耐性植物種類研究進(jìn)展

陳慧芳，王云平

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，山西太谷030801）

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快迅發(fā)展，日益銳減的耕地與快速增長的人口矛盾非常突出，整治廢棄地成為環(huán)境治理的工作重點(diǎn)。其中，因污染環(huán)境等原因被政府關(guān)閉的焦化、洗煤廠造成的廢棄場地眾多。20世紀(jì)，土法煉焦與機(jī)法煉焦共同構(gòu)成了我國的焦化行業(yè)，在90年代末土焦廠更是發(fā)展迅速，產(chǎn)量與機(jī)法煉焦的產(chǎn)量幾乎持平，約占全國焦炭總產(chǎn)量的48.5%[1]。與機(jī)焦生產(chǎn)方式相比，土焦生產(chǎn)方式規(guī)模大、污染嚴(yán)重[2]。因此，對廢棄土焦場地進(jìn)行修復(fù)是當(dāng)前修復(fù)工作的重點(diǎn)。目前，對廢棄地修復(fù)的方法包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生態(tài)修復(fù)以及聯(lián)合修復(fù)，生態(tài)修復(fù)中植物修復(fù)因其操作簡單、對環(huán)境的擾動(dòng)小、修復(fù)效果好、成本低等優(yōu)點(diǎn)，被認(rèn)為是當(dāng)前修復(fù)廢棄場地的主流方式之一[3-6]。目前，有關(guān)土焦場地的研究，多局限于污染原因、污染現(xiàn)狀及修復(fù)方法和修復(fù)效應(yīng)，而系統(tǒng)分析修復(fù)廢棄土焦場地的植物類型的研究相對較少。

結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)研究，本文總結(jié)了前人關(guān)于廢棄土焦場地污染狀況及環(huán)境問題研究，綜述了植物修復(fù)中植物種類評價(jià)指標(biāo)、選擇方法及建議的植物種類，旨在為植物修復(fù)廢棄土焦場地提供理論指導(dǎo)。

1 廢棄焦化場地污染現(xiàn)狀

1996年，國家環(huán)保局頒布的《非機(jī)械化焦?fàn)t大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》[7]對土法煉焦設(shè)備污染物排放總量做出要求，但是要求已放寬到與無控制排放基本持平的程度。這一標(biāo)準(zhǔn)不僅沒有控制改良型焦?fàn)t的建設(shè)，反而變相地為發(fā)展土焦廠開了綠燈。土焦廠對原煤的質(zhì)量要求高，山西省作為煤炭大省，土焦（改良型）廠分布最多，其中，孝義縣分布最集中，給該省環(huán)境造成了嚴(yán)重后果[8-9]。

土法煉焦導(dǎo)致環(huán)境污染、生態(tài)破壞。楊國棟等[10-13]研究發(fā)現(xiàn)，土法煉焦會(huì)產(chǎn)生大量的CO、SO2、粉塵以及有毒氣體，每生產(chǎn)1 t土焦就會(huì)向環(huán)境中排放0.307 t煤轉(zhuǎn)化為的煙塵、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、苯系物、揮發(fā)酚、氰化物等污染物，排放廢氣總量達(dá)300 500 m3，其中，這種任意低空排放的氣體，會(huì)對人體健康造成極大危害。張彩榮等[14]以陜西神府土焦場為例，研究發(fā)現(xiàn)，煙塵直接排放到空氣中，廢渣傾倒河岸，廢水直接排放到地表，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染[14]。卜凡迅[15]研究發(fā)現(xiàn)，孝義市某廢棄土焦場地土壤緊實(shí)度高、含鹽量高、酸性低是限制場地內(nèi)植物生長的主要因子。因此，通過工程措施疏松土地、生物措施改良被污染的土壤，選擇既耐酸又耐鹽的植物修復(fù)廢棄土焦場地至關(guān)重要。

2 耐性植物研究進(jìn)程

2.1 植物耐性評價(jià)的指標(biāo)

