桑树在生态环境修复中的应用前景探讨.pdf

中国蚕业，（）：；：年第期收稿日期：；接受日期：资助项目：安徽省自然科学基金项目（编号）；安徽省农业科学院青年英才项目（编号）；安徽省特色农业产业技术体系项目（编号）；国家蚕桑产业技术体系项目（编号）。第一作者信息：许萃敏（），女，安徽桐城，硕士，研究实习员。：，：通信作者信息：汪泰初（），男，安徽池州，硕士，研究员。：，：桑树在生态环境修复中的应用前景探讨许萃敏李瑞雪周荣苏雪强汪泰初（安徽省农业科学院蚕桑研究所，安徽合肥）摘要环境生态修复是解决当今世界面临的一系列环境问题的重要手段之一。桑树作为一种具有广泛适应性和抗逆性的植物，在生态环境修复中具有广阔的应用前景。通过综合分析相关文献，探讨了桑树在土壤修复、水土保持、防风固沙、大气净化、消落带生态修复、石漠化治理等方面的应用现状及前景，并提出了未来研究的方向和挑战，为发挥桑树的生态经济功能提供参考。关键词桑树；土壤修复；水土保持；防风固沙；大气净化；消落带修复；石漠化治理中图分类号 文献标识码 文章编号（）随着工业化和城市化的快速发展，人类活动导致了生态系统的破坏和环境污染的加剧，大量地砍伐森林、开垦土地、兴建工厂，过度开采资源、排放污水废气、堆放废弃物，导致空气和水资源污染严重，生物多样性遭到破坏，生态系统失去平衡。这些环境问题反过来对人类社会和经济发展造成了严重影响，土地退化导致农田减产，水资源短缺影响人类生活和农业生产，空气和水污染引发健康问题，生物多样性丧失使生态系统的稳定性和可持续发展受到威胁。为解决这些问题，生态环境修复成为了一项重要的任务和挑战。植物生态环境修复作为一种可持续、成本低、操作简单的修复方法，可以实现经济效益和生态效益的双赢。李红俊等认为多功能储备林的建设对防风固沙、涵养水资源、改善空气质量和丰富生物多样性具有积极影响。高云峰等分析了近年来矿山生态环境修复领域的研究成果，发现绿色矿山和矿山公园建设将成为未来研究的热点。姜玉俊等在华北地区通过近年的跟踪观测，筛选出刺槐、沙棘、葛藤、狗尾草等山体生态环境修复适生植物品种。当前，植物修复的技术研究主要集中于超富集植物，但大部分超富集植物生物量小、经济效益低，在实际生产中不能同时兼顾经济效益。因此，寻找高效、经济和适宜的优良植物品种，已成为植物生态环境修复的关键。桑树是一种在我国栽培历史悠久、地域分布广泛的经济树木，自古以来多用来养蚕。因其具有根系发达、生长迅速、生物量大、环境适应性强等特点，近年来桑树在生态修复项目和环境治理工程中的应用也逐渐受到关注。本文通过对相关文献的综述，探讨了桑树在生态环境修复中的应用前景，为进一步研究和应用其进行生态环境修复提供参考。桑树在重金属污染土壤修复中的应用由于工业采矿、化工冶炼、农业灌溉、垃圾填埋、大气沉降等人为活动及自然因素，导致一些重金属元素渗入土壤。重金属污染具有隐蔽性、不可逆性以及危害程度大、持续时间长的特点，当其积累值超过土壤自然净化的阈值，会积累转化为毒性更大的甲基化合物，甚至通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，长期暴露在重金属污染环境中会对人体健康和生态系统造成严重影响。土壤重金属污染已被证明是一个严重的全球环境问题，因此需要开发一种创新、有效、完备的修复技术。植物修复重金属污染具有成本低、环境友好、许萃敏等：桑树在生态环境修复中的应用前景探讨第卷 总第期 适用性广泛、可持续性和可观测性等优势。