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盐碱化对草原植物发育的影响

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作者:白红霞斯琴巴特尔单位:内蒙古师范大学生命科学与技术学院

材料和方法

1试验样地自然概况及其变迁

试验样地位于内蒙古锡林郭勒盟阿巴嘎旗呼日查干淖尔,其地理坐标是东经114°45′~115°04′,北纬43°22′~43°29′,平均海拔高度为1020m,属于温带半干旱大陆性气候,其气候特点是干旱、寒冷、冷暖多变。20世纪50年代以前,呼日查干淖尔湖中间有个小岛,岛上野草丛生,湖周围苇草茂盛,是候鸟产仔繁育的地方。然而,从20世纪70年代以后,由于气候变化,降水减少,流入湖中的水不能够弥补湖水的蒸发,水位逐年降低,小岛和两岸连了起来,形成了一条天然坝,将大湖分成大小两个湖。小湖由于高格斯太河水流入而成了淡水湖,而大湖由于失去水源,蒸发水位下降,便成了咸水湖,干涸的湖底形成次生盐碱地。每当春季大风日,大面盐碱化土地表面的松散盐分沉积物随风卷起,形成“化学尘暴”,直接危害当地的人、畜正常生活,而且以惊人的速度扩大草地盐碱化的进程,威胁着周边地区乃至京、津、唐地区的生态安全。

2试验样地的设计

2011年5-9月在湖区分别选取3个样地,其中样地1是2010年人工种植碱蓬,2011年自然生长,其土壤可溶性盐为0.59%,pH值为10.10。样地2是2011年人工种植的碱蓬,其土壤可溶性盐为0.73%,pH值为10.55。样地3是2009年人工种植碱蓬后自然生长,其土壤可溶性盐为1.14%,pH值为10.58。每个样地的大小为10m×10m,在每个样地用对角线取样法设8个样点。

3试验方法

3.1人工种植角果碱篷对盐碱化草地种子库的影响在碱蓬种植前期,对每个样地土壤种子库进行调查。调查0~10cm土层的种子库,调查样点大小为15cm×15cm。将采集到的土样用1mm的土壤筛过筛,充分混匀后进行萌发。选用边长为15cm的正方形花盘作为发芽床,花盘上直接铺厚度为3cm的土壤样品。设置4个重复,用喷壶适时浇水保持土壤湿润。每日观察种子的萌发情况,待幼苗能鉴别出植物种后除去。

3.2草地盐碱化对角果碱篷出苗率的影响5月份碱蓬出苗后对出苗状况进行调查分析,测定每平方米的出苗数。

3.3草地盐碱化对角果碱篷种群生长的影响分别在角果碱篷苗期、拔节期、花期和结果期计数各样地所有植物个体数,并算出角果碱篷种群密度。测100株角果碱篷株高,取平均值。采用齐地面剪割法测地上部分生物量。收割植物装入布袋,带回实验室在85℃烘干至恒重,以干物质表示其生物量。

结果与分析

1人工种植角果碱篷对盐碱化草地种子库的影响

对一年生植物来说,种子库是一种重要适应性表现。当环境条件不适或胁迫超过种子萌发的耐受域限时,未萌发种子常常进入强迫休眠状态,在土壤中保存一个暂时或持久的种子库。当胁迫增强时,种子库是植物个体增加的唯一来源,使种质基因得以保存和流传。在特定条件下特定基因型种子的萌发,从而种子库又起到了进化过滤器的作用,决定特定条件下特定基因型种子的萌发。对不同年份人工种植角果碱篷盐碱化草地土壤种子库分析结果如表1。在样地1发现碱茅和角果碱蓬种子,而在样地2和样地3只发现角果碱蓬。

2草地盐碱化对角果碱篷出苗的影响

出苗是在盐碱草地上恢复植被的关键和敏感阶段。盐生植物在长期的进化过程中形成了多样的萌发特性和生存机制来适应多变的胁迫环境,它们具有特殊的种子传播及萌发策略,确保植物在合适的时间和地点进行种子的萌发与幼苗的建成。在不同程度盐碱化草地上人工种植碱篷出苗状况如表2。在土壤可溶性盐含量为0.59%的样地1上,碱蓬出苗率最好,其出苗率为1023.13株/m2,而在土壤可溶性含量分别为0.73%和1.14%的样地2和样地3上,其出苗率分别为71.25株/m2和99.5株/m2,其降幅分别为93.04%和90.27%。样地1出苗率与样地2、样地3的出苗率差异均达到极显著水平(P<0.01),而样地2与样地3之间差异不显著(P>0.05)。

