鹽生植物的生態(tài)環(huán)境意義研究

余冬梅， 劉亞斌, 趙 丹， 祁兆鑫

(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧 810008)

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鹽生植物的生態(tài)環(huán)境意義研究

余冬梅， 劉亞斌, 趙 丹， 祁兆鑫

(中國科學(xué)院青海鹽湖研究所，青海西寧 810008)

隨著我國人口的不斷增長、工業(yè)發(fā)展，污染問題愈來愈嚴(yán)重，可直接利用的土地資源相對有限，環(huán)境問題越來越引起重視。隨著各類資源的勘探和開發(fā)，現(xiàn)有的可耕土地和可建土地均為極其寶貴且有限的資源。研究了鹽生植物的生態(tài)環(huán)境意義，為生態(tài)環(huán)境的保護和改善提供了理論依據(jù)。

鹽生植物; 生態(tài)環(huán)境;意義

鹽生植物分布廣泛，主要生長在水域、海濱、鹽沼、荒漠和草甸等區(qū)，由于鹽生植物長期生長在不同的環(huán)境中，其所形成的種類也各不相同。Storey等按照水分的供應(yīng)方式，將鹽生植物劃分為旱生鹽生植物、中生鹽生植物和水生鹽生植物3個類型[1]。Breckle[2]按照審理類型將鹽生植物分為3種：真鹽生植物(euhalophyte)，其中包括葉肉質(zhì)化真鹽生植物(stem succulent euhalophyte)和莖肉質(zhì)化真鹽生植物(stem succulent euhalophyte)；泌鹽生植物(recretohalophyte)，包括鹽腺泌鹽生植物和囊泡泌鹽生植物；假鹽生植物(pseudohalophyte)。Waisel將鹽生植物定義為在高含鹽量的生境中能生長并完成其生活史的植物。國內(nèi)外學(xué)者做了大量關(guān)于利用鹽生植物降低鹽漬土中易溶鹽離子含量的研究[3]。根據(jù)趙可夫的調(diào)查研究，鹽生植物資源種類繁多，大約有5 000～6 000余種鹽生植物，我國66科，199屬，423余種，占鹽生植物總數(shù)的27%左右。鹽生植物主要分布在內(nèi)陸盆地極端干旱鹽漬土、內(nèi)陸盆地干旱鹽漬土區(qū)、寧蒙高原干旱鹽漬土區(qū)、東北平原半干旱半濕潤鹽漬土區(qū)、黃淮海平原半干旱半濕潤鹽漬土區(qū)、濱海鹽漬土區(qū)、西藏高原高寒和干旱鹽漬土區(qū)等七大區(qū)[4-5]。鹽生植物在環(huán)境中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，可以有效地改善鹽漬土的鹽漬化程度，減少水土流失等地質(zhì)災(zāi)害，建立海濱生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)工程等。

1 鹽生植物的生態(tài)環(huán)境意義

1.1 鹽生植物根系降低土壤鹽分

鹽生植物能夠在不同含鹽量土體中正常生長，在生長過程中將土體中易溶鹽離子吸收至根系及莖葉部分，與此同時其生長區(qū)土體中相應(yīng)的易溶鹽離子呈逐漸降低的變化趨勢，通過在鹽漬土地區(qū)種植吸收易溶鹽離子效果相對顯著的鹽生植物，且逐年刈割，可有效降低土體中易溶鹽離子含量。任崴等[6]研究了新疆地區(qū)鹽堿地上種植耐鹽冬小麥后土壤的脫鹽情況，在沙壤土中種植耐鹽冬小麥一個生長周期后，地表0～40 cm土層內(nèi)全鹽含量從1.94%降至0.8%以下；種植耐鹽小麥5年以后，0～40 cm土層內(nèi)鹽分降至0.4%。李海英等通過種植耐鹽作物苜蓿(Medicagosativa)改良棄耕鹽堿地，經(jīng)過3年的生長期，0～30 cm耕作層全鹽量由1.518%降至0.126%，脫鹽率達91.7%，鹽分表聚現(xiàn)象已不明顯[7]。包純志在鹽堿地分別種植星星草(Puccinelliasp.)、聚合草(Symphytumperegrinum)等耐鹽牧草，結(jié)果表明，土壤鹽分和pH呈逐年下降趨勢，植物生長4年后，地表0～15 cm土層含鹽量普遍降低70%[8]。張永宏等在寧夏銀北鹽堿地上種植耐鹽植物紅豆草(Onobrychisviciifolia)、苜蓿(Medicagosativa)等植物，結(jié)果表明，耐鹽植物具有顯著的脫鹽作用，鹽堿地0～20、0～100 cm土層平均土壤脫鹽率分別為31.1%、19.1%[9-10]。趙可夫等進行了鹽堿地的堿蓬(Suaedaglauca)和苜蓿(Medicagosativa)的植物脫鹽試驗，結(jié)果表明，堿蓬相對具有明顯的脫鹽作用，0～60 cm土層內(nèi)集中的鈉離子含量每年減少1 245～1 920 kg/hm2[11]。