酸鹽脅迫都會(huì)顯著影響植物物種的生育及正常生理代謝，不同植物的耐性程度存在一定的差異，選擇和利用合適的耐性植物品種，是提高植物修復(fù)污染土壤能力的有效途徑之一。植物的耐性能力評價(jià)為植物科學(xué)合理引種、育種和選擇提供了良好的基礎(chǔ)，可綜合體現(xiàn)植物的形態(tài)和生理適應(yīng)性[16]。

植物的生理指標(biāo)、生長指標(biāo)、環(huán)境（土壤）指標(biāo)和經(jīng)濟(jì)指標(biāo)作為評價(jià)植物耐性的指標(biāo)[17-19]。隋德宗等[20]通過主成分分析的方法，對6個(gè)灌木柳無性系的生理和生長指標(biāo)進(jìn)行分析、加權(quán)，對植物的各單項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行逐步回歸分析，得出顯著影響灌木柳無性系植物耐鹽性的指標(biāo)為苗高、葉片相對含水率和蒸騰速率。田小霞等[21]將隸屬函數(shù)法與主成分分析法相結(jié)合進(jìn)行分析，獲得評價(jià)無芒雀麥種材料的耐鹽性的指標(biāo)包括葉綠素含量、過氧化物酶活性、脯氨酸含量、丙二醛含量。孟林等[22]通過對0.9%NaCl濃度脅迫下苗期生長的偃麥草各項(xiàng)生理指標(biāo)（電導(dǎo)率EC、葉片相對含水量RWC、K+/Na+、脯氨酸）的變化率、相對生長速度變化率、耐鹽系數(shù)、出現(xiàn)鹽害到死亡的時(shí)間和存活率進(jìn)行了相關(guān)分析，證明了這些指標(biāo)都能夠有效反映偃麥草苗期的耐鹽性。管志勇[23]用多元線性回歸方法、相關(guān)分析、隸屬函數(shù)法、主成分分析方法，建立了評價(jià)菊花近緣植物苗期耐鹽性的指標(biāo)體系為K+和Na+質(zhì)量比、脯氨酸含量及脅迫后的葉綠素含量。于天一等[24]將光合特性、農(nóng)藝性狀及生物量、根系形態(tài)作為評價(jià)植物耐酸性的指標(biāo)。廖伯壽等[25]通過研究酸脅迫下花生植株的生長發(fā)育和產(chǎn)量穩(wěn)定性之間的相關(guān)性，證明根系總體積、質(zhì)量指標(biāo)可以評價(jià)花生的耐酸性。鄒富楨等[26]通過對菜心和油麥菜的發(fā)芽率、存活率、葉片癥狀、植株高度、地上部鮮質(zhì)量進(jìn)行比較，分析了2種植物的耐酸程度，結(jié)果表明，油麥菜存活率高，植株生長狀況好，耐酸能力強(qiáng)，且吸收重金屬的含量高。

由于地區(qū)、物種、目的等差異，在實(shí)際評價(jià)植物物種的適應(yīng)性時(shí)會(huì)根據(jù)研究目的、修復(fù)方案的不同及對結(jié)果的影響選擇適宜指標(biāo)進(jìn)行評價(jià)，所選的指標(biāo)要具有代表性，且在給定的范圍內(nèi)有準(zhǔn)確的定義。

2.2 植物耐性評價(jià)的方法

了解需要修復(fù)場地的污染程度以及修復(fù)目標(biāo)后，確定評價(jià)耐性植物的指標(biāo)，對植物耐性指標(biāo)進(jìn)行分析，采用數(shù)學(xué)方法，將指標(biāo)量化、排序，得出場地修復(fù)最適宜種植的植物種類，其評價(jià)方法包括單因素比較法、綜合因素比較法、分等定級法。

