耐性植物种类研究进展

陈慧芳，王云平

（山西农业大学资源环境学院，山西太谷030801）

随着社会经济的快迅发展，日益锐减的耕地与快速增长的人口矛盾非常突出，整治废弃地成为环境治理的工作重点。其中，因污染环境等原因被政府关闭的焦化、洗煤厂造成的废弃场地众多。20世纪，土法炼焦与机法炼焦共同构成了我国的焦化行业，在90年代末土焦厂更是发展迅速，产量与机法炼焦的产量几乎持平，约占全国焦炭总产量的48.5%[1]。与机焦生产方式相比，土焦生产方式规模大、污染严重[2]。因此，对废弃土焦场地进行修复是当前修复工作的重点。目前，对废弃地修复的方法包括物理修复、化学修复、生态修复以及联合修复，生态修复中植物修复因其操作简单、对环境的扰动小、修复效果好、成本低等优点，被认为是当前修复废弃场地的主流方式之一[3-6]。目前，有关土焦场地的研究，多局限于污染原因、污染现状及修复方法和修复效应，而系统分析修复废弃土焦场地的植物类型的研究相对较少。

结合国内外相关研究，本文总结了前人关于废弃土焦场地污染状况及环境问题研究，综述了植物修复中植物种类评价指标、选择方法及建议的植物种类，旨在为植物修复废弃土焦场地提供理论指导。

1 废弃焦化场地污染现状

1996年，国家环保局颁布的《非机械化焦炉大气污染物排放标准》[7]对土法炼焦设备污染物排放总量做出要求，但是要求已放宽到与无控制排放基本持平的程度。这一标准不仅没有控制改良型焦炉的建设，反而变相地为发展土焦厂开了绿灯。土焦厂对原煤的质量要求高，山西省作为煤炭大省，土焦（改良型）厂分布最多，其中，孝义县分布最集中，给该省环境造成了严重后果[8-9]。

土法炼焦导致环境污染、生态破坏。杨国栋等[10-13]研究发现，土法炼焦会产生大量的CO、SO2、粉尘以及有毒气体，每生产1 t土焦就会向环境中排放0.307 t煤转化为的烟尘、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、苯系物、挥发酚、氰化物等污染物，排放废气总量达300 500 m3，其中，这种任意低空排放的气体，会对人体健康造成极大危害。张彩荣等[14]以陕西神府土焦场为例，研究发现，烟尘直接排放到空气中，废渣倾倒河岸，废水直接排放到地表，造成严重的环境污染[14]。卜凡迅[15]研究发现，孝义市某废弃土焦场地土壤紧实度高、含盐量高、酸性低是限制场地内植物生长的主要因子。因此，通过工程措施疏松土地、生物措施改良被污染的土壤，选择既耐酸又耐盐的植物修复废弃土焦场地至关重要。

2 耐性植物研究进程

2.1 植物耐性评价的指标

酸盐胁迫都会显著影响植物物种的生育及正常生理代谢，不同植物的耐性程度存在一定的差异，选择和利用合适的耐性植物品种，是提高植物修复污染土壤能力的有效途径之一。植物的耐性能力评价为植物科学合理引种、育种和选择提供了良好的基础，可综合体现植物的形态和生理适应性[16]。

