付永亮,趙增鋒,2,邱小琮

(1.寧夏大學(xué)土木與水利工程學(xué)院,寧夏銀川 750021;2.寧夏懋源生態(tài)科技有限公司,寧夏銀川 750021;3.寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,寧夏銀川 750021)

濕地具有涵養(yǎng)水源、防洪調(diào)蓄、調(diào)節(jié)區(qū)域小氣候、提高生物多樣性等功能,對人類生存和發(fā)展有著不可替代的作用。據(jù)2018年第三次全國濕地資源調(diào)查結(jié)果顯示,現(xiàn)有濕地面積為2 346.93萬hm2,相比2009年第二次全國濕地資源調(diào)查結(jié)果減少了43.8%。影響濕地消失和退化的原因眾多,其中鹽堿化問題是導(dǎo)致我國濕地退化的主要因素之一[1],同時也成為威脅我國環(huán)境改善與發(fā)展的重要問題[2],尤其在我國西北地區(qū),情勢更為嚴(yán)峻。由于特殊的地理位置加之氣候影響,降水量少而蒸發(fā)強(qiáng)烈,西北地區(qū)很多濕地呈現(xiàn)出不同程度的鹽堿化,直至退化為咸水湖或鹽湖,例如位于寧夏中部干旱帶上唯一的大型濕地——太陽山濕地,其面積約1 492.7 hm2,平均pH位于7.90～8.82,已經(jīng)屬于中度鹽堿濕地,所以研究不同植物的耐鹽性不僅可為退化的鹽堿濕地的植被恢復(fù)提供一定依據(jù)[3],也可為含鹽污水的植物修復(fù)提供參考[4]。

目前關(guān)于濕地水環(huán)境治理與修復(fù)的方法眾多,有物理法、化學(xué)法、生物法等,其中生物法不引入二次污染,因種植水生植物成本較低,被廣為采用[5],水生植物不僅對氮、磷等營養(yǎng)元素具有吸收、物理和化學(xué)沉淀作用,而且對藻類和微生物具有抑制和降解作用[6-7]。所以通過試驗去篩選適宜的水生植物對當(dāng)?shù)佧}堿環(huán)境的植被修復(fù)尤其重要。羅宗洛[8]最先開展了植物抗鹽生理研究;陳金煥[9]研究表明蘆葦、黃菖蒲、美人蕉、千屈菜、狐尾藻、黑藻、眼子菜、睡蓮、銅錢草9種水生植物對富營養(yǎng)化水體均具有較好的凈化效果和較強(qiáng)的耐鹽性;孫萍[10]研究認(rèn)為蘆葦、香蒲、荻、黑麥草、黃菖蒲5種植物的耐鹽性表現(xiàn)為蘆葦>香蒲>荻>黑麥草>黃菖蒲;劉小川[11]研究表明,蘆葦、千屈菜、香蒲、水蔥、黃花鳶尾、黑三棱、棱魚草7種挺水植物的耐鹽堿性依次為蘆葦>千屈菜>香蒲>水蔥>黃花鳶尾>黑三棱>棱魚草。

西北地區(qū)干旱少雨,晝夜溫差大,在特殊的地理環(huán)境和氣候影響下,水生植物種類和數(shù)量本身就少,再加之鹽堿影響,篩選出適合于西北地區(qū)抗逆性較強(qiáng)的耐鹽植物尤其重要。該研究以西北典型干旱區(qū)寧夏太陽山濕地作為研究區(qū),以當(dāng)?shù)貎?yōu)勢植物西芹、花花柴、千屈菜、黃菖蒲、馬藺、水蔥6種植物為試驗對象,開展耐鹽試驗,研究它們的耐鹽性能,旨在為西北旱區(qū)鹽堿濕地治理和修復(fù)提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗植物選擇結(jié)合試驗地氣候、環(huán)境、水文等因素,選擇本地優(yōu)勢植物作為試驗植株?？紤]植株的耐鹽性和耐污力,選擇寧夏太陽山本地優(yōu)勢植物西芹、花花柴、千屈菜、黃菖蒲、馬藺、水蔥作為試驗對象。

