杉〔（2.90±0.22）mg/g〕>苦楝〔（2.79±0.11）mg/g〕>青皮柳〔（2.61±0.09）mg/g〕。

2.2 不同样地树种生长状况分析

由表1 可知，相同树种在不同样地的成活率和生长量存在较大差异。白榆样地2 和青皮柳样地1的树木成活率最高，达100%，成活率最低的是中山杉样地12 和构树样地3，均为0。

对中山杉而言，12 块调查样地中样地1 的成活率最高（98%）；样地12 的成活率最低（0）；样地11 的中山杉胸径以及树高年生长量最大。对白榆而言，样地2 的成活率以及生长量均最大；样地6 的成活率最低，且其年生长量也较小。5 块落羽杉样地的树木成活率为66%~86%，差异较小。5 块榔榆样地中，样地1 的成活率最高，为96%；样地4 的成活率最低，为45%；榔榆的胸径和树高年生长量均较小。青皮柳的成活率最高为100%，最低为38%，其胸径年生长量为1~2 cm，树高年生长量为1~2 m。构树的成活率最高为90%，最低为0；成活率高的构树年生长量较大，成活率低的年生长量较小。乌桕的成活率最高为98%，最低为56%；不同样地的乌桕胸径或树高年生长量差异显著。苦楝的成活率整体较高，为75%~92%，胸径和树高年生长量也比较大。

2.3 树种耐盐性评价

2.3.1 相关性分析

我国盐碱地按含盐量高低可分为轻度、中度及重度盐化土，其土壤含盐量分别为1~2、2~4、4~6 mg/g[21]。为评价各树种耐盐性，以土壤含盐量为自变量，以树种成活率、胸径年生长量、树高年生长量为应变量，建立线性回归方程（表2），其中土壤含盐量为2 个土层（0~20 和20~50 cm）含盐量的加权平均值。由表2 可以看出，8 个树种的成活率、胸径和树高年生长量与土壤含盐量均呈负相关。其中，中山杉、青皮柳、构树、乌桕和苦楝的成活率与土壤含盐量的相关性，以及中山杉、榔榆和苦楝的树高年生长与土壤含盐量的相关性均达到了显著水平（P<0.05）。

表2 土壤含盐量与各树种成活率、胸径年生长量及树高年生长量的回归方程Table 2 Regression equation between soil salt content and survival rate of tree species, annual growth of DBH, and annual growth of tree height

由回归方程（表2）可预测各树种在土壤含盐量为2、4、6、10 mg/g 时的成活率和生长状况（表3）。当土壤含盐量达到2 mg/g 时，各树种成活率表现为落羽杉>榔榆>乌桕>白榆>苦楝>青皮柳>中山杉>构树；虽然榔榆成活率较高，但胸径和树高年生长量却较低；年生长量最高的是苦楝，胸径和树高年生长量分别为2.83 cm、2.08 m。当土壤含盐量达到4 mg/g时，各树种的成活率和生长指标均有所下降，其中青皮柳和构树成活率降到50%以下，成活率表现为榔榆>乌桕>白榆>苦楝>落羽杉>中山杉>构树>青皮柳。当土壤含盐量达到6 mg/g 时，各树种成活率表现为白榆>苦楝>榔榆>乌桕>中山杉>构树>落羽杉>青皮柳，仅有白榆、苦楝和榔榆成活率在50%以上，且白榆胸径、树高年生长量较高，分别为1.57 cm、1.22 m，青皮柳成活率为0。当含盐量达到10 mg/g时，仅有白榆、苦楝和榔榆能够存活，但成活率均在33%以下，且胸径和树高年生长量均较低。表明土壤含盐量较高时，树木成活率和生长均会受到明显抑制。

表3 不同土壤含盐量下的树种成活率、胸径年生长量和树高年生长量拟合数据Table 3 Fitting data of tree species survival rate, annual growth of DBH and annual growth of height under different soil salt contents

