多功能性植物在土壤保護與改良中的應用

摘 要：土壤是地球上重要的資源之一，對生態(tài)系統(tǒng)和人類生存至關重要。然而，由于人類活動（如農(nóng)業(yè)實踐、城市化和工業(yè)化等）的影響，全球土壤退化問題日益嚴重。探討了多功能性植物的選擇與特點，闡述了多功能性植在土壤保護、改良中的應用，并通過案例研究，介紹了多功能性植物在護坡工程和土壤重金屬修復中的應用，為土壤保護與改良提供一定的理論支持和實踐指導。

關鍵詞：多功能性植物；土壤保護；土壤改良

中圖分類號：S156 文獻標志碼：B 文章編號：2095–3305（2024）02–00-03

土壤退化會導致土壤質(zhì)量和功能下降，包括侵蝕、污染、酸化和鹽堿化等，不僅會降低農(nóng)作物產(chǎn)量，還會損害水土保持和生物多樣性。土壤退化還會對水資源和氣候變化產(chǎn)生負面影響。因此，保護和改良土壤是重要挑戰(zhàn)之一。

研究表明，多功能性植物在土壤保護與改良中可以起到較好的效果[1]。此外，相關部門可采取措施，如合理利用農(nóng)藥和化肥、推廣有機農(nóng)業(yè)、實施水土保持措施等，實現(xiàn)土壤的改良與保護，從而提高農(nóng)作物產(chǎn)量，維持生態(tài)系統(tǒng)健康，減少水資源浪費和污染，緩解氣候變化的影響。

1 多功能性植物的選擇及其特征

1.1 多功能性植物的定義和分類

多功能性植物是指具有多種功能和用途的植物，包括但不限于土壤保護與改良、生態(tài)修復、生物多樣性維護等。根據(jù)其功能和用途的不同，多功能性植物可以分為以下幾類。

（1）土壤保護植物。土壤保護植物能夠形成茂密的植被，并能有效阻止雨水的直接沖刷，減少土壤侵蝕和水土流失的風險。常見的土壤保護植物包括草本植物、灌木和喬木等。

（2）土壤改良植物。土壤改良植物通過根系分泌物和殘留物的降解，能夠改善土壤的物理、化學和生物學性質(zhì)，提高土壤的肥力和保水能力。常見的土壤改良植物包括豆科植物、禾本科植物和薔薇科植物等。

（3）生態(tài)修復植物。生態(tài)修復植物能夠修復受損的生態(tài)系統(tǒng)，恢復植被覆蓋和生物多樣性，提高土壤的生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常見的生態(tài)修復植物包括濕地植物、沙漠植物和河岸植物等。

1.2 多功能性植物的選擇要求

在選擇多功能性植物時，需要考慮以下5個要求。（1）適應性。植物應具有較強的適應性，能夠適應不同的土壤類型、氣候條件和生境環(huán)境。（2）生長速度。植物的生長速度應較快，能夠快速形成植被覆蓋，提供土壤保護和改良效果。（3）根系結(jié)構(gòu)。植物的根系結(jié)構(gòu)應發(fā)達，能夠有效地固定土壤，防止水土流失和侵蝕。（4）耐旱抗寒性。植物應具有較強的耐旱抗寒性，能夠在干旱和寒冷條件下正常生長，以此保護土壤。（5）生態(tài)功能。植物應具有豐富的生態(tài)功能，能夠提供棲息地和食物來源，維護生物多樣性[2]。

1.3 多功能性植物的特征及其對土壤的影響

多功能性植物具有以下幾個特征，并能夠?qū)ν寥喇a(chǎn)生積極的影響。（1）根系發(fā)達。多功能性植物的根系發(fā)達，能夠深入土壤，增加土壤結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，減少土壤侵蝕和水土流失的風險。（2）土壤保護。多功能性植物能夠形成茂密的植被，阻止雨水的直接沖刷，減少土壤侵蝕和水土流失。（3）土壤改良。多功能性植物可以通過根系分泌物降解殘留物，改善土壤的物理、化學和生物學性質(zhì)，以此提高土壤的肥力和保水能力。（4）生態(tài)修復。多功能性植物能夠修復受損的生態(tài)系統(tǒng)，恢復植被覆蓋和生物多樣性，提高土壤的生態(tài)功能和生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2 多功能性植物在土壤保護中的應用

