高云晓 庞元湘 毛培利 李业宇 祁 琳 郭龙梅 曹帮华

( 山东农业大学林学院，黄河下游森林培育国家林业局重点实验室，国家林业局泰山森林生态定位站，山东 泰安 271018)

盐碱地是地球陆地上分布最广的土壤类型之一，约占陆地总面积的25%[1]。中国的盐碱化耕地约3.33×107hm2以上[2]，其中滨海盐碱地有10×105hm2。由于盐胁迫对大部分植物的生长发育都有抑制作用，这使得盐碱地区的生态环境建设受到了极大的限制，尤其是以人工林为主体的森林生态系统的建立。黄河三角洲地区刺槐林的大面积衰退就是一个典型的例子。盐胁迫下，木本植物的生长、根系发育、光合生理等[3]都受到显著抑制。由渗透胁迫造成的生理干旱和因大量吸收钠离子（Na+）、氯离子（Cl-）造成的离子毒害被认为是盐胁迫对植物产生伤害的主要机理[4]。施肥尤其是氮（N）、磷（P）、钾（K）肥可以有效缓解盐胁迫对植物的抑制程度。盐胁迫下施肥可降低植株Na+含量[5]、提高生长速率[6]、增加光合[7]、减少能耗、增加生长素含量[6]。在盐胁迫条件下，植株通过对养分的最大化吸收和对体内激素的重新调配以此提高生物量、促进生长，对抗盐胁迫[8]。目前对于木本植物的研究主要集中在施用N、P、K及粪便有机肥对盐胁迫的改良方面且改良程度与土壤含盐量的高低密切关系上。辛承松等[7]通过比较高肥和低肥盐土盆栽棉花(Gossypium hirsutum)的生长发育和生理特征，认为通过提高盐碱地的肥力能增加棉花养分吸收，减轻盐害，且中高盐条件下效果最显著。Chen等[9]发现在中、低度盐分土壤中增施N肥可促进棉花生长，高盐条件下增施N肥的增产效果不明显。对于林木在不同土壤含盐量下的施肥及施肥方法，目前研究还较少。林业生产中施用的肥料主要是N、P和K肥，但在常规施肥条件下N、P、K肥尤其是N肥的当季利用率均比较低，且较容易流失[10]。黄腐酸（FA）是一种新型肥料，是植酸类分子量较小的高分子有机化合物，含有多种活性官能团，易被植物吸收，有较强的生物活性[11]，具有改良土壤物理结构、促进植物生长、提高植物品质、肥效持久等优良特性[12]。前人研究表明，FA可以提高农作物和草本类植物的叶片蒸腾速率，使植株和土壤保持较多的水分，同时促进根系发育，增强根系活力，并提高多种合成酶活性和叶绿素含量，提高盐胁迫下植物生存能力[10，13]。武应霞等[14]和张亚飞等[15]研究发现FA可提高欧美杨（Populus euramericana）的光合作用和桃树（Amygdalus persica）的总根长与根系活力。但总体来看FA对木本植物的影响目前研究很少，尤其是盐胁迫下对木本植物的影响还未开展系统研究。

刺槐(Robinia pseudoacacia)是黄河三角洲地区重要的木本植物，对减少自然灾害具有显著的保护作用[16]。自20世纪70年代中期，刺槐被广泛种植，主要分布在大汶流自然保护区和黄河故道附近，至今刺槐林保存面积仍达8000 hm2[17-18]。但近年来，刺槐林出现了严重的衰退，大面积的林地都出现了枯梢现象，甚至是死亡。邓伟等[19]研究发现，近年来自然因素及发展盐业、渔业等人类活动加剧了黄河三角洲湿地土壤盐渍化程度。董海凤等[20]认为土壤盐渍化导致生态系统脆弱、抗干扰能力差，是人工林退化的主要原因。深入研究刺槐的耐盐性，有助于刺槐的耐盐机制的完善，对盐碱地区刺槐栽植具有重要的意义。本研究通过盆栽试验模拟盐渍化环境，分析了盐胁迫对刺槐幼苗的生长、光合生理、根系、生物量分配的影响；同时研究了盐胁迫下添加黄腐酸有机肥对刺槐幼苗生长的改良效果及改良程度，以期为黄河三角洲地区衰退的刺槐人工林改造提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验苗木为山东农业大学林学试验站1年生刺槐幼苗，平均高度为120 cm，平均地径为9.5 mm。试验在林学试验站温室（117°09′ E，36°10′ N）进行。

