晋北干旱区盐碱地柽柳叶总有机碳与营养元素含量的关系

王 慧，刘 宁*，姚延梼，解文斌，王 林

1. 山西农业大学林学院，山西 太谷 030801；2. 山西太谷国土资源局，山西 太谷 030800

晋北干旱区盐碱地柽柳叶总有机碳与营养元素含量的关系

王 慧1，刘 宁1*，姚延梼1，解文斌2，王 林1

1. 山西农业大学林学院，山西 太谷 030801；2. 山西太谷国土资源局，山西 太谷 030800

根据土壤板结程度、地表返盐现象严重程度以及植物生长状况，将晋北干旱区盐碱地划分为相对轻度、中度、重度3个盐碱胁迫等级。以30年生柽柳（Tamarix chinensis Lour.）人工纯林植株为研究对象，通过对不同盐碱胁迫柽柳叶片总有机碳（TOC）以及叶片和0～15 cm表层土壤全N、全P、全K、Na、Mg、Cu、Zn、Fe、Ca等营养元素及土壤CEC含量进行测定，研究晋北干旱区盐碱地柽柳植株体内元素化学计量特征，探讨晋北干旱区盐碱地柽柳叶片和表层土壤营养元素与柽柳叶碳的相关性，探究其叶碳含量的主要限制性营养元素，分析影响柽柳叶碳即植物生长的关键性因素。研究结果表明，（1）pH 值在3个等级盐碱胁迫土壤之间无显著差异；Na含量以重度盐碱地最高（1 462.51 mg·kg-1），轻度盐碱地最低（436.67 mg·kg-1），差异显著，Na+含量相差较大导致的盐胁迫是影响柽柳人工林生长的主要环境因子。（2）基于单位质量和单位面积叶 TOC 含量均以中度盐碱地最高（分别为40.47 kg·kg-1和1.79 kg·m-2），Na含量（2.76 kg·kg-1和0.12 kg·m-2）以中度盐碱地最高；基于单位质量的TN（1.95 kg·kg-1）和TP（0.27 kg·kg-1）含量以轻度盐碱地最高，TK含量（0.70 kg·kg-1）以中度盐碱地最高，说明柽柳的生长与体内营养元素密切相关，Na能够在泌盐植物柽柳体内富集，但并不是无限富集，而是存在一个阈值。（3）柽柳叶TOC含量和叶片K、Fe含量呈显著正相关（P＜0.05），与表层土壤K含量亦呈显著正相关（P＜0.05），表明这两种元素尤其是 K在晋北干旱区盐碱地柽柳叶片形态建成、养分吸收和抗盐碱方面具有重要作用。研究结果可为该地区植被恢复和生态环境改善提供科学依据。

晋北干旱区盐碱地；柽柳；叶片TOC；营养元素

盐碱地作为一种特殊但非常重要的土壤资源，其成因复杂，受母质、气候、水文、植被等多重因素影响（Qadir et al.，2007；付秋萍等，2007；姚荣江等，2008；张立华等，2015，2016）。晋北干旱区盐碱地位于山西省京津风沙源区的大同、朔州两市，面积占全省盐碱地总面积的60.2%，其中中度以上盐碱地面积占41.1%（王慧等，2016）。不同于中国其他沿海及内陆地区盐碱地，晋北干旱区盐碱地的土壤面积大、范围广，加之气候干冷，土壤沙化严重，具有多种胁迫相互叠加危害的特征，土壤改良和植被恢复难度大。

自20世纪90年代起，晋北干旱区盐碱地的治理工作中引入了多种抗盐碱绿化树种，其中以柽柳（Tamarix chinensis Lour.）成活率最高。但近年来，随着降雨量的进一步减少（田静等，2012），地下水位下降，以及该地区较高的地表蒸发量，使得地表土壤中积累的盐分难以在降水较多的生长季节随地表水下渗或随地表径流排出（Ohrtman et al.，2012），加重了对人工植被的盐胁迫，导致盐碱地治理速度缓慢，效果较差（王慧等，2016）。因此，进一步分析影响柽柳生存生长的关键生态因子，以采取相应的人工干预对策，提高现有柽柳人工林的质量，对加速晋北干旱区盐碱地的生态恢复来说十分必要。