3草地盐碱化对人工种植角果碱篷种群密度的影响

草地盐碱化对人工种植碱篷种群密度的影响如图1。样地1碱篷种群密度季节变化呈双峰曲线型,高峰出现在6月份和8月份,特别是6月份的种群密度增加特别明显。到7月份,由于干旱少雨,干旱、盐碱胁迫进一步加剧,使部分碱蓬植株旱死,其种群密度较6月份下降18.91%。8月份随着雨水的增加,土壤表层盐分被压,土壤水分得到改善,土壤表层盐浓度得到缓解,种群密度较7月份增加了5.83%。样地2和样地3由于土壤含盐量过高,随季节气温的逐步升高,碱篷种群密度呈下降趋势。6月份,样地2大量碱篷死亡,其种群密度较5月份下降了52.63%,7、8月份种群密度下降幅度为2.07%和1.38%。样地3,8月份有大量碱蓬死亡,其种群密度下降40.87%,6、7月份其种群密度下降为3.14%和14.01%。由表3可知,样地1碱篷分布较为均匀,而在样地2和样地3呈散点式分布,说明土壤盐分含量不仅影响碱篷种群密度,而且也影响分布格局。

4人工种植角果碱篷种群生长分析

人工种植角果碱篷种群生长变化如图2。从图2可知,在盐碱化程度较低的样地1上,角果碱蓬生长曲线呈典型的“S”生长曲线型,随着土壤盐碱化程度的加剧,碱蓬种群曲线趋于直线。

在盐碱化程度最轻的样地1上,平均株高可达34.63cm。随着土壤盐碱化程度的加深,样地2和样地3碱蓬种群株高只有21.0cm和11.5cm,株高与土壤可溶性盐之间呈极显著负相关,其R2=-0.921。

5人工种植角果碱篷地碱蓬群落生物量的季节变化

人工种植碱篷种群生物量的季节变化如表4。样地1的地上生物量显著高于样地2和样地3(P<0.01),样地2和样地3间无显著差异(P>0.05)。碱蓬种群地上生物量与种群密度和种群株高间的相关极显著(R2=0.729,R2=0.730)。碱蓬种群地上生物量与株高(x1)和种群密度(x2)间的相关模型为y=-93.131+14.348x1+0.125x2,R2=0.0894,F=167.788。

讨论

土壤种子库是一定面积土壤内具有发芽能力或生活力的种子的总和,是潜在的植被群落,是种群生活史的潜种群阶段。研究盐碱化土壤种子库的组成和密度,可以揭示盐碱地生物治理的效果,也可以揭示盐碱地植被演替趋势。本试验结果表明,人工种植碱蓬对盐碱化草地土壤碱篷种子库恢复的影响是显著的。样地1由于盐碱化程度比较轻,种植1年后碱蓬种子库容达644.44±179.56(粒/m2),同时还检出了碱茅,库容为11.11±33.33(粒/m2)。样地2是当年种植碱蓬地,碱蓬自然生长非常有限,种子库容只有11.11±33.33(粒/m2),并且未检出碱茅,说明碱茅耐盐性不如碱蓬。样地3是2009年人工种植碱蓬地,尽管土壤含盐量高达1.14%,但仍可检出444.44±81.333(粒/m2)的碱蓬种子库容。

土壤种子库转化为实际的植被还取决于出苗情况和幼苗的存活情况。在盐碱地,由于水分状况的变动,土壤盐分垂直分布,尤其表层盐分含量处在动态变化之中,在很大程度上影响着出苗状况及幼苗的存活。前人实验证明,土壤中含有高量的可置换的钠是碱篷生长所需要的条件,可在含盐量高于2%的土壤中生长。不过当土壤含盐量在1%左右而较湿润时,生长最为繁茂,茎叶呈绿色,植株高大,分枝多,可形成大面积的群落。张永亮等以NaCl、Na2SO4、NaHCO3和Na2CO3以不同比例混合形成pH值7.18~10.64的盐碱胁迫梯度处理里瓦尔虉草(Phalarisarundinaceacv.Liwar)发现,当盐胁迫浓度超过50mmol/L时,碱性盐胁迫使植株体内K+含量下降和Na+含量升高的程度极显著大于中性盐胁迫。中性盐胁迫与碱胁迫实际是两种性质不同的胁迫,而且碱胁迫比盐胁迫具有更大的生态破坏力。因此,在碱化程度较高的草地生态治理过程中,植被恢复的主要障碍不是盐,而是碱,这也暗示着将生物治理与其它技术配合使用才能治本。

盐碱化对草原植物发育的影响责任编辑:陈老师    阅读:人次
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