2.3.2 隶属函数评价

选择各树种成活率、胸径和树高年生长量3 个主要指标，根据盐碱地造林实际情况分别赋予成活率、胸径和树高年生长量50%、25%和25%的权重，对8 个树种的耐盐性和生长进行隶属函数法综合评价，结果如表4 所示。当土壤含盐量为2 mg/g时，各树种综合评价值依次为落羽杉>苦楝>白榆>乌桕>青皮柳>榔榆>构树>中山杉；当土壤含盐量为4 mg/g 时，各树种综合评价值依次为苦楝>白榆>落羽杉>乌桕>榔榆>中山杉>构树>青皮柳；在土壤含盐量为6 mg/g（属于重度盐碱土）时，各树种综合评价值依次为白榆>苦楝>乌桕>榔榆>中山杉>落羽杉>构树>青皮柳；当土壤含盐量为10 mg/g 时，仅有白榆、苦楝和榔榆可以存活，其他树种成活率均为0。

表4 不同含盐量下树种隶属函数值、综合评价值及排序Table 4 Membership function values, comprehensive evaluation values and ranking of tree species under different soil salt contents

综合4 种含盐量下的数据结果，并给成活率、胸径和树高年生长量分别赋予50%、25%和25%的权重，计算中山杉、白榆、落羽杉、榔榆、青皮柳、构树、乌桕和苦楝8 个树种的隶属函数综合评价值（表5），分别为0.234、0.946、0.503、0.428、0.216、0.169、0.449 和0.841，可初步认为8 个树种的抗盐性从强到弱为白榆>苦楝>落羽杉>乌桕>榔榆>中山杉>青皮柳>构树。

表5 8 个树种耐盐性隶属函数值及综合评价值Table 5 Membership function values and comprehensive evaluation on salt tolerance of eight trees species

3 讨论

3.1 滨海盐碱土盐分特性

土壤含盐量是滨海区域盐碱地树木成活和生长的主要限制因子之一[22-24]。土壤盐分的空间变异和动态变化较大，但是，含盐量较高的土壤，其表层含盐量往往较高，主要原因是土壤水溶性盐分因水分蒸发作用通过土壤毛细管由深层向表层迁移，逐渐聚集在土壤表层[25]。韩建均[26]在研究江苏滨海滩涂土壤特性时发现，从上到下不同层次剖面土壤含盐量呈“S”型变化，其中表层土壤的含盐量最高。本研究表明，绝大多数含盐量较高的样地，其上层土壤含盐量显著高于下层土壤，主要原因可能是：1）样地的树木成活率低，生长差，林下植被少，土壤裸露程度严重，夏季日照时间长，气温高，土壤水分蒸发量大；2）研究区域距离海岸线较近，淤积成土时间短，地下水位较高以及地下水矿化度低，地下水中盐分易转换至土壤中；3）人工开垦管理不到位，排水渠坍塌，未及时清淤，起不到降低地下水位的作用，甚至有的排水渠淤堵抬高地下水位。综合作用下导致下层土壤中的水溶性盐分上移，产生盐分表聚现象。