碳是构成植物体干物质的主要元素和基本营养元素（Lambers et al.，2008；陈红武等，2016），不仅决定着植物的形态建成，也决定着植物对养分的获取能力。植物体内碳的合成依赖于叶片的光合作用。叶片中的碳在满足自身结构建成和营养需求外，也是其他器官中碳的主要来源，是植物生长表现的关键因素（Smith et al.，2007），而植物的叶碳含量由叶光合生理过程和养分输送过程共同决定，因此受到叶片自身及土壤中其他限制性营养元素的影响。有研究表明，在不利的环境条件下，植物叶片的碳含量在直接反映植物的碳同化能力的同时，也间接反映了植物适应恶劣环境条件的能力（Vile et al.，2006）。在盐碱地的特殊立地条件下，土壤中过高的pH值和盐分含量会改变土壤营养元素的供给和生物可利用性，因此，耐盐植物的生长表现与营养研究显得尤为重要。虽然有关植物的耐盐生理机制已从细胞、分子和基因等多个角度深入研究和阐述（周三等，2001；王林权等，2005；Cheng et al.，2017），但是有关盐碱地植物营养的研究仍停留在化学计量（付秋萍等，2007；姚荣江等，2008；阿布里孜·阿不都热合曼等，2015；张立华等，2015，2016；陈红武等，2016；）和土壤改良作用（牛东玲等，2002；张立宾等，2008；Mesquita et al.，2015；王慧等，2016；Drake et al.，2016；Yildiz et al.，2017）方面，而关于耐盐植物叶碳及其与营养状况的相关性研究鲜见报道。

本研究选取人工栽植于晋北干旱区盐碱地上的 30年左右的柽柳植株为研究对象，通过调查其叶化学计量特征与土壤营养元素含量，分析叶片中总有机碳（TOC）含量及其与叶片、土壤营养元素的相关程度，探究晋北干旱区盐碱地柽柳叶碳含量的主要限制性营养成分，为晋北干旱区盐碱地柽柳人工林的营造和维护提供理论基础与科学依据，以进一步加强晋北干旱区盐碱地的生态恢复效果。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

研 究区位 于 山西省 朔 州市应 县 （112°58′～113°37′E，39°17′～39°45′N），研究区地处桑干河中游，大同盆地中部，地势平坦，海拔为1000～1300 m，属温带大陆性干旱季风气候，受季风影响，四季分明，冬春气候寒冷干旱，年均气温为7.1 ℃，9月下旬为初霜期，无霜期 100～140 d，年均蒸发量为1830 mm，年均降水量为360 mm，年平均日照为2844 h。研究区内土壤主要为河流冲积带来的沙质土壤，属于中度苏打类型盐碱地，板结严重，季节性地下水位的变动使得土壤中盐分含量较高，pH值最低在8左右，最高可达11以上（王慧等，2016），是我国北方典型的内陆干旱型盐碱区（张一中等，2015）。研究区0～30 cm土层土壤pH为9.35，电导率为0.34 mS·cm-1，土壤含水量为9.53%，有机质含量为7.62 g·kg-1，速效氮、速效磷、速效钾分别为 37.56 mg·kg-1，40.17 mg·kg-1，30.03 mg·kg-1，全盐量为 3.85 g·kg-1。

1.2 样地选定及样品采集

2016年8月，在研究区内选择20个柽柳人工纯林样地进行调查，要求所选人工林样地面积至少1 hm2。选择的柽柳人工纯林均为上世纪90年代初栽植，林龄 30年左右。根据前期现场调查的土壤盐渍导致的板结程度、旱季地表返盐造成“白霜”现象的严重程度以及柽柳的生长情况，将选取的样地划分为轻度、中度和重度3个盐碱胁迫等级（划分依据见表1），其中轻度和中度胁迫样地各6个，重度胁迫8个，样地基本情况见表2。

在选择的柽柳人工林样地中心设置 1个 10 m×10 m的调查样方，测定样方内每株柽柳的基径（cm）、树高（m)、冠幅（NS×WE），并计算其密度（plant·hm-2）。在每个样方内，随机选取生长正常、未受动物啃食且无病虫害的柽柳5株，分别在冠层上、中、下部剪取完全伸展、没有病虫害的叶片约1000 g，装入自封袋放置在冰盒中带回实验室。

土壤样本于选定的样方中采用“S”型路线随机采集。用土钻分4 层（0～15、15～30、30～45、45～60 cm）采集土壤，每样方采集土样5个，捡去植物残根和石块，混合均匀，装入自封袋带回实验室自然风干。

