巨菌草对生态脆弱区治理与修复的研究进展

巨菌草对生态脆弱区治理与修复的研究进展
刘凤山;林辉;林兴生;郑丹;苏德伟;林占熺
【摘要】P.giganteum sp.is a herbaceous plant with the advantages of wide adaptability, strong resistance and high yield.In order to provide reference for the implication of P.giganteum sp.in ecological management, in this paper the authors reviewed the control and remediation of ecologically vulnerable area with P.giganteum sp.From aspects of heavy metal pollution and water loss and soil erosion, the future research direction to improve the effectiveness of P.giganteum sp.in ecological management was also provided.%巨菌草是一种适应性广、抗逆性强和产量高的草本植物.为巨菌草在生态综合治理中应用提供参考,从巨菌草治理重金属污染和水土流失等方面对其治理和修复生态脆弱区的相关研究进行综述,并提出提高其生态治理有效性的研究发展方向.
【期刊名称】《贵州农业科学》
【年(卷),期】2017(045)007
【总页数】3页(P111-113)
【关键词】巨菌草;重金属污染;水土流失;崩岗;荒漠化;砒砂岩;生态治理
【作者】刘凤山;林辉;林兴生;郑丹;苏德伟;林占熺
【作者单位】福建农林大学国家菌草工程技术研究中心,福建福州 350002;福建农林大学国家菌草工程技术研究中心,福建福州 350002;福建农林大学国家菌草工程技术研究中心,福建福州 350002;福建农林大学国家菌草工程技术研究中心,福
建福州 350002;福建农林大学国家菌草工程技术研究中心,福建福州 350002;福建农林大学国家菌草工程技术研究中心,福建福州 350002
【正文语种】中文
【中图分类】S157.2
巨菌草(Pennisetum giganteum sp.)属禾本科狼尾草属，原产于北非地区，于1999年在福建农林大学菌草研究所试种成功。

“巨”是其最显著的特点：生长8个月后株高达4 m，茎粗3.5 cm，共有35片叶，叶长60～132 cm，地上部鲜重达300～500 t/hm2[1]。

巨菌草的粗蛋白和糖分含量高，多年的研究和推广发现，巨菌草已成功用于食药用菌生产和畜牧饲料等方面[2-3]，形成了以菌草技术为核心的植物、菌物和动物三物循环(图)的对资源高效利用的新兴生态产业，有效地缓解了菌业生产中用木材培养食药用菌造成的森林破坏问题。

巨菌草最初的应用与森林保护密切相关，但由于其具有适应性广、抗逆性强和产量高等优点，目前已成为生态脆弱地区生态综合治理的先锋植物[1]。

巨菌草修复重金属污染土地的研究表明，巨菌草对重金属表现出较强的耐性和富集能力，同时，土壤性质对修复效果具有一定影响[4-8]。

巨菌草引种、高产栽培和相关标准化栽培技术推广等方面的研究表明，其对有效促进生态脆弱地的利用，增加农民收入，促进当地经济效益和生态效益具有较大作用[9-17]。

而其他治理植被或措施多强调生态治理效果，对于社会效益的提升效果较弱[18-20]。

近10年，巨菌草在多种生态脆弱地区被用于生态治理的推广和研究工作，对于促进生态脆弱地的利用和环境保护发挥了较大的作用。

相关研究主要偏重于分析土壤微生物[21]、抗盐碱性[22]、植物和昆虫多样性[23]以及抗旱性能[24-25]等方面，有关其对生态脆弱区改良效果的直接分析较少；且巨菌草对北方干旱和半干旱退化土地的治理效果存在争议。

目前虽然在众多地区开展巨菌草推广和生态治理方面的
试验，但未见系统总结和分析其生态治理过程及效果的报道。

鉴于此，笔者收集和整理相关资料，从巨菌草治理重金属污染、崩岗、砒砂岩及防风固沙等方面对其生态治理相关研究进行综述，提出提高巨菌草生态治理有效性的研究发展方向，旨在为其在生态治理上应用提供依据。

受工农业生产、生活垃圾和交通运输等人为因素的影响，土壤重金属污染成为环境领域的广泛关注，生物修复技术具有投资和维护成本低、操作简便、易管理、无二次污染、不破坏土壤结构等优点，因而成为生态友好型绿色修复技术[26]。

