張 超，熊嘉武，舒 勇，劉揚晶，宿 明

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014)

桑樹及其生態(tài)功能的研究進展

張 超，熊嘉武，舒 勇，劉揚晶，宿 明

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014)

近年來，桑樹作為生態(tài)林樹種在防沙治沙、石漠化治理、水土保持、鹽堿地治理、退耕還林等方面發(fā)揮的作用逐漸被發(fā)掘,發(fā)展桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)，研究構(gòu)建桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)工程的核心技術(shù)以及典型脆弱生態(tài)區(qū)的桑樹生態(tài)治理模式逐漸成為蠶桑方面的重要課題。通過分析桑樹生長特性，闡述了桑樹在凈化大氣、水土保持、土壤重金屬污染修復(fù)等方面的生態(tài)功能，以期為促進桑樹生態(tài)模式的研究和發(fā)展提供科學(xué)理論。

桑樹；生態(tài)功能；水土保持；修復(fù)

引言

隨著人口的不斷增長、工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，資源和能源的大量消耗以及不合理利用，全球生態(tài)環(huán)境質(zhì)量持續(xù)惡化，有毒污染物在自然環(huán)境中實現(xiàn)積累、遷移和轉(zhuǎn)化，嚴重威脅人類的生存和生活。由于工業(yè)“三廢”和機動車尾氣的排放，以及農(nóng)藥化肥的大量使用和污水的灌溉，嚴重地污染了我們的生態(tài)環(huán)境，尤其是重金屬污染、多環(huán)芳烴污染和PM2.5大氣污染甚為嚴重。生態(tài)環(huán)境和可持續(xù)發(fā)展是當今社會面臨的重大課題。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量直接關(guān)系到資源的可持續(xù)利用和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展[1]。

目前污染修復(fù)的方法主要有物理、化學(xué)和生物法。80年代美國就開始應(yīng)用生態(tài)學(xué)原理和技術(shù)修復(fù)污染土壤，即生物修復(fù)(Bioremediation)方面的研究[2]。近年來的研究結(jié)果證明，這是既安全又經(jīng)濟的方法。植物修復(fù)(Phytoremediation)是修復(fù)污染常用的一種生物修復(fù)方法，主要通過植物—微生物復(fù)合系統(tǒng)把受污染土地或地下水中的污染物(重金屬、有機物等)降解、吸收與轉(zhuǎn)化，是近年來發(fā)展起來的一項凈化環(huán)境的綠色修復(fù)技術(shù)，具有成本低、原位修復(fù)、美化環(huán)境、無二次污染、可大面積應(yīng)用等優(yōu)點，已成為污染環(huán)境修復(fù)和治理研究領(lǐng)域的一個前沿課題。關(guān)于植物修復(fù)的綜述較多[3-11]，而對桑樹修復(fù)環(huán)境污染及其生態(tài)功能的報道甚少。

桑樹作為家蠶飼料，其在蠶桑產(chǎn)業(yè)中的經(jīng)濟價值無可置疑，但其生態(tài)作用以及其資源的高效利用長期未能得到體現(xiàn)[12]。近年來，桑樹作為生態(tài)林樹種在防沙治沙、石漠化治理、水土保持、鹽堿地治理、退耕還林等方面發(fā)揮的作用逐漸被發(fā)掘。發(fā)展桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)，研究構(gòu)建桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)工程的核心技術(shù)，以及典型脆弱生態(tài)區(qū)的桑樹生態(tài)治理模式，逐漸成為蠶桑方面的重要課題。

1 桑樹

桑(MorusalbaL.)為?？粕俾淙~喬木或灌木，多年生深根性木本闊葉型特種經(jīng)濟林木，原產(chǎn)于我國中部，分布較廣，有著長達3000 a的栽培歷史。桑樹品種多，適應(yīng)性極強，生命力旺盛，范圍分布很廣，為喜光樹種[13-15]，枝繁葉茂，耐修剪，萌芽力強，已成為城市綠化的先鋒樹種。桑樹生物產(chǎn)量高，生長迅速，其根系極其發(fā)達，垂直分布可達4 m以上，水平分布達7 m2，地下根系分布面積通常為樹冠投影面積的4～5倍，其水平根系及垂直根系在地下形成吸水貯水網(wǎng)絡(luò)，有利于其吸收養(yǎng)分和水分[16-18]。近10年來,桑樹作為生態(tài)林樹種在防沙治沙、石漠化治理、水土保持、鹽堿地治理、退耕還林等方面發(fā)揮的作用，以及桑樹作為家蠶飼料以外的多用途開發(fā)價值逐漸被發(fā)掘[19-20]。