2.1 護坡與防風固沙

多功能性植物通常具有發(fā)達的根系，根系可以穿透土壤深入地下，形成復雜的根網(wǎng)結(jié)構(gòu)，對土壤固結(jié)起著重要作用。多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)可提高土壤的抗沖刷能力，防止土壤的侵蝕、流失。多功能性植物的根系還可以增加土壤的穩(wěn)定性，減少土壤的松散程度，提高土壤的抗風能力。根系的發(fā)達和復雜結(jié)構(gòu)可以增加土壤的黏結(jié)力和內(nèi)聚力，使土壤顆粒之間更緊密地結(jié)合在一起，從而增強土壤的整體穩(wěn)定性。

此外，多功能性植物具有生物防護作用，可以防止土壤的侵蝕和流失。多功能性植物通常具有茂密的枝葉和樹干，可以形成一道天然的屏障，阻擋風沙的沖擊力，減少風沙對土壤的侵蝕作用。同時，多功能性植物可以吸收大量水分，減少土壤中的水分含量，從而減輕土壤的負荷，提高土壤的穩(wěn)定性。通過多功能性植物的生物防護作用，多功能性植物可以有效地保護護坡和固沙，從而防止土壤的侵蝕和流失。

2.2 水土保持與抗旱

多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)對于水土保持起著重要的作用。多功能性植物具有發(fā)達的根系，能夠深入土壤中，增加土壤的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，防止土壤侵蝕。同時，多功能性植物的根系還能夠增加土壤的持水能力，減少水分的蒸發(fā)和流失，提高土壤的保水性能。

此外，多功能性植物具有較強的耐旱特性，使其能夠在干旱條件下生存和生長。多功能性植物的耐旱特性和抗旱機制主要包括以下5個方面。（1）節(jié)水機制。多功能性植物可以通過調(diào)節(jié)氣孔的開閉減少水分的蒸發(fā)，降低水分的損失。它們的葉片具有厚實的表皮和多層的角質(zhì)層，能夠減少水分的蒸散。（2）深根系。多功能性植物的根系能夠深入土壤中，獲取更深層的水源，減少對表層土壤水分的依賴，提高抗旱能力。（3）蓄水能力。多功能性植物的根系能夠儲存水分，形成水分儲備，以應對干旱脅迫。（4）抗氧化能力。多功能性植物能夠產(chǎn)生抗氧化物質(zhì)，減少氧化損傷，提高細胞的抗旱能力。（5）調(diào)節(jié)生長機制。多功能性植物能夠調(diào)節(jié)生長和發(fā)育過程中的代謝活動，以適應干旱條件下生長發(fā)育的需求。

3 多功能性植物在土壤改良中的應用

3.1 有機質(zhì)積累與土壤肥力提升

（1）多功能性植物具有較高的生物量積累能力，這主要是通過光合作用將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化為有機物質(zhì)，其中包括碳水化合物、蛋白質(zhì)和脂肪等。這些有機物質(zhì)在植物體內(nèi)合成和積累并形成生物質(zhì)。隨著植物的生長和發(fā)育，這些有機物質(zhì)會不斷地輸入到土壤中，成為土壤有機質(zhì)的重要來源而改善土壤的肥力狀況。土壤可以提供植物生長所需的養(yǎng)分，如氮、磷、鉀等能改善土壤的物理和化學性質(zhì)。此外，土壤有機質(zhì)還可以增加土壤的保水性和保肥能力，提高土壤的肥力狀況。

（2）多功能性植物的根系分泌物也可以促進土壤肥力的提升。多功能性植物的根系分泌物包括有機酸、酶類、激素等物質(zhì)，能夠促進土壤中養(yǎng)分的釋放和轉(zhuǎn)化，增加土壤的肥力。同時，這些分泌物還能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)，增加土壤的通透性和保水性，提高土壤的保肥能力。多功能性植物的根系分泌物還可以促進土壤中養(yǎng)分的釋放和轉(zhuǎn)化，溶解土壤中的礦物質(zhì)，釋放出磷、鐵、鋅等養(yǎng)分以供植物吸收利用[3]。

