潘香逾，李瑜婷，劉立軍，董翔宇，張?chǎng)武h，王秀華，趙 巖

(1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 泰安 271018； 2.山東農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院，山東 泰安 271018； 3.山東無(wú)棣金土地開發(fā)建設(shè)有限公司，山東 無(wú)棣 251900)

土地鹽堿化是影響生態(tài)環(huán)境和制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的全球性問(wèn)題。我國(guó)各類鹽堿地的總面積約為0.99億hm2，約占國(guó)土面積的1/3[1]，主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)以及長(zhǎng)江以北沿海地帶，僅海涂面積就占海岸總面積的17.35%，已成為僅次于干旱的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)第二大非生物脅迫因素。隨著灌溉農(nóng)業(yè)的發(fā)展和化肥的不斷使用，次生鹽堿地面積還在逐漸擴(kuò)大[2-4]。同時(shí)，鹽堿地具有光熱資源豐富的自然稟賦，有待開發(fā)利用。

綠肥是用綠色植物體直接翻壓或者經(jīng)堆漚后制成的優(yōu)質(zhì)有機(jī)肥料[4]。綠肥植物在鹽堿地種植能有效利用鹽堿地的光熱和土地資源[5]，替代部分化肥培肥土壤，防止水土流失。我國(guó)綠肥資源豐富、分布廣泛，已發(fā)現(xiàn)98種適應(yīng)不同耕作制度及自然條件的綠肥品種和種類，其中栽培面積較大的有6科20屬32種[6]。

關(guān)于綠肥植物的耐鹽性，目前研究較少；而萌發(fā)期的耐鹽性高低直接決定了其在鹽堿地能否順利萌發(fā)。試驗(yàn)?zāi)康脑谟诓捎肗aCl模擬鹽脅迫的方法，對(duì)14種綠肥植物的萌發(fā)特性進(jìn)行研究，探究耐鹽評(píng)價(jià)方法，并篩選耐鹽綠肥植物，從而為鹽堿地綠色開發(fā)和水土保持提供適宜的綠肥種質(zhì)資源。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試綠肥材料有14份，除鼠茅草、小黑麥、紫花苜蓿、箭筈豌豆和光葉紫花苕為課題組培育和搜集外，其他來(lái)源于北京正道生態(tài)科技有限公司，其中品種名未標(biāo)注的為野生資源(表1)。NaCl由國(guó)藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司生產(chǎn)，分析純。

表1 14種綠肥植物

1.2 研究方法

試驗(yàn)于2018年4～6月在山東農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。選取籽粒飽滿的綠肥植物種子，利用智能型光照培養(yǎng)箱(GXZ-280B，寧波江南儀器廠)進(jìn)行種子萌發(fā)試驗(yàn)，采用發(fā)芽盒(15 cm×11 cm)紙上發(fā)芽。用NaCl溶液模擬鹽脅迫，設(shè)50、100、150和200 mmol/L 4個(gè)濃度，分別模擬低度、中度、高度和重度鹽堿地。以蒸餾水作為對(duì)照，將綠肥種子均勻擺放在加有15 mL的4種NaCl溶液和蒸餾水的發(fā)芽盒中，3次重復(fù)，每重復(fù)50粒。試驗(yàn)過(guò)程中用蒸餾水等量補(bǔ)充其消耗的水分，保證NaCl溶液的濃度不變。培養(yǎng)條件為光照16 h，25℃；黑暗8 h，20℃。

1.3 調(diào)查及測(cè)定項(xiàng)目

發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)為胚根與種子等長(zhǎng)，苗高為種子長(zhǎng)的1/2。根據(jù)牧草種子檢驗(yàn)規(guī)程(GB/T-2930.4-2001)確定初、末次發(fā)芽數(shù)的計(jì)數(shù)時(shí)間(表2)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的初、末次的發(fā)芽數(shù)，計(jì)算發(fā)芽勢(shì)(GP)、發(fā)芽率(GR)；末次計(jì)數(shù)的當(dāng)天從各重復(fù)中隨機(jī)挑取10株正常發(fā)芽的幼苗，測(cè)量根長(zhǎng)(RL)，即從種子胚到最長(zhǎng)根根尖的長(zhǎng)度，苗高(SH)，即從種子胚到葉尖的長(zhǎng)度，計(jì)算根長(zhǎng)苗高比(RRS)。