桑树具有较强的生长力和适应性，能够在各种环境条件下生存，对一定浓度的重金属具有耐受性和富集能力。任立研等发现铅（）浓度较低时（浓度值 ），铅胁迫可以促进桑树植株生长，但当干燥土壤中浓度超过 时，桑树的生长和桑叶质量开始受到明显的抑制，桑叶产量减少，叶片表现出一定的中毒症状。王凯荣等通过区试试验得出土壤中镉（）浓度小于 时，对桑树生长和叶片产量无明显影响；当土壤中浓度在 范围内时，桑叶产量下降；当土壤中浓度为 时，桑叶生物量明显下降，而土壤中浓度在 时，桑树植株则停止生长。等以桑叶产量减少时所对应的土壤重金属含量作为桑树对、胁迫的耐受值，研究发现桑树对重金属污染土壤中、的平均耐受阈值分别为 和 。等通过研究发现、和锌（）主要集中在桑树根部，最大含量分别为、，并且随着植物生长和土壤中重金属浓度的增加，桑树能将根部吸收的重金属转运到枝、茎、叶中。通过田间年的种植试验，曾鹏等发现当每株桑树整株干质量达 时，地上部分中、以及锰（）等重金属含量明显大于根部，尤其是叶片中重金属含量明显大于枝和主干中的含量。桑树的根系发达，能够深入土壤中，吸收和积累重金属元素，桑树根系的分泌物和根际微生物也能够与重金属形成络合物，从而减少重金属的毒害性。等研究发现正常的光合作用、抗氧化保护和常量营养素调节有助于提高桑树对镉污染土壤的耐受性。乔永等认为即使桑树不属于超富集植物，但对低含量、污染土壤的、富集及转移系数较高，可以通过采伐，将积累的重金属元素随着木材的处理从污染土壤中移除。等通过年的田间试验对个桑树品种的积累能力进行了评价，发现桂桑优、云桑、桂桑优等个品种桑树的地上部浓度均低于 ，符合饲料卫生标准（中国）。等研究发现，当桑叶中含有时，蚕食用后中肠、丝腺后部和脂肪体的金属硫蛋白水平增强，解毒机制（排泄和稳态）被激活，过量的通过粪便排出，产出的蚕丝对人体几乎无危害，并且当土壤中的浓度为 时，蚕蛹中的浓度仍符合食品安全标准。因此，桑树是一种生态友好的修复植物，可以有效地减轻土壤污染对生态环境和人类健康的影响，将桑树运用在重金属污染土壤的修复工程中，也能产生一定的经济效益。目前对于桑树在重金属污染土壤修复中的机制和效果研究还相对有限，未来需要进一步探索研究桑树对土壤中重金属的吸收和积累机制，以及桑树与微生物的协同作用在土壤修复中的效果，包括重金属在桑树体内的分布、积累量以及与土壤性质的关系等，微生物对桑树生长和土壤重金属含量的影响，以及桑树为微生物提供生长环境的机制等；研究如何通过桑树的种植和管理来提高土壤的修复效果，并通过长期监测和对比实验，评估桑树在土壤修复中的生态效果，包括土壤质量、生物多样性、生态系统服务等指标的变化。桑树在水土保持中的应用由于滥伐森林、过度耕作、水力侵蚀、风力侵蚀等的影响，土壤表面的土壤颗粒和有机质被冲刷、侵蚀或逐渐流失，不仅使得土壤质量下降，不利于农业的可持续发展；还会使土层变薄，土壤蓄水能力降低，增加了山洪、滑坡、泥石流等环境地质灾害的风险，水土流失严重影响了生态系统的质量和稳定性。年我国超过三分之一的国土面积存在水土流失问题，通过一系列国家水土保持重点治理工程的实施，我国水土流失问题持续改善，水土保持率提高至 ，生态系统质量稳步提升。然而，由于我国土地面积广阔、地理环境复杂，我国水土流失问题的严峻性仍然不容忽视。提高植被覆盖度、优化植被种植结构是防治水土流失的有效途径。研究表明，桑树具有强大的根系和丰富的树冠，能够有效地减少水土流失。