3.2 改善土壤結(jié)構(gòu)與重金屬修復

多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)具有較強的穿透力和分散力，能夠改善土壤的結(jié)構(gòu)。多功能性植物的根系能夠穿透土壤，疏松土壤的緊密結(jié)構(gòu)，增加土壤的通氣性和透水性。同時，多功能性植物的根系還能夠分泌黏土膠體、黏土膠體和有機物質(zhì)，促進土壤顆粒的結(jié)合，形成良好的土壤結(jié)構(gòu)。改善后的土壤結(jié)構(gòu)可以增加土壤的孔隙度和孔隙連通性，提高土壤的通氣性和透水性，有利于植物的根系生長和養(yǎng)分的吸收。

此外，多功能性植物具有吸附和蓄積重金屬的能力，可以用于修復受重金屬污染的土壤。多功能性植物的根系能夠吸附土壤中的重金屬離子，將其固定在根系表面或體內(nèi)，減少其在土壤中的活動性，從而修復受污染的土壤。這種累積和遷移的過程可以減少土壤中重金屬的含量，修復受污染的土壤。

3.3 抑制土壤侵蝕與涵養(yǎng)土壤水分

在土壤改良領域，多功能性植物的應用對于抑制土壤侵蝕和保持土壤水分具有重要意義。多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)是防止土壤侵蝕的關鍵。它們通常具有發(fā)達的根系系統(tǒng)，能夠深入土壤深層，形成穩(wěn)固的土壤結(jié)構(gòu)。這種結(jié)構(gòu)能夠有效地固定土壤顆粒，防止因雨水沖刷或風力侵蝕而造成的土壤流失。例如，一些深根植物如白蠟樹和沙柳，它們的深根系可以在土壤中形成復雜的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，從而增強土壤的穩(wěn)定性，減少土壤流失。

多功能性植物的地上部分也能夠起到遮陰和保護土壤的作用。茂密的植被能夠減緩雨水對土壤的沖擊力，防止土壤因沖刷而流失。尤其是在山坡地和沙漠化地區(qū)，種植多功能性植物能夠有效地減少水土流失，保護土壤資源，維護生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定和平衡。

3.4 維護生物多樣性與生態(tài)平衡

在土壤改良中，多功能性植物的應用不僅能夠改善土壤質(zhì)量，還能夠維護生物多樣性并促進生態(tài)平衡的形成。多功能性植物種植的多樣性本身就能夠促進生物多樣性的維護。在種植過程中，選擇適應當?shù)丨h(huán)境的不同種類植物，可以提供不同的生境和食物來源，吸引不同種類的昆蟲、鳥類等動物棲息繁衍，從而豐富了生物多樣性。

同時，多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)和地上部分形成的植被能為土壤提供了更為豐富的生態(tài)環(huán)境。根系結(jié)構(gòu)的復雜性為土壤微生物提供了更多的棲息空間和養(yǎng)分來源，促進了土壤微生物的多樣性和活性，有利于土壤養(yǎng)分循環(huán)和有機物質(zhì)的降解。通過根系分泌物和殘根的降解，多功能性植物能夠改善土壤的微生物群落結(jié)構(gòu)，增加土壤中有益微生物的數(shù)量和活性，有利于土壤養(yǎng)分的礦化和有機物質(zhì)的降解，促進土壤生態(tài)系統(tǒng)的健康發(fā)展。

此外，茂密的植被覆蓋不僅能夠減少土壤侵蝕和水分蒸發(fā)，還為土壤表層提供了更為穩(wěn)定的生態(tài)環(huán)境，有助于各類生物的棲息繁衍，促進了土壤生態(tài)系統(tǒng)的形成和良性發(fā)展。