通过盆栽、池栽和小区试验等研究发现，巨菌草对镉、铜和铅等重金属污染土壤具有较强的修复作用[4-8]。

徐磊等[6]研究发现，巨菌草对重金属具有一定的吸收能力，其巨大的生物量导致其对铜和镉的绝对富集量大，分别达3 781 g/hm2和28.8
g/hm2。

巨菌草不同器官对重金属的吸收能力不同，表现为根>叶>茎，总体地下部分>地上部分[7]。

李林鲜等[5]研究发现，巨菌草地上部镉质量比和累积量分别为22.53 mg/kg和7.67 mg/株，地上部富集系数为0.8，迁移系数为1.14，表明，巨菌草在镉胁迫下表现出较强的耐性和富集能力，可作为镉污染土壤的修复植物利用。

巨菌草对重金属污染土壤具有修复能力，但其修复能力受环境因素影响。

王丽萍等
[5]研究发现，巨菌草在黄壤中对镉的吸收效果最佳，冲积土的效果较弱。

徐磊等
[6]发现，对污染土壤进行石灰处理可明显提高巨菌草对镉和铜复合污染土壤的修复潜力。

何书惠[25]研究巨菌草的抗旱性能及对重金属镉污染的修复特性发现，干旱胁迫降低巨菌草对镉的富集能力；在干旱和镉胁迫的交互影响下，巨菌草对镉的富集量为0.69 kg/hm2。

张家伟[27]研究发现，乙二胺四乙酸和柠檬酸可以强化巨菌草对污染土壤的修复能力，显著增加根际土壤中酸溶态铅和镉的浓度；增加5 mmol/L TX-100表面活性剂可显著增加巨菌草体内铅和镉的累积量；茶皂素对巨
菌草体内重金属的富集量也有促进作用。

环境因素对巨菌草修复能力的影响与巨菌草的生长和生理响应有密切关系。

随镉胁迫质量比增加，巨菌草的株高、根长和生物量均呈指数减少，细胞内的抗氧化酶活性、抗氧化剂、丙二醛、可溶性蛋白等物质均呈增加趋势[5]。

镉浓度超过50 mg/kg即可对巨菌草生长产生严重的抑制作
用[7]。

2.1 崩岗
2012年至今，在福建省长汀县河田镇以巨菌草绿洲1号为试验材料，采用等高线丛栽方法开展巨菌草治理崩岗的试验和示范结果表明[1]：1) 巨菌草可在较短时间
内重建植被，固定土壤，使水土流失山地及崩岗得到有效控制。

栽种7个月后，
水土流失区巨菌草平均高度5.07 m，平均分蘖数38个，鲜草产量37.2 t/hm2，根量237 kg/hm2；崩岗区巨菌草平均高度3.35 m，平均分蘖数18个，鲜草产
量19.35 t/hm2，根量96 kg/hm2。

2) 成本低，低于传统生物治理成本的20%。

3) 巨菌草生物量大，营养价值高，种植3个月即可收割用作食药用菌的培养基、
生物质能源材料和畜禽饲料，具有生态效益好和经济效益高等优点。

2.2 防风固沙
2010—2012年，在位于黄河西岸乌兰布和沙漠东缘的内蒙古阿拉善盟巴音木仁
苏木查汉套海(106°46′41″E，39°43′50″N)开展生态脆弱区发展菌草业关键技术的研究表明[1]：巨菌草具有较强的防风固沙效果，且对环境有强烈的调节作用。

随
着复合草篱数量的不断增加，近地面风速得到有效减缓。

当风吹过第一个复合草篱时，在0.5 m、1 m、1.5 m和2 m的风速分别较空旷沙地降低72.7%、66.7%、56%和29.3%，经四层菌草复合草篱的阻挡，近地面风速基本呈微风状态。

风速
9 m/s条件下，0.2 m高度，在上风向方收集的沙量为1.5 g/h，而且随着测量高
度的降低，积沙量呈指数增加趋势，在0.02 m的时候，风沙量达32.5 g/h；但在下风向未收集到风沙，表明阻截流沙效果显著。