1.2 鹽生植物根系的根-土復(fù)合體抗剪強度能力

植物根系具有增強根-土復(fù)合體抗剪強度的能力，且根-土復(fù)合體中根面積比和含根量等因素在一定程度上影響了根系增強土體抗剪強度的能力。Terwilliger等對3種生長不同類型植物的邊坡進行根-土復(fù)合體的直接剪切試驗，主要是灌木植物、燒毀的灌木植物、草本植物，結(jié)果表明，植物根系對邊坡土體抗剪強度的增強作用顯著，草本植物根-土復(fù)合體的平均抗剪強度高于灌木植物和燒毀的灌木植物[12]。程洪等用根系最大抗拉強度代表根系材料的受力潛能，通過香根草(Vetiveriazizanioides)等8種草本植物根系的拉伸試驗測定了根系的最大拉力，結(jié)果表明，香根草根系平均抗拉強度為85 MPa，遠高于狗牙根(Cynodondactylon)等其他植物，認(rèn)為香根草是理想的護坡草種[13-14]。薛明等研究表明，禾草、豆科植物和小灌木根系在0.75～1.50 m深處有顯著的加強土體作用，樹木根系的這種作用可影響至地下3 m甚至更深的土層，認(rèn)為根系的加固機理主要體現(xiàn)在兩個方面，即深根的錨固作用與淺根的加筋作用，利用鹽生植物根系可以加固道路邊坡[15]。周錫九等通過對植草護坡草的根-土復(fù)合體原狀試樣進行抗剪強度試驗，結(jié)果表明，根-土復(fù)合體的內(nèi)摩擦角略有提高，但變化相對不顯著，而粘聚力有顯著的提高[16]。周培德等建立了草本植物根系與土體相互作用的力學(xué)模型，通過室內(nèi)直剪試驗對該模型進行了驗證，結(jié)果表明，理論計算值偏小，模型計算結(jié)果與直剪試驗數(shù)據(jù)均反映出根-土復(fù)合體抗剪強度隨含水量增加而降低，隨根數(shù)增加而增大的特征[17]。Stokes等在對植被邊坡(vegetated slopes)穩(wěn)定性模型研究時指出，在建立邊坡穩(wěn)定模型時根系的抗拉強度及根面積比以外，還應(yīng)當(dāng)考慮根徑、根的深度、根長密度、根腐爛率等相關(guān)指標(biāo)對根-土復(fù)合體強度的影響[18]。Khalilnejad等分析了深根對土質(zhì)邊坡的錨固機理，提出根系作用是通過對土體的基質(zhì)吸力、有效應(yīng)力、孔隙水壓力以及粘聚力等土體特性影響而加強邊坡的穩(wěn)定性[19]。

1.3 鹽生植物改良海濱生態(tài)系統(tǒng)

在我國，鹽堿地的環(huán)境生態(tài)保護遺址備受重視，濱海地帶由于特殊的土壤、氣候條件的限制，施工難度大。海濱鹽土生態(tài)系統(tǒng)是由海濱地自然或人類開墾形成的，長期受潮汐的影響，鹽分含量高，土體結(jié)構(gòu)發(fā)育不明顯，植被稀少[20]，海濱鹽土生態(tài)系統(tǒng)的鹽生植物主要是堿蓬(Suaedaglauca)-堿蒿(Artemisiaanethifolia)群落，獐茅(Aeluropussinensis)-白茅(Imperatecylindrica)群落及蘆葦(PhragmitesAustralis)-白茅群落的自然植被類型[21-22]。周建等[23]以蘇北海濱鹽土種植試驗區(qū)為研究對象，研究海濱鹽土中鹽生植物的種類和條件，認(rèn)為氮與鹽生植被的生長和分布的相關(guān)性比磷更顯著，與土壤微生物數(shù)量的相關(guān)性更大。Sundareshwar等[24]研究表明，海濱鹽沼生產(chǎn)力限制因子中，磷是氮轉(zhuǎn)化細菌生長繁殖的限制性因子。張鳳娟[25]研究表明，黃金岸國家級自然保護區(qū)鹽生植物資源主要以檉柳、沙棗等為主，與天津濱海地區(qū)野生鹽生植物資源基本一致。李壽冰[26]調(diào)查濰坊濱海經(jīng)歷開發(fā)區(qū)鹽堿地發(fā)現(xiàn)，綠化環(huán)境的植物主要是楊樹、刺槐、枸杞、冬棗等，證明不同地區(qū)的地理氣候與生態(tài)條件差異有關(guān)，對于野生鹽生植物的環(huán)境生態(tài)保護及觀賞價值相對較高。浙江千島湖森林公園的野生植物資源主要是觀賞植被，在沿海防護林生態(tài)系統(tǒng)中，可以在海安建設(shè)中種植檉柳、濱藜等薔薇科、豆科植被[27]。李征宇等[28]認(rèn)為，在三亞灣濱海熱帶植物群落主要由次生植被和優(yōu)勢種人工木麻黃組成，從海岸沙灘外緣至沙壩，主要由厚藤、狗牙根組成，內(nèi)側(cè)為砂土生刺灌叢群落，主要由仙人掌類、長春花等組成。鹽生植物具有易成活、易管理、生長迅速、耐眼瞼等優(yōu)勢，造林綠化，建立具有自我恢復(fù)和調(diào)節(jié)功能的人工植被群落，是改善生態(tài)環(huán)境和綠化鹽堿地土壤地區(qū)最有效、最經(jīng)濟的措施。

