發(fā)展樟樹產(chǎn)業(yè)對(duì)離子型稀土尾礦生態(tài)修復(fù)作用探討

魯向暉，張海娜，劉佳麗，金志農(nóng)

(1.南昌工程學(xué)院 江西省樟樹繁育與開發(fā)利用工程研究中心；2.水利與生態(tài)工程學(xué)院，江西 南昌 330099)

稀土是不可再生的重要戰(zhàn)略資源，被廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代工業(yè)和農(nóng)業(yè)領(lǐng)域。南方紅壤區(qū)是我國(guó)離子型稀土的主要產(chǎn)區(qū)，其中重稀土儲(chǔ)量占據(jù)全球90%的比重，主要分布于江西、福建、廣東、湖南、廣西等省(區(qū))，特別是江西省贛南地區(qū)的離子型稀土礦產(chǎn)儲(chǔ)量占全國(guó)40%的比重，素有“稀土王國(guó)”之稱，集中在龍南、定南、尋烏、信豐、安遠(yuǎn)、贛縣、全南、寧都等8個(gè)縣。上世紀(jì)70年代中期稀土資源被大面積開采，但受制于池浸和堆浸的落后開采工藝，產(chǎn)生了大量的稀土尾砂。這不但對(duì)地表植被產(chǎn)生毀滅性破壞，而且尾砂中殘留的稀土元素含量較高，在降雨的沖刷和淋濾下造成土壤和水體污染，嚴(yán)重危害礦區(qū)的人畜安全。加之池浸工藝導(dǎo)致稀土尾砂酸度高、土壤結(jié)構(gòu)破壞呈砂質(zhì)態(tài)，儲(chǔ)水性能差，尤其在夏季高溫天氣土壤水分嚴(yán)重虧缺，干熱化強(qiáng)烈，植物生存受到威脅，使廢棄稀土礦區(qū)治理成為了南方紅壤區(qū)生態(tài)修復(fù)的重點(diǎn)與難點(diǎn)問題之一。

南方紅壤區(qū)是樟屬植物的分布中心，樟屬植物不僅具有優(yōu)良的材用價(jià)值，而且富含多種精油，是當(dāng)前醫(yī)藥、食品、化工及美容領(lǐng)域的主要原材料，具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。已有研究顯示，樟屬植物具有較強(qiáng)的抗逆性，可在南方紅壤區(qū)的惡劣生境生長(zhǎng)，已被用于崩崗治理、礦區(qū)生態(tài)修復(fù)等領(lǐng)域。江西省稀土儲(chǔ)量豐富，稀土尾礦分布面積較廣，生態(tài)環(huán)境惡劣；而樟樹精油是江西省的特色產(chǎn)業(yè)，發(fā)展勢(shì)頭良好，能否將樟樹精油產(chǎn)業(yè)與稀土尾砂治理相結(jié)合，推動(dòng)稀土礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的可持續(xù)發(fā)展，提高礦區(qū)群眾經(jīng)濟(jì)收入，是本文的切入點(diǎn)。基于此，在系統(tǒng)分析稀土尾礦治理現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，論證了樟樹(C.camphora)用于稀土尾礦修復(fù)的可行性，以期為豐富稀土尾礦治理方向、推動(dòng)礦區(qū)生態(tài)治理可持續(xù)發(fā)展、助力礦區(qū)群眾脫貧提供參考。

