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耐盐保水剂对滨海沙地厚荚相思生理和成活率的影响



全 文 :耐盐保水剂对滨海沙地厚荚相思
生理和成活率的影响
林杰
(福建省亚热带植物研究所 , 361006 , 福建厦门)
摘要 针对滨海沙地常年风大 、地表水分蒸发量大等恶劣的造林环境 ,研究耐盐保水剂对滨海沙地厚荚相思生长
生理和成活率的影响 , 为保水剂用于滨海沙地造林提供理论依据和技术支持。结果表明:保水剂水凝胶使用量在
1 000~ 2 000 g/株时 , 不会显著改善厚荚相思的生长生理指标;当使用量为 3 000 ~ 4 000 g/株时 ,土壤能够重复多次
吸收 、贮藏较多的雨水 , 从而长时间保持较多的水分 , 供苗木在无雨的干旱时间利用 , 延缓旱情 ,并能够显著提高苗
木叶片水势 、叶片含水量 、叶绿素含量 ,保持根系活力 、根系过氧化物酶(POD)活性的相对稳定 , 减轻干旱对造林苗
木的胁迫;与对照相比 , 苗木的树高 、胸径 、树冠分别提高 0.52 ~ 0.74 m , 0.6~ 0.8 cm 和 15~ 25 cm , 造林成活率和保
存率分别提高 26.9%~ 32.2%和 20.1%~ 36.5%。
关键词 耐盐保水剂;滨海沙地;厚荚相思;生长生理
收稿日期:2009-04-01 修回日期:2009-09-01
项目名称:国家林业局重点科研项目“高吸水树脂在水土流失地区扩大应用试验”(2002-15);福建省自然科学基金项目“南方
稀土矿区重金属污染植物修复研究”(D0310021)
作者简介:林杰(1964—),男 , 硕士 ,副研究员。主要研究方向:生态修复。 E-mail:168linjie@sohu.com
Effects of salt-resisting water retentive agent on physiology and
survival rate of Acacia crassicarpa in coastal sandy soil
Lin Jie
(Fujian Institute of Subtropical Botany , 361006, Xiamen , Fujian, China)
Abstract The effects of salt-resisting water retentive agent on growth physiology and survival rate of Acacia
crassicarpa in coastal sandy soil were studied.The results showed that it had no significant effects on
physiological indexes when 1 000-2 000 g salt-resisting water retentive agent to each seedling was used.
However , when 3 000-4 000 g salt-resisting water retentive agent to each seedling was used , enough rainwater
could be absorbed and stored by soil.So more rainwater would be supplied for seedling during drought period ,
which would decrease drought stress to seedling and it would increase the water potential , water content and
chlorophyll content of leaves.In addition , it would keep root vigor and maintain the root peroxidase (POD).
Compared with CK , the height , DBH and crown width of seedling increased 0.52-0.74m ,0.6-0.8 cm and
15-25 cm , respectively.The survival rate and preserving rate increased 26.9%-32.2% and 20.1%-
36.5%, respectively.
Key words salt-resisting water retentive agent;coastal sandy soil;Acacia crassicarpa ;growth physiology
  滨海沙地防护林是沿海防护林体系的重要组成
部分 ,是海岸主要的生态屏障 ,对沿海地区经济的发
展和生态环境的改善 ,具有重要的作用[ 1] ;但是 ,滨
海沙地的生态环境较为恶劣 ,风大 、降水量不均 、干
旱无雨或少雨时间长 ,土壤为风沙土 ,养分极度贫乏
且结构松散 ,保肥保水能力极差 ,特别在高温和无降
雨期 ,土壤水分蒸发强烈 ,土壤含水量常降到苗木的
萎蔫点以下 ,导致许多地段造林失败[ 2-5] 。
由于滨海沙地造林面积大 ,无浇灌设施 ,天然降
水是滨海沙地防护林土壤水分的主要来源 ,采取有
 2009年 12 月
7(6):92-97
中 国 水 土 保 持 科 学
Science of Soil and Water Conservation
Vol.7 No.6
Dec.2009
效的土壤保水技术来提高土壤含水量 ,已成为提高
造林成活率和保存率 、促进林木生长的关键因
素[ 2-5] 。目前滨海沙地造林仍然是用传统的技术 ,主
要是通过人工挑水浇灌方法来提高成活率[ 3-5] ,但在
造林生境十分恶劣的条件下 ,这种传统方法不仅需
要大量的人力 、财力 ,且常常事倍功半;因此 ,如何应
用经济的土壤改良保水技术来提高土壤吸收贮藏雨
水的能力 ,改善苗木生长条件 ,是进行滨海沙地防护
林建设的重要措施 。耐盐保水剂是一种在盐碱土壤
条件下仍然具有良好的重复吸收 、贮藏 、释放水分功
能的新型保水材料[ 6] ,近年来已在陕西 、甘肃 、青海 、
新疆等西北干旱 、半干旱和盐碱地区用于刺槐
(Robinia pserdoacacia L.)、侧柏(Platycladus oriental-
is)、新疆杨(Populus bolleana Lauche)等树种造林 ,获
得成功[ 7-9] ,但应用耐盐保水剂进行滨海沙地造林的
研究显见报道 。
厚荚相思(Acacia crassicarpa A.Cunn.exBenth.)
