耐性植物種類研究進展

陳慧芳，王云平

（山西農業大學資源環境學院，山西太谷030801）

隨著社會經濟的快迅發展，日益銳減的耕地與快速增長的人口矛盾非常突出，整治廢棄地成為環境治理的工作重點。其中，因污染環境等原因被政府關閉的焦化、洗煤廠造成的廢棄場地眾多。20世紀，土法煉焦與機法煉焦共同構成了我國的焦化行業，在90年代末土焦廠更是發展迅速，產量與機法煉焦的產量幾乎持平，約占全國焦炭總產量的48.5%[1]。與機焦生產方式相比，土焦生產方式規模大、污染嚴重[2]。因此，對廢棄土焦場地進行修復是當前修復工作的重點。目前，對廢棄地修復的方法包括物理修復、化學修復、生態修復以及聯合修復，生態修復中植物修復因其操作簡單、對環境的擾動小、修復效果好、成本低等優點，被認為是當前修復廢棄場地的主流方式之一[3-6]。目前，有關土焦場地的研究，多局限于污染原因、污染現狀及修復方法和修復效應，而系統分析修復廢棄土焦場地的植物類型的研究相對較少。

結合國內外相關研究，本文總結了前人關于廢棄土焦場地污染狀況及環境問題研究，綜述了植物修復中植物種類評價指標、選擇方法及建議的植物種類，旨在為植物修復廢棄土焦場地提供理論指導。

1 廢棄焦化場地污染現狀

1996年，國家環保局頒布的《非機械化焦爐大氣污染物排放標準》[7]對土法煉焦設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。這一標準不僅沒有控制改良型焦爐的建設，反而變相地為發展土焦廠開了綠燈。土焦廠對原煤的質量要求高，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，給該省環境造成了嚴重后果[8-9]。

土法煉焦導致環境污染、生態破壞。楊國棟等[10-13]研究發現，土法煉焦會產生大量的CO、SO2、粉塵以及有毒氣體，每生產1 t土焦就會向環境中排放0.307 t煤轉化為的煙塵、一氧化碳、二氧化硫、硫化氫、苯系物、揮發酚、氰化物等污染物，排放廢氣總量達300 500 m3，其中，這種任意低空排放的氣體，會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，研究發現，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，造成嚴重的環境污染[14]。卜凡迅[15]研究發現，孝義市某廢棄土焦場地土壤緊實度高、含鹽量高、酸性低是限制場地內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廢棄土焦場地至關重要。

2 耐性植物研究進程

2.1 植物耐性評價的指標

酸鹽脅迫都會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，是提高植物修復污染土壤能力的有效途徑之一。植物的耐性能力評價為植物科學合理引種、育種和選擇提供了良好的基礎，可綜合體現植物的形態和生理適應性[16]。

植物的生理指標、生長指標、環境（土壤）指標和經濟指標作為評價植物耐性的指標[17-19]。隋德宗等[20]通過主成分分析的方法，對6個灌木柳無性系的生理和生長指標進行分析、加權，對植物的各單項指標進行逐步回歸分析，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]將隸屬函數法與主成分分析法相結合進行分析，獲得評價無芒雀麥種材料的耐鹽性的指標包括葉綠素含量、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生理指標（電導率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、出現鹽害到死亡的時間和存活率進行了相關分析，證明了這些指標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、相關分析、隸屬函數法、主成分分析方法，建立了評價菊花近緣植物苗期耐鹽性的指標體系為K+和Na+質量比、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、農藝性狀及生物量、根系形態作為評價植物耐酸性的指標。廖伯壽等[25]通過研究酸脅迫下花生植株的生長發育和產量穩定性之間的相關性，證明根系總體積、質量指標可以評價花生的耐酸性。鄒富楨等[26]通過對菜心和油麥菜的發芽率、存活率、葉片癥狀、植株高度、地上部鮮質量進行比較，分析了2種植物的耐酸程度，結果表明，油麥菜存活率高，植株生長狀況好，耐酸能力強，且吸收重金屬的含量高。

由于地區、物種、目的等差異，在實際評價植物物種的適應性時會根據研究目的、修復方案的不同及對結果的影響選擇適宜指標進行評價，所選的指標要具有代表性，且在給定的范圍內有準確的定義。

