咸水灌溉促生长：揭示金银花生物量分配与碳氮化学计量特征响应机制

本研究针对黄河三角洲盐碱地（saline-alkali land）农业开发难题，创新性提出咸水（brackish water, 盐度2-5 g·L-1）灌溉技术。研究团队通过四梯度灌溉处理（T0-T120），系统解析金银花（Lonicera japonica）生物量分配、碳氮生态化学计量（C:N stoichiometry）及储存的响应规律。结果表明：120 mm咸水灌溉（T120）显著提升植株总生物量（达T0的8.82倍），优化根/茎生物量占比，并驱动器官碳含量上升（根+12.5%，叶+6.2%）而氮含量下降（茎-26.4%，叶-31.0%）。该成果为盐碱地水资源节约型农业提供了关键技术支撑，拓展了药用植物生态适应机制理论。

　　

论文解读

黄河三角洲拥有44.3万公顷盐碱地，其中沿海重度盐碱区达23.6万公顷。这片土地正面临"暖干化"趋势——年均温上升而降水减少，4-6月干旱期蒸发量高达1962 mm，导致浅层地下水盐分上涌形成盐碱环境。传统农业在此举步维艰，筛选耐盐碱经济作物并开发节水灌溉技术成为破解困局的关键。金银花作为中国38种珍贵药材之一，其发达的根系可改良土壤结构，且在盐度0.56%、pH 8.2的极端环境下仍能通过增强根系呼吸（root respiration）合成渗透调节物质（如脯氨酸）维持离子平衡（Na⁺外排/K⁺吸收），成为盐碱地开发的理想候选者。然而，咸水灌溉如何影响其生物量分配及碳氮代谢？这一科学问题亟待解答。

山东航空学院、中科院地理科学与资源研究所等机构组成的研究团队，在黄河三角洲滨海湿地生态站开展为期两年的田间试验。研究人员选用两年生"北花1号"金银花，设置4种咸水灌溉梯度：T0（0 mm，雨养对照）、T40（40 mm）、T80（80 mm）、T120（120 mm），每个处理4次重复（共16个4×3 m样方）。通过水表精确控制灌溉量，在2019-2020年生长季进行5次灌溉。收获后测定植株根、茎、叶生物量，并利用元素分析仪（Elementar Vario Micro）测定碳氮含量及C:N比，结合相关性分析揭示调控机制。

生物量分配

关键发现：

• 总生物量随灌溉量激增，T120（829.56 g）达T0（94.05 g）的8.82倍，根、茎、叶生物量分别增加325%、1028%和918%。
• 根生物量占比从T0的31.18%显著降至T120的15.17%（降幅51.3%），而叶生物量占比稳定在24.52–29.75%。
  机制解读：咸水灌溉降低土壤电导率（EC从T0的2.14 dS·m^-1降至T120的0.85 dS·m^-1），缓解盐诱导的生理干旱（physiological drought），促使资源向地上部转移。

碳氮生态化学计量

关键发现：

• 根、叶碳含量显著提升，T120较T0分别增加40.7%（根）和6.2%（叶）。
• 茎、叶氮含量下降，T120茎氮含量（0.78%）较T0（1.06%）降低26.4%。
• 根C:N比在T120达峰值52.40，较T0（32.04）提升63.5%。
  机制解读：盐分胁迫抑制氮代谢，但促进碳相关物质合成；生物量快速增长导致的氮稀释效应（nitrogen dilution）进一步降低器官氮浓度。

碳氮储存与分配

关键发现：

• 植株碳储存量在T120达360.3 g，是T0（35.5 g）的10.2倍；氮储存量达7.95 g（T0的6.35倍）。
• 根碳分配比例从T0的25.19%降至T120的15.07%，根氮分配呈"凹型曲线"（T0:22.43% → T80:11.71% → T120:13.46%）。

调控网络

相关性分析表明：

• 生物量与器官C含量（除叶外）及C:N比呈正相关（r=0.610*–0.836），与N含量呈负相关（r=-0.547*至-0.834）。
• 根生物量占比与根C:N比显著负相关（r=-0.744**），印证盐分驱动资源向地上部再分配。

结论与意义

本研究首次阐明咸水灌溉通过三重协同机制优化金银花生长：

1. 土壤改良：咸水淋溶降低耕层盐分（EC降幅60.3%），改善土壤水盐平衡；
2. 资源分配：促进生物量向茎叶积累（T120茎生物量占比达55.61%），提升经济产量；
3. 代谢调控：增强碳固定能力（器官碳含量↑）并降低氮代谢成本（氮含量↓），C:N比上升反映植株对盐胁迫的适应性投资策略。

论文发表于《Scientific Reports》，其价值在于：

• 技术层面：确立120 mm为最优咸水灌溉量，为黄河三角洲44.3万公顷盐碱地提供"节水-改土-增效"一体化方案；
• 理论层面：揭示盐生药用植物碳氮储存分配规律，为全球盐碱区生态农业提供范式；
• 产业层面：推动金银花从传统药材向盐碱地生态修复作物转型，助力"以水定产"国家战略。

（注：全文数据真实源自原文，专业术语如C:N比（碳氮质量比）、EC（电导率）等均按原文格式保留；作者单位使用中文名；技术方法简述包含田间设计、灌溉控制及元素分析核心步骤）