是豆科含羞草亚科金合欢属的一种常绿固氮速生丰
产乔木 ,根系发达 、适应性强 ,耐干旱瘠薄和盐渍 ,生
长较快 ,是东南滨海沙地造林的先锋树种之一[ 5] 。
笔者使用耐盐保水剂对厚荚相思造林进行研究 ,考
察其对厚荚相思生理和生长等指标的影响 ,为探索
提高滨海沙地造林成活率和保存率的新方法提供理
论依据和技术支持 。
1 试验区概况
试验于 2003年 4 月在福建省龙海市隆教火山
地质公园滨海沙地防护林生态工程试验地进行。试
验地位于 E 118°,N24°13′,属亚热带海洋性气候 ,年
平均气温 20.6 ℃,全年无霜 ,年降雨量 1 050 ~ 1 300
mm ,年蒸发量约2 000mm 。降水量集中在6—9月的
台风期 ,平均相对湿度 20%,降水量小 ,蒸发量大 ,
干湿季明显 、干旱频度大;土壤“返盐期”平均含盐量
达 5.0‰。年大风时间 100 d ,平均风速 7.0m/ s。离
海岸最近距离 5 m ,土壤为风积沙土 ,植被稀少 ,pH
值为 7.5。
2 材料与方法
耐盐保水剂平均粒径为 0.5 ~ 1.0 mm , 吸水率
为680.0倍 ,吸 0.9%NaCl 水溶液 95.0倍 ,重复吸
收 、贮藏 、释放盐水分次数超过50次 ,由福建省亚热
带植物生理生化重点实验室提供。厚荚相思容器苗
由龙海市林业局隆教林业站提供 ,苗高 45 cm 。
试验随机布设 , 3次重复 ,每个小区面积 20m×
20m 。造林时挖穴规格为 30 cm×30 cm×30 cm ,每
穴底部下客土并拌 150 g 钙镁磷肥 ,株行距 2m ×2
m。设 4个处理组 ,即处理 Ⅰ 、处理 Ⅱ、处理Ⅲ 、处理
Ⅳ ,分别施用充分吸收水后的保水剂水凝胶 1 000 、
2 000 、3 000 、4 000 g/株(约为保水剂 1.5 ~ 5.88 g/
株),并与土壤混合 ,均匀放在树苗营养袋旁 ,其他造
林工序 、管理按常规方法进行 ,并设对照组 CK 。造
林时间为 2003年 4月 13日。
每标准地按 S形路线多点(5 ~ 6点)分别采集 0
~ 30 cm层的土样混合均匀后按常规方法[ 10]进行土
壤基本理化性质分析 ,并按常规方法测定 2003年和
2004年 6—10月份高温季节降雨后无雨期造林土壤
25 cm 深处的水分含量[ 10] ;同时测定苗木叶水势 、叶
相对含水量 、叶绿素含量 、根系活力 、根系过氧化物
酶(POD)活性和植株生长情况 , 11月测定成活率 , 2
a后测定保存率。苗木水分状况用压力室测定苗木
叶水势 ,用烘干法测定叶相对含水量 ,叶绿素含量用
分光光度法测定 ,根系活力测定采用 TTC 法测定 ,
过氧化物酶活性测定采用愈创木酚法[ 11] 。所有数
据均用Microsoft Excel进行方差分析 ,检验处理间效
应的差异显著性 。
3 结果与分析
3.1 对土壤含水量的影响
试验土壤为风积沙土 ,从表 1可知 ,其密度小 ,
孔隙度大 ,保水能力差和凋萎系数低。土壤是水分
贮蓄的主要场所 ,由于沙地毛管孔隙大 ,降雨量大时
雨水向下渗漏 ,土壤不能保水 ,而在干旱季节 ,降水
极少 ,同时气温高 、海风大 ,又导致土壤水分大量蒸
散消耗。这些因素不利于造林苗木的生长 ,使造林
成活率和保存率很低 。
表 2为 2003和 2004年 6—10月大雨后土壤水
分情况。在降雨过后 7 d以上干旱气候条件下 ,处
理 Ⅰ 、处理Ⅱ的水分含量与对照组比较没有显著差
异;随着保水剂水凝胶使用量的增加 ,土壤保水能力
显著增加 ,处理 Ⅲ差异到达显著水平(P <0.05)。
在连续干旱天气小于 16 d ,处理Ⅳ土壤含水量与对