2.2 植物耐性評價的方法

了解需要修復場地的污染程度以及修復目標后，確定評價耐性植物的指標，對植物耐性指標進行分析，采用數學方法，將指標量化、排序，得出場地修復最適宜種植的植物種類，其評價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，一個單因素數值的變化導致結果的變化；然后，比較每個單因素變化導致結果變化的大小，決定影響結果的主要指標，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行種間比較，判定植物的適應條件，綜合性狀優劣。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行評價，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，分析國外引進的15個沙棘優良品種的綜合性狀優劣、適應范圍等，結果表明，沙棘品種綜合性狀表現優良的依次為渾金、橙色、楚伊、阿爾泰新聞、金色、豐產、綏棘1號、巨人、優勝、卡圖尼[29]。盧樹昌等[30]通過計算不同鹽濃度（0、3、6、9、12、15、18、21 g/kg共 8 個等級）下的種子相對發芽率，然后對相對發芽率與相對應的鹽濃度指標進行回歸分析，求得與相對發芽率（如50%）對應的鹽濃度，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確。張海燕等[31]通過隸屬函數綜合評價作物耐性，指出此方法具有2個優點：一是消除了個別指標引起結果的片面性；二是各指標的隸屬函數值是（0，1]區間的數，使不同性狀指標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果更有可靠性。張耿等[32-33]通過對植物耐鹽指標的隸屬函數值求和，得出的綜合評價值或隸屬函數平均值即為植物耐性量化結果，綜合評價值（或平均值）與耐鹽性呈正相關，數值越大表示植物耐性越強。采用坐標綜合方法綜合評價了品種之間或同一品種不同生長環境之間的適應性，該方法避免了單因素獨立評價造成結果的差異性，且能使綜合指標值定量化，易于直觀比較[34]。郁萬文[35]通過坐標綜合方法對刺槐無性系耐鹽性進行了綜合評定。王增梅等[36]采用坐標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，根據綜合值大小反映植物的抗性能力，結果表明，抗性能力從強到弱表現為色木槭＞千金榆＞蒙古櫟＞加楊＞紫椴＞刺楸。

對植物進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”或客觀變量進行分類的方法，該方法克服了人為確定標準導致主觀結果的缺點，在植物耐性選擇研究方面應用廣泛。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]通過單一指標鹽害系數隸屬函數值和總隸屬函數值對番茄樣品進行耐鹽性聚類分析，結果發現，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行了耐酸性指數和等級的測定，將受酸害級別定位為以下標準：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學原理為基礎，結合定量與定性指標綜合分析的方法，其優點是可量化定性指標，使分析出的結果因定量與定性雙重作用而更加合理，評價的結果更有借鑒意義[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，根據土壤干旱與濕潤性質的差異總結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，呈現出荒漠（孔狀結皮和片狀結構層狀）、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，我國則在年降水量小于350 mm的地區發育廣泛。濕成土是指在成土過程中長期或季節性（周期性）表現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]實地調查與重點研究了濱海及其鄰近地區的鹽生植物，發現該地區專性鹽生植物約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、耐鹽性指標及耐鹽堿能力之間的差異，綜合評價了11個樹種的耐鹽性能力，其中，耐鹽堿能力強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行了分析，發現耐鹽性從高到低依次為檉柳＞枸杞＞樟子松＞杜松＞白榆＞新疆楊。劉會超[49]研究發現，連翹、蜀葵、結縷草具有耐旱，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系進行了分析，發現該地鹽生植物共有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行了研究分析，發現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，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海口，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地點（該地區降雨量大，但是土層淺薄、土壤蓄水能力極弱，呈現出干旱的特點，pH值在3～4），通過盆栽與實地試驗，發現象草和香茅在礦地酸性土上能迅速生長，耐酸性高，且香茅優于象草。肖厚軍等[57]為修復貴陽煤矸石土（矸石山土壤貧瘠、蓄水保水能力弱），采用盆栽試驗篩選耐性植物，結果表明，在煤矸石基質中生長能力（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，抗酸性較強的農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，能夠實現既不影響農作物產量，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構，產生經濟效益的目的。侯學煜[59]對柏木進行了研究，結果發現，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，具有耐濕、耐腐、耐鹽的特點。

3 總結與展望

根據國內外對耐鹽、耐酸植物的篩選及應用研究進展，總結出評價耐性植物較完善的指標體系，大體包括形態指標、生理指標、環境指標、經濟指標。但目前還存在一些問題：自然環境下耐性植物的種類與復雜的環境條件對應關系研究還很少，忽視了耐性植物群落對不同環境所表現的生態異質性，耐性植物的篩選僅集中在對植物個體生理生化的研究上，目前還沒有形成成熟的對不同區域、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，可供選擇的優良綠化樹種較少，景觀較單一。

在植物修復技術的應用過程中，可以聯合應用多種修復方式，合理利用植被，同時，應利用生物改善法對土壤進行天然性的改善，只有這樣，植物修復技術的作用才能得到最大程度的發揮。合理利用植物特性與土壤性質的相互作用，既有利于土壤的改良，又能提高植被的成活率，對當地的發展具有良好的生態效益、經濟效益與社會效益。此外，由于耐性植物的選擇只是基于理論層面，未在實地驗證，未來的研究應在各個地區加強實地試驗種植，從而廣泛篩選出優良耐性植物，為生態修復植物的全面篩選提供有力的理論依據，為適地適樹原則的實施提供有力的保證。