1.2 試驗處理試驗區(qū)設(shè)于太陽山濕地。通過對太陽山濕地平均鹽度進(jìn)行全年監(jiān)測,發(fā)現(xiàn)太陽山西湖區(qū)平均鹽度為6.60‰,太陽山南湖區(qū)平均鹽度為3.30‰,太陽山小南湖區(qū)平均鹽度為7.35‰,太陽山東湖區(qū)平均鹽度為30.30‰。為保證鹽度梯度的合理規(guī)劃,故以西湖水鹽度(6.60‰)作為原水鹽度,設(shè)置鹽度梯度,使鹽度控制在1/4、1/2、1、2、4倍原水鹽度,并以蒸餾水為對照,鹽度處理試驗梯度分別為0、1.65‰、3.30‰、6.60‰、13.20‰、26.40‰。試驗采用盆栽方式,規(guī)格9 cm×11 cm,每盆1株,每個處理10盆,并設(shè)3個重復(fù)。前期育苗在溫棚內(nèi)進(jìn)行水培,待6種植株幼苗生長至一定高度,挑選長勢基本一致的幼苗,置于50 cm×50 cm的泡沫箱中進(jìn)行鹽度脅迫試驗。試驗于2021年6月1日—7月1日進(jìn)行,試驗期間每5 d測定一次培養(yǎng)液鹽度,通過補充蒸餾水或添加NaCl使培養(yǎng)液鹽度保持初始水平,試驗每次測定后計算成活率并測定植物生長指標(biāo)。

1.3 數(shù)據(jù)處理用Microsoft Excel軟件進(jìn)行統(tǒng)計處理與制圖。通過計算存活率、植物株高增量、相對鹽害率、耐鹽閾值來綜合反映植物在不同鹽度梯度下的生長情況。其中,存活率=存活植株數(shù)/試驗總數(shù);株高增量=結(jié)束株高-起始株高;相對鹽害率=(對照成活率-鹽脅迫成活率)/對照成活率;以植物成活率為50%作為判定植物耐鹽閾值的條件。

2 結(jié)果與分析

2.1 6種植物耐鹽程度分析

2.1.1西芹。西芹作為傘形科一、二年草本植物,屬于一種堿性蔬菜,在其成株期間具有一定的抗鹽堿能力。從圖1可以看出,隨著鹽度的增加,西芹的成活率逐漸降低,當(dāng)鹽度達(dá)到或超過13.2‰時西芹全部死亡。鹽度由0提高至1.65‰時,西芹成活率降低了10.0百分點;鹽度由1.65‰提高至3.30‰時,成活率降低了16.7百分點;鹽度由3.30‰提高至6.60‰時,成活率降低了50.0百分點。鹽度的增加對西芹的影響也隨之遞增。當(dāng)鹽度為6.60‰時,西芹的成活率極低,僅為3.3%,說明該鹽度已經(jīng)嚴(yán)重影響了西芹的正常生長。以西芹成活率為50%作為確定耐鹽閾值的基本條件,判斷其耐鹽閾值為3.30‰,屬于中度耐鹽堿植物。

圖1 不同鹽度脅迫下西芹成活率Fig.1 Survival rate of A.graveolens under different salinity stresses

2.1.2花花柴?；ɑú駥俣嗄晟荼局参?是一種改良鹽堿的有用植物。從圖2可以看出,鹽度由0提高至1.65‰時,花花柴成活率降低了13.3百分點;鹽度由1.65‰提高至3.30‰時,成活率降低了6.7百分點;鹽度由3.30‰提高至6.60‰時,成活率不變;鹽度由6.60‰提高至13.20‰時,成活率降低了63.3百分點,但依然有20%的植株正常生長;由此可見在一定鹽度范圍內(nèi),花花柴受鹽度影響較小,其原因可能與其強(qiáng)耐鹽堿性有關(guān)。同理,花花柴成活率設(shè)定為50%,判斷其耐鹽閾值為10.10‰,屬于強(qiáng)耐鹽堿植物。

圖2 不同鹽度脅迫下花花柴成活率Fig.2 Survival rate of K.caspia under different salinity stresses