1.3 样本测定

用叶面积测定仪（LI-3100C，LI-COR，Lincoln，USA）扫描叶片鲜样测定叶面积，然后于 60 ℃烘箱中烘48 h后称质量。叶片样本中的碳含量以总有机碳（TOC）表示，使用总有机碳分析仪（TOC5000A）测定；全氮含量（TN）采用半微量凯氏法测定；全磷含量（TP）采用硫酸-高氯酸消煮-钼锑抗比色法测定；全钾含量（TK）采用NaOH熔融-火焰光度计法测定（范夫静等，2014）；钠（Na）、镁（Mg）、铜（Cu）、锌（Zn）、铁（Fe）、钙（Ca）等金属元素采用火焰原子吸收分光光度法（上海菁华 AA3510原子吸收分光光度计）测定。叶片 TOC及营养元素的含量同时以单位质量干物质（CEM，Contents of nutrient elements per unit mass）和单位叶面积（CEA，Contents of nutrient elements per unit area）表示，计算如下：

CEA=CEM/SLA

式中，CEA为叶单位面积干物质TOC或营养元素的含量（kg·m-2或 mg·m-2）；CEM 为叶单位质量干物质 TOC或营养元素的含量（kg·kg-1或mg·kg-1）；SLA 为比叶面积（m2·kg-1），即单位质量叶干物质所占的面积。

土壤样本中养分元素含量的测定方法与叶样相同。土壤阳离子交换量 CEC采用乙酸铵离心交换法测定；土壤pH采用复合电极测定；电导率采用电极法测定；含水率采用烘干法测定；土壤有机质测定采用重铬酸钾容量法测定（王慧等，2016；2017）。

表1 盐碱胁迫等级划分依据Table1 The division basis of the classification on soil salinization in the study

表2 晋北干旱区盐碱地不同盐碱胁迫等级样地概况Table2 Summary of site characteristics based on soil salinization classification in the study

1.4 统计分析

首先，对晋北干旱区盐碱地土壤和柽柳叶片中TOC与营养元素含量进行初步整理，并分别对四层土壤中与柽柳叶中营养元素含量进行初次 Pearson相关分析，由此判断对柽柳叶片养分具有显著影响的土壤层次（P＜0.05）。其次，根据表1将选取的样地划分为轻度、中度和重度 3个盐碱胁迫等级，以盐碱胁迫等级为因子对柽柳叶片TOC含量与叶片和对叶片营养元素含量有显著影响的土层土壤中营养元素含量进行单因素方差分析（One way-Anova），对差异达到显著水平的因素采用LSD方法进行多重比较。最后，采用Pearson相关分析法分析柽柳叶片TOC与叶营养元素含量和土壤营养元素含量的关系，并采用一元回归分析法探讨柽柳叶片TOC与对其具有显著影响的营养因子的关系。数据处理采用SPSS 19.0软件，绘图采用Sigma Plot 13.0软件。

2 结果与分析

2.1 不同盐碱胁迫等级下土壤养分含量的差异

经初步Pearson相关分析，发现0～15 cm表层土壤中营养元素对柽柳叶片营养元素有显著影响（其余 3个层次土壤中营养元素含量与柽柳叶营养元素含量的相关度显著低于表层），因此，本研究重点选择晋北干旱区盐碱地0～15 cm表层土壤进行深入分析。对3个等级盐碱胁迫0～15 cm表层土壤基本理化性质和养分含量进行方差分析（One way-ANOVA），结果见表3。由表3可知，Na含量在3个等级盐碱胁迫土壤之间差异显著（P＜0.001），表现为重度盐碱地＞中度盐碱地＞轻度盐碱地；TN含量同样随盐碱胁迫程度加重呈减少趋势（P=0.043）；其余土壤营养元素含量在3个盐碱胁迫等级的土壤中差异不显著（P＞0.05）；3个等级盐碱胁迫土壤pH差异不显著（P=0.911）。

表3 晋北干旱区盐碱地不同盐碱胁迫等级表层土壤的养分含量Table3 Nutrient contents of surface soil based on salinization classification

表4 不同盐碱度柽柳叶片基于单位质量和单位面积的TOC和营养元素含量Table4 Foliar TOC and nutrient elements content of T. chinensis in salinization classification based on CEM and CEA values

2.2 不同盐碱胁迫等级下柽柳叶片TOC和养分含量差异

对不同盐碱胁迫等级下柽柳叶中 TOC和营养元素含量进行单因素方差分析（One way-ANOVA），结果见表4。由表4可知，柽柳比叶面积以重度盐碱地最高（24.18 m2·kg-1），中度盐碱地最低（20.85 m2·kg-1），两者之间差异显著（P=0.005）；柽柳叶中以单位质量和单位面积表示的 TOC含量在不同等级盐碱胁迫下差异显著（P=0.008，0.001），均以中度胁迫下最高（40.47 kg·kg-1，1.79 kg·m-2）；以单位质量和单位面积表示的叶Na含量则在中、重度胁迫下较高；单位质量表示的叶TN、TP含量均在轻度盐碱胁迫下较高；以单位质量表示的叶TK含量则在中度胁迫下较高。

