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Value assessment and improvement application path of pioneer plant resources in saline-alkali land of Shandong Province

  • SUN Jingqi ,
  • HUANG Jing ,
  • LI Yongqing ,
  • LIU Wenxuan ,
  • LONG Junying ,
  • LI Jing
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  • Shandong Agricultural Engineering College, Jinan 250100, China

Received date: 2025-01-06

  Online published: 2025-11-28

Abstract

The characteristics of saline-alkali land in Shandong Province, the types of pioneer plants and their corresponding values, and proposes application strategies of pioneer plants in the improvement of saline-alkali land were analyzed. The saline-alkali land in the study area is widely distributed, large in area and diverse in type, mainly including two types: inland saline-alkali land in the Yellow River and coastal saline-alkali land. The pioneer plants in the study area have characteristics such as salt and alkali tolerance and strong stress resistance. They are diverse in species, covering Gramineae, Fabaceae, Iridaceae, Amaranthaceae, Tamariaceae, etc., such as Amorpha fruticosa, Cynodon dactylon, etc. Typical pioneer plants in saline-alkali land possess ecological values such as improving salinized soil, enhancing soil fertility, and restoring fragile ecosystems, as well as direct and indirect economic values. Based on this, suggestions such as strengthening the ecological protection system construction of pioneer plants, building an excellent germplasm resource bank, intensifying the publicity and education on the value of pioneer plants, and deepening the scientific research exploration of the functional value of pioneer plants are put forward, providing references for the efficient utilization of pioneer plants for the restoration of saline-alkali land.

Cite this article

SUN Jingqi , HUANG Jing , LI Yongqing , LIU Wenxuan , LONG Junying , LI Jing . Value assessment and improvement application path of pioneer plant resources in saline-alkali land of Shandong Province[J]. Anhui Agricultural Science Bulletin, 2025 , 31(22) : 87 -91 . DOI: 10.16377/j.cnki.issn1007-7731.2025.22.018

作为耕地后备资源,盐碱地的综合开发利用具有重要的现实意义[1-2]。先锋植物具有耐瘠薄、改良土壤等特性,能在恶劣环境中生存,对生态恢复有一定作用,为改良盐碱土壤提供了新路径。目前,关于先锋植物的研究主要集中于其生态修复功能方面,如金属矿区废弃地的生态重建[3]、防风固沙工程[4]以及水土流失治理[5]等。目前,针对如何全面挖掘并利用先锋植物的多重价值,更有效地推进盐碱地修复工作,同时提出具体可行的策略建议的相关研究报道较少。山东省盐碱地主要包括沿黄内陆盐碱地和滨海盐碱地两种类型。为提高土地利用效率和改善生态环境质量,加强对滨海盐碱地的综合治理显得尤为重要[6-7]。因此,保护、开发和利用盐碱土地资源,改良和修复盐碱土壤,对于促进区域经济和农业可持续发展具有重要意义。本文分析了研究区的自然环境与盐碱地概况以及先锋植物的种类及价值,提出了先锋植物在盐碱地改良中的应用建议,为先锋植物在盐碱地修复与治理工作中的高效利用提供参考。

1 研究区自然环境与盐碱地概况

研究区位于中国东部海岸线与黄河下游区域,地形地貌以平原和丘陵为主。该地气候温和,四季分明,属温带季风气候区;夏季高温多雨,降水较为集中;冬季寒冷干燥,雨雪稀少。研究区土壤类型主要有棕壤、褐土、潮土、砂姜黑土、盐碱土和水稻土等。其中,盐碱土会导致土壤板结、结构不良、有效养分缺乏等问题,进而影响作物生长发育。
研究区盐碱地总面积约59.33万hm2,约占山东陆域总面积的3.8%,集中分布在东营、滨州、潍坊和德州等地[8]。沿黄内陆盐碱地经过多年改良和治理,盐碱化程度明显降低,利用率较高,以中轻度盐碱地为主[9]。滨海盐碱地由于地下水位浅、地表水滞留,土壤表层盐渍化严重,利用率相对较低[10]