植物的生理指标、生长指标、环境（土壤）指标和经济指标作为评价植物耐性的指标[17-19]。隋德宗等[20]通过主成分分析的方法，对6个灌木柳无性系的生理和生长指标进行分析、加权，对植物的各单项指标进行逐步回归分析，得出显著影响灌木柳无性系植物耐盐性的指标为苗高、叶片相对含水率和蒸腾速率。田小霞等[21]将隶属函数法与主成分分析法相结合进行分析，获得评价无芒雀麦种材料的耐盐性的指标包括叶绿素含量、过氧化物酶活性、脯氨酸含量、丙二醛含量。孟林等[22]通过对0.9%NaCl浓度胁迫下苗期生长的偃麦草各项生理指标（电导率EC、叶片相对含水量RWC、K+/Na+、脯氨酸）的变化率、相对生长速度变化率、耐盐系数、出现盐害到死亡的时间和存活率进行了相关分析，证明了这些指标都能够有效反映偃麦草苗期的耐盐性。管志勇[23]用多元线性回归方法、相关分析、隶属函数法、主成分分析方法，建立了评价菊花近缘植物苗期耐盐性的指标体系为K+和Na+质量比、脯氨酸含量及胁迫后的叶绿素含量。于天一等[24]将光合特性、农艺性状及生物量、根系形态作为评价植物耐酸性的指标。廖伯寿等[25]通过研究酸胁迫下花生植株的生长发育和产量稳定性之间的相关性，证明根系总体积、质量指标可以评价花生的耐酸性。邹富桢等[26]通过对菜心和油麦菜的发芽率、存活率、叶片症状、植株高度、地上部鲜质量进行比较，分析了2种植物的耐酸程度，结果表明，油麦菜存活率高，植株生长状况好，耐酸能力强，且吸收重金属的含量高。

由于地区、物种、目的等差异，在实际评价植物物种的适应性时会根据研究目的、修复方案的不同及对结果的影响选择适宜指标进行评价，所选的指标要具有代表性，且在给定的范围内有准确的定义。

2.2 植物耐性评价的方法

了解需要修复场地的污染程度以及修复目标后，确定评价耐性植物的指标，对植物耐性指标进行分析，采用数学方法，将指标量化、排序，得出场地修复最适宜种植的植物种类，其评价方法包括单因素比较法、综合因素比较法、分等定级法。

单因素比较法也称一维比较法，是指在控制其他变量的情况下，一个单因素数值的变化导致结果的变化；然后，比较每个单因素变化导致结果变化的大小，决定影响结果的主要指标，包括绝对值法、综合比较法、相对值法[27]。一些研究表明，与绝对值相比，采用相对值比较法可以进行种间比较，判定植物的适应条件，综合性状优劣。孙小芳等[28]研究指出，与绝对值相比，相对值能更好地反映植物的耐盐性，通过相对值法对棉花的耐盐性进行评价，可以消除品种间的差异，反映出植物耐盐性的大小。单金友等[29]通过相对值综合比较法，分析国外引进的15个沙棘优良品种的综合性状优劣、适应范围等，结果表明，沙棘品种综合性状表现优良的依次为浑金、橙色、楚伊、阿尔泰新闻、金色、丰产、绥棘1号、巨人、优胜、卡图尼[29]。卢树昌等[30]通过计算不同盐浓度（0、3、6、9、12、15、18、21 g/kg共 8 个等级）下的种子相对发芽率，然后对相对发芽率与相对应的盐浓度指标进行回归分析，求得与相对发芽率（如50%）对应的盐浓度，即幼苗的耐盐临界浓度，通过比较临界盐浓度的大小来划分植物的耐盐程度。

为了多角度综合评价植物耐性程度，采用综合比较法选出的植物种类更加客观准确。张海燕等[31]通过隶属函数综合评价作物耐性，指出此方法具有2个优点：一是消除了个别指标引起结果的片面性；二是各指标的隶属函数值是（0，1]区间的数，使不同性状指标之间或不同品种之间的综合耐性程度具有可比性，通过该方法鉴定植物耐性可以使选择结果更有可靠性。张耿等[32-33]通过对植物耐盐指标的隶属函数值求和，得出的综合评价值或隶属函数平均值即为植物耐性量化结果，综合评价值（或平均值）与耐盐性呈正相关，数值越大表示植物耐性越强。采用坐标综合方法综合评价了品种之间或同一品种不同生长环境之间的适应性，该方法避免了单因素独立评价造成结果的差异性，且能使综合指标值定量化，易于直观比较[34]。郁万文[35]通过坐标综合方法对刺槐无性系耐盐性进行了综合评定。王增梅等[36]采用坐标综合方法综合评定了刺楸及蒙古栎、加杨、色木槭、千金榆、紫椴等在干旱胁迫条件下的主要抗性生理指标，根据综合值大小反映植物的抗性能力，结果表明，抗性能力从强到弱表现为色木槭＞千金榆＞蒙古栎＞加杨＞紫椴＞刺楸。