2.3 柽柳叶片TOC含量与叶和土壤养分含量间的关系

20个样方柽柳叶片TOC及营养元素间的相关性分析结果见表5。由表5可知，无论是在单位质量或面积上，叶片TOC均与TK、Fe含量呈显著正相关，但在以单位面积表示时，其与Na含量呈正相关。同时，叶TK和Fe含量之间也呈显著正相关。以柽柳叶片单位质量或面积TOC含量为因变量，其相似性显著影响因子TK、Fe含量为自变量，选择合适的模型进行曲线拟合，结果见图1。由图1可知，柽柳叶片单位质量或面积TOC含量

与TK、Fe含量的拟合曲线，均以二次多项式的拟合度最高，相关系数 R2在 0.374～0.534之间。此外，TK与Fe之间，TN与TP之间以及Cu与Mg之间同样呈显著正相关，而Ca与Mg之间则呈显著负相关。

表5 柽柳叶片不同营养元素之间Pearson相关性分析Table5 Pearson’s correlation analysis among foliar TOC and nutrient elements of T. chinensis

图1 柽柳叶片单位质量和单位面积TOC含量与TK、Fe营养元素相关性(n=20)Fig.1 Regression between foliar TOC and TK, Fe content of T. chinensis based on CEM and CEA values(n=20)

柽柳叶片营养元素和土壤营养元素之间的相关性分析结果见表6。由表6可知，基于单位质量和面积上的叶TOC含量与表层土壤中的TK和Mg呈显著正相关，叶Ca与土壤Ca呈显著负相关，叶Mg与土壤Ca呈显著正相关，叶Na与土壤TN和Fe呈显著负相关，叶Fe与土壤TK呈显著正相关。由此可见，所有营养元素中，仅K在叶片和土壤中均对柽柳叶 TOC有显著影响。以柽柳叶片单位质量和单位面积 TOC含量为因变量，叶片及土壤TK含量为自变量，选择合适的模型进行曲线拟合，结果见图2。由图2可知，以柽柳叶单位质量表示的TOC和土壤K的关系表现为二次多项式，相关系数R2为0.405，单位面积TOC和土壤K的关系表现为线性，相关系数R2为0.398。

表6 柽柳叶片营养元素与表层土壤营养元素之间相关性分析Table6 Pearson’s correlation analysis among nutrient elements in the leaves of T. chinensis and surface soil

图2 柽柳叶片TOC含量与表层土壤TK含量相关性Fig.2 Regression between foliar TOC of T. chinensis and K contents of surface soil

3 讨论

3.1 晋北干旱区盐碱地土壤养分状况

在内陆盐碱地区域，降雨使大量可溶性盐随雨水渗到下层或流走，即“脱盐”，干旱时水分蒸发强烈，地下水中的盐分随毛管水上升而聚集在土壤表层，为“返盐”，两个过程反复进行（牛东玲等，2002）。晋北干旱区盐碱地处于黄土高原半干旱区内，全年蒸发量远大于降水量，溶解在水中的盐分易在土壤表层积聚，盐碱地土壤的表层 Na+可与Cl-、、、OH-等阴离子结合，导致不同程度盐碱化。本研究中，根据目测土壤板结程度、旱季返盐情况和柽柳生长情况对样地进行了盐碱胁迫等级划分，结果显示不同盐碱胁迫等级间土壤pH值和其他营养元素无显著性差异，仅Na含量差异显著，以重度盐碱地最高，轻度盐碱地最低，这和前期根据土壤状况和柽柳叶形态的分类结果相一致，说明此分类方法具有合理性。虽然本研究未测定阴离子含量值，但晋北干旱区盐碱地土壤中所含的阴离子大多为 Cl-、或、，而并非OH-，从而形成了pH值相近但Na+含量相差较大的结果，而 Na+和这些阴离子结合而成的 NaCl、NaHCO3或 Na2CO3导致的盐胁迫可能是影响该地区柽柳人工林生长的主要环境因子。