2 研究区典型先锋植物种类

先锋植物是指在群落演替中最先出现,可在某种特定环境下正常生长的植物,具有存在时间短、成熟早、生长快和繁殖率高等特点。在荒漠、盐碱地等逆境生态条件下,先锋植物表现出强大的适应能力,能够适应极端生境并改良土壤质地、水分状况等,为其他植物幼苗生长及植物群落演替等创造了良好条件[11-12]
研究区先锋植物种类繁多,涵盖了禾本科、豆科、鸢尾科、苋科、柽柳科等多个科,主要包括草本植物、灌木、乔木,以及苔藓地衣、藻类等。针对生态环境脆弱区域的修复需求,依据先锋植物的生理特性与功能进行精准选择,是确保修复治理措施有效执行、提升治理成效的关键环节[13-14]。由表1可知,在重金属含量较高的尾矿区,可选用紫穗槐(Amorpha fruticosa)、狗牙根(Cynodon dactylon)、白茅(Imperata cylindrica)等高转移、高富集系数的先锋植物;在盐渍化土壤地区,可选用碱蓬(Suaeda glauca)、盐角草(Salicornia europaea)、柽柳(Tamarix chinensis)、苜蓿(Medicago sativa)等耐盐性先锋植物;在受到严重污染的水体中,可使用芦苇(Phragmites australis)、菖蒲(Acorus calamus)、狐尾藻(Myriophyllum verticillatum)等高耐受性水生先锋植物。
表1 研究区主要的先锋植物种类
植物名称 植物生长类型 生物学特性

刺槐

Robinia pseudoacacia

豆科(Fabaceae) 刺槐属(Robinia 落叶乔木 耐寒、耐旱、耐贫瘠
白茅(Imperata cylindrica 禾本科(Gramineae) 白茅属(Imperata 多年生草本 喜光、耐贫瘠、耐水淹、耐旱

二色补血草

Limonium bicolor

白花丹科(Plumbaginaceae) 补血草属(Limonium 多年生草本 喜光、耐旱、耐碱
杜仲(Eucommia ulmoides 杜仲科(Eucommiaceae) 杜仲属(Eucommia 落叶乔木 耐寒、耐旱

花椒

Zanthoxylum bungeanum

芸香科(Rutaceae) 花椒属(Zanthoxylum 多年生落叶小乔木 喜光、耐旱
柽柳(Tamarix chinensis) 柽柳科(Tamaricaceae) 柽柳属(Tamarix 落叶灌木或小乔木 喜光、耐热、耐寒、耐盐碱
毛白杨(Populus tomentosa 杨柳科(Salicaceae) 杨属(Populus 落叶乔木 喜光、耐旱、耐碱
盐角草(Salicornia europaea 苋科(Amaranthaceae) 盐角草属(Salicornia 一年生草本 耐旱、耐水湿、耐盐碱
黑松(Pinus thunbergii 松科(Pinaceae) 松属(Pinus 常绿乔木 喜光、耐旱、耐瘠薄
苜蓿(Medicago sativa 豆科(Fabaceae) 苜蓿属(Medicago 多年生草本 喜光、耐寒、耐旱、耐盐碱
芦苇(Phragmites australis 禾本科(Gramineae) 芦苇属(Phragmites 多年生草本 喜湿、耐寒
甘草(Glycyrrhiza uralensis 豆科(Fabaceae) 甘草属(Glycyrrhiza 多年生草本 喜光、抗旱、耐盐
忍冬(Lonicera japonica 忍冬科(Caprifoliaceae) 忍冬属(Lonicera 多年生草本 耐旱、耐涝
紫穗槐(Amorpha fruticosa 豆科(Fabaceae) 紫穗槐属(Amorpha 多年生草本 耐寒、耐旱、耐湿、耐盐碱、抗风沙、抗逆
狗牙根(Cynodon dactylon 禾本科(Gramineae) 狗牙根属(Cynodon 多年生草本 耐热、耐旱

狐尾藻

Myriophyllum verticillatum

小二仙草科(Haloragaceae) 狐尾藻属(Myriophyllum 多年生沉水草本 喜水耐湿、耐寒
碱蓬(Suaeda glauca 苋科(Amaranthaceae) 碱蓬属(Suaeda 一年生草本 喜高温、耐盐碱、耐贫瘠
野大豆(Glycine soja 豆科(Fabaceae) 大豆属(Glycine 一年生草本 喜水耐湿、抗逆、耐盐碱、抗寒
菖蒲(Acorus calamus 菖蒲科(Acoraceae) 菖蒲属(Acorus 多年生草本 喜水耐湿、抗逆、耐盐碱
苦草(Vallisneria natans 水鳖科(Hydrocharitaceae) 苦草属(Vallisneria 一年生草本 喜湿、耐寒