表2 14種綠肥植物種子初末次計(jì)數(shù)時(shí)間

1.4 計(jì)算方法

發(fā)芽勢(shì)(%)=(初次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/50)×100%

(1)

發(fā)芽率(%)=(末次計(jì)數(shù)發(fā)芽數(shù)/50)×100%

(2)

根長(zhǎng)苗高比=根長(zhǎng)/苗高

(3)

耐鹽系數(shù)=鹽脅迫指標(biāo)平均值/對(duì)照指標(biāo)平均值

(4)

計(jì)算相對(duì)發(fā)芽勢(shì)(RGP)、相對(duì)發(fā)芽率(RGR)、相對(duì)根長(zhǎng)(RRL)和相對(duì)苗高(RSH)，各相對(duì)指標(biāo)即為耐鹽系數(shù)[7-8]。

(5)

(6)

(7)

(8)

1.5 耐鹽性綜合評(píng)價(jià)方法

用加權(quán)隸屬函數(shù)法對(duì)14種綠肥種子萌發(fā)期的耐鹽性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[7]。以供試材料的RGP、RGR、RRL、RSH、RRRS為依據(jù)，計(jì)算加權(quán)隸屬函數(shù)值(D值)[9]。

μ(Xi)=(Xi-Ximin)(Ximax-Ximin)

Wi=CVio(∑ni=1CVi)-1 (i=1,2,3,...,n)

D=∑ni=1[μ(Xi)oWi] (i=1,2,3,…n)

式中：Xi為各供試材料基于鑒定性狀i的耐鹽指數(shù)，Ximax、Ximin分別為供試材料中耐鹽指數(shù)Xi的最大值和最小值，μ(Xi)為各供試材料Xi的隸屬函數(shù)值，CVi為各供試材料μ(Xi)的變異系數(shù)，Wi表示各鑒定指標(biāo)的權(quán)重。

1.6 數(shù)據(jù)處理

利用Excel整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，SPSS Statistics進(jìn)行差異性分析(P<0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 NaCl脅迫下綠肥植物種子萌發(fā)特性

14種綠肥植物種子經(jīng)NaCl脅迫處理后，與對(duì)照相比，萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)均受到不同程度的抑制。其中，苗高在NaCl濃度為50 mmol/L時(shí)上升11.44%。不同鹽濃度對(duì)各鑒定指標(biāo)的抑制程度不同，低鹽脅迫下受抑制最大的為根長(zhǎng)，高鹽脅迫下受抑制最大的為發(fā)芽勢(shì)。從變異系數(shù)分析，隨著NaCl濃度的升高，變異系數(shù)都呈不同程度的增加，說(shuō)明隨著鹽濃度的增加，作物間的耐鹽差異增大。

2.2 NaCl脅迫對(duì)綠肥種子發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率的影響

發(fā)芽勢(shì)可以表征種子萌發(fā)初期的發(fā)芽力，發(fā)芽勢(shì)越大則種子生活力強(qiáng)，發(fā)芽整齊，出苗一致。在NaCl濃度為50 mmol/L時(shí)，高羊茅、蕪菁甘藍(lán)、鴨茅和小黑麥等4種作物的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)大于100%，說(shuō)明低濃度鹽促進(jìn)了他們的萌發(fā)。100 mmol/L時(shí)，小黑麥的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)最大(103.25%)。150 mmol/L時(shí)，除蕪菁甘藍(lán)、小黑麥和鴨茅的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)在80%以上，其他所有的綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽率均顯著下降。200 mmol/L，蕪菁甘藍(lán)和小黑麥的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)顯著高于其他品種；其余品種的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)均下降到了32%之下，其中，沙打旺的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)為0，在第4 d沒(méi)有萌發(fā)(表3)。