照组达到差异极显著水平(P<0.01);在 30 多 d无
降雨的气候条件下 ,滨海沙地土壤水分含量下降
6.8%左右 ,接近植物生长的萎蔫点 ,处理Ⅳ土壤含
水量仍然超过16.1%,与对照组差异达到显著水平
(P<0.05)。说明使用一定量耐盐保水剂后 ,土壤
可以及时吸收 、贮藏较多的雨水 ,提高土壤贮水 、保
水性能 ,减缓水分蒸发速度[ 12] 。试验结果也说明耐
93
 
 第 6期 林杰:耐盐保水剂对滨海沙地厚荚相思生理和成活率的影响
盐保水剂经过 1 a多的使用 ,仍能保持较高吸收 、贮 藏雨水的性能。
表 1 土壤的基本物理性质
Tab.1 Basic physical characteristics of soil
土壤类型 密度/(g·cm-3) 总空隙度/ % 毛管孔隙度/ % 非毛管孔隙度/ % 田间持水量/ % 凋萎系数/ %
沙土 1.38 62.32 54.97 7.35 26.21 0.91
表 2 试验期降雨情况及耐盐性保水剂对土壤含水量的影响
Tab.2 Effects of rainfall and salt-resisting water retentive agent on soil water content
降雨日期 降雨量
mm
测量日期 无雨时间/ d
最高气温
平均值/ ℃
土壤含水量/ %
CK Ⅰ Ⅱ Ⅲ Ⅳ
2003-06-12 13 2003-06-20 8 32.3 12.1 13.8 14.2 18.5* 27.2**
2003-06-26 27 2003-07-30 34 7.5 7.2 7.5 7.6 14.3* 18.4*
2003-08-21 47 2003-09-01 11 37.2 12.5 13.3 16.0* 25.1** 33.6**
2003-09-21 28 2003-10-11 13 32.5 9.3 10.6 11.0 26.6** 31.0**
2003-10-14 13 2003-11-20 36 28.2 6.8 6.7 6.9 9.8* 16.1**
2004-06-01 78 2004-06-17 16 33.2 13.1 13.5 15.3 23.7* 31.5**
2004-07-28 60 2004-08-20 23 36.3 8.7 8.3 9.2 14.2* 19.3**
2004-08-29 25 2004-09-05 7 34.4 16.7 17.5 19.1 22.3* 19.3**
2004-09-21 50 2004-10-25 34 28.7 7.3 7.6 7.4 13.6* 18.1**
  注:*表示 P<0.05水平上显著 , **表示 P<0.01水平上显著 ,下同。
3.2 对厚荚相思苗木叶水势 、叶含水量的影响
图 1 耐盐保水剂对厚荚相思叶片水势的影响
Fig.1 Effects of salt-resisting water retentive agent on the
leaf water potential of Acacia crassicarpa
叶水势是植物水分状况的度量之一 ,反映叶片
细胞液中水分子的能量水平 ,又是反映环境对植物
供水状况的一项重要生理指标[ 13] 。图 1显示 ,在降
雨过后的连续高温 、干旱作用下 ,处理 Ⅰ 、处理 Ⅱ的
叶水势与对照组相比 ,差异不明显;处理 Ⅲ的叶水势
高于对照 、处理 Ⅰ 、处理 Ⅱ ,经方差分析 ,差异到达显
著水平(P<0.05)。处理Ⅳ试验组水势极显著高于
对照组(P<0.01)。特别是在连续干旱时间长达 34
(2003-06-26 —07-30)和 36(2003-10-14—11-20)d 后 ,
