盘锦红海滩翅碱蓬现场生态修复研究

刘 帅，魏海峰*，刘长发，张明亮，何 洁，高 嘉，赵肖依，霍玉洁，夏 宁，赵雨朦

(1. 辽宁省近岸海洋环境科学与技术重点实验室，辽宁 大连116023；2. 大连海洋大学，海洋科技与环境学院，辽宁 大连116023；3. 大连海洋大学，农业农村部北方海水增养殖重点实验室，辽宁 大连116023)

盘锦红海滩在渤海湾东北部，依托于滨海湿地而存在[1]，翅碱蓬在红海滩广泛存在，资源丰富。滨海地区地理位置独特、资源广泛，具有良好的经济效益和生态效益。但近年来，随着社会经济的发展，人为污染和石油污染愈发严重，使生态系统薄弱的滨海地区遭受摧残，滨海地区植被的生长较大程度上受到了限制[2]。对于如何修复滨海地区生态环境，使其发挥更大的经济效益、社会效益和生态效益，受到国内外学者的关注。盘锦红海滩优势植物翅碱蓬(Suaedasalsa)是一年生草本植物，隶属于藜科碱蓬属[3]，生长在河口滨海湿地，具有易繁殖和强耐盐性特点[4-5]。翅碱蓬在增加土壤有机质和盐分含量方面具有重大意义，可改变盐碱地高盐碱度的状况[6]。翅碱蓬在生态改良方面也拥有巨大效益，其高耐盐性利于滨海湿地生态系统的修复。目前，国内外对翅碱蓬的研究主要关注重金属[7-8]、土壤盐度[9-10]、石油污染[11]以及除草剂[1]等因素等对翅碱蓬生长的影响。目前，已有成熟的内陆盐碱地改良的研究理论方法[12]，而滨海湿地生态修复的理论尚未完善，采用现场生态修复技术研究翅碱蓬植被的恢复的研究较少。因此，进行翅碱蓬生态恢复研究，为修复滨海湿地生态环境和提高翅碱蓬存活率提供科学依据和理论基础[13]。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验田位于盘锦红海滩国家风景廊道旅游景区(121.50′40.32′′E，40.49′51.70′′N)，每块试验田为3 m×3 m的正方形。共6块试验田，每块试验田一半处理方式为浅翻，另一半处理方式为深翻。浅翻处理组使用齿为5 cm的金属耙子将潮滩浅翻，之后施肥，施尿素(0.028 kg/m2)和磷酸二氢钾(0.009 7 kg/m2)；深翻处理组，将土地深翻20 cm，后用耙子平整土地后，播种，播种量、施肥量同浅翻处理组。1～3号试验田播种密度为0.15 kg/m2；3～6号试验田播种密度为0.02 kg/m2，播种后种子表面覆盖薄土一层，以免种子被潮水冲走；选取1～6号试验田作为监测对象，监测理化指标及翅碱蓬密度。

1.2 样品采集

翻地后对土壤进行采集，每块试验田选取5个点并采用梅花布点法进行不同深度的土壤采样，分别为3、6、9 cm。样品风干后保存待测。

1.3 测定方法

翅碱蓬发芽长出地表10 d后，记录翅碱蓬种子发芽数量；翅碱蓬苗密度用样方法测量，使用样方框，计数翅碱蓬苗的株数；用土壤电导率测定仪测定土壤电导率值、盐分；温度计原位测定土壤温度；土壤水分测量采用重量法；使用环刀采样法测定土壤深度为3、6、9 cm处土壤密度。

1.4 数据分析

试验数据统计学分析借助SPSS 19.0统计软件完成，然后利用Duncan检验方法对试验数据进行差异分析，P<0.05表示差异显著。

2 结果

2.1 不同处理对翅碱蓬苗密度的影响

由图1可知，深翻和浅翻两种处理对翅碱蓬种子的发芽产生了不同影响。在播种密度为0.02 kg/m2的土壤中采用深翻和浅翻的处理方式，翅碱蓬苗密度分别为764株/m2和22株/m2，深翻处理发芽率是浅翻处理组的34.73倍；在播种密度为0.15 kg/m2的土壤中采用深翻和浅翻的处理方式，翅碱蓬苗密度分别为1126株/m2和165株/m2，深翻处理发芽率是浅翻处理组的6.82倍。其原因是深翻可以促使土壤团粒结构的形成，使土壤中水、肥、气、热得以改善所致，促使翅碱蓬的根系生长，使植物生长更加茁壮[12]。不同的播种密度也会对翅碱蓬种子的发芽产生影响，高播种密度会促进翅碱蓬种子的发芽。在采用相同深翻土壤处理时，播种密度为0.15 kg/m2的土壤苗密度较高，是播种密度为0.02 kg/m2的1.47倍；在采用相同浅翻处理时，也是播种密度为0.15 kg/m2的土壤苗密度较高，是播种密度为0.02 kg/m2的7.5倍。

2.2 不同翻耕处理对土壤密度的影响

土壤(粒)密度(Soil particle density)是指单位体积不含孔隙的土壤的烘干重量。它的计算方法类似于土壤容重，因此它的数值总是大于土壤容重，是土壤物理参数之一，其大小与土壤的矿物组成和有机部分有关。由图2可知，自然状态土壤密度1.7 g/cm3，用浅翻处理土壤密度为1.60 g/cm3，用深翻土壤密度1.38 g/cm3。与自然状态土壤密度相比，浅翻处理和深翻处理都会使土壤密度降低，分别下降了5.88%和18.82%。但深翻处理会最大程度降低土壤密度，此种方式最有效。

