根-土界面豆科植物修复和改良盐渍化土壤的机理研究

干旱半干旱灌溉区土壤盐渍化是制约农业可持续发展最严重的环境问题之一。改良盐碱地一直是世界性难题，传统的物理和化学方法或两者结合的改良方法，对西北地区而言因成本较高和效益低以及可能带来的次生污染而受到限制，而利用植物修复和改良的研究过去也只注重生物脱盐的综合效果，而对生物脱盐的作用机理缺乏系统研究。本项目以灌溉区石灰性盐渍化土壤为研究背景，以耐盐豆科植物为研究对象，通过室内控制试验从根际效应方面入手，比较耐盐豆科植物根际酸化能力的差异，分析其根域土壤CO2分压作用和土壤呼吸各组成成分比例的大小，评价豆科植物修复的效率和不同根际效应的贡献；分析不同耐盐豆科植物根际和非根际土壤盐分离子的特征和生物累积盐分离子能力方面的差异，阐明豆科植物在土壤-植物界面改良和修复盐渍化土壤的作用机理，以期为西北盐渍化灌溉土壤筛选具有生物脱盐效应较强的豆科植物类型和品种作为生物修复材料提供科学的理论依据。

本项目以石灰性盐渍化土壤为研究背景，从土壤-植物界面阐明豆科植物在改良和修复盐渍化土壤的作用机理。主要研究结果如下：1）不同耐盐豆科植物根际pH原位显色结果发现：不同混合盐分胁迫下，豌豆幼苗根际pH表现出明显的碱化现象，而碱化作用的强弱因不同盐分类型和不同豌豆品种而有差异，随盐分梯度的增加碱化作用有所降低。豌豆幼苗根际pH变化受氮源影响较大，当琼脂中添加 (NH4)2SO4时，随盐分梯度的增加根际酸化程度依次减弱；当琼脂中添加Ca(NO3)2时，根际碱化程度随盐分梯度的增加而增强。阴阳离子平衡理论和pH原位显色结果比较发现：在Na盐处理下，供试材料阴阳离子平衡计算结果和显色结果不一致。2）通过盆栽根袋法研究淋洗和生物作用耦合对盐渍化土壤改良的效应结果表明：淋洗与生物作用耦合能明显降低土壤pH，且根际土壤的pH小于非根际土壤的。在培养120天后，淋洗与生物作用耦合的脱盐效果优于单纯淋洗，在淋洗与生物作用的耦合下，土壤中的Na+、Cl-和SO42-的含量降低幅度最大，除去淋洗和植物收获带走之外，Cl-、SO42-和Na+减少的总量中还有37.73%的Na+、38.22%的Cl-和35.14%的SO42-的减少量可能是由植物根系的物理化学作用机制引起的。根际与非根际土壤pH和盐分的相对变化与3个因素紧密相关：⑴ 植物种的差异；⑵ 取样点距离植物根际的远近；⑶取样时间处于植物生长周期的生长阶段。3）NaCl、混合Na盐和混合Cl盐能不同程度地降低3个豌豆品种的地上干重，其中100mM 混合Na盐处理地上干重较对照组降低了19%-35%。混合Na盐对3个豌豆品种和啤酒大麦的毒害作用大于混合Cl盐，一定浓度的Cl-可刺激豌豆和啤酒大麦根系生长。4）在等量NaCl梯度渐进胁迫下对啤酒大麦和蚕豆幼苗生长影响的研究结果表明：随着盐浓度的递增，啤酒大麦和蚕豆幼苗地上生物量显著低于对照组，而根系生物量和根冠比高于对照组。低盐分、短时间盐胁迫能刺激根系生长，盐分胁迫至高浓度(≥85.5 mmol•L-1)时，随着胁迫时间的持续，两者生长均受到抑制，蚕豆幼苗受抑制程度明显高于大麦；短时间内适应低浓度盐胁迫后，一定程度上提高了蚕豆和啤酒大麦的净光合速率(Pn)，而高浓度盐分能显著抑制其光合特性。5）低浓度盐分胁迫增强了豆科植物根系呼吸速率，而高浓度则相反。