桑树的根系庞大，地下根系的分布面积是树冠层预测面积的 倍，能够牢固地固定土壤，防止坡面的冲刷和侵蚀。此外，桑树的树冠能够起到拦截降雨的作用，减少降雨对土壤的冲刷和侵蚀；桑树下的杂草、间作物也可以形成一个天然屏障，降低径流流速，减少对坡耕地土壤的侵蚀。中 国 蚕 业 年第期史东梅等利用三峡库区紫色土坡地进行试验发现，桑基植物篱复合农业模式能有效拦蓄径流、泥沙并改善土壤抗蚀性，与传统种植模式相比，三峡库区径流量和径流系数约降低，侵蚀量减少左右，径流含沙量大约减小。增设桑基植物篱既有利于水土保持，又能改善篱上下两侧淤积带的土壤通气和持水状况，大幅度提高土壤的抗蚀性，坡地桑树系统拦截土壤径流流失的同时也蓄积了氮磷等营养元素，从而提高了土壤肥力。桑基植物篱也具较好的社会效益和较高的经济效益，台面和桑埂结合的农桑配置模式能提高生物量和经济产量，杨红宾研究发现农桑系统下植物总生物量最大增加，年经济效益是无桑基植物篱处理年经济效益的 倍。因此，桑树对于护坡固土、保护土壤资源和维护生态平衡具有积极的作用，在水土流失严重的地区，种植桑树是一种重要的生态治理措施。未来还应加强研究桑树根系对土壤物理性质的影响，包括土壤孔隙率、土壤团聚体稳定性等，以揭示桑树根系在保持水土方面的作用；研究桑树对土壤水分的吸收、储存和释放机制，以及其对土壤水分平衡的影响，以评估桑树对土壤水分的调节作用；研究桑树与其他植物的协同作用在保持水土方面的效果，包括不同植物间的相互作用、种间竞争等，以探索适合不同水土保持需求的植物组合；将桑树与其他生物资源相结合，构建复合生态修复体系，以提高水土保持的综合效果；研究如何通过优化种植和管理技术，提高桑树在水土保持方面的应用效果，并通过长期监测和对比实验，评估桑树在水土保持方面的长期效果，包括土壤含水量、土壤侵蚀量、地表径流等指标的变化，以验证桑树在水土保持方面的应用价值。桑树在防风固沙中的应用由于过度放牧、过度农耕、过度开发破坏了植被覆盖的土地，导致土壤暴露，土地失去保护层，极易受到风蚀和水蚀；并且全球气候变暖、降水减少，水资源的过度开发导致沙尘暴、飓风、干旱等自然灾害频发，加速了土地沙漠化进程，使得土地土壤质量下降，逐渐变得贫瘠、干旱甚至丧失生产力。草地生态系统是我国生态系统防风固沙功能的主体，防风固沙量约占全国生态系统固沙总量的。为提高草原生态系统整体的防风固沙功能，我国开展了三北工程、京津风沙源治理工程、退耕还林还草工程等多项浩大的生态工程。通过年的生态建设，内蒙古多伦县森林覆盖率从 提高至；项目区林草综合植被盖度由以下提高至以上，创造了从“沙进人退”到“绿进沙退”的生态奇迹。植树造林能有效提升干旱和半干旱地区生态系统的防风固沙服务功能。桑树在风沙土改良中有很大的应用前景，桑树是一种抗旱、耐盐碱、耐贫瘠的树种，能够适应干旱、风沙等恶劣环境，在降水量小于 的干旱、半干旱沙漠地区仍能生长发育。桑树的根系十分发达，成林后地下根系形成一个巨大的网络结构，具有固定沙土的能力，能够有效地减少风沙的侵蚀，改善土壤质量，增加土壤持水能力。桑树的茂密树冠可以有效地阻挡风沙的侵袭，削减风速，拦截过境风沙，保护农田作物。据记录，在新疆的和田市年来袭了一场持续个小时的级的强风，种植棉花、小麦、玉米的农田遭到破坏，产量下降超过，而周边种植了桑树作为保护林的农田，棉花、小麦、玉米产量仅分别下降了、，说明桑树林在防风固沙方面能发挥积极作用。此外，桑树的叶片茂盛，能够有效地减少土壤水分蒸发，保持土壤湿润，有利于土壤固结，减少风沙的产生。