3.2 不同盐碱胁迫等级下柽柳养分含量及耐盐性

本研究中，晋北干旱区盐碱地柽柳叶片 TOC含量为 34.822～40.473 kg·kg-1，显著低于全球 492种陆地植被的叶片有机C含量（46.54 kg·kg-1）和黄土高原落叶乔木的平均含量（45.5 kg·kg-1），说明晋北干旱区盐碱地柽柳叶片的有机化合物含量较低。柽柳叶片TN含量（1.378～1.953 kg·kg-1）显著低于黄土高原落叶乔木（2.60 kg·kg-1）和全国落叶树平均含量（2.22 kg·kg-1）；TP 含量（0.241～0.269 kg·kg-1）显著高于黄土高原落叶乔木（0.168 kg·kg-1）和全球陆生植物平均含量（0.199 kg·kg-1）；TK 含量（0.673～0.703 kg·kg-1）显著低于黄土高原落叶乔木平均含量（1.41kg·kg-1）（Elser et al.，2000；Han et al.，2005；任书杰等，2007；曹生奎等，2011），说明相较于生长在良好环境的植物，生长于晋北干旱区盐碱地的柽柳在形态构成、养分吸收等方面明显受到盐碱胁迫影响，并且受到N、K等元素的共同制约，明显和其他地域环境植物以N、P为主要生长限制因子不同（任书杰等，2009；曹生奎等，2011）。

植物对盐环境的适应主要依赖于细胞的渗透调节作用，盐生植物对Na的吸收高于非盐生植物（Volkmar et al.，1998），柽柳作为典型的泌盐植物可从根系选择性吸收以 Na+为主的盐分并富集（张立华等，2016）。本研究在 8月份进行，柽柳尚未开始落叶，生物量属于年度高峰期，柽柳叶片 Na含量明显高于其他营养元素含量，并且以单位质量和单位面积表示的叶Na含量在中度和重度盐碱胁迫等级下高于轻度盐碱胁迫等级下，说明Na对柽柳生长具有重要性，也说明Na能够在泌盐植物柽柳体内富集。此外，本研究中，以单位质量表示的叶Na含量在中度盐碱胁迫等级下高于重度盐碱胁迫，进一步说明Na在柽柳体内并不能无限制富集，而是存在一个阈值，这也与本研究中柽柳比叶面积在中度盐碱地最低，重度盐碱地最高的结论相符合。一般而言，植物比叶面积越大，单位干重的叶片面积越大，单位叶面积上的碳投资越少，用于构建防护结构的碳也越少（李轩然等，2007）。

此外，本研究中，柽柳叶Na含量与土壤N含量呈显著负相关，可能与重度盐碱胁迫土壤N含量相对较少有关，也有可能与植物根系进行养分吸收有关（弋良朋等，2008）。一方面，泌盐植物柽柳在盐碱地上表现出较强的耐盐和对Na的吸附能力，另一方面，植物在逆境环境中较强的适生性可能会促进其对营养元素的吸收。

3.3 营养元素K、Fe对柽柳叶片TOC的影响

营养元素对植物叶碳的积累和运输至关重要，而叶单位质量和单位面积营养元素含量能从不同角度反映植物对逆境的适应策略。本研究中，无论以单位质量还是单位面积衡量，柽柳叶的 TOC含量与叶TK和Fe呈显著相关，也与表层土壤TK的含量相关。K是植物正常生长发育所不可或缺的金属元素，K在为植物提供必需营养的同时，可以通过其渗透调节功能参与植物的抗逆性过程，且对体内氮素代谢、光合同化产物的运输和能量转变也有促进作用，还能促使植物各组织分化发育良好（曹生奎等，2011；Houmani et al.，2015）。植物体内80%全Fe存在于叶绿体中，Fe虽然不是叶绿素的组成成分，却是叶绿素合成不可或缺的元素，其不仅作为多种光合酶的活化剂，直接影响叶绿素的合成，而且作为铁氧还蛋白的成分参与CO2还原和光合磷酸化作用，影响光合作用的进行（Page et al.，2012）。因此，本研究中柽柳叶片TOC含量与 TK和Fe关系密切，而与Na含量相关性较小（仅与以CEA表示的Na含量显著相关），表明盐胁迫下柽柳叶碳积累可能主要缘于植物本身特性以及 K和 Fe两种元素对柽柳的积极作用。

柽柳叶片 TOC和表层土壤中 Fe的相关不显著，但与K显著相关，可能是由于：（1）与其他类型或区域土壤营养元素含量相比，晋北干旱区盐碱地土壤中铁的实际含量过低，且晋北干旱区盐碱地土壤盐分离子较多，而铁离子价态较多，高价铁离子较易和土壤中的、OH-等阴离子反应生成氢氧化铁等难溶性化合物，并在根外发生沉淀而难以被植物根系吸收（Blaby-Haas et al.，2013）；（2）Fe本身在植物体内属于移动性较差的营养元素，再利用性较差，因此 Fe的移动和功能在植物体内受到阻碍（周厚基等，1988；张强等，2017）；（3）与 Fe相比，K在土壤中的含量相对较高，在柽柳体内的移动性和生物可利用性也都较高。