2 桑樹的生態(tài)功能

2.1 凈化空氣

桑樹是多年生木本植物，落葉闊葉樹種，生命力極強，生物生產(chǎn)量及碳儲量很大，光合作用較強，在其周期性生長過程中，伴隨著碳的固定、吸塵及釋放氧氣等過程[15]。據(jù)估算，桑樹CO2固定量為0.49萬t/(hm2·a)，折合固定碳0.13 萬t/(hm2·a)[21]， O2釋放量為0.36萬t/(hm2·a)[14]。桑樹還具有吸收大氣有害氣體(如SO2,Cl2和HF等)的功能，同時也具有較強的吸塵滯塵能力。有研究表明，在體積分數(shù)為0.79×10-6的SO2條件下熏蒸6 h，桑葉對SO2的吸收量可達5772.6 mg/kg，桑林對SO2的吸收量可達20 mL/(m3·d)。桑樹吸氟能力強，桑葉中氟正常含量為6～18 mg/kg，在氟污染嚴重地區(qū)(如紅磚廠、玻璃廠、金屬廠附近)，桑葉中含氟量可達26～158 mg/kg[21]。因此，桑樹被多地列為園林先鋒綠化樹種，廣泛應(yīng)用于園林綠化。

2.2 水土保持

桑樹既可營造水土保持林、薪炭林、防護林，又可營造經(jīng)濟林，綠化觀賞林等。桑樹營造水土保持林是充分利用桑樹合軸分枝，容易形成龐大的樹冠，根系發(fā)達、葉闊枝繁的特征，其極其發(fā)達的地下根系系統(tǒng)，水平和垂直相互交錯，構(gòu)成發(fā)達的根系網(wǎng)絡(luò)，不僅增強桑樹根系的吸水貯水、吸收養(yǎng)分等能力，也使得桑樹具有強大的防沙固土能力[15]。桑樹根系通過根際微環(huán)境改變原有土壤理化性質(zhì)及土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤肥力和保持水土，減少土壤侵蝕，有極強的抗干旱、遏制風(fēng)沙能力。桑樹能夠適應(yīng)黃土高原雨水稀少的惡劣狀況，桑樹地下根系分布面積通常為樹冠投影面積的4～5倍，根系生物量占總生物量的53%，73%根系網(wǎng)分布于0～40 cm的土層中，主根系最深可達8 m，側(cè)根可達9 m， 1年生桑樹根系總長度可達100 m，10年生可達1萬m[16-18]。桑樹的栽植保水固沙效果明顯，相較于無林地，桑園每年多涵水300 m3/hm2，減少泥沙流失45 t，相較于無植被，桑園年固沙多達3 067.8 kg/km2，比無桑園農(nóng)田區(qū)的侵獨溝減少57 %[22]。山地桑園中桑樹栽植密度較大，根系中毛根分布較多，地下部分形成縱橫密集的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，減輕徑流沖刷作用，增強土壤水分和養(yǎng)分的固結(jié)作用[23]。有研究表明，陜南地區(qū)在40°陡坡耕地上建立的生態(tài)桑園，對水土保持效果明顯，可減少70 %左右的降水流失量及79.7 %的土壤侵蝕量[24]。桑樹生長迅速，郁閉快，其水土保持的功能作用在巖溶石漠化地區(qū)無可替代。

2.3 土壤重金屬修復(fù)

