哈密大南湖二礦草本植物示范區植物生長生理指標對比分析

李江龍，申吳燕，王 夢，程志義，張繼衛，馬伊琍，麻 浩，吐爾遜娜依·熱依木

(1.神華國能集團有限公司，北京 100033；2.新疆農業大學 草業與環境科學學院，新疆 烏魯木齊 830052；3.國網能源哈密煤電有限公司大南湖二礦，新疆 哈密 839000；4.蘭州生多荒漠保護研究院，甘肅 蘭州 730000)

1 引言

我國鹽堿土面積3.46×107hm2，其中新疆鹽堿土面積8.476×106hm2，是我國土壤鹽漬化大區。哈密大南湖二礦位于新疆東部，土壤鹽漬化嚴重，地表主要以自然原始的戈壁、裸巖、礫石為主，無植被生長，生態系統極其脆弱[1]。在諸多不利生態因子中，鹽脅迫已成為影響該區域植物正常生長的重要限制因子之一[2]。如何改良和利用鹽漬化土地，進行礦區生態修復和改善，對哈密大南湖二礦具有重大意義。

2 材料與方法

2.1 試驗材料

試驗材料包括豆科3種、禾本科3種，黑麥草(Loliumperenne)、高冰草(Thinopyrumponticum)、葦狀羊茅(Festucaarundinacea)、紫花苜蓿(Medicagosativa)、甘草(Glycyrrhizauralensis)、紅豆草(Onobrychisviciaefolia)等。試驗所需豆科和禾本科種子均來自烏魯木齊市天博草業種子店。

2.2 試驗地概況

試驗地哈密大南湖二礦位于國家大型煤炭基地新疆基地吐哈區東部，新疆哈密市西南，屬哈密市南湖鄉管轄，距哈密市區約84 km，距南湖鄉約45 km。試驗地位于礦區西北部，地理位置在E93°28′～94°1′，N42°16′～42°34′之間，礦區所在哈密盆地氣候分區為暖溫帶極干旱區，為典型的大陸溫帶極干旱氣候區。該區全年日照時數在3350 h以上，是全國日照最充裕地區之一。哈密地區是全國最少降水地區之一，全年降水量不足50 mm，降水日數不足25 d，礦區內冬季僅陰坡偶見局部有薄層積雪。礦區土壤可溶性鹽含量數據顯示，土壤是鹽漬化土，鹽分含量為0.6%～1.8%(表1)。

表1 礦區土壤中水溶性鹽含量 g/kg

2.3 試驗設計

2019年5月2日在哈密大南湖二礦示范田采用單播的方式種植。選擇與室內實驗同一批種子條播在1 m×1 m的種植坑中，種植坑土壤配比為田園土∶荒漠土(1∶1)，每種植物設置3個重復。實驗區采用隨機植物排列，種植坑為3行6縱進行分區，具體如圖1所示。5月中旬開始記錄數據，每隔1個月進行1次采集，9月底實驗結束[3]。

圖1 6種植物種植位置示意圖

2.4 測量方法

選取每個種植坑中5株植株，對其絕對生長高度每月進行測量；生理指標電導率、葉綠素、Na+含量、K+含量在9月下旬統一采樣回實驗室進行測量[4～8]。

3 結果與分析

3.1 出苗率

如圖2所示，6種植物間在出苗率上有顯著性差異(P<0.05)，紅豆草、紫花苜蓿、黑麥草和高冰草無顯著性差異(P<0.05)。各植物出苗率均在30%以上，但出苗率在60%以上僅有葦狀羊茅。

圖2 6種植物的出苗率

3.2 生長速度和生長高度

如圖3可知，甘草的株高為最大值32.09，高冰草為最小值15.62。5～9月份間各植物每月的生長速度不同，5月份葦狀羊茅生長速度最快；6月份甘草的株高最矮僅為0.94；7月份紫花苜蓿生長速度最快，增高7.57；8月份甘草生長速度最快，比上月增高14.37。相比下豆科植物前期生長速度低于禾本科植物，但后期生長迅速。

圖3 6種植物的株高

3.3 電導率

如圖4所示，黑麥草與其他5種植物在電導率上有顯著性差異(P<0.05)。黑麥草>葦狀羊茅>紅豆草>紫花苜蓿>甘草>高冰草，電導率值分別為1.01>0.7>0.65>0.49>0.47>0.43。

圖4 6種植物的電導率

3.4 葉綠素

如圖5所示，6種植物間在葉綠素上有顯著性差異(P<0.05)。紅豆草>甘草>紫花苜蓿>葦狀羊茅>高冰草>黑麥草，葉綠素值分別為37.72>37.44>34.65>25.51>23.45>18.36。豆科植物均高于禾本科植物。

圖5 6種植物的葉綠素

3.5 Na+/K+

如圖6所示，6種植物的根、莖、葉的Na+/K+有顯著性差異(P<0.05)。除甘草外，各植物根的Na+/K+均大于莖和葉，葉的Na+/K+均小于根和莖。各植物間受鹽環境的影響，Na+/K+黑麥草受影響最大，甘草最小。甘草的Na+莖中含量最大，莖受鹽脅迫最嚴重。甘草的地上部分莖、葉的抑制大于根。

圖6 6種植物的根、莖、葉Na+/K+

3.6 相關性分析

從表2可以看出，莖Na+/K+與電導率、根Na+/K+這兩個指標之間均成極顯著正相關(P<0.05)；根Na+/K+和株高顯著正相關(P<0.05)；葉Na+/K+與電導率、根Na+/K+、莖Na+/K+這3個指標之間均成極顯著正相關(P<0.05)。葉Na+/K+和莖Na+/K+相關性最高，相關性系數為0.948。

表2 6種植物各指標相關性分析

4 討論與結論

4.1 討論

各植物在哈密大南湖二礦均出苗，說明示范田的鹽濃度沒有抑制植物的萌發，在采取實驗數據過程中，5月份出苗的部分植物幼苗，在6月份時出現原本萌發的植物幼苗變黃枯死的現象，通過多次觀察發現這與哈密當地的沙塵天氣和高溫有直接的關系，植物萌發期到幼苗期的過程是極其脆弱的，熱風把植物的水分蒸發掉，導致植物枯黃萎蔫而死。葦狀羊茅的出苗率最高，展現出較強的耐鹽性的同時，對其他不利因素在一定程度上展現出較強的抗性。在前期生長過程中，禾本科生長速度較快，后期豆科植物生長速度較快。5月份高冰草、黑麥草和葦狀羊茅生長高度3 cm以上，紫花苜蓿和甘草未到1 cm；6月份紫花苜蓿和甘草在株高上無明顯變化；8月份開始豆科植物生長速度加快，到9月份最后采樣結果：甘草>紫花苜蓿>葦狀羊茅>紅豆草>黑麥草>高冰草。

6種植物中黑麥草的電導率值明顯高于其它5種植物，細胞膜透性增加，細胞膜內外離子流動較活躍。從葉綠素含量來看科植物均高于禾本科植物，葉綠素受鹽脅影響相對較小。6種植物的根、莖、葉的Na+/K+有顯著差異(P<0.05)。除甘草外，各植物根的Na+/K+均大于莖和葉，葉的Na+/K+均小于根和莖。鹽脅迫對甘草幼苗地上莖、葉的生長抑制作均大于地下根，這與陸嘉惠[9]的觀點一致。

4.2 結論

各植物在哈密大南湖二礦均出苗，生長狀況較為良好，葦狀羊茅出苗率最高；甘草生長高度大于其他植物。植物的成活完成了本次研究為哈密大南湖二礦生態修復區的草本植物選取。