1 稀土尾礦修復(fù)現(xiàn)狀

植物措施為主、工程措施為輔是當(dāng)前稀土尾砂生態(tài)修復(fù)的主要技術(shù)。相較于工程、土壤改良等措施，植物修復(fù)具有成本低、不破壞場(chǎng)地結(jié)構(gòu)且無二次污染等優(yōu)點(diǎn)[1]，以及不同樹種選擇將直接影響到稀土礦區(qū)尾砂的修復(fù)效果。因此，適宜植物的選用對(duì)于提升稀土礦區(qū)尾砂生態(tài)環(huán)境修復(fù)效果尤為重要。相關(guān)的治理研究工作始于上世紀(jì)90年代，劉建業(yè)等[2]最先開展了稀土尾砂堆積場(chǎng)地恢復(fù)植被的試驗(yàn)研究，之后隨著稀土尾砂引起的危害不斷受到社會(huì)關(guān)注，關(guān)于稀土尾砂生態(tài)修復(fù)的研究也逐漸增多。研究成果主要集中在適生植物的選育[3]、植物對(duì)尾砂的改良作用[4-8]等，研究結(jié)果均認(rèn)為植被措施對(duì)稀土礦區(qū)生態(tài)環(huán)境具有一定的改善作用，喬木、灌木及草本等因生態(tài)功能的不同，修復(fù)效果各異，如馬唐(Digitariasanguinalis)可用于富集稀土礦區(qū)的鋅和錳元素[9]，構(gòu)樹(Broussonetiapapyrifera)、刺槐(Robiniapseudoacacia)及桉樹(Eucalyptusrobusta)可提高贛南稀土尾礦的養(yǎng)分含量[10]。其他研究也指出，稀土礦區(qū)土壤具有沙化、貧瘠、保水保肥能力差、酸性強(qiáng)等特點(diǎn)，應(yīng)多選擇耐旱、耐酸、耐瘠薄、生長(zhǎng)迅速的禾本科、豆科、菊科、莎草科等植物作為綠化的先鋒樹種[2，6，11-12]。目前稀土尾砂上篩選出的植物，喬木主要有桉樹(E.robusta)[13]、構(gòu)樹(Bpapyrifera)[14]、木荷(Schimasuperba)、樟樹(C.Camphora)[15]，灌木有杜鵑(Rhododendronsimsii)、刺槐(R.pseudoacacia)、山茶(Camelliajaponica)、胡枝子(Lespedezabicolor)、梔子(Gardeniajasminoides)、果桑(Morusalba)、金銀花(Lonicerajaponica)，草本有芭茅(Miscanthusfloridulus)、狼尾草(Pennisetumalopecuroides)[16]、寬葉雀稗(Paspalumwetsfeteini)[17]、多年生黑麥草(Loliumperenne)、高羊茅(Festucaelata)[18]、百喜草(Paspalumnotatum)、紫珠草(Callicarpamacrophylla)，以及蕨類芒萁(Dicranopterisdichotoma)[19]、姬蕨(Hypolepispunctata)等。這些研究均集中于植物的生態(tài)適應(yīng)方面，在與礦區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展相結(jié)合、推動(dòng)區(qū)域產(chǎn)業(yè)發(fā)展的經(jīng)濟(jì)植物選育與推廣方面鮮有報(bào)道。

上述植物大多能在稀土尾砂上成活，并有一定的保存率，多年的實(shí)施效果也提高了稀土尾礦區(qū)的植被覆蓋率，生態(tài)環(huán)境得到了適度改善。根據(jù)課題組前期對(duì)江西尋烏稀土尾砂植被恢復(fù)情況的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)稀土礦尾砂區(qū)地表植被覆蓋度較高(甚至達(dá)到100%)，但是喬木層主要是桉樹，種類單一，整體長(zhǎng)勢(shì)和治理成效均不理想。究其原因可能是，當(dāng)?shù)卣鳛橹卫碇黧w，其出發(fā)點(diǎn)重點(diǎn)考慮了生態(tài)效益，忽略了經(jīng)濟(jì)效益，當(dāng)?shù)厝罕婋y以從中直接獲取經(jīng)濟(jì)收益，參與度低；礦區(qū)殘留的稀土元素隨牧草及可食用作物的種植而進(jìn)入食物鏈，存在一定的安全風(fēng)險(xiǎn)[20]；喬木往往因土壤貧瘠、保水能力差而生長(zhǎng)緩慢，形成“小老頭樹”。雖然桉樹在稀土礦區(qū)廣泛種植，但桉樹與生境的協(xié)調(diào)性差，大量消耗水分養(yǎng)分，其環(huán)境影響一直受到爭(zhēng)議，同時(shí)桉樹耐寒抗風(fēng)能力差，受寒死亡率較高?？傊?dāng)前稀土礦區(qū)的植被恢復(fù)具有投入多、產(chǎn)出少的特點(diǎn)，直接影響了群眾參與治理的積極性和政府資金的投入產(chǎn)出比，使得大面積的稀土礦區(qū)仍然處于荒蕪狀態(tài)。因此，稀土礦區(qū)植被恢復(fù)特別是與相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合是當(dāng)前具有挑戰(zhàn)性的問題。