植株受到干旱胁迫较大 ,对照组水势达到-3.05和
-2.95MPa ,处于极端严重的水分胁迫 ,影响到苗木
正常生理活动的开展和生存;而处理Ⅳ、处理Ⅳ试验
组的厚荚相思 ,水势仍然保持较高水平 ,这主要是由
于土壤水分较高 ,有助于维持苗木的水分状况 ,减轻
苗木的水分胁迫[ 13] 。
在干旱胁迫下 ,植物首先表现出来的是体内含
水量的下降 ,叶相对含水量是反映植物水分状况的
参数 ,可部分地反应植物抗旱性的强弱 。叶片相对
含水量受到连续高温和干旱的影响变化基本与水势
的变化一致 ,它们都对土壤含水量反应较为灵敏 。
叶片的含水量(图 2)显示 ,随着保水剂用量的增加 ,
降雨后土壤含水量上升 ,保水能力提高 ,较好的保墒
蓄水效果有利于植物对水的吸收利用 。处理 Ⅲ 、处
理Ⅳ叶片含水量极显著高于对照组(P <0.01),在
连续干旱 34 和 36 d 的情况下 ,叶含水量保持在
60%以上 ,而对照组含水量为 53%~ 54%。此时 ,处
理 Ⅰ 、处理Ⅱ叶相对含水量与对照组相比 ,没有显著
差异。
3.3 对厚荚相思叶绿素含量的影响
水分是影响叶绿素合成的重要因素 ,干旱胁迫
下叶绿素含量的变化 ,可以指示植物对干旱胁迫的
敏感性 。同时叶绿素的含量反映植物的水分状况及
光合生产能力和物质代谢状况 ,叶绿素含量高低影
94
 
中国水土保持科学 2009 年
图 2 耐盐保水剂对厚荚相思叶含水量的影响
Fig.2 Effects of salt-resisting water retentive agent on the
leaf water content of Acacia crassicarpa
响光合作用产物的积累 ,从而影响植物的生长[ 14] 。
从图 3可以看到 ,除造林初期 ,叶子多为嫩叶 ,叶绿
图 3 耐盐保水剂对厚荚相思叶片叶绿素含量的影响
Fig.3 Effects of salt-resisting water retentive agent on the
content of chlorophyll in Acacia crassicarpa
素含量较低外 , 对照组 、处理Ⅰ 、处理 Ⅱ叶绿素含量
随之苗木的生长而提高 , 10月份后开始快速下降 ,
三者之间叶绿素含量没有明显差异 ,但都低于处理
Ⅲ、处理Ⅳ,差异分别到达显著(P <0.05)和极显著
(P<0.01)。从表 2可以看到 ,在 10—11月份 ,随着
干旱时间的延长以及滨海风沙的侵蚀 ,对照组 、处理
Ⅰ 、处理Ⅱ土壤水分显著下降 ,这样叶片水分的供给
减少 ,不利于叶绿素的合成 , 叶绿素分解的速度较
快 ,使叶绿素含量迅速降低[ 14] 。而处理 Ⅲ 、处理Ⅳ
使用较多的保水剂 ,在降雨和干旱交替过程中 ,土壤
中仍然保持较多的水分 ,使叶绿素含量保持相对稳
定 ,这为厚荚相思的生长提高良好的条件。
3.4 对荚相思根系活力的影响
植物根系是植物活跃的吸收器官和代谢器官 ,
根的生长情况和活力水平直接影响地上部分的生长
和营养状况及产量水平[ 15] 。从图 4可以看到:对照
组 、处理 Ⅰ 、处理 Ⅱ根系活力对降雨和干旱交替变化
较为灵敏;短期的干旱胁迫使根系活力增加[ 16] ,但
在降雨后 ,土壤水分充足 ,缓解了干旱胁迫 ,根系活
力随之有所下降 。由于处理 Ⅲ、处理Ⅳ土壤中保水
剂用量较大 ,对雨水的有效截留量大 ,土壤可以保持
较高的水分 ,使厚荚相思受到短期干旱影响较小 ,根
系活力显著低于对照组 、处理Ⅰ 、处理 Ⅱ。
图 4 耐盐保水剂对厚荚相思根系活力的影响