本研究中，K和Fe在晋北干旱区盐碱地柽柳植株长期生存生长中的作用具有一定的科学意义和实际意义。虽然本研究仅涉及元素含量间的关系，并未深入到具体的生理机制和细胞代谢机理，但K和Fe而非同样含量较少的N、P等大量营养元素决定了叶碳积累，说明盐胁迫下，植物营养的一般关系发生了显著改变，这为今后盐生植物抗逆分子机制的研究指明了方向。另外，K和Fe在柽柳叶碳积累中的重要作用说明，在盐碱地柽柳植被的恢复中，钾肥的合理施用可能会极大地改善柽柳人工林的质量，加速晋北干旱区盐碱地的生态恢复。

4 结论

（1）根据土壤板结程度、地表返盐现象严重程度以及柽柳的生长状况，将晋北干旱区盐碱地划分为相对轻度、中度、重度3个等级。0～15 cm表层土壤中，3个等级盐碱胁迫土壤pH值近似；Na含量差异显著，以重度盐碱地最高，轻度盐碱地最低；重度盐碱地土壤TN含量最低，与轻度盐碱地差异显著；其余营养元素含量在 3个程度盐碱地土壤中差异不显著。不同等级盐碱胁迫样地表层土壤Na和TN含量的关系一方面说明晋北干旱区盐碱地的土壤特性，另一方面验证了本研究所使用的分类方法具有可推广性，可为今后盐碱地分类提供参考。

（2）中度盐碱胁迫样地中，以单位质量和单位面积表示的柽柳叶 TOC含量有最高值（均值分别为 40.47 kg·kg-1和 1.79 kg·m-2），叶 Na含量有最高值（分别为 2.76 kg·kg-1和 0.12 kg·m-2），叶 TN 含量有最低值（分别为 1.38 kg·kg-1和 0.06 kg·m-2）；单位质量叶TK有最高值（0.70 kg·kg-1）。由此说明，对于盐生植物柽柳来说，适当的盐碱胁迫对其生长无害且有一定程度的促进作用，但胁迫程度过高，柽柳的生长会受到明显抑制，无益于盐碱地治理和生态修复。

（3）各营养元素之间相关性分析结果表明，柽柳叶TOC含量与叶K、Fe，土壤K、Mg均呈显著正相关，表明K在晋北干旱区盐碱地柽柳叶碳积累中具有重要作用，因此在晋北干旱区盐碱地的植被恢复过程中，除了土壤改良之外，还应当注重钾肥的适当施用。

BLABY-HAAS C E, MERCHANT S S. 2013. Iron sparing and recycling in a compartmentalized cell [J]. Current Opinion in Microbiology, 16(6):677-85.

CHENG L, WANG Y, CAI Z, et al. 2017. Phytoremediation of petroleum hydrocarbon contaminated saline-alkali soil by wild ornamental Iridaceae species [J]. International Journal of Phytoremediation, 19(3):300-308.

DRAKE J A, CAVAGNARO T R, CUNNINGHAM S C, et al. 2016. Does Biochar Improve Establishment of Tree Seedlings in Saline Sodic Soils? [J]. Land Degradation & Development, 27(1): 52-59.

ELSER J J, FAGAN W F, DENNO R F, et al. 2000. Nutritional constraints in terrestrial and freshwater food webs [J]. Nature, 408(6812):578-580.

HAN W X, FANG J Y, GUO D L, et al. 2005. Leaf nitrogen and phosphorus stoichiometry across 753 terrestrial plant species in China [J]. New Phytologist, 168(2): 377-385.

HOUMANI H, RABHI M, ABDELLY C, et al. 2015. Implication of Rhizosphere Acidification in Nutrient Uptake by Plants: Cases of Potassium (K), Phosphorus (P), and Iron (Fe) [M]. Switzerland:Springer International Publishing: 103-122.

LAMBERS H, CHAPIN F S, PONS T L. 2008. Plant Physiological Ecology[M]. New York: Springer-Verlag.

MESQUITA EFD, SÁ FV, BERTINO AMP, et al. 2015. Effect of soil conditioners on the chemical attributes of a saline-sodic soil and on the initial growth of the castor bean plant [J]. Semina Ciencias Agrarias,36(4): 2527-2538.

OHRTMAN M K, SHER A A, LAIR K D. 2012. Quantifying soil salinity in areas invaded by Tamarix spp. [J]. Journal of Arid Environments, 85:114-121.