2 樟樹分布、種類及其抗逆性

我國(guó)長(zhǎng)江流域及其以南是樟樹(C.camphora)的分布中心，自然分布于緯度N10°～34°，經(jīng)度E88°～122°之間，除西藏外的15個(gè)省(市、區(qū)，即云南、廣西、貴州、四川、重慶、湖南、湖北、江西、浙江、安徽、江蘇、上海、福建、廣東、海南)是樟樹的主要栽培區(qū)。樟樹富含精油，是香精香料[21]、藥用衛(wèi)生[22-23]和油脂化工[24]等領(lǐng)域的主要原材料來源。樟樹植物資源分布廣泛，種類豐富，主要有香樟(Cinnamomumcamphora)、黃樟(Cinnamomumporrectum.)、猴樟(Cinnamomumbodinieri)、油樟(Cinnamomumlongepaniculatum)、沉水樟(Cinnamomummicranthum)、云南樟(Cinnamomumglanduliferum)、細(xì)毛樟(Cinnamomumtenuipilum)和木姜子屬的山蒼子(Litseacubeba)等。不同的樟樹種具有不同的化學(xué)型精油組分[25]。我國(guó)天然樟樹精油產(chǎn)業(yè)的主要分布區(qū)域位于華東、華南及西南地區(qū)，特別是華東地區(qū)，是最大的分布區(qū)域，江西省作為全國(guó)樟樹香料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中心，工業(yè)原料林(芳樟、腦樟、龍腦樟、山蒼子等)的種植面積超1.33萬hm2，特別是江西省的吉安市、贛州市及金溪縣等地區(qū)，樟樹精油產(chǎn)業(yè)基本上已成為這些地區(qū)林業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)之一。

不僅如此，樟樹(C.camphora)是我國(guó)亞熱帶地區(qū)重要的鄉(xiāng)土植物，因其具有氣候適應(yīng)強(qiáng)、對(duì)土壤要求不嚴(yán)等特點(diǎn)，在一些礦區(qū)的生態(tài)修復(fù)中已有應(yīng)用。如樟樹(C.camphora)在江西德興銅礦污染土壤治理中具有富集錳、鉻、鉛、鎘等重金屬的能力[26]，并可在鎘脅迫環(huán)境下正常生長(zhǎng)[27]；是福建省大田礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的優(yōu)良樹種[28]，是鉛鋅尾礦庫(kù)治理中的推薦樹種[29]，也是退化紅壤生態(tài)修復(fù)中適宜的樹種[30]。鎘污染條件下香樟和油樟對(duì)隔吸收能力和耐性差異的研究表明，香樟幼苗比油樟幼苗具有更強(qiáng)的鎘耐受能力和脫毒能力，且香樟更適合修復(fù)污染程度更高的土壤[31]。在稀土尾砂上的初步試驗(yàn)結(jié)果也表明，相較于楓香(Liquidambarformosana)和木荷(S.superba)，樟樹(C.camphora)具有最高的水分利用效率[15]。雖然關(guān)于樟樹在稀土礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的研究成果不多，但是在稀土尾礦的綠化中已經(jīng)大量種植樟樹，這也說明了樟樹可以在稀土礦區(qū)生長(zhǎng)，且具有一定的適應(yīng)性。然而這些樟樹都是綠化用普通雜樟(主成分不突出)，雖表現(xiàn)出較高的生態(tài)價(jià)值，但雜樟經(jīng)濟(jì)價(jià)值低，難以形成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)實(shí)現(xiàn)可持續(xù)治理。如將具有高精油含量的樟樹種應(yīng)用于恢復(fù)礦區(qū)生態(tài)，可實(shí)現(xiàn)治理與經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)協(xié)同發(fā)展。