3.2 滨海盐碱土盐分与树种成活和生长的相关性

植物的成活率和生长是反映植物耐盐能力最为直观的指标，有研究表明，高浓度的盐胁迫会抑制植物生长，严重时会导致植物死亡[27-28]。中国柽柳（Tamarix chinensis）能在含盐量低于8 mg/g 的土壤中成活[29]。滨海地区的苦楝种源幼苗高生长、地径生长和生物量均随土壤含盐量的增加而降低[30]。董兴红等[31]通过盆栽试验发现，随着含盐量的升高，刚毛柽柳（Tamarix hispida）成活率逐渐下降，高生长也受到抑制，其耐盐能力为25 mg/g。本研究表明，8 个树种的成活率、胸径和树高年生长量均随土壤含盐量的增加而减小，即树木成活率和生长量与土壤含盐量之间均呈负相关。同时，盐胁迫下植株的叶片均出现枯黄、萎蔫、卷边或灼烧现象，说明盐胁迫会损坏植株叶片叶绿体结构，造成细胞质降解，树木受伤致使形态发生改变。各树种长期处于盐胁迫环境下，树木体内大量积累的钠离子阻碍其他养分的吸收，导致营养失衡。其次，在盐胁迫下，树木会改变生物量的分配策略，减缓或停止生长，减少能耗以应对逆境胁迫，严重的如构树甚至出现“小老树”。树木受到盐胁迫时，会通过增加根系生物量以储存较多的钠离子，减少钠离子运输到叶片，同时具有更强大的渗透调节能力，吸收更多的水分和营养物质或减缓根系生长，从而通过减少根系对土壤中盐分的吸收量及向地上部分的传输量的方式来增强自身的抗盐能力[32-33]。

3.3 树种的耐盐性

植物对盐胁迫的响应过程是错综复杂的，植物的耐盐性是由多个因素共同作用，各指标均能在不同程度反映植物耐盐性的强弱，所以筛选与植物耐盐性相关度高的指标进行综合评价至关重要[34]。潘香逾等[35]采用加权隶属函数分析法对14 种植物耐盐性进行评价，发现轻度盐碱地适宜种植画眉草（Eragrostis pulchra）、紫花苜蓿（Medicago sativa）等9 种绿肥植物；中度盐碱地适宜种植小黑麦（Triticum secale）、萝卜（Raphanus sativus）等5 种绿肥植物；重度盐碱地适宜种植黑麦草（Lolium perenne）、萝卜等6 种绿肥植物。

本研究采用野外样地调查法，各树种的生长立地条件有所不同，难以直接进行耐盐性比较，所以结合回归方程分析和隶属函数分析，选择具有代表性的土壤含盐量，综合评价各树种耐盐能力。结果表明，在不同土壤含盐量下，各树种耐盐能力存在差异。当土壤含盐量分别为4、6 、10 mg/g时，各树种的耐盐性排序比较一致，而在土壤含盐量较低（2 mg/g 以下）时，各树种耐盐性排序与高含盐量时不同，其原因可能是土壤含盐量较低时，土壤盐分已不再是树木成活和生长的主要限制因子。杨振华[36]亦发现，在轻度盐（2 mg/g 混合盐）处理下，棉花的生物量及其生长过程与不加盐的对照处理相似；在高盐（4 mg/g 混合盐）处理下，棉花的生物量及其生长过程会发生较大变化。这说明当土壤含盐量较低时（轻度盐碱土），土壤含盐量并不是限制耐盐植物生长的主要因子，当土壤含盐量较高时，土壤含盐量是影响土壤质量和限制植物生长的重要因子[37-38]。

4 结论

（1）在江苏省盐城市大丰区调查的48 个调查样地土壤含盐量为0.4~11.9 mg/g，不同样地之间的土壤含盐量差异较大。含盐量较高的样地，呈现出典型的盐分表聚现象。

（2）8 个造林树种的成活率、胸径和树高年生长量与土壤含盐量之间均呈负相关，即土壤含盐量越高，树木成活率和胸径、树高年生长量越低。

（3）隶属函数法综合评价结果显示，8 个造林树种的耐盐性依次为白榆>苦楝>落羽杉>乌桕>榔榆>中山杉>青皮柳>构树。如以树木成活率在50%以上，且具有较高的胸径和树高生长量作为树种耐盐性的基本标准，则在所研究的8 个树种中，白榆和苦楝的耐盐性最强，可耐受6 mg/g 的土壤含盐量；落羽杉、乌桕、榔榆和中山杉的耐盐性次之，可耐受4 mg/g 的土壤含盐量；青皮柳和构树的耐盐性较差，只能耐受3 mg/g 的土壤含盐量。