Fig.4 Effects of Salt-resisting water retentive agent on
root vigor of Acacia crassicarpa
2003年 11月 20日测定显示 ,在无雨时间长达
36 d后 ,对照组 、处理 Ⅰ 、处理Ⅱ土壤合水量很低 ,仅
为 6.7%~ 6.9%,接近植物生长的萎蔫点 ,长时间的
干旱使根系受到严重胁迫和损伤 ,导致根系活力迅
速降低[ 16-18] ;而此时处理 Ⅲ 、处理Ⅳ根系活力高于
对照组 、处理 Ⅰ 、处理Ⅱ ,它们之间差异极显著(P<
0.01),这是由于干旱时间的延长使处理 Ⅲ、处理Ⅳ
土壤中的水分逐步减少 ,苗木受到干旱胁迫所致。
3.5 对荚相思根系过氧化物酶(POD)活性的影响
POD是一种活性氧自由基清除剂 ,其作用使细
胞免遭膜脂过氧化作用引起的伤害[ 19] 。试验期间
根系POD的变化与根系活力的变化不一致。在造
林初期 ,试验组根系 POD与对照组之间无显著差
异 。对照组 、处理 Ⅰ 、处理 Ⅱ土壤吸收雨水量少 ,遇
到干旱时 ,土壤含水量迅速下降 ,POD 活性迅速上
升;这一现象的主要原因是干旱使根系代谢活动急
剧上升 ,是植物体对逆境的一种应激反应 ,通过加强
代谢来缓解逆境伤害[ 16] 。由于使用的保水剂较多 ,
处理Ⅲ 、处理Ⅳ土壤吸收和贮藏相对多的雨水 ,干旱
期间土壤能保持相对较高的含水量 ,苗木受到胁迫
较小 , POD活性上升较为平缓。厚荚相思根系 POD
95
 
 第 6期 林杰:耐盐保水剂对滨海沙地厚荚相思生理和成活率的影响
在10月份到达最高值。10月份后 ,干旱加剧 ,对照
组 、处理 Ⅰ 、处理Ⅱ土壤含水量仅为 6.7%~ 6.9%,
根系因受到干旱的严重胁迫 ,使自由基与清除酶平
衡被打破 ,自由基的破坏作用将逐渐增加 ,导致 POD
迅速下降[ 19-20] ,而处理 Ⅲ和处理Ⅳ虽经过长时间的
干旱 ,土壤含水量仍然能维持在 9.8%和 16.1%,苗
木受干旱胁迫相对较小 ,根系 POD下降较为平缓。
这说明 ,在滨海沙地造林中 ,使用一定量的保水剂及
时吸收 、贮藏雨水 ,供干旱期缓慢释放水分 ,以减轻
干旱对苗木的胁迫 ,维持苗木生理活动对水分的
需要 。
图 5 耐盐保水剂对厚荚相思根系 POD的影响
Fig.5 Effects of Salt-resisting water retentive agent on
root POD activity of Acacia crassicarpa
3.6 对厚荚相思生长效果 、成活率 、保存率的影响
在风沙较大的干旱滨海沙地 ,土壤水分的匮乏
是影响造林成活率 、保存率和造林质量的关键因
子[ 2] 。表 3显示 ,树高 、胸径 、树冠以及成活率和保
存率在处理Ⅰ 、处理 Ⅱ和对照组之间差异不显著;处
理Ⅲ和处理Ⅳ苗木的树高 、胸径 、树冠显著高于对照
组 ,分别提高 0.52 ~ 0.74 m , 0.6 ~ 0.8 cm 和 15 ~ 25
cm ,差异均达显著水平(P <0.05);处理 Ⅲ和处理Ⅳ
的苗木成活率和保存率高于对照组 26.9%~ 32.2%
和20.1%~ 36.5%,差异达极显著水平(P <0.01)。
保水剂水凝胶的使用量与厚荚相思造林成活率和保
存率具有极显著的线性相关 ,相关方程分别为 y =
0.008 9x +53.92 , R2 =0.864 8 和 y =0.009 3x +
30.3 , R2=0.845 4;这个结果和处理 Ⅲ、处理Ⅳ使用
保水剂水凝胶较多 ,能够提高厚荚相思的叶片水含
量 、叶绿素含量 ,保持根系活力和根系 POD 等生理
