盐碱胁迫对俄罗斯黄花草木樨生长的影响

林年丰 梁硕

摘要：为探究盐碱胁迫对俄罗斯黄花草木樨（Melilotus officinalis）生长的影响和微量元素增强对黄花草木樨抗逆性的作用，进行盐碱土改良试验和微量元素喷洒试验。结果表明，生长于pH为8.5～9.5的盐碱土中的黄花草木樨受盐碱胁迫的危害十分严重，出现发芽率低、植株矮小、生长滞缓、花期缩短、荚少子小、老化早衰等一系列的生态变异现象。种植黄花草木樨的土壤pH以8.0～8.5为宜，最高不宜超过9.0。在碱胁迫下黄花草木樨往往缺乏多种微量元素，从而制约其生长繁殖。通过喷洒P-K肥和B肥，牧草分别增产27.59%和27.21%，喷洒Mn肥和Mo肥，种子分别增产85.45%和58.10%。

关键词：盐碱胁迫；微量元素；黄花草木樨（Melilotus officinalis）抗逆性；土壤环境的适宜性

中图分类号：S541.9；S156.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）04-0031-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.04.008

The Influence of Salinity Stress on Melilotus officinalis

LIN Nian-fenga，LIANG Shuob

（a.College of Environment and Resource；b.College of Earth Science，Jilin University，Changchun 130012，China）

Abstract： In order to explore the influence of salinity-alkalinity stress on Melilotus officinalis and the effect of trace elements to the resistance of M. officinalis，the saline soil improvement experiment and the trace elements spraying experiment were studied. The results showed that M. officinalis was under salinity stress when it grew in pH 8.5～9.5 and occurred a series of plants ecological variation phenomenon like low germination rate，plant small，sluggish growth，flowering shortened，reluctant ripen and few pods，premature aging，et al. It indicated that the suitable soil pH to M. officinalis was 8.0～8.5，and not more than 9.0. M. officinalis lacks of various trace elements under salinity stress which restrained its growth and reproduction. By spraying P-K fertilizer and B fertilizer，M. officinalis grass yield increased by 27.59% and 27.21%，respectively. By spraying Mn fertilizer and Mo fertilizer，seed yield increased by 85.45% and 58.10%，respectively.

Key words： salinity stress； trace elements； the resistance of Melilotus officinalis； the suitability of soil environment

胁迫（Stress）这一概念原用于逆境生物学的研究，是对生物所处不利环境的总称。关于植物对环境胁迫整体抗逆性的研究不断有所进展，已成为生物学中的一个新的研究领域。Selye[1]描述了哺乳动物受到胁迫后的预警-抗衡-衰竭3个反应阶段。预警阶段，即机体的初期反应阶段；抗衡阶段，即预警消失与抗衡增加的阶段；耗竭阶段，即机体抵抗能力消失，适应能力耗尽，而走向死亡[2]。植物生态系统在环境胁迫下也存在相类似的反应，即机体受到胁迫，产生应急反应，以适应环境的变化；随即产生机体抗衡，与胁迫相持；当胁迫作用加强，逐渐出现补偿性反应；胁迫继续强化，补偿功能殆尽，最后导致机体耗竭而衰亡。研究表明抵御胁迫是一种抗逆机制，属于一类化学反应和物理反应。在重盐碱地种植黄花草木樨（Melilotus officinalis），此胁迫-抗逆反应表现十分明显。关于植物受胁迫与其抗逆生理特性方面的研究较多，如植物盐胁迫对蛋白质合成的影响[3]；植物对干旱胁迫的分子反应[4]；盐碱胁迫下沙地彰武松和樟子松苗木生理特性[5]；盐碱胁迫下燕麦生长及阳离子吸收特征[6]；松嫩平原两个生态型草原实验种群对盐碱胁迫的生理响应[7]。植物具有抵御抗寒、抗旱、抗盐碱、抗病虫害等不利环境的能力，被称为抗逆性。抗逆性是绝大多数植物响应环境胁迫的普遍方式。植物主要通过对盐离子伤害的调控和渗透作用的调节来适应盐胁迫环境。

在俄罗斯西伯利亚地区进行生态环境合作考察期间（1998-1999年），发现并引进了斯列金1号黄花草木樨，为两年生豆科牧草，其生命力强、繁殖率高、抗逆性强，具有耐严寒、耐干旱、耐盐碱和固氮等多种功能。因其富含蛋白质而成为当地的优质牧草飼料，对于保护农牧生态环境、发展畜牧业起重要作用。将其引进，并在松嫩平原西南部开展较长期试验研究。初期（2001-2004年），在多处进行小规模的试验，获得了改良盐碱土和增产谷物、牧草的良好效果。在改良后的耕地上，不施肥，谷子也可茁壮成长[8]。