表3 NaCl脅迫處理下14種綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)

注：同行不同小寫字母表示不同處理間差異顯著(P<0.05),下同

隨著NaCl脅迫濃度的增加，14種綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽率均呈不斷下降的趨勢(shì)(表4)。綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽率在各NaCl濃度下均存在明顯差異，在NaCl濃度為50 mmol/L時(shí)，畫眉草、蕪菁甘藍(lán)、蘿卜、鴨茅和小黑麥等的相對(duì)發(fā)芽率大于100%，說(shuō)明低濃度的鹽分脅迫對(duì)其種子發(fā)芽具有促進(jìn)作用。紫花苜蓿的相對(duì)發(fā)芽率最低(69.9%)，其次，是沙打旺(77.54%)和田菁(79.48%)，表明紫花苜蓿、沙打旺和田菁對(duì)鹽脅迫較敏感。當(dāng)NaCl濃度為100 mmol/L時(shí)，有3種綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽率大于100%，說(shuō)明NaCl濃度對(duì)這3種綠肥植物種子發(fā)芽仍有促進(jìn)作用。NaCl濃度升至150 mmol/L時(shí)，14種綠肥植物的相對(duì)發(fā)芽率均小于100%，即該脅迫濃度下所有參試綠肥植物種子萌發(fā)均表現(xiàn)為抑制。

在NaCl濃度為200 mmol/L時(shí)，除蕪菁甘藍(lán)，黑麥草和小黑麥的相對(duì)發(fā)芽率較高(大于80%)之外，其余11種綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽率均顯著降低，但均在0以上。

表4 NaCl脅迫處理下14種綠肥植物種子的相對(duì)發(fā)芽率

2.3 NaCl脅迫對(duì)綠肥植物種子萌發(fā)期根長(zhǎng)、苗高的影響

隨著NaCl濃度的升高，大部分綠肥植物種子的根長(zhǎng)均呈持續(xù)降低的趨勢(shì)，但各作物間根長(zhǎng)降低的程度不同(表5)。當(dāng)NaCl濃度為50 mmol/L時(shí)，紫花苜蓿、沙打旺和小黑麥等3種綠肥植物的相對(duì)根長(zhǎng)大于100%，即低脅迫水平促進(jìn)其根的伸長(zhǎng)。100 mmol/L時(shí)，菊苣和蘿卜的相對(duì)根長(zhǎng)有所增長(zhǎng)。200 mmol/L時(shí)，小黑麥、畫眉草和黑麥草的相對(duì)根長(zhǎng)較大，均在40%。其中，光葉紫花苕，鼠茅草和箭筈豌豆的相對(duì)根長(zhǎng)在各NaCl濃度下均較低。

隨著NaCl濃度的升高，大部分綠肥植物種子的苗高呈先升高后降低的趨勢(shì)(表6)，不同綠肥植物的相對(duì)苗高差異明顯。當(dāng)NaCl濃度為50 mmol/L時(shí)，蕪菁甘藍(lán)、菊苣、鴨茅、箭筈豌豆、沙打旺、紫花苜蓿、蘿卜、光葉紫花苕和黑麥草等的相對(duì)苗高大于100%，其中蕪菁甘藍(lán)的相對(duì)苗高最大，為201.87%，其次，菊苣(182.84%)和鴨茅(155.28%)。100 mmol/L時(shí)，蕪菁甘藍(lán)、菊苣、鴨茅、箭筈豌豆、畫眉草、紫花苜蓿和蘿卜的相對(duì)苗高大于100%。150 mmol/L時(shí)，蕪菁甘藍(lán)、箭筈豌豆和菊苣的相對(duì)苗高仍大于100%，說(shuō)明該脅迫濃度對(duì)這3種綠肥植物萌發(fā)期苗的伸長(zhǎng)仍有促進(jìn)作用。200 mmol/L時(shí)，所有綠肥植物品種的相對(duì)苗高均小于100%，其中，箭筈豌豆等4種綠肥植物的相對(duì)苗高較大(大于70%)，說(shuō)明這4種綠肥植物萌發(fā)期的幼苗具有較強(qiáng)的耐鹽性。