在全球氣候變暖的背景下，南方紅壤區(qū)高溫及干旱發(fā)生頻率增大[32]。在高溫脅迫下，不僅會(huì)引起植物氣孔關(guān)閉、葉綠素被破壞等生理變化，甚至?xí)?dǎo)致植物細(xì)胞程序性死亡[33]，因此季節(jié)性的高溫干旱成為限制甚至威脅植物生存的關(guān)鍵因素之一，關(guān)于樟樹對(duì)高溫干旱脅迫響應(yīng)的研究也有開展。如，高溫條件使樟樹(C.camphora)的光合速率、氣孔導(dǎo)度、蒸騰速率和水分利用效率明顯降低[34]，但與南方其他綠化樹種相比，樟樹(C.camphora)表現(xiàn)出對(duì)極端高溫較好的適應(yīng)性[35]，在短時(shí)(10min)極端高溫(48℃)條件下，香樟(C.camphora)成熟葉片的生理指標(biāo)基本未受影響[36]；在抵抗干旱方面，樟樹(C.camphora)比構(gòu)樹(B.papyrifera)耐受力更強(qiáng)[37]。樟樹幼苗在干旱發(fā)生時(shí)可通過調(diào)節(jié)葉綠素含量與水分利用情況來適應(yīng)[38]；SOD(超氧化物歧化酶)、POD(過氧化物酶)、CAT(過氧化氫酶)可相互協(xié)調(diào)有效的清除自由基，減輕干旱對(duì)細(xì)胞膜的傷害，從而增加樟樹幼苗的抗旱性[39]；通過合理的種植密度也可提高樟樹幼苗的抗旱能力[40]，以及借助育苗基質(zhì)可促進(jìn)扦插繁育優(yōu)良無性系芳樟幼苗的抗旱性能[41]。這些都說明了樟樹應(yīng)對(duì)干旱的能力很強(qiáng)，這為其在稀土尾砂的生長(zhǎng)提供了可能；且張海娜[15]等關(guān)于稀土尾砂適生植物的篩選研究表明，稀土尾砂干熱化嚴(yán)重，樟樹幼苗較桉樹、木荷和楓香幼苗具有更高的水分利用效率(WUE)，可通過提高WUE、可溶性糖和CAT來應(yīng)對(duì)高溫干旱，再次印證了將高精油含量樟樹應(yīng)用于稀土尾礦生態(tài)修復(fù)，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展的可能性。

3 樟屬植物資源開發(fā)

在樟屬植物資源開發(fā)利用方面，我國(guó)樟樹精油產(chǎn)品的生產(chǎn)和出口已經(jīng)在世界上居于重要地位[42]，經(jīng)濟(jì)效益巨大。如以檸檬醛為原料可以合成龍涎香(香水的定香劑)，銷售價(jià)格與黃金等價(jià)，檸檬醛合成的香紫蘇醇(>95%，香精、香料、香煙、化妝品、保健食品、食品添加劑)價(jià)格為850元/kg，是檸檬醛成本的8倍[43]；以黃樟素為原料合成的胡椒基丁醚(在以天然除蟲菊為基礎(chǔ)配制的殺蟲劑中作為增效劑)，可使殺蟲劑的藥效呈幾倍、幾十倍地增加；以黃樟素為原料合成的洋茉莉醛不僅是化妝品、香水、皂用等調(diào)合時(shí)的主劑，還是電鍍工業(yè)和農(nóng)藥的增效劑[44]。目前天然香樟、猴樟、黃樟、細(xì)毛樟資源已非常稀缺，國(guó)內(nèi)外對(duì)樟樹精油原料的需求量與日俱增，2017年我國(guó)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)檸檬醛銷售規(guī)模為0.82萬t，但其市場(chǎng)滿足率僅有26.54%[45]。近年來通過人工造林及矮林提油規(guī)模發(fā)展迅速，僅江西省需要種苗量約2000萬株/a，在5a經(jīng)營(yíng)周期內(nèi)，第3年開始即可產(chǎn)生效益，第4年經(jīng)濟(jì)效益達(dá)到穩(wěn)定[46]。因此，大面積推廣種植高精油含量的優(yōu)良樟樹，具有很大的市場(chǎng)需求空間。

近年來通過人工造林發(fā)展樟樹工業(yè)原料林獲得了較好經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益，矮林密植、割取枝葉提取精油是樟樹工業(yè)原料林集約化生產(chǎn)和經(jīng)營(yíng)的重要發(fā)展方向之一，優(yōu)良種苗的繁殖對(duì)于產(chǎn)業(yè)的發(fā)展至關(guān)重要。在樟樹的無性繁殖和栽培技術(shù)方面已經(jīng)取得了階段性的成果[47-48]，為優(yōu)良樟樹的推廣繁育提供了技術(shù)保障。因此，開展多化學(xué)型高岀油率、高主成分含量、高生物量的“三高型”樟樹的推廣與種植，對(duì)于精油產(chǎn)業(yè)的發(fā)展、精油市場(chǎng)價(jià)格的穩(wěn)定將起到重要作用。