建立面积为100 hm2的试验基地（2010-2013年），并将其延伸至盐碱退化草地及撂荒地。经过第一个周期的盐碱土改良试验，得到了与初试阶段截然不同的结果，发芽率低，植株矮小，生长滞缓，草产量低。花期提前并缩短，荚少子小。出现了老化早衰等一系列的生态变异现象。同时，还产生了因微量元素不足导致牧草、种子减产的后果。但就改良盐碱土而言，其效果比较显著，出现明显的脱盐脱碱现象。有机质总量、总氮、水解氮明显上升，在改良后的样地上种植谷物和牧草获得了较好的收成。因此，研究盐碱胁迫对黄花草木樨生长的影响具有重要的生态和经济意义，现将试验结果报告如下。

1 材料与方法

1.1 基地概況

试验基地设在吉林省西部的大安市姜家甸草场，地处松嫩平原腹地，面积为100 hm2。近50年以来，该区生态环境日益恶化，盐碱荒漠化迅速发展，盐碱、干旱、风沙等自然灾害对农牧生态环境构成了严重威胁[9-11]。该区地势平坦，海拔120～160 m，年均气温4.3 ℃，降水量413.7 mm，蒸发量1 610 mm，干燥度为1.15。春季干旱多风，平均风速16 m/s。之前，该区是以羊草为优势品种的草地，羊草等禾本科牧草高达1.5 m左右，羊草比例占90%，呈现出风吹草低见牛羊的自然景观。然而，现今，地带性的羊草草地已所剩无几，多沦为盐碱退化草地。该区主要的土壤类型为盐碱化草甸土，土壤肥力较差，有机质含量一般低于1%，普遍缺氮，严重缺磷，部分缺钾，微量元素普遍偏低。土壤的碱性较重，75%的土地pH为8.5～9.5，25%的土地pH>9.5。试验区主要为盐碱退化草地和撂荒地。

1.2 试验设计

试验设计包括盐碱土改良试验和微量元素叶面喷洒试验两个部分。为保证试验质量，均采用引进的俄罗斯黄花草木樨斯列金1号原种在大安市姜家甸草场生产的第二代种子，发芽率为95%以上。

1.2.1 盐碱土改良试验（2010-2011年） 选择盐碱退化草地进行土壤改良，土壤pH为8.50～9.39，观察土壤改良效果与谷物、牧草的增产效果。在播种前用推土机平整土地，高差控制在10 cm左右。然后利用重耙、轻耙松土、碎土，纵横各耙两遍，深度25 cm，以达地平、土松的目的。采用垄种穴播，常规育种的垄间距和穴间距分别为65 cm和35 cm。因黄花草木樨植株高大，约1.6～1.8 m，栽培牧草其间距可略缩小，为60 cm和30 cm。每公顷播种12～15 kg。播种时可施入过磷酸钙作为底肥。

1.2.2 微量元素叶面喷洒试验（2012-2013年） 目的是观察其对黄花草木樨抗逆性的影响及牧草、种子增产的效果。在基地选择中等状况的地块，设置牧草、种子试验样方田各1 hm2，继续开展牧草、种子生产试验。分为10个样方，每一个样方为100 m2（10 m×10 m），每5个样方为一组，其中各含有1个对照样方。选择钼酸铵[（NH4）6Mo7O24]、硼酸（H3BO3）、螯合锰（EDTA-Mn）、螯合锌（EDTA-Zn）和磷酸氢二钾（K2HPO4）5种肥料，对牧草、种子样方田进行叶面喷洒试验。分别设5个处理，依次为P-K肥、Mo肥、B肥、Mn肥和Zn肥。按期进行0、1、2、3次叶面喷洒。通过对比试验，判定各微量元素肥料的增产效果及黄花草木樨对碱胁迫的抗逆作用。

1.3 田间管理

1.3.1 盐碱土改良部分 2010年5月初耕翻，深度30 cm，以过磷酸钙作底肥，施肥量200 kg/hm2，5月中旬垄状穴播，播种量12 kg/hm2，播种深度1～2 cm，全部采用“坐水种”。播种后用镇压器镇压，两铲两趟，中期灌溉，灭虫除草，在植株现蕾前收割牧草，以避免香豆素含量增加。留茬15～20 cm，自然越冬。翌年5月中旬，试验地全部返青，待株高30～40 cm，追肥1次，两铲两趟，灌溉保墒。种子田7月初黄花盛开，花期40～45 d。9月初，陆续收割种子，晾晒，打场，归仓。