1.2 试验设计

2017年4月15日，将1年生刺槐幼苗栽植到25 cm×30 cm×30 cm（底径×上口径×高）的容器（盆）中，每盆定植1株，试验设置高盐（HS）和低盐（LS）2个处理。HS的土壤取自山东省东营市天鹅湖（118°5′ E，38°15′ N）附近的原位盐碱土，LS的土壤由高盐处理的土壤与林学试验站非盐碱土按1∶1比例配置而成，各处理土壤各指标如表1。每个盐分梯度设置5个不同浓度FA有机肥处理，分别为1.17、2.33、3.50、4.67、9.33 g/盆，记作 T1、T2、T3、T4、T5，每个处理10次重复，共计100盆。FA成分为黄腐酸≥12%、有机质≥40%、巨大芽孢杆菌+胶冻样芽孢杆菌≥0.5亿个/g。盆底部配有塑料托盘防止盐分流失，苗木生长期间常规浇水除草管理，浇水量以保证苗木正常生长为基础，既不使盆土粘稠积水，又不使盆土板结。试验期间利用温室水帘等保持温室内温度湿度，保证刺槐正常生长坏境。

表1 低盐处理和高盐处理土壤指标Table 1 Soil indicators of low salt treatment and high salt treatment

2017年5月10日，统计刺槐幼苗成活率，对存活的苗木按照施肥梯度设计添加FA并测定幼苗地径。施肥方法是将FA颗粒均匀埋在盆深8 cm左右刺槐幼苗根系主要分布范围内。

1.3 试验方法

1.3.1 最大净光合测定

2017年8月2日，用便携式光合仪CIRAS-2（PP system，USA）测定最大净光合速率（Pn），在HS和LS中各选择3株幼苗叶片进行光响应曲线测定。使用开放气路，叶片温度25 ℃，外界CO2浓度 360～380 μmol/mol。测定前叶片先将在光合作用饱和光强下诱导30 min，测定时光强由强到弱，依次设定光量子通量密度（PFD）为2000、1500、1200、1000、800、600、400、200、100、75、50、25、0 μmol/（m2·s），每一光强下停留200 s。根据光响应曲线，得出最大光饱和光强为1200 μmol /（m2·s），并在此光强下进行Pn的测定。

1.3.2 相对生长速率、根系特征及生物量比测定

2017年8月26日利用游标卡尺（精确到0.05 mm）测量苗木地径，然后将幼苗全部挖出，分解成根、茎、叶3部分，根系则放在尼龙网筛上用流水缓缓冲洗干净，获得整株根系，冲洗时在根系下面放置100目筛以防止脱落的根系被水冲走。把根、茎、叶装入信封放入烘箱，在105 ℃下杀青20 min，然后在85 ℃下烘干至恒定质量并称量。由于苗木根系较多，每株苗木选择1条完整的一级根，用WinRHIZO STD 1600根系扫描仪(Regent Instruments，Cannada)分析扫描图片获取根系长度和根系表面积。按公式（1）～（6）计算如下指标。

式中：W为幼苗地径，t为幼苗生长时间，1代表试验开始，2代表试验结束。

1.4 分析方法

所有数据采用SPSS17.0软件进行分析，采用双因子方差分析比较了RGR、Pn、叶片含水量、生物量分配和根系特征指标的差异。如果差异显著，再用最小显著差异法(LSD)进行多重比较。同时，将以上各个指标进行了相关分析。

2 结果分析

2.1 盐胁迫下施肥处理对刺槐苗木相对生长速率的影响

LS和HS下刺槐盆栽苗木成活率分别为73.3%和38.3%。由图1可知，随着施肥量的增加，RGR在HS和LS胁迫下都是先增加后降低，在施肥浓度为T4时达到最大值。双因素方差分析结果表明，盐胁迫对刺槐苗木成活率及RGR有着极显著的影响（P＜0.01），施肥处理对RGR有着显著的影响（P＜0.05），二者之间没有显著的交互作用（表2）。盐胁迫下，LS比HS有着高的RGR，HS比LS的RGR平均降低9.6%。