2.1.3千屈菜。千屈菜屬多年生草本植物,具有一定的耐鹽和耐污能力。從圖3可以看出,鹽度由0提高至1.65‰時,千屈菜成活率降低10.0百分點;鹽度由1.65‰提高至3.30‰時,成活率降低6.7百分點;鹽度由3.30‰提高至6.60‰時,成活率降低63.3百分點;由此判斷隨著鹽度增加,千屈菜成活率呈現(xiàn)逐漸下降趨勢,當(dāng)鹽度超過3.30‰時,成活率下降趨勢顯著。當(dāng)鹽度達(dá)到6.60‰時千屈菜成活率僅為6.7%。千屈菜成活率設(shè)定為50%,判斷其耐鹽閾值為4.30‰,屬于中度耐鹽堿植物,這與馬牧源[12]的研究結(jié)果基本一致。

圖3 不同鹽度脅迫下千屈菜成活率Fig.3 Survival rate of L.salicaria under different salinity stresses

2.1.4黃菖蒲。黃菖蒲屬多年生草本植物,沼澤濕地生長居多。從圖4可以看出,當(dāng)鹽度由0提高至1.65‰時,黃菖蒲成活率降低了6.6百分點;鹽度由1.65‰提高至3.30‰時,成活率降低了6.7百分點;鹽度由3.30‰提高至6.60‰時,成活率降低了16.7百分點;由此判斷隨著鹽度的增加,黃菖蒲成活率呈現(xiàn)逐漸下降趨勢,但其鹽度為6.60‰時,黃菖蒲依然有63.3%成活率,直到鹽度為13.20‰時,黃菖蒲全部死亡。由此說明,黃菖蒲也具有較強(qiáng)的耐鹽堿能力。同理,黃菖蒲成活率設(shè)定為50%,判斷其耐鹽閾值為8.00‰,屬于強(qiáng)耐鹽堿植物。

圖4 不同鹽度脅迫下黃菖蒲成活率Fig.4 Survival rate of I.pseudacorus under different salinity stresses

2.1.5馬藺。馬藺屬鳶尾科多年生宿根草本植物,具有抗逆性強(qiáng)等特點。從圖5可以看出,鹽度由0提高至1.65‰時,馬藺成活率降低6.6百分點;鹽度由1.65‰提高至3.30‰時,成活率降低了3.4百分點;鹽度由3.30‰提高至6.60‰時,成活率下降10.0百分點;鹽度由6.60‰提高至13.20‰時,成活率降低了66.6百分點,植株存活率僅為6.7%,基本趨于死亡。由此可見,當(dāng)鹽度保持在3.30‰以內(nèi)時,馬藺受鹽度影響較小,其原因可能與其強(qiáng)耐鹽堿性有關(guān)。馬藺成活率設(shè)定為50%,判斷其耐鹽閾值為8.90‰,屬于強(qiáng)耐鹽堿植物。

圖5 不同鹽度脅迫下馬藺成活率Fig.5 Survival rate of I.lactea under different salinity stresses

2.1.6水蔥。水蔥屬莎草科水生植物,具有一定的耐鹽堿性。從圖6可以看出,鹽度由0提高至1.65‰時,水蔥成活率降低10.0百分點;鹽度由1.65‰提高至3.30‰時,成活率降低了10.0百分點;鹽度由3.30‰提高至6.60‰時,成活率下降33.4百分點;由此可見隨著鹽度的增加,水蔥的成活率也呈現(xiàn)逐步下降趨勢,當(dāng)鹽度提高至13.20‰時,植株全部死亡。以水蔥成活率為50%作為計算耐鹽閾值的基本條件,判斷其耐鹽閾值為5.90‰,屬于強(qiáng)耐鹽堿植物。

圖6 不同鹽度脅迫下水蔥成活率Fig.6 Survival rate of S.validus under different salinity stresses