对植物进行分等确定耐性级别是选择耐性植物的方法。桂连友等[37-38]研究指出，聚类分析法是研究“物以类聚”或客观变量进行分类的方法，该方法克服了人为确定标准导致主观结果的缺点，在植物耐性选择研究方面应用广泛。孟林等[39]采用聚类分析法中的欧氏最大距离方法，将34份偃麦草属植物样品划分为3个等级的耐盐类别：耐盐植物、中度耐盐植物和敏盐植物。董志刚等[40]通过单一指标盐害系数隶属函数值和总隶属函数值对番茄样品进行耐盐性聚类分析，结果发现，番茄在芽苗期和幼苗期的耐盐能力不同。丁洁等[41]通过对不同柑橘砧木幼苗进行了耐酸性指数和等级的测定，将受酸害级别定位为以下标准：0级，不受酸害；1级，叶尖或叶缘黄化；2级，叶缘或叶尖水渍状或褐化；3级，一整片叶褐化或干枯；4级，多数整叶褐化或干枯；5级，苗茎或整株死亡。张生等[42]为了使选出的植物种类更加科学合理，采用量化方法中的层次分析法选择植物种类。而层次分析法是以数学原理为基础，结合定量与定性指标综合分析的方法，其优点是可量化定性指标，使分析出的结果因定量与定性双重作用而更加合理，评价的结果更有借鉴意义[43]。

2.3 代表性耐性植物的种类

土壤类型（干旱土和湿成土）多样，影响耐性植物生长的自然条件千差万别，其中，水分是影响植物分布的主要因素之一，根据土壤干旱与湿润性质的差异总结了具有代表性的耐酸、耐盐植物种类。干旱土是指长期（或作物生长期）缺乏有效水分，呈现出荒漠（孔状结皮和片状结构层状）、龟裂特征的土壤[44]。干旱土广泛分布在世界的干旱半干旱地区，我国则在年降水量小于350 mm的地区发育广泛。湿成土是指在成土过程中长期或季节性（周期性）表现为水分浸润或饱和的土壤[45]。

2.3.1 耐盐植物

2.3.1.1 干旱土耐盐植物 马春等[46]实地调查与重点研究了滨海及其邻近地区的盐生植物，发现该地区专性盐生植物约42种（包含拒盐、聚盐和泌盐植物），属22科，专性盐生植物可以在含盐量为0.6%～3.6%的土壤上生长，酸碱度值大于8，蒸发量大于降水量，偏干旱，代表性作物有盐地碱蓬群落、碱蓬群落、芦苇群落、柽柳灌丛、西伯利亚白刺灌丛、獐毛草群落、马绊草群落。张华新等[47]通过比较盐分胁迫、耐盐性指标及耐盐碱能力之间的差异，综合评价了11个树种的耐盐性能力，其中，耐盐碱能力强的物种包括三裂叶漆、榆桔、日本丁香和银水牛果；耐盐碱能力较强的物种包括欧洲荚蒾、豆梨、鹰爪豆及沃氏金链花；耐盐能力中等的物种包括光叶漆、金雀儿、甜桦，为我国滨海盐碱地区种植耐盐作物提供了良好的选择。米文精等[48]初步对大同盆地的盐碱情况和耐性树种的选择及其培育进行了分析，发现耐盐性从高到低依次为柽柳＞枸杞＞樟子松＞杜松＞白榆＞新疆杨。刘会超[49]研究发现，连翘、蜀葵、结缕草具有耐旱，中度耐盐的特性，可以作为盐生植物在含盐量高的土地上生长；马蔺属于强耐盐植物，在含盐量超过0.6%的土壤上也可生长，耐干旱、耐贫瘠。