3 先锋植物典型价值

3.1 生态价值

3.1.1 改善盐渍化土壤

先锋植物具备独特的适应能力,可耐受高盐分土壤环境,并通过多重机制缓解盐碱环境造成的不利影响;此外,在盐碱地广泛种植抗盐性植物,能有效抑制土壤反盐[15]。根据抗盐机理的不同,盐生植物可分为3类:假盐生植物、真盐生植物和泌盐盐生植物。假盐生植物主要有芦苇、沙蒿(Artemisia desertorum)等,该类盐生植物是将盐离子积聚在液泡和根系木质部组织中,以维持高渗透压,赋予其抗盐性[16];真盐生植物主要有碱蓬、盐角草等,通过将盐离子积累在肉质化组织和液泡中,以适应盐渍环境[17]。泌盐盐生植物主要有野大豆等,其主要依赖叶片或茎上的盐腺进行泌盐,当盐分摄入过多时,盐分被储存在盐囊泡内,一旦盐囊泡内盐分积累至一定水平,盐囊泡会破裂将盐分释放至体外。这种排盐机制能有效减少盐分在细胞内的积累,防止盐分对植物造成伤害[18]

3.1.2 增强土壤肥力

王梦洁[19]、毅勃勒[20]研究表明,先锋植物的根系较普通植物发达,须根数量更多,且发育速度更快。土壤中交织穿插的细根可形成更大根表面积,既能提升土壤表面粗糙度,又能增强土壤凝聚力,进而实现更优的土壤加固效果[21]。根系网络能够改善土壤的物理结构,增加土壤的通气性和透水性,有利于土壤保水保肥能力的提高。盐碱地区的土壤较为松散,易受风蚀和水蚀[22]。植物的根系和枝叶能有效固定土壤颗粒,防止水土流失。种植先锋植物能够迅速增加盐碱地的地表覆盖,减少裸露的土壤面积,从而降低风蚀和水蚀的可能性。研究区部分地区,如潍坊、东营等地广泛种植刺槐、杨树等先锋树种混交林,一定程度上改善了当地的生态环境。

3.1.3 修复脆弱生态系统

受污染环境仅依赖自然演替过程实现恢复的时间极为漫长,且最终的恢复效果不理想,难以达到预期修复目标。在矿区、工业废弃地、退化草地等脆弱环境中,先锋植物能够通过其独特的生长方式和生态功能帮助生态系统逐步恢复。例如,紫花苜蓿具有生长快速、适应性强、生物量大等优势,能够有效吸收土壤中的Zn、Cr和Cu等重金属离子[23-24],通过植物内部的转运作用将大部分金属离子从根部运输到地上部分,通过收割植物地上部分可减少土壤重金属含量[25]。此外,菊科、鸢尾属植物等在抗重金属方面具有一定优势,可作为重金属污染土壤修复植物,降低污染区域污染物的浓度和毒性。

3.1.4 维护生物多样性

先锋植物具有适应性强、生长速度快等特点,能率先在荒芜、退化或受损的土地上生长繁殖,为其他植物和动物的迁入创造条件。毛白杨作为速生先锋树种,能在受损或新生生态系统中率先扎根[26]。其生长和繁衍吸引了众多物种的迁入,如攀缘植物、灌木、草本等,共同构建复杂的植物群落,明显增强了生态系统的多样性与稳定性。邱梦琪等[27]研究发现,芦苇以大片密集群丛的形成,构建了独特的湿地生态系统,不仅为众多水生和湿生植物提供了生长空间,还为多种鸟类物种提供了栖息和繁衍环境。

3.2 经济价值

在研究区盐碱地的综合治理实践中,先锋植物不仅具有直接的经济价值,如食用资源的丰富性、药用潜力及工业原料的广泛应用,还展现出间接的经济潜力,如生态旅游和碳汇交易等[28-29]。研究区多地推广种植先锋植物,此举不仅改善了生态环境质量,更为地方经济的多元化发展开辟了新路径。王毅等[30]研究表明,通过广泛种植柽柳等先锋植物,山东潍坊的土壤盐渍化程度明显降低,一定程度上解决了沿海地区生态绿化的难题,改善了盐碱地的生态环境。除了生态价值外,柽柳也具有较高的经济价值。该植物是肉苁蓉的寄主植物,良好的蜜源植物以及编织农具的优良材料,其枝叶富含蛋白质、脂肪和黄酮类,具有抑菌抗炎、DNA损伤修复、抗氧化等作用[31-32]。此外,生长3年后的柽柳可作为优质薪材。因此,深入挖掘并合理利用先锋植物的经济价值,对于推动盐碱地的可持续利用具有重要意义。