1.3.2 微量元素叶面喷洒部分 2012年5月至2013年9月，对牧草、种子样方田设P-K、Mo、B、Mn与Zn肥5个处理，进行3次重复，喷洒。叶面喷肥浓度均保持为5%。每10 d喷洒1次，每次喷肥时间确定为10：00前，以减少叶面液肥蒸发。在肥料喷洒期间要避免雨水对叶面的冲洗。第一次喷洒，除对对照样方田-0不喷肥料外，均各喷洒1次；第二次，对样方-2、样方-3各喷洒1次；第三次，仅对样方田-3进行喷洒。在整个喷洒试验过程中，液体肥料浓度保持不变，但次数递增。观察牧草、种子样方田的生长状况，及时灭虫、除草。适时收割牧草、种子，进行测产和统计分析，判定喷肥种类、次数对产量的影响。

1.4 采样与测试

黄花草木樨为两年生豆科牧草，全试过程采集4次土样，分别于翻地前（2010年5月上旬）、割草后一个月（10月中旬）、2011年返青前（5月中旬）、收割后一个月（10月中旬）。采用GPS均匀布点60个，取30 cm耕作层的混合土样，4次重复取样，共计采样240个。

土样测定项目与相应的方法如下。pH采用玻璃电极法测定；有机物总量采用重铬酸钾消化-亚铁盐容量滴定法测定；阳离子交换总量（CEC）采用EDTA-铵盐浸提交换法测定；总氮的测定方法是用H2SO4-K2SO4-CuSO4消化，用凯式瓶蒸馏，盐酸滴定；水解氮的测定方法是向样品中加入还原剂（Zn-FeSO4），在碱性溶液中用凯式瓶蒸馏，盐酸滴定；总磷的测定方法是将样品碱溶，或酸溶解，采用钼锑抗显色，分光光度法；有效磷采用NaHCO3浸提，钼锑抗显色，分光光度法测定；总钾采用四酸溶解样品，原子吸收法测定；有效钾采用中性醋酸铵浸提，原子吸收法测定；总碱度、酚酞碱度（P）（pH>8.3）、甲基橙碱度（M）（8.3>pH>4.4）采用中和法测定；K+、Na+采用火焰分光光度法或原子吸收法测定；Ca2+、Mg2+采用络合滴定（EDTA）法测定；Cl-采用AgNO3沉淀法测定[12-15]。

2 结果与分析

2.1 盐碱土改良试验

通过2年（2010年5月至2011年10月）的黄花草木樨盐碱土改良试验，结果（表1）表明，pH、可溶盐总量、总碱度、阳离子交换量、交换性钠离子、碱化度等盐碱性指标普遍下降，且幅度较大。显示了黄花草木樨对盐碱土的脱盐、脱碱作用。土壤的主要有机养分有机质总量、总氮、水解氮均有一定幅度的提高（表2）。2012年在改良后的盐碱土地上种植玉米、高粱、谷子等作物，获得了较土壤改良前更好的收成。其产量分别为4 000、5 000、4 500 kg/hm2，鲜草产量为10 000 kg/hm2[16-18]。

2.2 微量元素叶面喷灑试验

由表3可知，在改良盐碱土的过程中，Mo、B、Se、Zn、Cu等微量元素明显下降，其中Zn的下降幅度最大，为24.34%。上述现象出现的主要原因可能是在碱性环境中，微量元素的生物活性明显下降，导致微量元素缺乏，从而影响黄花草木樨的生长与繁殖。

针对黄花草木樨摄取微量元素不足的问题，进行微量元素叶面喷洒试验。2012年7月15日收割牧草并测定样方田的牧草产量，结果见表4。2013年9月20日收割种子，测定样方田的种子产量，结果见表5。由表4、表5可知，试验样方的牧草产量、种子产量与喷肥种类、次数有关。喷肥次数多，则产量高。与对照样方相比，牧草样方-3喷施P-K肥、Mo肥、B肥、Mn肥和Zn肥，其增产率分别为27.59%、22.76%、27.21%、25.00%和25.00%，以喷洒P-K肥和B肥牧草的增产率较高，而Mo肥相对较低。种子样方-3喷洒P-K肥Mo肥、B肥、Zn肥和Mn肥，其种子增产率分别为50.00%、58.10%、53.45%、85.45%和53.33%。以喷洒Mn肥增产率最高，Zn肥与P-K肥相对较低。表明微量元素Mo、B、Mn、Zn以及P-K肥有增强黄花草木樨抗逆性和提高牧草、种子产量的作用[19]。

为了更清晰地研究肥料种类和喷洒次数与牧草、种子增产的关系，应用制图软件SigmaPlot12将喷洒次数、微量元素种类与牧草、种子产量的有关数据绘制成图1、图2。从图1、图2可以看出，在黄花草木樨植株的生长期选用Mo、B、Mn、Zn、P-K肥进行3次叶面喷洒，可增强黄花草木樨的抗逆性能，从而可以较大幅度地提高牧草和种子的产量。

