豆科植物在生态恢复方面的应用研究进展

梁彦涛等

摘要 豆科植物适生范围广、抗逆性强，在此对其在生态恢复方面从矿区植被恢复、石质边坡生态复绿、保持水土和土地持久生产力恢复等进行了概述，并对其应用前景做了展望。

关键词 豆科植物；生态恢复；应用；研究进展

中图分类号 S181.3 文献标识码

A 文章编号 0517-6611（2014）20-06637-02

Research Advances of Application of Legumes in Ecological Restoration

LIANG Yantao et al （Daqing Normal University， Daqing， Heilongjiang 163712）

Abstract Legumes is suitable for a wide range， strong resistance， the application in ecological restoration was reviewed from vegetation recovery in mining area， vegetation restoration from the rocky slope ecological rehabilitation， soil and water conservation and sustainable land productivity recovery， the prospects were forecasted.

Key words Legumes； Ecological restoration； Application； Research advance

豆科植物为双子叶植物纲中仅次于菊科、兰科的第三大科，具有乔木、灌木或草本，直立或攀援等形态，种类丰富且繁多复杂，对生活环境的适应能力很强，在山地、草原、森林甚至是荒漠均能发现有豆科植物的分布[1]。随着全球环境的恶化，人们愈来愈关注生态环境问题，同时生态恢复的实践和研究得到了迅速发展[2]。在多方面的生态恢复的指标中，物种多样性的恢复和土壤肥力的恢复是最主要的[3]。依靠自然过程的生态恢复往往达不到要求，不能恢复到初始状态的生态系统，因此必须依靠人为的帮助，采用植被恢复是目前应用较为广泛的方法。豆科植物不仅因其对生长环境要求不是很严格，耐瘠薄、抗逆性强、适生范围广等优点，更重要的是豆科植物具有庞大的根系，能与根瘤菌共生固氮，改良土壤结构，提高土壤肥力，在生态体系中是提供有效氮的中心[4]，对植被的发育、重新建立种群和土壤的再形成等方面均有重要意义，在生态恢复方面具有很好的应用前景和研究价值。在一些矿区植被恢复、石质边坡的生态复绿、保持水土和土地生产持久力等许多方面得到了广泛的应用。笔者在此对豆科植物在这些方面应用的研究进展进行了概述，并对其应用前景做了展望。

1 豆科植物在矿区植被恢复中的应用

多数矿区因采矿、冶炼及其废弃物的影响，地表植被破坏，土壤表土常常缺失、压实、周期性侵蚀、温度波动大，养分贫乏且受重金属污染，生物多样性减少及其功能衰退[5]。许多国家都很重视研究矿区耐瘠薄、耐盐碱和重金属等豆科植物的应用，也有些地区利用豆科植物进行矿业废弃地等生态修复的研究试验。目前发现羽扇豆属和车轴草属的一些植物对铜离子具有耐金属性，经研究表明这些种属的植物对一些金属离子具有耐性[6]；张志权等对银合欢属的植株9种和其他非豆科植物16种经过半年左右的时间研究后发现，6个豆科植物生存生长良好， 而非豆科植物只有少许的2～3种存活[7]；Piha等同时指出耐碱性的豆科植物不仅由于可以与根瘤菌共生而克服廢弃地的不良环境带来的破坏，而且因为它们根比较深的特点还可以有利于克服废弃地上常遇到的干旱和粉尘障碍[8]。Thatoi等用6种豆科木本植物在铁矿废弃地上进行的比较试验表明，银合欢属在尾矿地上可以很好地生长生活且能够正常的开花结果，其银合欢体内所吸收的有害重金属物质如Pb2+的含量在70%～80%左右[9]。韦革宏等研究了微生物抗重金属的机理及促植物生长和重金属积累的特性，根瘤菌-豆科植物共生体系在土壤重金属污染修复中的优越性，提出应用豆科植物-根瘤菌共生体系修复重金属污染土壤的新思路[10]。宁晓萍等根据景洪森林公园旁采矿区实际环境情况，选择出以豆科植物为群落的主要树种银合欢（Leucaena leucocephala Lam.）和降香黄檀（Dalbergia odorifera T. Chen）等进行植被群落搭配种植试验，对植物群落的伴生树种进行科学配置，开展对矿区植被群落恢复技术的研究，研究表明，以豆科乔木树种为主要树种的植物群落在矿区植被恢复中对环境的适应性非常强，同时具有较强的固氮能力，可以有效改良土壤肥力，在作为热带矿区植被群落恢复的主要树种中具有一定的优势[11]。杨玲等研究了铅、锌重金属离子单一作用和复合作用胁迫对5种豆科植物种子萌发和幼苗生长的影响，结果表明重金属对多数植物种子的发芽力具有低促高抑的作用，紫花苜蓿和三叶草在单一铅、锌作用下有较强的耐受Pb2+胁迫能力；5种豆科植物在锌胁迫下无显著差异，而在铅胁迫下，当Pb2+含量增加至1 100 mg/L时，紫花苜蓿的表现优于其他4种植物[12]。吴雪等分别采用4种豆科植物对铜的耐性机理以及3种乡土豆科植物对铅锌的响应进行了系统的研究[13-14]。因此，豆科植物的这些生活和生长优点在利用植物修复重金属污染地的实践中是非常有价值的。