4 多功能性植物在土壤保護與改良中的案例

4.1 案例一：多功能性植物在護坡工程中的應用

由于山區(qū)地勢陡峭，土壤容易發(fā)生滑坡和坍塌等問題，給土地利用和人類安全帶來了很大的威脅。為了解決這一問題，研究人員選擇了一種多功能性植物進行護坡工程。利用紫花苜蓿的多功能性植物進行護坡工程。紫花苜蓿是一種具有深根系和強大生長力的植物，能夠有效地固定土壤，防止土壤侵蝕和滑坡。在一處山坡上進行了試驗，將紫花苜蓿種植在坡面上，并觀察了其對土壤保護的效果。測量了紫花苜蓿根系的深度和密度，并對土壤的侵蝕程度進行了評估。結(jié)果表明，紫花苜蓿的根系深度達到了1.5 m，根系密度較高，這使得紫花苜蓿能夠有效地固定土壤，防止土壤的滑坡和坍塌。同時，紫花苜蓿的根系還能夠吸收土壤中的水分和養(yǎng)分，提高土壤的保水性和肥力。通過對比試驗區(qū)和對照區(qū)的土壤侵蝕情況，研究發(fā)現(xiàn)，在紫花苜蓿種植區(qū)，土壤侵蝕程度明顯降低，這表明紫花苜蓿在護坡工程中具有良好的土壤保護效果[4]。

4.2 案例二：多功能性植物在土壤重金屬修復中的應用

土壤中的重金屬污染是嚴重的環(huán)境問題之一，對人類健康和生態(tài)系統(tǒng)造成了很大的威脅。為了解決土壤重金屬污染問題，研究人員選擇了擬南芥這種多功能性植物進行土壤重金屬修復。擬南芥是一種耐鹽堿和重金屬的植物，能夠吸收土壤中的重金屬，并將其轉(zhuǎn)移到地上部分，從而減少土壤中的重金屬含量。研究人員在一處受重金屬污染的土壤中進行了試驗，將擬南芥種植在污染土壤中，并觀察了其對土壤重金屬修復的效果。測定了擬南芥地上部分和地下部分的重金屬含量，并對土壤的重金屬污染程度進行了評估。結(jié)果表明，擬南芥地上部分的重金屬含量明顯高于地下部分。這表明擬南芥在土壤重金屬修復中具有良好的效果[5-6]。

4.3 案例三：多功能性植物在水土保持中的應用

在黃土高原地區(qū)的水土保持工程中，多功能性植物的應用展現(xiàn)了其在保護土壤資源和維護生態(tài)平衡方面的重要作用。該工程選用了適應當?shù)馗珊怠⒍囡L氣候條件的多功能性植物進行種植，如沙柳和黃花梨等。在工程實施過程中，多功能性植物的根系發(fā)達，地下莖的擴張性得到了充分利用。這些植物的根系能夠深入土壤，形成復雜的根系網(wǎng)，有效固定土壤，增加土壤的抗風蝕性和抗水蝕性。同時，它們的茂密植被能夠覆蓋土壤表面，有效減少雨水對土壤的沖刷，減緩水流速度，防止水土流失的發(fā)生。

通過對比實驗區(qū)和對照區(qū)的土壤侵蝕情況，結(jié)果顯示，采用多功能性植物進行水土保持的工程區(qū)域土壤侵蝕量明顯減少，土壤質(zhì)量得到了有效改善。實驗區(qū)域的土壤質(zhì)量明顯優(yōu)于對照區(qū)域，土壤肥力得到提升，土壤的結(jié)構(gòu)也得到了改善。在工程完成后的一段時間內(nèi)，多功能性植物的種植不僅有效地保護了土壤資源，還促進了當?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的恢復和生態(tài)平衡的穩(wěn)定。植被的生長不僅有利于土壤水分的保持，還為土壤微生物的繁殖提供了良好的生長環(huán)境，促進了土壤生態(tài)功能的發(fā)揮[7-8]。

5 結(jié)束語

多功能性植物在土壤保護與改良中具有重要的應用價值，對于提高土壤質(zhì)量和保護生態(tài)環(huán)境具有積極的意義。在護坡與防風固沙方面，多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)能夠固結(jié)土壤，同時其生物防護作用也能有效保護土壤免受風蝕侵蝕。在水土保持與抗旱方面，多功能性植物的根系結(jié)構(gòu)能夠增強土壤的保水能力，同時其耐旱特性與抗旱機制也能夠提高土壤的抗旱能力。在土壤改良方面，多功能性植物通過生物量積累和根系分泌物的作用，能夠積累有機質(zhì)并提升土壤肥力，同時其根系結(jié)構(gòu)也能夠改善土壤結(jié)構(gòu)，促進土壤重金屬的修復。

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