PAGE M D, ALLEN M D, KROPAT J, et al. 2012. Fe sparing and Fe recycling contribute to increased superoxide dismutase capacity in iron-starved Chlamydomonas reinhardtii [J]. Plant Cell, 24(6):2649-2665.

QADIR M, OSTER JD, SCHUBERT S, et al. 2007. Phytoremediation of Sodic and Saline-Sodic Soils [J]. Advances in Agronomy, 96(7):197-247.

SMITH A M, STITT M. 2007. Coordination of carbon supply and plant growth [J]. Plant, Cell & Environment, 30(9): 1126-1149.

VILE D, SHIPLEY B, GARNIER E. 2006. A structural equation model to integrate changes in functional strategies during old-field succession[J]. Ecology, 87(2): 504-517.

VOLKMAR K M, HU Y, STEPUHN H. 1998. Physiological responses of plants to salinity: a review [J]. Canadian journal of Plant Science,78(1): 19-27.

YILDIZ O, ALTUNDAĞ E, ÇETI N B, et al. 2017. Afforestation restoration of saline-sodic soil in the Central Anatolian Region of Turkey using gypsum and sulfur [J]. Silva Fennica, 51(1B): 1-17.

阿布里孜·阿不都热合曼, 吕光辉, 张雪妮, 等. 2015. 新疆艾比湖流域植物光合器官碳、氮、磷生态化学计量特征[J]. 生态学杂志, 34(8):2123-2130.

曹生奎, 冯起, 司建华, 等. 2011. 荒漠河岸林胡杨养分状况研究[J].中国沙漠, 31(5): 1131-1140.

陈红武, 杨晨旭, 汤利杰. 2016. 准格尔旗矿区不同植物叶片的生态化学计量学研究[J]. 水土保持研究, 23(6): 9-14.

范夫静, 宋同清, 黄国勤, 等. 2014. 西南峡谷型喀斯特坡地土壤养分的空间变异特征[J]. 应用生态学报, 25(1): 92-98.

付秋萍, 张江辉, 王全九, 等. 2007. 塔里木盆地土壤盐分变化特征分析[J]. 自然科学进展, 17(8): 1091-1097

李轩然, 刘琪, 王景, 等. 2007. 千烟洲针叶林的比叶面积及叶面积指数[J]. 植物生态学报, 31(1): 93-101.

牛东玲, 王启基. 2002. 盐碱地治理研究进展[J]. 土壤通报, 33(6):449-455.

任书杰, 于贵瑞, 陶波, 等. 2007. 中国东部南北样带654种植物叶片氮和磷的化学计量学特征研究[J]. 环境科学, 28(12): 2665-2673.

任书杰, 于贵瑞, 陶波, 等. 2009. 兴安落叶松(Larix gmelinii Rupr.)叶片养分的空间分布格局[J]. 生态学报, 29(4): 1899-1906.

田静, 苏红波, 陈少辉, 等. 2012. 近 20年来中国内陆地表蒸散的时空变化[J]. 资源科学, 34(7): 1277-1286.

王慧, 解文斌, 刘宁, 等. 2016. 基于栽植沙枣的晋北盐碱地土壤改良处理组合研究[J]. 水土保持学报, 30(4): 281-287.

王慧, 南宏伟, 刘宁. 2017. 关帝山油松天然林林下植物组成及环境解释[J]. 生态环境学报, 26(1): 13-19.

王林权, 邵明安. 2005. 高等植物对钠离子的吸收、运输和累积[J]. 干旱地区农业研究, 23(5): 244-249.

姚荣江, 杨劲松, 姜龙, 等. 2008. 基于聚类分析的土壤盐渍剖面特征及其空间分布研究[J]. 土壤学报, 45(1): 56-65.

弋良朋, 马健, 李彦. 2008. 两种土壤条件下荒漠盐生植物根际系统养分分布的实验研究[J]. 中国沙漠, 28(3): 443-448.

张立宾, 宋曰荣, 吴霞. 2008. 柽柳的耐盐能力及其对滨海盐渍土的改良效果研究[J]. 安徽农业科学, 36(13): 5424-5426.

张立华, 陈沛海, 李健, 等. 2016. 黄河三角洲柽柳植株周围土壤盐分离子的分布[J]. 生态学报, 36(18): 1-9.

张立华, 陈小兵. 2015. 盐碱地柽柳“盐岛”和“肥岛”效应及其碳氮磷生态化学计量学特征[J]. 应用生态学报, 26(3): 653-658.

张强, 李民吉, 周贝贝, 等. 2017. 两大优势产区“富士”苹果园土壤养分与果实品质关系的多变量分析[J]. 应用生态学报, 28(1): 105-114.