图1 不同播种密度苗的生长密度Fig.1 The growth density of seedlings with different sowing densities

图2 不同土壤处理方式对土壤密度的影响Fig.2 Effects of different soil treatment methods on soil density

2.3 不同处理对土壤电导率值、含盐量、水分及温度的影响

由表1可见，经不同深翻与浅翻处理土壤电导率值、盐分、水分及温度都发生了不同程度的改变。经对比发现，深翻处理对土壤理化指标具有较大改善。电导率和盐分是影响翅碱蓬生长的重要土壤理化指标，表示土壤中所含盐类的总含量，也可表示为土壤浸出液中各种阳离子的量和各种阴离子的量之和。水分和温度也是影响植物生存的重要理化指标，它们只有达到合适范围才能使植物正常生长。本试验中，处理方式为深翻时，土壤电导率值、含盐量、水分及温度的平均值分别为6.74 μs/cm、3561 mg/kg、33.9%和18.8℃，较浅翻处理组土壤电导率值下降37.59%，土壤含盐量下降34.96%，土壤水分下降11.95%和土壤温度升高8.05%，差异都较显著(P<0.05)。土壤盐分降低是由于红海滩滩涂土壤会经历潮水的冲刷，退潮后的土壤表面盐度上升，经过深翻处理后下层低盐度的土壤翻至表面，降低原位土壤的盐度[31]。土壤水分下降是由于土壤表面水分受风影响蒸发较快，土壤深层水分较高，经过深翻处理后下层高水分的土壤翻至表面，降低原位土壤的水分。土壤温度升高是由于土壤表面受太阳照射作用受热温度升高，经过深翻处理后下层低温的土壤翻至表面，故整体土壤温度升高。

如图3所示，比较这两种处理方式对土壤电导率的影响与土壤深度的效应关系。土壤深度为3 cm时，深翻处理方式较浅翻土壤电导率下降了26.84%，差异显著(P<0.05)；土壤深度为6 cm时，深翻与浅翻处理方式下的土壤电导率分别为5.46、5.26 μs/cm，差异不显著；土壤深度为9 cm时，深翻与浅翻处理方式下的土壤电导率分别为5.22、4.78 μs/cm，差异不显著。因此可推测，通过深翻处理方式可以有效降低表层土壤电导率，为翅碱蓬生长提供良好的生长条件，结合松土可以有效提高发芽率。

图3 不同处理方式对土壤电导率的影响Fig.3 Effects of different treatment soil types on soil conductivity

表1 不同处理方式对土壤理化指标的影响

续表1 不同处理方式对土壤理化指标的影响

3 讨论

由上述试验结果分析可知，深翻和浅翻处理通过改变土壤密度，进而改变土壤理化指标，最终改变翅碱蓬苗密度。本试验中，深翻处理能够有效降低土壤电导率、含盐量、水分和升高土壤温度，从而提高翅碱蓬发芽率。因此，推测在翅碱蓬正常生命活动时，土壤电导率、含盐量、水分适宜以及土壤温度升高，有利于翅碱蓬种子的萌发。

柳琴等相关研究表明，当土壤温度达到合适范围(10～30℃)，温度增长会提高植物生长速度[14]。较低温度时，翅碱蓬种子处于休眠状态，种子萌发受到抑制；当达到较高适当温度时，翅碱蓬种子的抑制因子减小，并产生促进因子，加速种子萌发[15-17]。本试验中，低温促进翅碱蓬种子的萌发，这与本文做出的推论相符。本试验研究显示，在一定的土壤盐分范围内，低盐分可降低翅碱蓬发芽率，这与高粱品种的盐胁迫现象一致[18]。植物生命活动历程中，不同生长阶段的植物对土壤盐分的耐受程度不同，且植物种子阶段对盐分的耐受程度最高[19-20]，这与高盐分抑制种子吸收水分，使种子内部水盐失去平衡，抑制种子萌发生长密切相关[21]。赵肖依等[13]相关研究证明，翅碱蓬种子萌发的合适盐度为10‰～16‰，盐度15‰以下时翅碱蓬种子萌发较好，但盐度16‰以上时，翅碱蓬种子萌发受到抑制，且认为与高盐度影响种子的渗透压[22]有关。刘逸泠等[23]研究显示，在一定的土壤盐分范围内，植物幼苗可增大叶面受光度和叶片作用时间来提高光合作用效率，高盐分通过降低叶片的光合作用效率，抑制植物幼苗生长发育。土壤电导率是展现农作物生存状态的重要参数，能反映土壤中可溶性盐分的含量情况，且土壤电导率与土壤含盐量具有一定的正相关线性关系[24-26]，低盐分促进植物种子的幼苗生长发育，可能也会降低土壤电导率，从而促进植物的幼苗生长发育。

土壤水分含量也是影响翅碱蓬生长发育的主要因素之一。土壤水分的变化会改变翅碱蓬正常生长发育的状况，充足的水分有利于翅碱蓬生长发育，蒸发、降雨、日晒、浇灌等方式通过改变土壤水分对翅碱蓬生长发育产生影响[27]。但过饱和的土壤水分会抑制翅碱蓬种子萌发和生长[28]。赵笃乐[29]、王景升[30]曾研究报道，种子未成熟时具有发芽趋势，降低开花后8、12 d种子的土壤水分，种子发芽率分别达到72%和98%，在玉米、大豆等植物身上出现类似现象。说明土壤水分与种子的生长、萌发、休眠存在一定的相关联系，其作用机制有待进一步研究分析。