表5 NaCl脅迫處理下14種綠肥植物種子相對(duì)根長(zhǎng)

表6 NaCl脅迫處理下14種綠肥植物種子的相對(duì)苗高

2.4 綠肥植物萌發(fā)期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

種子萌發(fā)期耐鹽性的強(qiáng)弱是受多因素綜合作用的結(jié)果，因此，需要多項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以提高植物耐鹽性評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性和可靠性。采用加權(quán)隸屬函數(shù)法，對(duì)供試的14種綠肥植物在4個(gè)鹽脅迫濃度(50、100、150、200 mmol/L)下的相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)根長(zhǎng)、相對(duì)苗高4項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行耐鹽隸屬函數(shù)值計(jì)算，得到14種綠肥植物4個(gè)濃度下耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)值(表7)。14種綠肥植物4個(gè)鹽脅迫濃度下耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)值差異較大，綜合評(píng)價(jià)值越大，表明其耐鹽能力越強(qiáng)。將各濃度下綜合評(píng)價(jià)值大于0.5的綠肥植物歸為該鹽濃度模擬鹽堿程度的推薦植物。輕度鹽堿地(50 mmol/L)綠肥植物有9種，畫眉草、鼠茅草、紫花苜蓿、田菁、光葉紫花苕、黑麥草、高羊茅、蘿卜和小黑麥。中度鹽堿地(100 mmol/L)綠肥植物有5種，畫眉草、小黑麥、蘿卜、菊苣和沙打旺。高度鹽堿地(150 mmol/L)綠肥植物有6種，黑麥草、蕪菁甘藍(lán)、蘿卜、小黑麥、鴨茅和菊苣。重度鹽堿地(200 mmol/L)綠肥植物有4種，小黑麥、黑麥草、蕪菁甘藍(lán)和菊苣。

表7 不同NaCl濃度下14種綠肥植物耐鹽性的綜合評(píng)價(jià)

3 討論

3.1 NaCl脅迫下14種綠肥植物種子萌發(fā)特性

種子萌發(fā)期和幼苗期是植物生長(zhǎng)周期中最脆弱但十分重要的時(shí)期，為評(píng)價(jià)耐鹽性強(qiáng)弱的關(guān)鍵時(shí)期[9-10]。研究發(fā)現(xiàn)低濃度的NaCl(50 mmol/L)對(duì)某些綠肥植物種子的發(fā)芽勢(shì)(4種)或發(fā)芽率(5種)會(huì)有促進(jìn)作用，高濃度的NaCl(≥150 mmol/L)會(huì)抑制綠肥植物種子的萌發(fā)，抑制程度隨脅迫濃度的增加而增加，這與研究者對(duì)鹽脅迫下苜蓿萌發(fā)期的研究觀點(diǎn)一致[11-13]。劉欣對(duì)高羊茅萌發(fā)期耐鹽性研究中得到了同一濃度下不同綠肥植物種子的發(fā)芽勢(shì)具有顯著性差異。研究表明，發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì)與萌發(fā)期的耐鹽性最為相關(guān)，發(fā)芽率比發(fā)芽勢(shì)表現(xiàn)更為穩(wěn)定，是判定種子萌發(fā)期間耐鹽強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[17-19]，這為篩選耐鹽資源從理論上提供了依據(jù)。

