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全世界盐渍土约占土地总面积的25%,水-盐胁迫是人类面临的一个世界性问题。随着人口、资源、环境矛盾日趋尖锐,土壤-植被系统适应水盐胁迫已经成为学科发展的重点之一。我国西北内陆干旱区广泛分布着大面积的盐渍土和盐生植被,如何高效利用,缓解人口与资源的矛盾,已成为一个重要课题和研究方向,以典型盐生植物为材料进行抗盐碱生理研究,对于揭示土壤-植被系统对盐碱混合胁迫的适应机制及盐溃土的生物学治理均具有重要意义。
本文以我国西北干旱区的典型荒漠盐生植物红砂为研究对象,研究了不同地理环境红砂群落结构和养分动态特征、盐胁迫对红砂种子萌发的分异、盐胁迫下红砂的生理生态表征及荒漠绿洲区盐渍土的改良应用,以掌握盐生植物对盐碱土的适应机理及改良应用策略,为西北干旱区盐渍土壤的生物修复和开发利用提供科学依据。主要研究结果如下:
1、盐胁迫下红砂的生理生态表征
红砂的个体大小与冠幅有十分密切的关系,与植株高度相关不明显。红砂4个不同生境土壤全盐量的大小顺序是:营盘水<皋兰<白银<孪井滩。离子含量基本都随土壤全盐量的增加而增加。pH随采样点土壤中HCO3-含量比例的减小逐渐减小。除白银土壤有机质和全氮含量高于皋兰外,其他采样点有机质和全氮基本随采样点由南到北的顺序逐渐减小。全磷含量与有机质和全氮的变化趋势基本相同,都是随采样点由南到北的顺序逐渐减小。土壤养分与土壤含盐量显著负相关。红砂群落植物多样性与土壤含盐量没有显著相关性。
红砂叶片的光合速率和蒸腾速率日变化规律相似,均为双峰型,光合有明显的“午休”现象。红砂Pm和Ek的变化趋势一致。孪井滩红砂有更广的光适应范围和较强的耐受强光能力,它能经受的光照强度较高,在高光的情况下依然能够保持较高的电子传递速率,光合机构不会因为强光而受到伤害。白银和皋兰红砂不耐强光,在较低的光强下其电子传递速率已达最大.营盘水的红砂对光能利用盐以能力最高。孪井滩红砂光能利用效率不高。随着NaCl胁迫时间的增加,红砂叶片Na+、Mg2+含量基本都表现为先增加后降低的趋势。K+和K+/Na+随胁迫时间的增加先减小后增加。但是随着NaCl浓度的增加,红砂叶片中各离子含量表现出的规律性不强。随着NaCl胁迫时间的增加,红砂叶片MDA含量增加后降低,脯氨酸和可溶性糖含量逐渐增加。随着胁迫时间的增加,红砂的SOD活性不断升高,而CAT和POD活性随胁迫时间的增加先升高后降低。
2、盐胁迫对红砂种子萌发的分异
红砂种子发芽率和出苗率均随盐浓度的增大不断下降,达到最大发芽率的时间向后延迟。碱性盐对红砂种子的发芽率抑制比较明显。红砂种子发芽速度随盐浓度的增大迅速下降。在碱性盐和高浓度中性盐胁迫下出现许多畸形苗,其中以无胚根有胚芽者居多。红砂种子胚根长度及胚芽的长度随盐浓度的增加而减小。混合盐胁迫下,适当的盐胁迫和增加pH值会促进胚芽的生长。回归分析结果表明,对于红砂种子发芽率来说,盐浓度是抑制红砂种子萌发的决定性主导因素。然而,在种子胚生长过程中,盐度、缓冲量和pH均有不同程度的作用,其中盐度重要性最大。盐胁迫使红砂种子出苗时间集中,浓度越大,出苗也越集中。
3、荒漠区盐渍土的改良应用
盐化草甸经过合理种植利用后,砂粒含量随种植年限的增加先增加后降低;未种植利用的土壤各级机械组成差异较小,种植利用后差异相对增加;下层土壤的粘粒含量高于上层。研究区土壤容重随种植利用年限的增加先增加后降低;土壤pH总体呈减小趋势。除速效钾外,土壤养分均随着种植利用年限的增加而逐渐增加。土壤全盐量和电导率随种植利用年限的增加迅速减小;表层土壤的全盐量明显高于下层。表层土壤有机质、碱解氮、全磷和速效磷与土壤含盐量呈显著负相关关系,相反地,土壤速效钾、粉粒、pH和电导率均与土壤含盐量呈显著正相关关系。本研究结果表明,盐渍土经合理种植利用后土壤理化性质有显著的改善,土壤含盐量显著降低。