图1 盐胁迫下随施肥量的增加刺槐幼苗相对生长速率变化Fig. 1 Changes of relative growth rate of R. pseudoacaciaseedlings under salt stress with increasing fertilizer levels

2.2 盐胁迫和施肥处理对刺槐苗木最大净光合速率和叶片含水量的影响

由图2可知，随施肥量的增加，LS和HS下的Pn和叶片含水量均随施肥量的增加呈现先增加后降低趋势，在施肥浓度T4时达到最大值。双因素方差分析结果表明，盐胁迫对Pn无显著影响，但对叶片含水量有显著影响（P＜0.05），LS比HS有着高的含水量。施肥处理对Pn有着极显著的影响（P＜0.01），对叶片含水量有显著影响（P＜0.05）（表2）。盐胁迫和施肥均对Pn和叶片含水量没有显著的交互作用（表2）。LS和HS在T4时的Pn分别为 11.47 μmol/（m2·s）和 10.01 μmol/（m2·s），叶片含水量分别为69.7%和67.7%。

表2 盐胁迫和施肥处理对刺槐幼苗生长、光合、生物量分配和根系指标的双因素方差分析Table 2 Two-way ANOVA analysis of growth， photosynthesis， biomass distribution and roots indices of R. pseudoacacia seedlings under salt stress and fertilization treatments

图2 盐胁迫下随施肥量的增加刺槐幼苗Pn和叶片含水量变化Fig. 2 Changes of Pn and leaf water content of R. pseudoacacia seedlings under salt stress with increasing fertilizer levels

2.3 盐胁迫和施肥处理对刺槐苗木生物量分配的影响

由图3 可知，盐胁迫下随施肥浓度的增加，刺槐不同器官的生物量分配有着不同的变化格局。方差分析结果表明，盐胁迫对SMR和LMR有显著影响（P＜0.05），对RMR无显著影响。盐胁迫下，LS比HS有着低的SMR和高的LMR。施肥处理对RMR、SMR、LMR均无显著的影响，盐胁迫与施肥处理对RMR、SMR、LMR均没有显著的交互作用（表2）。

图3 盐胁迫下随施肥量的增加刺槐幼苗生物量分配变化Fig. 3 Changes of biomass distribution of R. pseudoacacia seedlings under salt stress with increasing fertilizer levels

2.4 盐胁迫和施肥处理对根系特征的影响

由图4 可知，随着施肥量的增加，SRL和SRA呈增加趋势。双因素方差分析结果表明，盐胁迫对SRL影响显著（P＜0.05），对SRA影响极显著（P＜0.01）；施肥对 SRL影响极显著（P＜0.01），但对SRA影响不显著；二者对SRL有着极显著（P＜0.01）的交互作用，对SRA有显著（P＜0.05）的交互作用（表2）。

图4 盐胁迫下随施肥量的增加刺槐幼苗根系变化Fig. 4 Changes of root system of R. pseudoacacia seedlings under salt stress with increasing fertilizer levels

2.5 生长、生理与形态指标之间的相关分析

由表3看出，RGR与Pn成显著正相关（P＜0.05），与叶片含水量、LMR成极显著正相关（P＜0.01）。而Pn与叶含水量成极显著正相关（P＜0.01）。这表明刺槐生长与光合生理密切相关。同时，RGR与SRA成显著正相关（P＜0.05），而与RMR没有显著相关性，表明根系形态的调整是刺槐适应盐胁迫的重要方式。LMR与SMR成显著负相关（P＜0.05），与 SRA成极显著正相关（P＜0.01），表明在生物量分配上存在着权衡。

表3 盐胁迫和施肥处理对刺槐幼苗生长、光合、生物量分配和根系指标的相关性分析Table 3 Correlation Analysis of growth， photosynthesis， biomass distribution and roots indices of R. pseudoacacia seedlings under salt stress and fertilization treatments

