恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)在鹽堿草地恢復(fù)中的應(yīng)用概述

孫旭青 岳中輝

(哈爾濱師范大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院 150025)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口數(shù)量不斷增加以及生活水平的迅速提高，人類對生態(tài)資源的需求不斷擴(kuò)大，導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)的過度利用，甚至生態(tài)系統(tǒng)遭到破壞。為了恢復(fù)和重建穩(wěn)定、健康的生態(tài)系統(tǒng)，人類已經(jīng)開始利用恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)進(jìn)行各種生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)工作。本文概述恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)及其在鹽堿草地恢復(fù)中的應(yīng)用，為進(jìn)一步研究恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用提供基礎(chǔ)生物學(xué)資料。

1 恢復(fù)生態(tài)學(xué)

20世紀(jì)80年代以來，恢復(fù)生態(tài)學(xué)作為應(yīng)用生態(tài)學(xué)的分支得到了迅速發(fā)展。1985年，Aber和Jordan[1]首次在生態(tài)學(xué)的基礎(chǔ)上提出恢復(fù)生態(tài)學(xué)這一認(rèn)識，之后恢復(fù)生態(tài)學(xué)開始迅速發(fā)展。學(xué)界認(rèn)為，恢復(fù)生態(tài)學(xué)是研究退化或受損的生態(tài)系統(tǒng)的恢復(fù)或重建，是一門生態(tài)恢復(fù)應(yīng)用與理論研究相結(jié)合的科學(xué)[2]。

2 恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)在鹽堿草地恢復(fù)中的應(yīng)用

鹽堿化土地在地球上廣泛分布，全世界鹽堿地面積約為1.0×109hm2，約占地球陸地面積的25%，全世界耕地面積的76%，主要集中在歐亞大陸，非洲和北美洲西部干旱、半干旱、半濕潤地區(qū)[3]。我國鹽堿化土地面積約9.9×107hm2，主要分布在北方，包括新疆、甘肅河西、青海柴達(dá)木、內(nèi)蒙古河套平原、寧夏銀川平原、黃淮海平原、松嫩平原西部以及濱海地區(qū)。土地鹽堿化嚴(yán)重制約著作物生產(chǎn)和生態(tài)環(huán)境的改善。按照其鹽堿化程度，鹽堿化土地大致分為3類：輕度鹽堿化土，土壤含鹽量0.1%～0.2%，pH7.5～8.0；中度鹽堿化土，土壤含鹽量0.2%～0.4%，pH8.0～8.5；重度鹽堿化土，土壤含鹽量0.4%～0.6%，pH>8.5。過度鹽害會影響土壤的理化性質(zhì)及土壤生物特性，不利于植物生長。因此學(xué)者嘗試?yán)枚喾N方法包括物理、化學(xué)和生物手段對鹽堿草地進(jìn)行修復(fù)，而利用恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理進(jìn)行鹽堿草地的修復(fù)是最有效、環(huán)保的方法。目前，利用恢復(fù)生態(tài)學(xué)原理對鹽堿草地進(jìn)行改良的技術(shù)主要有封育[4]、秸稈施用[5]、種植耐鹽堿植物[6]等。

2.1 封育恢復(fù) 封育主要利用圍欄等設(shè)施將草地保護(hù)起來，在一定時間內(nèi)使處于封閉狀態(tài)的受損草地自然恢復(fù)，是一種簡單易行、十分經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)手段，對重度退化鹽堿草地的恢復(fù)具有重要意義：如對科爾沁西部退化草甸、大慶草場、錫林浩特市白音錫勒牧場和吉林省長嶺縣草甸實(shí)行的圍封。一定年限后發(fā)現(xiàn)，所涉及的鹽堿草地土壤含鹽量、pH下降，土壤酶活性、有機(jī)質(zhì)含量、微生物數(shù)量增加，土壤結(jié)構(gòu)均得到改善，草地生產(chǎn)力也得以提高[4,7～9]。

2.2 秸稈恢復(fù) 秸稈恢復(fù)方法主要是利用作物秸稈對重度和中度鹽堿草地進(jìn)行恢復(fù)。作物秸稈含有豐富的有機(jī)質(zhì)，能夠增加土壤養(yǎng)分，對鹽堿草地恢復(fù)具有一定效果。目前在鹽堿草地中應(yīng)用比較多的是玉米秸稈。例如：張素瑛等[5]將玉米秸稈順壟割倒覆蓋于鹽堿草地表面，發(fā)現(xiàn)秸稈覆蓋使土壤結(jié)構(gòu)和理化性質(zhì)得到改善，玉米產(chǎn)量提高；吳泠等[10]將玉米秸稈切成25cm長的小段進(jìn)行扦插和平埋，發(fā)現(xiàn)土壤pH和可溶性鹽分含量降低，土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加；范富等[11]將玉米秸稈粉碎，施用在表層鹽堿土下種植大麥，發(fā)現(xiàn)土壤微生物數(shù)量增加，大麥產(chǎn)量增加。

