鹽脅迫對柳枝稷生物量及品質的影響

黃高鑒，王 斌，楊治平，王永亮，郭彩霞，武文麗

(山西省農業科學院農業環境與資源研究所 山西太原030031)

柳枝稷原產北美，禾本科黍屬C4 草本植物，耐寒，適應干旱環境，對貧瘠、鹽堿等逆境具有脅迫能力，生物質產量相對較高，極易進行管理，便于收獲。柳枝稷苗期呈現良好的耐鹽性，在科研方面具有潛力。科學家以柳枝稷幼苗為研究對象，圍繞其耐鹽性、根系分布和生長狀況等展開研究，結果表明，不同鹽脅迫對全生育期柳枝稷的品質造成的影響不大，對生物量的影響非常少。

本文對不同鹽脅迫對全生育期柳枝稷品質和生物量的影響進行分析，通過得到的實驗結果為后續探究提供思路。

1 材料與方法

1.1 供試材料

柳枝稷屬多年生草本，稈呈現直立狀態，質地非常堅硬，高度在1～2 m 之間。葉舌相對短小，葉片呈線形，葉鞘和葉片兩面均無毛。分枝相對粗糙，疏生小穗；小穗無毛，呈橢圓，顏色偏綠或偏紫。第一穎的長度介于小穗的2/3 和3/4 間，頂部較尖；第二穎的長度和小穗一樣，頂端尖。從形狀來看，第一外稃和第二穎相同，但從長度上來看略短，內包3 雄蕊；第二外稃呈橢圓，頂部較尖，長度為3 mm，相對平滑，十分光亮，6～10月為其花果期。

1.2 試驗設計

本文在開展研究的過程中，主要采用土柱法和配對設計。土壤鹽分和質量分數為0.4%氯化鈉、0.8%硫酸鈉和0.8%碳酸氫鈉，對照組為無鹽脅迫，對土壤進行過篩處理，并將其按照質量分數進行混合，每組實驗重復3 次。土柱的高度為1.2 m，直徑為0.4 m，管壁下端有小孔，大小約為1 cm，數量為10 個，均置于深度為1.2 m 的坑內，確保土面和地面保持齊平狀態。對應土柱專門設置桶，直徑為0.5 m，桶內水深0.1 m，避免出現鹽分流失現象。葉期柳枝稷幼苗于2018年6月13 日進行移栽，桶內水深一直保持為0.1 m。經過一個月的鹽脅迫處理，對其各項生理指標進行檢測，11月4 日結束試驗，通過取樣檢測柳枝稷的品質和生物量等指標。

1.3 測定項目和方法

1.3.1 生物量測定方法

對柳枝稷進行取樣后，分別將地上、地下部分清洗干凈，分裝于紙袋中。樣品進行殺青處理，處理時間為0.5 h，處理溫度為105 ℃，之后在80 ℃的條件下進行烘干處理，一直到恒重狀態，記錄重量。以人工的方式來獲得柳枝稷籽粒，分別將穎、稃去除后，在80 ℃的條件下進行烘干處理，直到恒重狀態。

1.3.2 生物品質測定方法

對柳枝稷進行烘干處理，達到恒重狀態后，進行粉碎并經過40 目篩處理，然后置于干燥器中備用。按照直接灰化法對灰分進行測定，用馬弗爐來檢測揮發組分，運用消煮-比色法來檢測鉀、磷和氮等含量，運用消煮-流動注射分析儀法來檢測硫含量，運用莫爾法來檢測氯含量，運用消煮-重量法來檢測硅元素，采用洗滌法對纖維素、木質素和半纖維素等進行檢測。

2 結果與分析

2.1 不同鹽脅迫對柳枝稷生物量的影響

氯化鈉、硫酸鈉和碳酸氫鈉的脅迫會明顯抑制柳枝稷的生長狀態，如表1。分別和對照組相比，柳枝稷的總生物量降低了9.39%、60.52%、76.45%，地上生物量降低了56.14%、61.73%、76.90%，籽粒產量降低了70.95%、52.88%、33.81%。對這3 種鹽的脅迫效果進行比較，發現抑制柳枝稷生長的程度有差異，其中抑制作用最強和最弱的分別是碳酸氫鈉和氯化鈉。對籽粒產量進行比較，發現氯化鈉脅迫所對應的產量最小，碳酸氫鈉脅迫對應的產量最大；3 種鹽脅迫不會對根冠比產生非常明顯的影響。