桑樹栽培技術(shù)成熟，對土壤和環(huán)境適應(yīng)性強，生長迅速，根系極其發(fā)達，根系在吸收養(yǎng)分及水分的過程中，會對土壤重金屬具有一定的吸收和積累。桑樹對多數(shù)重金屬，如鎘、鉛、鋅、砷等，具有耐受性。通過根系的吸收和累積，重金屬從地下部分轉(zhuǎn)移到地上部分，在桑樹各器官中累積，達到移除和去除土壤中重金屬的效果。有研究表明，桑樹對土壤中鎘具有富集作用，當鎘濃度為8.49～75.8 mg/kg 時，各器官中鎘含量大小順序為：須根>主根>主莖>葉片>分支。桑樹對重金屬的累積作用隨時間遞增，張興等[25]對礦區(qū)銅、鉛、鎘、鋅等復(fù)合污染地區(qū)的桑樹進行研究，測定出桑樹總體生長情況為第3 季(5 個月)>第2季(3 個月)>第1 季(1 個月)，四種重金屬在不同器官中的累積量順序均為根> 葉> 莖。有研究表明，桑樹每平方米耕作層對銅的修復(fù)年限為2.01年，遷移總量為12116.1 mg，對鉛的修復(fù)年限為15.45 年，遷移總量為7409.83 mg，對鎘 的修復(fù)年限為1.26 年，遷移總量為2056.4 mg，對鋅 的修復(fù)年限為0.39年，遷移總量為254532.8 mg[20]。種桑養(yǎng)蠶這一經(jīng)濟生態(tài)模式對構(gòu)建生態(tài)景觀、改善生活環(huán)境具有較高的實用價值。因此，將桑樹應(yīng)用于重金屬污染土壤的修復(fù)具有廣闊的前景。

2.4 超強環(huán)境適應(yīng)性

桑樹作為我國鄉(xiāng)土樹種，對土壤及環(huán)境要求不高，抗性極強，生存的地域范圍從海拔較高的青藏高原到較低的盆地，從新疆和田沙漠到沿海灘地，從最北部黑龍江到最南邊的海南島[26]。能在-35～40 ℃環(huán)境溫度下正常生長，也能在降水量不足150 mm的干旱半干旱荒漠中正常生存。對土壤結(jié)構(gòu)及性質(zhì)要求不高，能在pH 4.5～8.5及土壤含鹽量為0.2%的土壤中生存[20]。此外，桑樹還具有耐旱、耐寒及耐貧瘠等優(yōu)點，在土壤條件惡劣的環(huán)境中正常生存，是自然賦予生態(tài)脆弱地區(qū)植被恢復(fù)不可多得的先鋒物種，是北方眾多省( 區(qū)) 生態(tài)環(huán)境建設(shè)中的首選樹種之一。

3 桑樹在生態(tài)環(huán)境治理中的應(yīng)用

桑樹作為生態(tài)林樹種在防沙治沙、石漠化治理、水土保持、鹽堿地治理、退耕還林等方面發(fā)揮著重要的作用。近十年來，桑樹作為家蠶飼料以外的多用途開發(fā)價值正在逐漸被發(fā)掘。發(fā)展桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)，研究構(gòu)建桑樹生態(tài)產(chǎn)業(yè)工程的核心技術(shù)以及典型脆弱生態(tài)區(qū)的桑樹生態(tài)治理模式，已成為學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點之一[27]。

3.1 大氣污染修復(fù)方面

桑樹對Cl2、SO2、HF等大氣污染物耐受性強、吸收量高，對煙塵、粉塵也有較好的滯塵作用，具有較強的凈化空氣能力，可作為大氣污染修復(fù)的優(yōu)良植物品種加以應(yīng)用。在國內(nèi)一些城市(如新疆維吾爾自治區(qū)的克拉瑪依市等)和歐洲一些國家(如希臘等)的城市選擇了桑樹作行道樹[27]，在改善空氣質(zhì)量方面起到良好的作用。

3.2 重金屬修復(fù)方面

桑樹對鎘、鉛、鋅、砷等重金屬有一定的耐受性，其發(fā)達的根系利于吸收土壤的營養(yǎng)成分，同時在一定程度上也能促進土壤中重金屬元素的吸收，桑樹作為污染土壤修復(fù)植物品種，具有廣闊的應(yīng)用前景和現(xiàn)實的指導(dǎo)意義。廣西環(huán)江、廣東韶關(guān)市大寶山等礦區(qū)栽植了成片的桑園，發(fā)現(xiàn)桑樹對重金屬具有富集和修復(fù)作用，而外觀沒有表現(xiàn)出明顯的受脅迫現(xiàn)象，表明桑樹在污染土壤修復(fù)上具有明顯優(yōu)勢[28-29]。