2.3 植被恢復(fù) 植被恢復(fù)技術(shù)通過種植耐鹽堿植物對鹽堿草地進(jìn)行恢復(fù)，可應(yīng)用于各種類型的鹽堿草地，尤其是對重度退化形成鹽堿斑的地區(qū)有較好的恢復(fù)效果。耐鹽堿植物的生長可以維持土壤積鹽與脫鹽的平衡；減少土壤水分蒸發(fā)，阻止鹽分在土壤表層積累，從而達(dá)到降低土壤pH、改善土壤理化性質(zhì)的效果[6]。

目前已經(jīng)應(yīng)用于重度鹽堿草地恢復(fù)的耐鹽堿植物有堿蓬、苜蓿、星星草、羊草、藜、鹽蒿、梭梭、白刺、檉柳等，在不同地區(qū)可選擇不同的耐鹽堿植物進(jìn)行恢復(fù)。例如：南方堿蓬適宜在江蘇、福建等南方地區(qū)生長，能夠起到增加土壤有機(jī)質(zhì)、改善土壤結(jié)構(gòu)的作用；白刺適宜在陜西、內(nèi)蒙古等西北、華北地區(qū)生長，有明顯的降低土壤鹽分，改善土壤結(jié)構(gòu)的效果；檉柳適合在山西、寧夏等華北、西北地區(qū)生長，有降低土壤鹽分，增加土壤微生物量的作用；星星草、苜蓿適宜在東北、華北、西北等多個地區(qū)生長，能夠降低土壤pH，提高土壤養(yǎng)分，改善土壤的理化結(jié)構(gòu)。已應(yīng)用于中度鹽堿草地恢復(fù)的耐鹽堿植物有堿茅、菊芋、槐樹等。其中堿茅適合生長在包括遼寧、內(nèi)蒙古等地在內(nèi)的東北、華北地區(qū)，能夠增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，改善土壤通透性；菊芋適合生長在包括黑龍江、吉林等地在內(nèi)的東北地區(qū)，能夠調(diào)節(jié)物質(zhì)代謝平衡，從而改善鹽堿土壤的脅迫，并且改善土壤理化性質(zhì)。在輕度鹽堿草地恢復(fù)中可直接種植耐鹽堿作物，如甜菜、高粱、燕麥等。其中甜菜主要在北方地區(qū)種植；高粱、燕麥等在南北方地區(qū)均能種植。在輕度鹽堿草地上種植這些耐鹽堿植物，能夠在恢復(fù)鹽堿草地的同時，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)價值。

由于耐鹽堿植物體內(nèi)具有耐鹽堿基因，因此可以通過基因工程技術(shù)將耐鹽堿基因?qū)氲浇?jīng)濟(jì)作物體內(nèi)，通過篩選就可獲得耐鹽堿的作物品種應(yīng)用于生產(chǎn)。例如：將具有抗鹽堿脅迫的長穗冰草DNA導(dǎo)入普通小麥細(xì)胞中，重組后的小麥抗鹽堿能力增強(qiáng)，產(chǎn)量增加[12]；將擬南芥體內(nèi)的焦磷酸酶基因轉(zhuǎn)入到棉花細(xì)胞中，重組后的棉花具有耐鹽堿能力，纖維產(chǎn)量提高[13]；通過將互花米草細(xì)胞內(nèi)的耐鹽堿基因在水稻細(xì)胞內(nèi)表達(dá)來增強(qiáng)水稻耐鹽堿性，提高水稻產(chǎn)量[14]。

2.4 其他方法 在鹽堿草地恢復(fù)中，除使用上述三種常用的生態(tài)恢復(fù)方法外，還可利用添加微生物和施用生物有機(jī)肥等恢復(fù)手段。微生物添加主要應(yīng)用于中度鹽堿草地，主要以菌肥的形式施用，能在一定程度上改善土壤結(jié)構(gòu)，降低土壤pH，增加土壤有機(jī)質(zhì)含量，多種菌肥配施效果更好。生物有機(jī)肥主要是通過對動植物殘?bào)w經(jīng)過無害化處理加工形成，兼具微生物肥料和有機(jī)肥效應(yīng)的復(fù)合肥料，也適用于中度鹽堿草地的恢復(fù)。施用生物有機(jī)肥可改良土壤結(jié)構(gòu)，增加作物產(chǎn)量。

3 討論

利用恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)對鹽堿草地進(jìn)行恢復(fù)是目前最具有發(fā)展前景的改良鹽堿草地的方法，但這些方法仍存在一定局限性。例如：封育恢復(fù)方法雖然簡單經(jīng)濟(jì)，但耗時較長，不適合在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用；秸稈恢復(fù)方法由于要對秸稈和土地進(jìn)行加工，所以處理成本高，并且在實(shí)際生產(chǎn)中還可能影響下茬作物的生長；植被恢復(fù)雖然是目前應(yīng)用最廣泛的鹽堿草地恢復(fù)方法，但由于不同的植被恢復(fù)鹽堿草地效果不同，并且不同類型的鹽堿草地適合生長的植被也不同，因此該技術(shù)還沒有系統(tǒng)化、綜合化。綜合來看，利用恢復(fù)生態(tài)學(xué)技術(shù)進(jìn)行鹽堿草地的改良還處于初級發(fā)展階段。真正實(shí)現(xiàn)鹽堿地的農(nóng)業(yè)可持續(xù)利用任重而道遠(yuǎn)，還需要進(jìn)一步的研究和實(shí)踐。

(*通信作者)