單因素比較法也稱一維比較法，是指在控制其他變量的情況下，一個(gè)單因素?cái)?shù)值的變化導(dǎo)致結(jié)果的變化；然后，比較每個(gè)單因素變化導(dǎo)致結(jié)果變化的大小，決定影響結(jié)果的主要指標(biāo)，包括絕對值法、綜合比較法、相對值法[27]。一些研究表明，與絕對值相比，采用相對值比較法可以進(jìn)行種間比較，判定植物的適應(yīng)條件，綜合性狀優(yōu)劣。孫小芳等[28]研究指出，與絕對值相比，相對值能更好地反映植物的耐鹽性，通過相對值法對棉花的耐鹽性進(jìn)行評價(jià)，可以消除品種間的差異，反映出植物耐鹽性的大小。單金友等[29]通過相對值綜合比較法，分析國外引進(jìn)的15個(gè)沙棘優(yōu)良品種的綜合性狀優(yōu)劣、適應(yīng)范圍等，結(jié)果表明，沙棘品種綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良的依次為渾金、橙色、楚伊、阿爾泰新聞、金色、豐產(chǎn)、綏棘1號、巨人、優(yōu)勝、卡圖尼[29]。盧樹昌等[30]通過計(jì)算不同鹽濃度（0、3、6、9、12、15、18、21 g/kg共 8 個(gè)等級）下的種子相對發(fā)芽率，然后對相對發(fā)芽率與相對應(yīng)的鹽濃度指標(biāo)進(jìn)行回歸分析，求得與相對發(fā)芽率（如50%）對應(yīng)的鹽濃度，即幼苗的耐鹽臨界濃度，通過比較臨界鹽濃度的大小來劃分植物的耐鹽程度。

為了多角度綜合評價(jià)植物耐性程度，采用綜合比較法選出的植物種類更加客觀準(zhǔn)確。張海燕等[31]通過隸屬函數(shù)綜合評價(jià)作物耐性，指出此方法具有2個(gè)優(yōu)點(diǎn)：一是消除了個(gè)別指標(biāo)引起結(jié)果的片面性；二是各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值是（0，1]區(qū)間的數(shù)，使不同性狀指標(biāo)之間或不同品種之間的綜合耐性程度具有可比性，通過該方法鑒定植物耐性可以使選擇結(jié)果更有可靠性。張耿等[32-33]通過對植物耐鹽指標(biāo)的隸屬函數(shù)值求和，得出的綜合評價(jià)值或隸屬函數(shù)平均值即為植物耐性量化結(jié)果，綜合評價(jià)值（或平均值）與耐鹽性呈正相關(guān)，數(shù)值越大表示植物耐性越強(qiáng)。采用坐標(biāo)綜合方法綜合評價(jià)了品種之間或同一品種不同生長環(huán)境之間的適應(yīng)性，該方法避免了單因素獨(dú)立評價(jià)造成結(jié)果的差異性，且能使綜合指標(biāo)值定量化，易于直觀比較[34]。郁萬文[35]通過坐標(biāo)綜合方法對刺槐無性系耐鹽性進(jìn)行了綜合評定。王增梅等[36]采用坐標(biāo)綜合方法綜合評定了刺楸及蒙古櫟、加楊、色木槭、千金榆、紫椴等在干旱脅迫條件下的主要抗性生理指標(biāo)，根據(jù)綜合值大小反映植物的抗性能力，結(jié)果表明，抗性能力從強(qiáng)到弱表現(xiàn)為色木槭＞千金榆＞蒙古櫟＞加楊＞紫椴＞刺楸。

對植物進(jìn)行分等確定耐性級別是選擇耐性植物的方法。桂連友等[37-38]研究指出，聚類分析法是研究“物以類聚”或客觀變量進(jìn)行分類的方法，該方法克服了人為確定標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)致主觀結(jié)果的缺點(diǎn)，在植物耐性選擇研究方面應(yīng)用廣泛。孟林等[39]采用聚類分析法中的歐氏最大距離方法，將34份偃麥草屬植物樣品劃分為3個(gè)等級的耐鹽類別：耐鹽植物、中度耐鹽植物和敏鹽植物。董志剛等[40]通過單一指標(biāo)鹽害系數(shù)隸屬函數(shù)值和總隸屬函數(shù)值對番茄樣品進(jìn)行耐鹽性聚類分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，番茄在芽苗期和幼苗期的耐鹽能力不同。丁潔等[41]通過對不同柑橘砧木幼苗進(jìn)行了耐酸性指數(shù)和等級的測定，將受酸害級別定位為以下標(biāo)準(zhǔn)：0級，不受酸害；1級，葉尖或葉緣黃化；2級，葉緣或葉尖水漬狀或褐化；3級，一整片葉褐化或干枯；4級，多數(shù)整葉褐化或干枯；5級，苗莖或整株死亡。張生等[42]為了使選出的植物種類更加科學(xué)合理，采用量化方法中的層次分析法選擇植物種類。而層次分析法是以數(shù)學(xué)原理為基礎(chǔ)，結(jié)合定量與定性指標(biāo)綜合分析的方法，其優(yōu)點(diǎn)是可量化定性指標(biāo)，使分析出的結(jié)果因定量與定性雙重作用而更加合理，評價(jià)的結(jié)果更有借鑒意義[43]。