2.3.1.2 湿成土耐盐植物 谢辉等[50]对艾比湖湿地盐生植物区系进行了分析，发现该地盐生植物共有31科73属144种，包括猪毛菜属、柽柳属、碱蓬属、滨藜属、芦苇属、盐生草属等。付颖等[51]对山东省东营市黄河三角洲盐生植物进行了研究分析，发现该地以盐化潮土和滨海盐土的土壤类型为主，含盐量在0.4%～2.0%，筛选出翅碱蓬、中亚滨藜和马蔺为耐盐碱先锋植物。上海金山石化厂邻近海洋，海滨盐土的含盐量在0.5%～2.0%的范围内，筛选出柽柳、刺槐、乌桕、无花果、杞柳、夹竹桃等为适宜种植的树种[52]；胜利油田孤东采油厂位于山东黄河三角洲入海口，土壤盐碱含量大，筛选出了国槐、毛白杨、香椿、樱花、大叶黄杨、小叶黄杨、紫叶李、迎春、侧柏、龙柏等为适宜植物物种[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]以广东省宝山矿为试验地点（该地区降雨量大，但是土层浅薄、土壤蓄水能力极弱，呈现出干旱的特点，pH值在3～4），通过盆栽与实地试验，发现象草和香茅在矿地酸性土上能迅速生长，耐酸性高，且香茅优于象草。肖厚军等[57]为修复贵阳煤矸石土（矸石山土壤贫瘠、蓄水保水能力弱），采用盆栽试验筛选耐性植物，结果表明，在煤矸石基质中生长能力（耐性）大小为燕麦草＞白花草木樨＞野胡萝卜＞紫花苜蓿。

2.3.2.2 湿成土耐酸植物 张璐等[58]研究指出，抗酸性较强的农作物可以在酸化土壤中正常生长，例如紫花苜蓿、马铃薯和红薯等，能够实现既不影响农作物产量，又能够缓解土壤酸化的目的。此外，特有的药材、花卉等耐酸性植物，也能起到改善土壤酸化结构，产生经济效益的目的。侯学煜[59]对柏木进行了研究，结果发现，柏木是好钙性树种，分布广泛，相比生长在山坡岩糙石隙周围、平地上的柏木，生长在土壤比较深厚、湿润的沟谷中的柏木，其平均树高、胸径宽、年生长量较大。柏木天然更新能力强，具有耐湿、耐腐、耐盐的特点。

3 总结与展望

根据国内外对耐盐、耐酸植物的筛选及应用研究进展，总结出评价耐性植物较完善的指标体系，大体包括形态指标、生理指标、环境指标、经济指标。但目前还存在一些问题：自然环境下耐性植物的种类与复杂的环境条件对应关系研究还很少，忽视了耐性植物群落对不同环境所表现的生态异质性，耐性植物的筛选仅集中在对植物个体生理生化的研究上，目前还没有形成成熟的对不同区域、不同土壤类型、不同树种的耐性植物筛选体系；在酸性土壤中，可供选择的优良绿化树种较少，景观较单一。

在植物修复技术的应用过程中，可以联合应用多种修复方式，合理利用植被，同时，应利用生物改善法对土壤进行天然性的改善，只有这样，植物修复技术的作用才能得到最大程度的发挥。合理利用植物特性与土壤性质的相互作用，既有利于土壤的改良，又能提高植被的成活率，对当地的发展具有良好的生态效益、经济效益与社会效益。此外，由于耐性植物的选择只是基于理论层面，未在实地验证，未来的研究应在各个地区加强实地试验种植，从而广泛筛选出优良耐性植物，为生态修复植物的全面筛选提供有力的理论依据，为适地适树原则的实施提供有力的保证。