2 豆科植物在石质边坡生态复绿方面的应用

利用土工材料与植物的结合，在坡面构筑一个具有自生长能力的功能系统，在土工材料的辅助下，通过植物的根系固土，植物的叶茎和表皮蒸腾排水、防止河水冲刷和渗入土壤层，增加土体的抗寒抗冻强度，提高边坡和河床的坚固稳定性和抗冲刷等的一些能力，达到护坡的目的。豆科植物根系发达，种植栽培应用广泛，种类众多，有些常见植物在生态恢复护坡工程中应用，如白车轴草，其侧根和须根均比较发达，适应性广、抗热抗寒性强，可在酸性等不良环境的土壤中旺盛生长，也可在砂质等盐碱地中生长。利用组织培养技术和品种改良抗逆性试验等方面研究，白三叶在生态恢复方面的研究均有了显著的成果[15]。梁爱学等在华北地区高速公路边坡绿化中应用紫穗槐（Amorpha fruicosa L.），研究表明栽植成活后可改变小环境气候，降噪防尘，大量叶片的阻挡能够减缓下雨时雨的重力势能从而减缓雨对边坡的冲刷，减小地表径流，减少对公路边坡的损坏[16]。紫穗槐根系发达，扩展性强，对公路路基塌方和滑坡可起到一定的防护功能。赵越在西宁地区对红花岩黄芪（Hedysarum mult ijugum Maxim）育苗技术进行了研究，发现其耐旱、耐盐碱及抗寒能力较强，也有较高的观赏价值[17]。赵丽兵等对紫花苜蓿（Medicago sativa L.）和马唐（Digitaria sanguinalis L.）根的生物力学性能及相关因素进行了相关的试验研究，这方面研究对揭示植物根系提高土壤抗冲击性和抗剪强度机理、更好地进行水土保持植物的选择和优化组合具有重要意义[18]。正是因为这些植物对土壤等生活环境要求不是特别严格且不容易受到人们践踏等影响，所以在生态恢复水土保持以及高速公路护坡工程中的应用广泛。

3 豆科植物在保持水土方面的应用

草本或藤本类的豆科牧草一般用来保持水土、增强地力、提高农作物产值，大量利用的有紫云英（Astragalus sinicus L.）、三叶草（Trifolium repens L.）、小冠花（Coronilla varia L.）、柱花草（Stylosanthes guianensis Swartz）、沙打旺（Astragalus adsurgens Pallas.）等[19]。多数豆科抗逆性强，如抗旱、抗寒、抗高温、固沙、耐贫瘠，植物生长迅速，较能适应恶化的土壤条件，迅速形成覆被，铺盖裸露地表，遮挡降雨。如三裂叶葛藤（Pueraria phaseoloides Benth.）作为覆盖植物在一个季节里可使土壤减少流失1.34 t/hm2[20]；草木樨（Melilotus officinalis L.）坡地比一般农田减少径流达47%，减少冲刷近60%；苜蓿（Medicago arborea L.）20°坡地较2°坡耕地可减少径流88.4%，减少冲刷97.4%[1]。豆科植物不仅枝叶茂密，可有效阻缓径流，拦截泥沙，且根系发达，能形成紧密的根网，既可疏松土壤，加大渗透，又可固持土壤，抵抗侵蚀。而且种植豆科植物可显著改善土壤的物理性状，增加土壤孔隙度，减少土壤容重。在山区坡地治理开发中，沿等高线种植速生和多年生的木本固氮植物篱，不仅可以有效防治水土流失，还可以有效改善土壤肥力和改良土壤，提高植物篱和农作物的产值及利用率[21]。

4 豆科植物在土地持久生产力恢复中的应用

豆科植物的根瘤固氮作用不仅可以对正在生长的豆科植物提供很好的氮肥能源，可以在一定程度上减少植物对有机化肥的需求，同时这些豆科植物也为下一代新生植物对营养物质的需求提供了充足的营养物质。McGuire等研究发现如果一片土壤长期种植小麦类这一种植物，就会导致土壤的肥力和土壤层的疏松，不利于其他植物的生长，但如果隔一年种植一次豆科植物，小麦的产量比以前连续种植小麦的产量有了明显的提高，且土壤的肥力也提高了[21]。现在一些科学家已经陆续地证实种植豆科植物可以对干旱胁迫的贫瘠土壤具有很好的改良作用。曾小红等研究表明在干旱贫瘠的生态环境中，种植大量的具有根瘤菌的相思树苗很大程度上影响树木体内游离脯氨酸和可溶性糖的含量[22]。张立宾等对豆科植物田菁（Sesbania cannabina Poir.）的耐盐能力进行了研究，结果表明在6 g/kg左右生长正常，耐盐极限为10 g/kg左右；种植田菁能有效降低土壤含盐量，增加土壤有机质含量，提高土壤全氮、速效磷和速效钾含量[23]。这就很好地证明在不良的环境条件下豆科植物开启自己的对不良环境的对抗系统，这样可以使豆科植物在不良的环境中很好地生长，改善和恢复土壤的生产力。

5 前景与展望

虽然豆科植物对环境适应性和根瘤固氮性能已被人们所熟知，但作为一种固氮资源在生态恢复方面的应用还未得到应有的重视，利用豆科植物进行生态恢复的理论和技术体系尚未形成。随着实践的深入，现行理论必将得到完善和发展，生态恢复理论的进一步集成、整合、深化以及新理论的引入和提出是利用豆科植物进行生态恢复研究的一个发展趋势。随着环境问题与社会经济发展的全球化，利用乡土豆科植物对受损或退化天然生态系统的恢复将有广泛的应用前景。

参考文献

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