种植5个月后，巨菌草的生长高
度达3 m，其根际的平均温度较空旷沙地表面低5.9℃，相对湿度高23%；同时，其还能增加土壤肥力，巨菌草种植土壤有机质含量较沙地提高59%，有效磷、速
效钾、全氮和全磷含量也分别提高32.9%、55%、84.1%和10.5%[21,23]。

2.3 砒砂岩
砒砂岩区主要位于晋陕蒙接壤地区，在黄土高原有1.67万km2，虽然仅占黄河流域面积的2%有余，但每年向黄河输入泥沙约2亿t，造成黄河下游淤积的粗泥沙
达1亿t/年，占黄河下游河道每年平均淤积量的25%[28-29]。

2014年在内蒙古
鄂尔多斯市准格尔旗暖水乡圪秋沟(39°38′46″N，110°52′26″E)开展砒砂岩区的生态修复试验。

该研究针对不同砒砂岩立地类型，建立了集整地技术、淤地坝技术、优质菌草种苗选择及草灌乔配置方式为一体的菌草治理技术标准，形成了以小流域为单元、独具特色的菌草生态治理砒砂岩模式——基于雨养菌草建植技术的小流
域空间梯层治理模式。

该技术对环境产生了一定的影响。

如，有机质含量从(0.073±0.01)%增至
(0.14±0.02)%，速效钾含量达30.95 mg/kg，较对照增加51.16%，同时碱解氮
和全钾含量降低。

土壤环境的改善，极大地提高了土壤微生物的数量，细菌、真菌和放线菌的数量分别由254×104 cfu/g、7.26×104 cfu/g和64.2×104 cfu/g升至715×104 cfu/g、8.76×104 cfu/g和124.7×104 cfu/g，土壤脲酶和酸性磷
酸酶的活性比对照组提高6.1和8.2倍[1]。

作为一种适应性广、抗逆性强的植物，巨菌草在治理重金属污染和水土流失等方面开展了一系列的推广与试验，建立了巨菌草种植和管理的标准化技术，其巨大的生物量和发达的根系对改善环境问题起到了一定的积极作用，尤其在巨菌草的生育盛期，对保持水土和改良小气候等方面的影响巨大。

利用巨菌草治理生态脆弱地区是一种新的有效治理模式，具有广阔的发展前景。

巨菌草对重金属的绝对富集能力与其生物量息息相关，环境条件对其生长的抑制影
响其对污染土壤的修复能力，加强生态脆弱地区巨菌草生长过程的研究，有助于增强巨菌草对重金属污染土壤的修复能力。

在已有文献中，巨菌草对生态脆弱区改良效果的直接分析较少，偏重于分析土壤微生物[21]、抗盐碱性[22]、植物和昆虫多样性[23]以及抗旱性能[24-25]等。

尤其土壤微生物和酶活性等指标受到施肥和灌
溉等因素的影响较大，定律分离巨菌草的贡献尤为重要。

而且，巨菌草对北方干旱和半干旱退化土地的治理效果存在一定的争议，尤其在种苗繁育、越冬和水分利用等方面仍有较大的研究空间。

因此，为提高巨菌草在生态治理中的有效性，还需继续加强以下方面的研究：
1) 优化试验设计，从直接指标分析巨菌草对生态脆弱地区的治理效果。

如崩岗和
砒砂岩的水土流失，通过建立径流池方法直接收集巨菌草保持水土的数据；观测沙丘不同位置的风速和输沙率等参数，分析巨菌草对沙丘移动的阻滞作用。

2) 巨菌草对沙漠化治理效果的时空差异及机制。

巨菌草已经在西藏林芝、内蒙古
阿拉善和新疆克拉玛依等地区开展了沙漠化的野外治理试验，系统总结和分析其治理效果的差异和原因对于推广该治理模式具有重要意义。

3) 巨菌草与本地植物和其他治理措施的相对优势分析。

充分发挥巨菌草在治理中
的优势，借鉴其他治理措施的治理优势，优化生态治理效果。

4) 巨菌草生态治理中的技术难点攻克。

目前为止，水分、温度和繁殖等问题限制
了巨菌草在生态治理中的作用，集中力量攻克巨菌草的水分利用规律、温度生长曲线和有性繁殖等，将极大地提升巨菌草在生态治理上的应用效果。

*通讯作者：林占熺(1943-)，男，研究员，博士生导师，从事菌草生态治理等研究。

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