在江西省已發(fā)現(xiàn)樟樹的化學(xué)型有芳樟醇型、樟腦型、桉油素型、異橙花叔醇型和龍腦型5種[49]；猴樟(C.bodinieri)[50]和湖北樟(C.bodinieriLévl.var.hupehanum)[51]具有2種化學(xué)型；黃樟(C.porrectum)已發(fā)現(xiàn)至少具有5個(gè)化學(xué)類型[52]；分布于云南西雙版納的細(xì)毛樟(C.tenuipilum)化學(xué)型則有12種之多[53]；這些化學(xué)型的研究發(fā)現(xiàn)，為江西省樟油加工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造了良好的基礎(chǔ)。目前發(fā)展樟樹種植和樟油生產(chǎn)已經(jīng)成為江西、福建、廣西等省份縣域經(jīng)濟(jì)的重要組成部分，甚至已成為江西省的特色產(chǎn)業(yè)，正以矮林作業(yè)模式大面積種植。贛南稀土礦區(qū)氣候條件優(yōu)越，荒蕪?fù)恋孛娣e較大，生態(tài)修復(fù)及經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型發(fā)展需求緊迫，這些都為在稀土礦區(qū)發(fā)展香料用樟樹植物精油產(chǎn)業(yè)提供了可能。

同時(shí)，贛州市現(xiàn)有的香料企業(yè)通過“公司+基地+農(nóng)戶”“合作社+基地+農(nóng)戶”等模式經(jīng)營(yíng)，農(nóng)戶與公司簽訂原料上門收購(gòu)合同，實(shí)行最低保護(hù)價(jià)收購(gòu)，產(chǎn)業(yè)的發(fā)展不但幫助當(dāng)?shù)剞r(nóng)民就近就業(yè)，而且增加了農(nóng)民的收入，實(shí)現(xiàn)了香料香精產(chǎn)業(yè)發(fā)展與農(nóng)戶增收的雙贏局面。稀土礦區(qū)治理可從中獲得借鑒，走出一條生態(tài)修復(fù)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展相結(jié)合的可持續(xù)發(fā)展之路。

4 結(jié)論與建議

在稀土礦尾砂治理中，政府部門是唯一的參與者，雖然多年的治理工作在提高礦區(qū)植被覆蓋度、減少土壤流失方面取得了顯著的效果，但是現(xiàn)有的治理模式和出發(fā)點(diǎn)過多的強(qiáng)調(diào)了社會(huì)效益及生態(tài)效益，忽略了經(jīng)濟(jì)效益，使當(dāng)?shù)厝罕姷膮⑴c性不高，難以形成生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益協(xié)同發(fā)展的局面。尋找一種既具有良好的生態(tài)治理功能、又具有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的植物來治理稀土尾砂，形成政府主導(dǎo)、群眾積極參與的稀土礦區(qū)治理模式勢(shì)在必行。

因此，將江西省的特色產(chǎn)業(yè)香料用樟樹用于稀土礦區(qū)治理，不僅具有恢復(fù)植被、保持水土的生態(tài)效益，而且可獲得較高的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出，再加上樟樹枝葉精油采用蒸餾法提取，其有害物質(zhì)不進(jìn)入食物鏈，在生產(chǎn)上具有一定的安全性。但是贛南稀土礦區(qū)自然條件惡劣，季節(jié)性高溫干旱頻發(fā)，可能會(huì)引起香料用樟屬植物的生長(zhǎng)受阻，生物量累積緩慢，精油產(chǎn)量降低等，進(jìn)而影響經(jīng)濟(jì)收益。因此，篩選出對(duì)稀土尾砂適應(yīng)性強(qiáng)的高精油含量樟屬植物，研究稀土尾砂非生物因素對(duì)香料用樟屬植物生長(zhǎng)的影響，以及樟樹高效種植技術(shù)等問題，還需經(jīng)過試驗(yàn)系統(tǒng)解決。如果這些問題得以解決，對(duì)于提高群眾參與稀土尾砂治理的積極性、推進(jìn)稀土礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的可持續(xù)經(jīng)營(yíng)將取得全新突破，也是推動(dòng)山區(qū)產(chǎn)業(yè)發(fā)展、推進(jìn)鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略的重要實(shí)踐。