3 讨论

3.1 黄花草木樨的改良与增产

土壤改良后，其中的盐碱成分显著下降，起了脱盐、脱碱的作用。土壤中有机质总量、总氮、水解氮等有机养分明显提高，从而有利于牧草和谷物的生长。在土壤改良前还是一片广袤的盐碱草地，在改良后的试验样地上种植玉米、高粱、谷子，获得较好的收成。使原来的盐碱撂荒地达到了低产田的产量水平。

3.2 盐碱胁迫对黄花草木樨生长的危害

盐碱胁迫几乎涉及植物的整个生命过程，并产生多方面的负面影响[15]。盐碱胁迫不仅抑制黄花草木樨的生长发育，而且可以使植物在生长过程中受到一系列的损害。对植物生长发育的影响首先从植物形态上表现出来，如幼苗不发育、植株矮小、根系瘦小、分蘖分枝少、荚少子小等；抑制植物组织和器官的生长和分化，使植物生命过程缩短，植株老化、早衰；使植物光合作用减弱，表现为茎、叶稀疏，叶片单薄，牧草产量少、质差；在盐碱胁迫下，植物体中生物活性成分的含量有明显减少的趋势。因受盐碱胁迫，植物体中的活性氧自由基增加，破坏膜脂细胞，损害蛋白质的结构和功能，从而使蛋白质合成受阻。即在中轻盐碱土（pH 8.0～8.5）中生产的鲜牧草，其粗蛋白质含量为286.90 kg/t，在重盐碱土中（pH 8.5～9.5）生产的鲜牧草，其粗蛋白质含量为137.80 kg/t，后者较前者减少了51.97%[12，15，19]。

3.3 碱性环境抑制土壤中微量元素的生物活性

碱性环境抑制土壤中微量元素的生物活性，影响植物的吸收与利用。当土壤pH为8.0～8.5时，Fe、P、B、Mo、Mn、Cu、Zn、Se等营养元素的生物活性有不同程度的下降。pH为9.0～9.5时，更多微量元素将变成难利用状态，以致使植物缺乏某些微量元素，进而抑制黄花草木樨的生长、发育和繁殖。

3.4 微量元素对黄花草木樨的抗逆作用

叶面喷洒B、MO、Mn、Zn等微量元素肥料，可使受盐碱胁迫的黄花草木樨得以正常生长，牧草和种子的产量显著提高。表明微量元素可增强黄花草木樨的抗逆性。

3.5 种植黄花草木樨的适应性指标

为在盐碱土地区有效推广种植黄花草木樨，参阅有关文献[20-22]，在此基础上提出种植黄花草木樨对盐碱土评价分级的适宜性指标。当土壤盐碱化程度为非盐碱土、轻盐碱土、中盐碱土时，pH分别为<7.5、7.5～8.0、8.0～8.5，全盐量分别为<0.1%、0.1%～0.3%、0.3%～0.5%，碱化度（ESP）分别为<5%、5%～10%、10%～20%，此时的土壤适宜种植黄花草木樨；当土壤盐碱化程度为较重盐碱土时，pH为8.5～9.0，全盐量为0.5%～0.6%，碱化度为20%～25%，较适宜种植黄花草木樨；当土壤盐碱化程度为重盐碱土时，pH为9.0～9.5，全盐量为0.6%～0.7%，碱化度为25%～30%，则不适宜种植黄花草木樨；当土壤盐碱化程度为极重盐碱土时，pH>9.5，全盐量>0.7%，碱化度>30%，则极不适宜种植黄花草木樨。即只要控制好土壤的pH、全盐量和碱化度3项主要指标，便可得知该类土壤种植黄花草木樨的适宜性程度。

4 小结

俄罗斯斯列金1号黄花草木樨具有改良盐碱土、保护农牧生态环境、发展蛋白质牧草饲料等多种功能，具有较高的开发利用价值。但是，至今尚无大面积种植黄花草木樨改良盐碱土的成熟经验可供借鉴。引进黄花草木樨，试验结果表明，盐碱胁迫、微量元素不足等是抑制黄花草木樨发育生长的主要原因，并提出了相应的防治措施和对策，推广种植黄花草木樨，要慎重选择土壤的pH、碱化度和全盐量。建议pH以8.0～8.5为宜，最高不宜超过9.0。喷洒Mo、B、Mn、Zn以及P-K等肥料对受盐碱胁迫的黄花草木樨具有增强其抗逆性的作用，可促其生长、发育，提高牧草和种子的产量。

然而，在改良盐碱土的同时，土地中高含量的盐碱成分使得盐碱胁迫对黄花草木樨产生了较强的生物抑制作用，进而对作物造成损害，出现了发芽率低，苗小苗缺，植株矮小，生长滞缓，花期提前、缩短，结荚少、子粒小和植株老化、早衰等一系列的生态变异现象。因此，减轻和消除盐碱胁迫对黄花草木樨生长的不良影响，是一项亟待解决的问题，还需进一步的研究。

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