3 结论与讨论

存活和生长是评价植物耐盐能力的主要指标。本研究中LS和HS下的成活率表明，刺槐有一定的耐盐能力，但在HS下其存活率大大降低，这与其他人的研究结果一致[21]。大量研究表明，盐胁迫下植物的生长受到显著抑制是一个普遍现象[22]。本研究表明，在添加FA后，随施肥量的增加，刺槐幼苗的RGR逐渐增加，表明施肥对盐胁迫下的刺槐生长有着显著的改善作用。这与段留生等[23]对棉花施用FA，提高棉花幼苗生长基数的研究是一致的。相关分析表明，刺槐幼苗的RGR与Pn、叶片含水量、LMR和SRA成显著正相关。植物生物量的累积依赖于群体光合速率，而群体光合速率又与单叶的光合能力密切有关[24]，水分是影响光合作用的主要因素之一[25]。受到盐胁迫时，植株叶片含水量会下降，遭受水分胁迫，影响叶片的蒸腾作用和光合作用。相关分析表明，刺槐幼苗的RGR与Pn成显著正相关，与叶片含水量、LMR比成极显著正相关，Pn与叶含水量成极显著正相关。随着施肥量的增加，刺槐幼苗的Pn和叶片含水量均先增加后降低，这表明盐胁迫下添加FA能够在一定程度上提高刺槐幼苗的叶片含水量，进而提高其光合能力和相对生长速率，缓解了盐胁迫下的生理干旱程度。但添加FA超过4.67 g/盆(T4)后，RGR、叶片含水量和Pn降低。由此表明，刺槐幼苗在盐胁迫下对FA有着一定的适应范围。但关于添加FA过量造成刺槐幼苗生长降低的原因并不清楚，还需要进一步研究。

生物量分配是反应植物适应能力的重要研究内容。植物通过产生不同数量的根、茎、叶等器官，对资源进行重新分配，用以获取生命活动所需的光和营养物质[26]。管博等[27]通过对黄河三角洲碱蓬（Suaeda salsa）研究发现，盐地碱蓬幼苗生物量随着盐浓度增加，LMR增大，RMR降低。芦苇（Phragmites australis）在HS条件时地上部分尤其是SMR增加，而地下部分如根状茎的比例减少[28]。本研究中，盐胁迫显著地影响茎和叶生物量的分配。相关分析表明，RGR与LMR成极显著正相关，与SMR成显著负相关。而高的叶生物量投入有利于植物整体光合能力的增加[29]，因此是LS下刺槐幼苗RGR高于HS的重要原因。FA对刺槐幼苗的RMR、SMR、LMR没有显著影响，表明在土壤盐胁迫下FA对各个器官的分配影响并未达到最优[30]。

根系是植物吸收水分、养分的主要器官。盐胁迫下，根系是首先的感知器官[31-32]。根系形态对土壤养分的反应很敏感[33]，根系的分布直接影响植物拥有土壤水分和营养空间的大小[34]。本研究发现，LS与HS胁迫下SRL均随施肥量增加显著增加，但RMR并没有显著变化。有研究表明，盐胁迫植物会通过改变根系形态而部分补偿根系生物量分配的降低造成的不良影响[35]。这表明添加FA促进了刺槐改变根系形态提高其在盐胁迫下的水分养分的吸收。相关分析表明，SRA与RGR成显著正相关，这表明根系形态的调整尤其是表面积的增加有助于提高盐胁迫下刺槐幼苗对养分和水分的吸收效率，进而改善了幼苗生长。同时，SRA、LMR成显著正相关，表明刺槐幼苗在地上和地下对盐胁迫有着很强的协同性，这与Mao等[3]的研究结果一致。而植物地上部与地下部的协同性是其适应环境的重要机制之一[36]。

黄河三角洲是世界上典型的滨海盐碱地，较高的土壤含盐量限制了大部分植物的生长，严重影响了该地区的生态环境建设，尤其是乔木人工林的发展。刺槐林是该地区面积最大的乔木人工林，严重的衰退大大限制了其生态功能的发挥。本研究发现，刺槐虽有一定的耐盐能力，但在HS下存活率显著降低，仅为38.3%。盐胁迫下刺槐幼苗生长受到显著抑制，表现在RGR、SRL和SRA都显著降低。添加FA可以在一定程度上缓解盐胁迫，增加RGR、Pn、SRL。而盐胁迫下添加FA后刺槐幼苗提高叶片含水量，表明FA可以缓解盐胁迫下刺槐体内生理干旱，这是添加黄腐酸提高叶片Pn和RGR的重要机制。在此基础上，进一步研究不同林龄刺槐林对FA的响应机制，有助于黄河三角洲地区刺槐人工林的恢复与重建。