3.3 鹽堿地修復(fù)方面

栽植桑樹是改良鹽堿地的重要生物措施之一，可有效改良鹽堿地，恢復(fù)土地功能。桑樹已廣泛種植于黑龍江等地，部分鹽堿地種植桑樹改良治理證明，桑樹可在 pH值8.3～9.5范圍內(nèi)生長，種植桑樹后，土壤理化性質(zhì)有所改善，含鹽量明顯降低，鹽堿容重下降，pH 值略微減小，土壤保墑保水能力增強[30-31]。

3.4 防風(fēng)固沙方面

桑樹在固沙保水方面起著一定的作用，我國陜西榆林市在黃土丘陵溝壑區(qū)半干旱帶建成的2.55萬hm2生態(tài)桑園，成片桑樹林的保水保土能力更是優(yōu)于其它樹種和植被，特別是在我國巖溶石漠化地區(qū)具有其它樹種不可替代的優(yōu)勢[32]。

3.5 發(fā)展生態(tài)產(chǎn)業(yè)方面

桑樹作為生態(tài)產(chǎn)業(yè)，可促進蠶絲業(yè)可持續(xù)發(fā)展，三峽庫區(qū)腹地的“滄海桑田”生態(tài)經(jīng)濟建設(shè)工程，通過種植桑樹對消落帶和庫岸進行生態(tài)修復(fù)，同時將桑葉加工成飼料用來養(yǎng)殖家畜，實現(xiàn)了生態(tài)、經(jīng)濟、社會效益的“多贏”[33]，貴州畢節(jié)卡斯特石漠化地區(qū)提出的栽桑養(yǎng)蠶+種草養(yǎng)豬模式、栽桑養(yǎng)蠶+藥材種植模式，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，有效探索了喀斯特山區(qū)石漠化治理和生態(tài)建設(shè)的實踐途徑[34]。

4 結(jié)語

通過分析桑樹生長特性，闡述桑樹在凈化大氣、水土保持、土壤重金屬污染修復(fù)等方面的生態(tài)功能，列舉了桑樹在生態(tài)環(huán)境治理中的應(yīng)用，充分說明了桑樹的多種價值和資源，不僅有利于促進桑蠶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，而且在生態(tài)修復(fù)方面具有重要意義[35-36]。因此，根據(jù)實地情況，在一定污染濃度范圍內(nèi)的農(nóng)田上栽植桑樹，利用桑樹的生態(tài)功能和經(jīng)濟價值，可有效地提高土地利用率，提升農(nóng)民生活生產(chǎn)質(zhì)量。桑樹的生態(tài)功能還有待進一步開發(fā)和研究，具體可研究發(fā)展方向有：桑樹栽植在農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用和適應(yīng)性研究、桑樹在園林綠化中的景觀效應(yīng)研究、蠶桑產(chǎn)業(yè)體系對污染脅迫的響應(yīng)研究、桑樹生態(tài)功能評價等。在弘揚中國傳統(tǒng)文化的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮桑樹的生態(tài)效益更具現(xiàn)實和長遠的意義。

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ResearchProgressofMorusalbaL.andItsEcologicalFunctions

ZHANG Chao，XIONG Jiawu，SHU Yong，LIU Yangjing，SU Ming

(Central South Forest Inventory and Planning Institute of State Forestry Administration，Changsha 410014，Hunan，China)

In recent years, the roles ofMorusalbaL. as ecological forest tree species in combating desertification, rocky desertification, water and soil conservation, saline control, returning farmland to forests has gradually been discovered. Development ofMorusalbaL. eco-industry, the core technology on construction of mulberry eco-industry engineering and typical fragile ecological areas of mulberry eco-governance mode have gradually become important subjects of sericulture. In this paper, the growth characteristics ofMorusalbaL. were analyzed, and the ecological functions of mulberry in the aspects of purification of atmosphere, water and soil conservation, soil heavy metal pollution were expounded, in order to provide scientific theory for the research and development of mulberry ecological model.

MorusalbaL.；ecological functions；water and soil conservation；remediation

2016-09-12

張超(1987-)，男，河南安陽人，助理工程師，主要從事林業(yè)調(diào)查及規(guī)劃設(shè)計工作。

S 792

A

1003-6075(2016)02-0053-04

10.16166/j.cnki.cn43-1095.2016.03.012