2.2 植物鹽害分析從圖7可以看出,西芹、花花柴、千屈菜、黃菖蒲、馬藺、水蔥6種植物在不同鹽度下鹽害程度各不相同。其中花花柴在鹽度為3.30‰～6.60‰時,相對鹽害率均為10.7%,由此可知,花花柴在鹽度為6.60‰以內(nèi),具有很強(qiáng)的耐鹽堿性。當(dāng)鹽度為1.65‰時,西芹受鹽害程度最大,相對鹽害率為12.50%,花花柴受鹽害程度最小,相對鹽害率為3.50%,其中黃菖蒲和馬藺的相對鹽害率均為7.07%,表明這2種植物在該鹽度下具有相似的耐鹽堿性。鹽度為3.30‰時,依然是西芹受害程度最大,相對鹽害率為33.40%,其次為水蔥,相對鹽害率為20.70%,其中花花柴和馬藺的相對鹽害率均為10.70%,由此表明,當(dāng)鹽度為3.30%時,花花柴與馬藺也具有相似的耐鹽堿性。鹽度為6.60‰時,西芹和千屈菜受鹽害程度較大,相對鹽害率分別為95.80%、92.30%,該鹽度下西芹和千屈菜基本全部死亡,唯有花花柴、黃菖蒲、馬藺、水蔥4種植物依然可以存活,且前3種植物存活率均高于50%。當(dāng)鹽度為13.20‰時,西芹、千屈菜、黃菖蒲、水蔥的相對鹽害率均已達(dá)到100%,只有花花柴和馬藺少量存活,其相對鹽害率也分別達(dá)到了78.6%和92.8%,表明該鹽度也超過了花花柴和馬藺的耐鹽閾值。由此可知,耐鹽程度從高到低依次為花花柴>馬藺>黃菖蒲>水蔥>千屈菜>西芹。

圖7 植物鹽害程度Fig.7 Degree of salt damage to plants

2.3 植物生長指標(biāo)分析從圖8可以看出,隨著鹽度的增加,花花柴、千屈菜、馬藺、水蔥4種植物的株高增量呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢,而西芹和黃菖蒲的株高增量呈逐步下降趨勢。其中花花柴在鹽度為1.65‰時株高增量達(dá)到最大值,并且在鹽度為3.30‰～6.60‰,株高增量均為15.5 cm;馬藺在鹽度1.65‰～3.30‰時,株高增量均為25.6 cm;由此可見,花花柴、馬藺在其適應(yīng)鹽度范圍內(nèi)基本不會影響植物的正常生長。千屈菜在鹽度為1.65‰時株高增量達(dá)到最大值。當(dāng)鹽度達(dá)到13.20‰時,除花花柴和馬藺存在株高增量之外,其他4種植物株高增量均為0,結(jié)合圖7結(jié)果來看,這4種植物在該鹽度下因鹽害影響,已全部死亡。由此可以判定在6種試驗植物中,花花柴和馬藺具有較強(qiáng)的耐鹽堿性。通過計算西芹、花花柴、千屈菜、黃菖蒲、馬藺、水蔥6種試驗植物所對應(yīng)最高增長量與最低增長量的比值來判斷其耐鹽堿性能力,比值越大說明越容易受到鹽度影響,反之耐鹽堿能力越強(qiáng)。經(jīng)計算,這6種植物比值分別為6.14、1.46、4.08、3.32、2.69、3.83,由此判斷耐鹽堿程度從強(qiáng)到弱依次為花花柴>馬藺>黃菖蒲>水蔥>千屈菜>西芹。

圖8 植物株高增量Fig.8 Plant height increment

3 結(jié)論

(1)西芹、花花柴、千屈菜、黃菖蒲、馬藺、水蔥6種試驗植物的耐鹽閾值分別為3.30‰、10.10‰、4.30‰、8.00‰、8.90‰、5.90‰,花花柴、黃菖蒲、馬藺、水蔥的耐鹽閾值大于5.00‰,屬于強(qiáng)耐鹽植物,西芹和千屈菜的耐鹽閾值位于3.00‰～5.00‰,屬于中度耐鹽植物。

(2)花花柴、千屈菜、馬藺、水蔥4種植物隨著鹽度的增加,其植株增量呈現(xiàn)先增加后降低趨勢,其中花花柴在鹽度為6.60‰范圍以內(nèi),植株增量基本不受影響,馬藺在鹽度為3.30‰范圍內(nèi),也具有類似特點。

(3)結(jié)合西北旱區(qū)各類影響因素,該區(qū)域濕地鹽堿改良和生態(tài)修復(fù)的耐鹽植物種植建議:鹽度超過5.00‰的強(qiáng)鹽堿地區(qū),花花柴、馬藺、黃菖蒲、水蔥可作為生態(tài)修復(fù)的首選植物;鹽度位于3.00‰～5.00‰的中度鹽堿地區(qū),西芹、千屈菜也可作為植物首選。