鹽生植物具有很強的抗鹽堿能力，根據(jù)不同鹽生植物特征可以運用到不同含鹽量的鹽漬化土壤中，利用鹽生植物的吸鹽和泌鹽作用，使得鹽漬土土體脫鹽。鹽生植物具有抗拉和抗剪能力，增強鹽漬土土體的力學(xué)強度，有效保護邊坡等工程建設(shè)問題，而鹽生植物對于海岸帶的鹽漬土土體，分布在濱海淺灘上降低水流速度，保護濱海的生態(tài)環(huán)境。鹽生植物具有促使土壤脫鹽、降低土壤含鹽量的能力，同時鹽生植物根系又具有加固土體、增強土體強度的能力。因此，利用鹽生植物改良鹽漬土既能改良鹽漬土地區(qū)的生態(tài)環(huán)境及景觀，降低土壤含鹽量，又具有提高土體強度的特殊功能。因此，種植鹽生植物是改良生態(tài)環(huán)境的有效方法。

2 結(jié)語

目前，已有研究更多側(cè)重于利用鹽生植物降低土壤含鹽量、改善土壤理化性質(zhì)、提升土壤肥力等，而對利用鹽生植物根系增強土體強度、提高邊坡土體穩(wěn)定性及其機理等方面的研究則相對較少。實際上，在鹽漬土分布地區(qū)，不僅面臨著土壤退化、土地沙漠化等生態(tài)問題，還面臨著鹽漬土溶陷、鹽脹、腐蝕性等不良工程地質(zhì)特性引發(fā)的工程地質(zhì)問題。此外，在部分鹽漬土分布地區(qū)，還面臨著水土流失、土壤侵蝕等地質(zhì)災(zāi)害。鹽生植物根系與非鹽生植物根系一樣，其根系對土體具有顯著的加筋作用和一定的錨固作用，可顯著增強土體抗剪強度，加上植物地上莖葉部分的降雨截流、削弱濺蝕等作用，可以有效防治水土流失、提高坡體穩(wěn)定性。此外，植物的地上部分可有效增強地表覆蓋度和粗糙度，從而有效防治風(fēng)蝕災(zāi)害。如何更好地利用豐富的鹽生植物資源，不僅關(guān)系著當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境的改善和保護，而且關(guān)系著當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)災(zāi)害防治及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的順利進行。開展利用鹽生植物有效防治研究區(qū)土壤侵蝕、水土流失等坡面地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生，對于開展植被恢復(fù)、生態(tài)環(huán)境保護等工作亦具有一定的理論參考價值和實踐指導(dǎo)意義。

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Research on the Ecological Environment Significance of Halophytes

YU Dong-mei,LIU Ya-bin,ZHAO Dan et al

(Qinghai Institute of Salt Lakes,Chinese Academy of Sciences,Xining,Qinghai 810008)

The increasing of population,industrial development,the problem of pollution becomes more and more serious,land resources can be directly used is relatively limited,environmental problems become more and more attention,as all kinds of resources exploration and development,the existing arable land and construction land are very valuable and limited resources.The ecological environment significance of halophytes was studied,which will provide theoretical basis for protection and improvement of ecological environment.

Halophyte; The ecological environment; Significance

中國科學(xué)院青海鹽湖所“青年基金”項目(Y360441058)。

余冬梅(1986- )，女，河南信陽人，碩士，從事環(huán)境地質(zhì)工程等方面的研究工作。

2015-11-18

S 184

A

0517-6611(2015)35-077-02