指标的相对稳定性 ,提高造林苗木对干旱的抗逆性
是一致的 。
表 3 耐盐性保水剂对厚荚相思生长效果 、
成活率和保存率的影响
Tab.3 Effects of salt-resisting water retentive agent on the growth 、
survival , and preserving rate of Acacia crassicarpa
处理 树高
m
胸径
cm
树冠
m
成活率
%
保存率
%
CK 1.72 1.8 1.35 58.6 36.7
Ⅰ 1.68 1.8 1.40 60.7 37.2
Ⅱ 1.72 1.9 1.42 63.2 40.2
Ⅲ 2.24* 2.4* 1.50* 85.5** 56.8*
Ⅳ 2.46* 2.6* 1.60* 90.8** 73.2**
4 结论与讨论
许多研究表明 ,滨海沙地的生境对造林成活率
和保存率有着重要影响 ,水肥是制约沿海防护林生
长发育和成林效果的主要因素[ 4] 。在土壤肥料供应
通过人工解决的条件下 ,提高和保持土壤水分含量
成为提高滨海沙地造林成活率的关键 。耐盐保水剂
自身不会产生水 ,但其可以及时 、有效地吸收和贮藏
流经其表面的雨水;本研究表明 ,在合理的用量下 ,
可以改善土壤吸收 、贮藏水分的性能 ,提高土壤保水
能力和对雨水的利用率 ,特别是在夏秋季节滨海干
湿交替和年降雨不均的气候条件 ,通过对自然降雨
及时吸收 、贮藏 ,供植物在无雨的干旱时间利用 ,削
峰填谷 ,延缓旱情 ,减轻干旱胁迫对造林苗木的影
响 ,促进植物生长 。
植物的水分生理指标既是植物适应环境的重要
特征 ,又可以较好反映环境对其供水情况[ 13] 。在滨
海沙地的生境土壤一植物一大气系统(SPAC)中 ,夏
季温度高 ,秋季风沙大 ,土壤干湿交替明显 ,对植物
的生理产生较大的影响[ 2 , 4] 。试验表明 ,在滨海沙
地夏秋季节超过 30 d 无降雨干旱情况下 ,使用保水
剂进行造林时 ,其用量多少决定土壤对雨水吸收量
大小 ,从而对苗木生理产生影响。保水剂水凝胶使
用量为 1 000 ~ 2 000 g/株 ,土壤所吸收的雨水量不足
以显著改善厚荚相思的水分生理指标 ,因此不能显
著提高造林成活率和保存率 。只有当每株使用 3
000 ~ 4 000 g/株保水剂水凝胶时 ,才能使土壤在降
雨后有较高的含水量 ,通过持续不断地供给植物水
分 ,维持苗木水势和叶含水量 、防止叶萎蔫 ,保持根
系活力和根系POD等生理指标的稳定性 ,减轻干旱
造成的水分胁迫 ,改善苗木的生境 ,提高苗木树高 、
胸径 、冠幅等生长指标 。这与保水剂用在西北干旱 、
96
 
中国水土保持科学 2009 年
半干旱和盐碱地区造林的结果相似[ 7-9] 。
造林成活率和造林保存率是沿海防护林造林工
程的主要技术指标。厚荚相思在第一年造林成活 ,
根系生长尚未完全扎入土壤深层中 ,可吸收的水分
较少 ,其抵抗干旱胁迫的能力较低 ,常因第 2年土壤
长时间的干旱而缺水死亡 ,这是滨海沙地造林保存
率低的原因[ 4-5] 。试验表明 ,合理使用耐盐保水剂不
但可以提高滨海沙地造林成活率 ,而且在造林后第
2年保水剂仍然具有重复吸收 、贮藏雨水的功能 ,使
土壤仍然能够在雨后连续干旱气候条件下保持较高
的水分 ,为提高造林保存率提供良好条件。
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(责任编辑:程 云)
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 第 6期 林杰:耐盐保水剂对滨海沙地厚荚相思生理和成活率的影响