表1 不同鹽脅迫下柳枝稷生物量Tab.1 Biomass of switchgrass under different salt stress

2.2 不同鹽脅迫對柳枝稷地上生物質燃燒特性的影響

不同鹽的脅迫對柳枝稷地上生物質燃燒特性產生的影響較小，如表2。氯化鈉的脅迫會明顯增加柳枝稷地上生物質的灰分含量，增加約14.89%，其他兩種鹽對其不會造成明顯影響。對3 種鹽的脅迫效果進行比較，發現氯化鈉的脅迫會導致地上生物質灰分含量明顯比其他兩種鹽要高，比較其他指標，不存在明顯差異。

2.3 不同鹽脅迫對柳枝稷地上生物質礦質元素含量的影響

不同鹽的脅迫對柳枝稷地上生物質礦質元素含量造成非常明顯的影響，如表3。和對照組相比，3 種鹽的脅迫不會對地上生物質硅、氯、磷和氮等造成明顯影響。硫酸鈉的脅迫會明顯增加硫含量；碳酸氫鈉的脅迫會明顯降低鉀含量。對3 種鹽的脅迫效果進行比較，硫酸鈉的脅迫導致硫含量顯著增加，碳酸氫鈉的脅迫會導致鉀含量明顯降低。

表2 不同鹽脅迫下柳枝稷地上生物質燃燒特性Tab.2 Biomass burning characteristics of switchgrass under different salt stresses

2.4 不同鹽脅迫對柳枝稷地上生物質細胞壁組分含量的影響

和對照組相比，不同鹽的脅迫造成柳枝稷地上生物質木質素、纖維素含量下降，而半纖維素含量明顯增加，如表4。在硫酸鈉的脅迫下，纖維素含量明顯降低；在碳酸氫鈉的脅迫下，半纖維素含量明顯增加。對3 種鹽的脅迫效果進行比較，不難發現，硫酸鈉的脅迫導致纖維素含量明顯高于氯化鈉和碳酸氫鈉；碳酸氫鈉的脅迫導致半纖維素含量明顯高于另外兩種鹽的脅迫。

表3 不同鹽脅迫下柳枝稷地上生物質礦質元素含量(干物質)Tab.3 Contents of mineral elements(dry matter)of aboveground biomass of switchgrass under different salt stresses

表4 不同鹽脅迫下柳枝稷地上生物質細胞壁組分含量Tab.4 Contents of aboveground biomass cell wall of switchgrass under different salt stresses

3 結 論

研究發現，鹽的脅迫對柳枝稷生長起到明顯的抑制作用，顯著降低生物量，使生物量分配發生變化。不同鹽的脅迫對柳枝稷地上生物質品質所造成的影響極其有限，氯化鈉的脅迫會明顯增加柳枝稷地上生物質灰分含量，硫酸鈉的脅迫會明顯增加硫的含量，不利于燃燒。硫酸鈉的脅迫會明顯降低纖維素含量，碳酸氫鈉的脅迫明顯增加半纖維素含量，不利于轉化利用。

鹽脅迫不利于植物生長和發育，本文通過實驗發現，不同鹽的脅迫導致根冠比、籽粒產量、生物量明顯下降，與前人所得結論相似。不同鹽脅迫會在不同程度上影響柳枝稷的生長，在3 種鹽中，碳酸氫鈉的脅迫所產生的抑制作用最強。研究發現，pH 值和鹽分對柳枝稷的影響呈現協同與拮抗關系。和其他兩種鹽相比，碳酸氫鈉抑制柳枝稷生長的程度最大，可能是這種鹽和pH 值的共同作用對柳枝稷生長產生了抑制作用。植物受到脅迫后，細胞壁組分會發生變化，如蛋白質、多糖等。本文經過實驗發現，不同鹽的脅迫，會導致柳枝稷地上生物質半纖維素含量增加，碳酸氫鈉的脅迫導致其漲幅為10.87%，該響應極有可能是適應鹽脅迫的機制。逆境脅迫會抑制分配碳源和合成纖維素的關鍵酶活性，使得纖維素含量明顯減少，極有可能是導致生物質纖維素含量減少的重要原因。植物、土壤中的硫含量呈正相關性。本文通過研究發現，土壤所含二氧化硫濃度較高，使得柳枝稷地上生物質硫含量明顯增加。