4 先锋植物在盐碱地中的应用策略

4.1 建立生态保护区

针对盐碱地生态脆弱等问题,建立生态修复保护区是关键应对手段之一,其能加速盐碱地治理进程,有效降低人为活动对生态系统的干扰强度,为生态恢复提供稳定环境。深入调研土壤与植被现状,依据区域生态现状,科学规划与精准施策,如科学划定保护区范围,合理布局生态功能区;建立健全管理制度,构建生态监测系统,强化科学管理,定期评估保护成效,及时调整策略,优化保护措施。此外,作为科研教育基地,生态保护区能吸引科研人员探索恢复技术,并示范应用,在此可开展公众教育活动,提升环保意识,共同推动先锋植物生态恢复区域的可持续发展。

4.2 构建先锋植物种质资源库

构建先锋植物种质资源库,详尽收录适应性强的先锋植物信息,包括生长习性、抗逆性、生态价值及成功种植案例等。这不仅为科学研究提供宝贵资源,也为盐碱地生态恢复项目提供参考依据。通过设立专门监测站点,采用遥感、无人机等现代技术手段,定期监测先锋植物的生长状况、种群动态及环境因子变化,及时评估其生态效果与适应性。

4.3 构建先锋植物保护体系

建立健全法律法规体系是保障先锋植物资源及其所在盐碱地生态环境,促进农业可持续发展的重要基石。现阶段多种野生先锋植物可能遭受不合理的开发利用,且保护机制有待健全。针对当前保护与利用中的不足,应结合地方实际,逐步完善先锋植物资源保护的地方性法规和实施细则,建立健全定期检查与评估监督机制。此外,鼓励公众参与监督,可增强其对于先锋植物资源保护的意识;设立信息公开平台,定期向社会公开先锋植物资源的开发进展、生态效果及存在的问题。

4.4 加大宣传教育力度

为增强公众对先锋植物的认识与保护意识,合理利用先锋植物资源,需采取以下措施。积极制作海报、手册等宣传资料,详细介绍先锋植物的特征与价值;举办专家讲座与实地培训,向公众传授相关知识;组织社区活动,鼓励公众参与盐碱地先锋植物生态治理项目,提高对先锋植物应用的理解与认识,构建良好合作体系;利用社交媒体、网站等平台发布信息,制作科普视频,提高公众认知;展示先锋植物在生态治理中的成功案例,深化公众对其生态价值的认识。此外,应充分发挥新闻媒体的导向作用,强化公众对先锋植物生态及经济价值的认知。针对先锋植物中的入侵类群,为防范其生态风险,需对公众开展系统教育,重点培养其对入侵先锋植物的识别能力,进而提升综合应对能力。

4.5 深化先锋植物科研探索

为充分发掘盐碱地先锋植物的生态潜能与经济价值,需深入探索其生理特性。鼓励相关单位和研究团队积极优化研究方法和技术手段,构建数据共享平台,推动研究数据的公开与共享;充分利用大数据分析技术,深入挖掘盐碱地植物的生理特性和适应机制。加强科研机构、高校、企业等多方面的合作,挖掘盐碱地先锋植物创新利用方向,实现资源共享与成果互惠。例如,利用芦苇、盐角草等盐生植物制备生物炭,将芦苇转化为环保乙醇燃料,以及从盐角草中提取纤维素生产生物塑料等。加强盐碱地综合利用研究的资金投入与产业扶持,专门设立奖补资金用于盐碱地综合利用技术的研发与创新,重点支持通过良种繁育等生物措施改良盐碱地。聚焦盐碱地管理关键环节,鼓励和引导金融机构充分发挥金融支持作用,为盐碱地管理和农产品生产上下游产业链提供服务,加快盐碱地的综合利用。

4.6 扩大先锋植物实际应用

结合先锋植物生态修复、物理、化学方法,制订综合治理方案。强调“以种适地”与“以地适种”并重,结合盐碱地资源开发,发展特色种植、生态养殖及乡村旅游,寻求改良利用与生态保护的最佳融合;示范并推广盐碱地中药材的绿色高效生产技术,促进新品种、新技术、新模式的推广应用。例如,在城市绿化中,使用先锋植物进行快速覆盖,改善城市生态环境;在水体治理中,使用先锋植物净化水质,恢复水体生态。经济应用层面,碱蓬、枸杞、芦笋等可经简易包装与初级加工后售卖;芦苇制成的纸张则具有更高的结实度与耐用性,具备实用价值。

5 结语

本文对研究区盐碱地特征以及先锋植物的种类及价值进行深入分析,并提出先锋植物在盐碱地改良中的应用建议,总结出先锋植物在盐碱地治理中具有多维生态价值,包括改善盐渍化土壤、增强土壤肥力、修复脆弱生态系统等生态价值,以及药用潜力等经济价值,提出了建立生态保护区、构建先锋植物种质资源库、构建先锋植物保护体系等应用建议,为先锋植物在盐碱地改良与修复中的应用提供参考。
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