2.3 代表性耐性植物的種類

土壤類型（干旱土和濕成土）多樣，影響耐性植物生長的自然條件千差萬別，其中，水分是影響植物分布的主要因素之一，根據(jù)土壤干旱與濕潤性質(zhì)的差異總結(jié)了具有代表性的耐酸、耐鹽植物種類。干旱土是指長期（或作物生長期）缺乏有效水分，呈現(xiàn)出荒漠（孔狀結(jié)皮和片狀結(jié)構(gòu)層狀）、龜裂特征的土壤[44]。干旱土廣泛分布在世界的干旱半干旱地區(qū)，我國則在年降水量小于350 mm的地區(qū)發(fā)育廣泛。濕成土是指在成土過程中長期或季節(jié)性（周期性）表現(xiàn)為水分浸潤或飽和的土壤[45]。

2.3.1 耐鹽植物

2.3.1.1 干旱土耐鹽植物 馬春等[46]實(shí)地調(diào)查與重點(diǎn)研究了濱海及其鄰近地區(qū)的鹽生植物，發(fā)現(xiàn)該地區(qū)專性鹽生植物約42種（包含拒鹽、聚鹽和泌鹽植物），屬22科，專性鹽生植物可以在含鹽量為0.6%～3.6%的土壤上生長，酸堿度值大于8，蒸發(fā)量大于降水量，偏干旱，代表性作物有鹽地堿蓬群落、堿蓬群落、蘆葦群落、檉柳灌叢、西伯利亞白刺灌叢、獐毛草群落、馬絆草群落。張華新等[47]通過比較鹽分脅迫、耐鹽性指標(biāo)及耐鹽堿能力之間的差異，綜合評價(jià)了11個(gè)樹種的耐鹽性能力，其中，耐鹽堿能力強(qiáng)的物種包括三裂葉漆、榆桔、日本丁香和銀水牛果；耐鹽堿能力較強(qiáng)的物種包括歐洲莢蒾、豆梨、鷹爪豆及沃氏金鏈花；耐鹽能力中等的物種包括光葉漆、金雀兒、甜樺，為我國濱海鹽堿地區(qū)種植耐鹽作物提供了良好的選擇。米文精等[48]初步對大同盆地的鹽堿情況和耐性樹種的選擇及其培育進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)耐鹽性從高到低依次為檉柳＞枸杞＞樟子松＞杜松＞白榆＞新疆楊。劉會(huì)超[49]研究發(fā)現(xiàn)，連翹、蜀葵、結(jié)縷草具有耐旱，中度耐鹽的特性，可以作為鹽生植物在含鹽量高的土地上生長；馬藺屬于強(qiáng)耐鹽植物，在含鹽量超過0.6%的土壤上也可生長，耐干旱、耐貧瘠。

2.3.1.2 濕成土耐鹽植物 謝輝等[50]對艾比湖濕地鹽生植物區(qū)系進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)該地鹽生植物共有31科73屬144種，包括豬毛菜屬、檉柳屬、堿蓬屬、濱藜屬、蘆葦屬、鹽生草屬等。付穎等[51]對山東省東營市黃河三角洲鹽生植物進(jìn)行了研究分析，發(fā)現(xiàn)該地以鹽化潮土和濱海鹽土的土壤類型為主，含鹽量在0.4%～2.0%，篩選出翅堿蓬、中亞濱藜和馬藺為耐鹽堿先鋒植物。上海金山石化廠鄰近海洋，海濱鹽土的含鹽量在0.5%～2.0%的范圍內(nèi)，篩選出檉柳、刺槐、烏桕、無花果、杞柳、夾竹桃等為適宜種植的樹種[52]；勝利油田孤東采油廠位于山東黃河三角洲入?？?，土壤鹽堿含量大，篩選出了國槐、毛白楊、香椿、櫻花、大葉黃楊、小葉黃楊、紫葉李、迎春、側(cè)柏、龍柏等為適宜植物物種[53-55]。