张一中, 周福平, 张晓娟, 等. 2015. 播种期对晋北地区盐碱地高粱生长发育及产量的影响[J]. 作物杂志, (5): 96-99.

周厚基, 仝月澳. 1988. 苹果树缺铁失绿研究的进展——Ⅱ. 铁逆境对树体形态及生理生化作用的影响[J]. 中国农业科学, 21(4): 46-50.

周三, 韩军丽, 赵可夫. 2001. 泌盐盐生植物研究进展[J]. 应用与环境生物学报, 7(5): 496-501.

The Relationship between Foliar TOC of Tamarix chinensis Lour. and Nutrient Elements’ Content in Saline-alkali Soil of North Shanxi

WANG Hui1, LIU Ning1, YAO Yantao1, XIE Wenbin2, WANG Lin1
1. College of Forestry, Shanxi Agricultural University, Taigu 030801, China; 2. Taigu County Bureau of Land and Recourses, Taigu 030801, China

Carbon is considered the main element and essential nutrient elements that make up the dry matter in the plant, which determines the morphogenesis of plants and the nutrients acquisition capacity. The foliar carbon content of plant can reflect the ability of plant's carbon assimilation and adapt to harsh environmental conditions. This study divided the saline-alkali sites into 3 degrees with relatively mild, moderate and severe saline-alkali based on the soil hardening degree, severity of soil salt efflorescence and growth condition of Tamarix chinensis L., mainly investigated the foliar total organic carbon (TOC) of T. chinensis Lour.,nutrient elements contents including total N(TN), total P(TP), total K(TK), Na, Mg, Cu, Zn, Fe, Ca both in leaves and surface soil,and the cation exchange capacity of soil (CEC), to characterized TOC and nutrient contents in leaves of T. chinensis by contents of nutrient elements per unit mass (CEM) and contents of nutrient elements per unit area (CEA), to explore the relationship between the foliar total organic carbon and the nutrient contents both in leaves and soil. The results showed as follows, (1) There was no significant difference on pH value among the 3 degrees of saline-alkali sites, significant differences were found among 3 levels of saline-alkali sites of Na contents, the maximum value was on severe saline-alkali site (1 462.51 mg·kg-1), and minimum value was on mild saline-alkali site (436.67 mg·kg-1), the salt stress of high content of Na+might be the main environmental factors affecting the growth of T. chinensis plantation in North Shanxi. (2) Based on CEM and CEA values, TOC had the maximum value on moderate saline-alkali site (40.47 kg·kg-1and 1.79 kg·m-2, respectively), Na content had the maximum value also on moderate saline-alkali site(2.76 kg·kg-1and 0.12 kg·m-2, respectively), TN (1.95 kg·kg-1) and TP (0.27 kg·kg-1) based on CEM had the maximum value on mild saline-alkali site, TK (0.70 kg·kg-1) based on CEM had the maximum value on moderate saline-alkali site, showed that T. chinensis’growth was closely related to the nutrient elements, Na could be enriched in T. chinensis but not unlimited, there was a “enrichment threshold”. (3) TOC had significantly positive correlation with K and Fe elements in T. chinensis leaves (P＜0.05), and also had closely associated with K content of surface soil, which indicated that these two elements especially K elements played important role on leaf morphogenesis, nutritious composition and salt-alkali resistance of T. chinensis in Saline-alkali soil in North Shanxi.

Saline-alkali soil in arid areas of North Shanxi; Tamarix chinensis Lour.; foliar total organic carbon (TOC); nutrient elements

10.16258/j.cnki.1674-5906.2017.12.006

S728.5; X173

A

1674-5906（2017）12-2036-09

王慧, 刘宁, 姚延梼, 解文斌, 王林. 2017. 晋北干旱区盐碱地柽柳叶总有机碳与营养元素含量的关系[J]. 生态环境学报, 26(12): 2036-2044.

WANG Hui, LIU Ning, YAO Yantao, XIE Wenbin, WANG Lin. 2017. The Relationship between Foliar TOC of Tamarix chinensis Lour. and Nutrient Elements’ Content in Saline-alkali Soil of North Shanxi [J]. Ecology and Environmental Sciences, 26(12):2036-2044.

国家公益项目“晋北重度盐碱地植被恢复集成技术研究”（201304326）；“山西林业厅晋北盐碱地困难立地造林配套技术研究”（2012HX32）；国家自然科学基金青年基金项目（41501201）

王慧（1985年生），女，讲师，博士，研究方向为森林培育。E-mail: sxauwh@163.com

*通信作者

2017-09-14