3.2 NaCl脅迫下14種綠肥植物幼苗生長(zhǎng)特性

幼苗的根長(zhǎng)和苗高能反映幼苗的生長(zhǎng)情況，可作為綠肥植物耐鹽能力評(píng)價(jià)指標(biāo)[12,14]。研究發(fā)現(xiàn)，低濃度NaCl脅迫會(huì)促進(jìn)部分綠肥植物根(3種)和苗(9種)的生長(zhǎng)，但隨著NaCl濃度的升高，各綠肥植物根和苗的生長(zhǎng)均受到不同程度的抑制，這與劉香軍等[15]對(duì)苜蓿耐鹽性的研究結(jié)果一致。結(jié)果表明，鹽脅迫對(duì)各綠肥植物根和苗生長(zhǎng)的影響有差異，整體分析鹽脅迫對(duì)根生長(zhǎng)的抑制大于苗，而且隨NaCl脅迫濃度的升高，耐鹽性較弱的綠肥植物根長(zhǎng)降幅更大，而苗高的降幅則無(wú)明顯差異，前人對(duì)苜蓿和扁蓿豆的研究也符合這一觀點(diǎn)[8,14]，這也說(shuō)明了根系在耐鹽研究中的重要性。

3.3 14種綠肥植物萌發(fā)期耐鹽性綜合評(píng)價(jià)

前人對(duì)植物萌發(fā)期的耐鹽性研究中，常使用發(fā)芽勢(shì)或發(fā)芽率的耐鹽臨界值來(lái)判斷植物萌發(fā)期的耐鹽性，但單一指標(biāo)并不能全面準(zhǔn)確地表示作物的耐鹽性[20-21]，根和苗的長(zhǎng)度能直接反應(yīng)幼苗的生長(zhǎng)狀況，荷載著植物萌發(fā)期耐鹽性的大量信息[22]。研究采用發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、根長(zhǎng)和苗高4項(xiàng)指標(biāo)，計(jì)算出各鑒定指標(biāo)的耐鹽系數(shù)，并進(jìn)行差異性分析，結(jié)果表明，不同綠肥作物各鑒定指標(biāo)的耐鹽系數(shù)存在顯著差異(P<0.05)，進(jìn)一步說(shuō)明各鑒定指標(biāo)對(duì)耐鹽性的貢獻(xiàn)并不是均等的，故不能用單一鑒定指標(biāo)或單一鑒定指標(biāo)的耐鹽系數(shù)來(lái)表示作物品種的耐鹽性強(qiáng)弱。

加權(quán)隸屬函數(shù)值法可以確定各鑒定指標(biāo)的變異系數(shù)及權(quán)重，與單一指標(biāo)相比，更能全面、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)種質(zhì)的耐鹽性[7,14,16]。試驗(yàn)通過(guò)對(duì)4個(gè)鑒定指標(biāo)以及其耐鹽系數(shù)的隸屬函數(shù)值進(jìn)行加權(quán)分析，得到加權(quán)隸屬函數(shù)值(D值)，根據(jù)D值的大小確定各綠肥植物的耐鹽性強(qiáng)弱。將各濃度下綜合評(píng)價(jià)值大于0.5的綠肥植物歸為該鹽濃度模擬鹽堿程度的推薦植物，可為不同程度鹽堿地開發(fā)中選用綠肥植物提供參考。

4 結(jié)論

50 mmol/L低鹽脅迫對(duì)多數(shù)綠肥植物種子的萌發(fā)和幼苗生長(zhǎng)有一定的促進(jìn)作用，≥150 mmol/L高鹽脅迫對(duì)14種綠肥植物的萌發(fā)和幼苗的生長(zhǎng)均有抑制作用；鹽脅迫對(duì)根的抑制大于苗。

根據(jù)加權(quán)隸屬函數(shù)法可以綜合評(píng)價(jià)綠肥植物萌發(fā)期的耐鹽性，根據(jù)加權(quán)隸屬函數(shù)值對(duì)參試綠肥植物進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。推薦輕度鹽堿地種植畫眉草、鼠茅草、紫花苜蓿等9種綠肥植物；中度鹽堿地推薦種植畫眉草、小黑麥、蘿卜等5種綠肥植物；高度鹽堿地推薦種植黑麥草、蕪菁甘藍(lán)、蘿卜等6種綠肥植物；重度鹽堿地推薦種植小黑麥、黑麥草、蕪菁甘藍(lán)和菊苣4種綠肥植物。