2.3.2 耐酸植物

2.3.2.1 干旱土耐酸植物 李建生等[56]以廣東省寶山礦為試驗(yàn)地點(diǎn)（該地區(qū)降雨量大，但是土層淺薄、土壤蓄水能力極弱，呈現(xiàn)出干旱的特點(diǎn)，pH值在3～4），通過盆栽與實(shí)地試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)象草和香茅在礦地酸性土上能迅速生長，耐酸性高，且香茅優(yōu)于象草。肖厚軍等[57]為修復(fù)貴陽煤矸石土（矸石山土壤貧瘠、蓄水保水能力弱），采用盆栽試驗(yàn)篩選耐性植物，結(jié)果表明，在煤矸石基質(zhì)中生長能力（耐性）大小為燕麥草＞白花草木樨＞野胡蘿卜＞紫花苜蓿。

2.3.2.2 濕成土耐酸植物 張璐等[58]研究指出，抗酸性較強(qiáng)的農(nóng)作物可以在酸化土壤中正常生長，例如紫花苜蓿、馬鈴薯和紅薯等，能夠?qū)崿F(xiàn)既不影響農(nóng)作物產(chǎn)量，又能夠緩解土壤酸化的目的。此外，特有的藥材、花卉等耐酸性植物，也能起到改善土壤酸化結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益的目的。侯學(xué)煜[59]對柏木進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，柏木是好鈣性樹種，分布廣泛，相比生長在山坡巖糙石隙周圍、平地上的柏木，生長在土壤比較深厚、濕潤的溝谷中的柏木，其平均樹高、胸徑寬、年生長量較大。柏木天然更新能力強(qiáng)，具有耐濕、耐腐、耐鹽的特點(diǎn)。

3 總結(jié)與展望

根據(jù)國內(nèi)外對耐鹽、耐酸植物的篩選及應(yīng)用研究進(jìn)展，總結(jié)出評價(jià)耐性植物較完善的指標(biāo)體系，大體包括形態(tài)指標(biāo)、生理指標(biāo)、環(huán)境指標(biāo)、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。但目前還存在一些問題：自然環(huán)境下耐性植物的種類與復(fù)雜的環(huán)境條件對應(yīng)關(guān)系研究還很少，忽視了耐性植物群落對不同環(huán)境所表現(xiàn)的生態(tài)異質(zhì)性，耐性植物的篩選僅集中在對植物個(gè)體生理生化的研究上，目前還沒有形成成熟的對不同區(qū)域、不同土壤類型、不同樹種的耐性植物篩選體系；在酸性土壤中，可供選擇的優(yōu)良綠化樹種較少，景觀較單一。

在植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用過程中，可以聯(lián)合應(yīng)用多種修復(fù)方式，合理利用植被，同時(shí)，應(yīng)利用生物改善法對土壤進(jìn)行天然性的改善，只有這樣，植物修復(fù)技術(shù)的作用才能得到最大程度的發(fā)揮。合理利用植物特性與土壤性質(zhì)的相互作用，既有利于土壤的改良，又能提高植被的成活率，對當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展具有良好的生態(tài)效益、經(jīng)濟(jì)效益與社會(huì)效益。此外，由于耐性植物的選擇只是基于理論層面，未在實(shí)地驗(yàn)證，未來的研究應(yīng)在各個(gè)地區(qū)加強(qiáng)實(shí)地試驗(yàn)種植，從而廣泛篩選出優(yōu)良耐性植物，為生態(tài)修復(fù)植物的全面篩選提供有力的理論依據(jù)，為適地適樹原則的實(shí)施提供有力的保證。