因此，利用桑树防风固沙，对于荒漠化和沙化地区的生态环境保护和恢复具有积极的作用。未来应加强桑树防风固沙机理研究，深入研究桑树的生理和生态特性，包括其根系结构、枝叶分布、生长速度等，以揭示其在防风固沙过程中的作用机制；加强桑树种植配置与防风固沙效果研究，通过对比不同桑树品种、种植密度、配置方式等条件下的防风固沙效果，找出最适合的种植配置方式，以提高防风固沙效果；加强桑树与其他植物的协同防风固沙研究，研究桑树与其他植物（如灌木、草本植物等）的协同作用，通过合理的配置和组合，形成多层次的植被覆盖，增强土壤的保护作用；通过长期监测和对比实验，评估桑树在防风固沙方面的长期效果，包括土壤侵蚀量、风速降低率等指标许萃敏等：桑树在生态环境修复中的应用前景探讨第卷 总第期 的变化，以验证桑树在防风固沙方面的应用价值；加强桑树防风固沙技术的优化与推广，进一步优化桑树防风固沙技术，包括种植技术、管理技术等，并通过示范基地建设、技术推广等方式，将桑树防风固沙技术应用于实际生产中。桑树在空气净化中的应用由于火山喷发、工业排放、机动车尾气排放、畜禽养殖排放等能源消耗及农业活动，我国部分地区大气中二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物、颗粒物等污染物超标，大气污染现象严重，雾霾天气、酸雨自然灾害频发，直接影响了人类健康及生存环境。绿色植物作为城市环境建设的重要组成部分，对大气污染物有一定的净化能力。植物通过吸附、吸收、累积和转化等途径有效地持留和去除大气污染物，改善空气质量，并将大气中氮、碳等元素转化成生长所需的营养物质。桑树具有较强的吸附能力和光合作用，可以有效吸附空气中的有害气体和颗粒物。桑树可以通过光合作用吸收大气中的二氧化碳，并将其转化为纤维素等有机物而固定在体内。据报道，每 桑园每年约吸收 二氧化碳，释放 氧气，并且桑树的木材和根系可以长期储存碳，并将其固定在植物体内。桑树对二氧化硫也有一定的吸收能力，在二氧化硫质量浓度为 的条件下熏气，每千克干桑叶可吸收二氧化硫约 ，每 桑园每年吸收二氧化硫气体高达。此外，桑树对氟化物具有较强的抗性，鲁敏等通过人工熏气试验分析测定发现每千克干桑树叶可吸氟 ，属于吸氟量高的树种。桑叶背面的皱褶丰富深凹，聚集了较多的颗粒状物，对空气中的粉尘也有较强的吸收净化能力，一般每 桑园每年可滞留灰尘 。桑树的树冠能够起到遮阴的作用，降低周围空气的温度，减少空调的使用，从而降低二氧化碳的排放量。此外，桑树还能够释放氧气，增加空气中氧气的含量。因此，将桑树引入城市绿化和空气净化中，能够有效地改善空气质量，提高居民的生活质量。未来还应加强桑树对大气污染物的吸收与转化机制研究，深入研究桑树对大气中主要污染物的吸收、转化和储存机制，包括污染物在桑树体内的分布、转化途径和动力学过程等，以揭示桑树在大气净化中的作用机制；加强桑树品种的选育与改良，通过遗传育种或基因工程手段，选育或改良具有更强污染物吸收能力和抗逆性的桑树品种，以提高其在大气净化中的应用效果；研究桑树与其他植物（如灌木、草本植物等）在吸收和转化大气污染物方面的协同作用，通过合理的配置和组合，形成多层次的植被覆盖，同时优化管理措施，如施肥、灌溉、修剪等，以增强桑树在大气净化中的效果。桑树在消落带生态修复方面的应用三峡库区消落带是一个典型的水陆交错生态系统，伴随着水位的季节性涨落，水陆衔接地带的土地被周期性地淹没和出露。消落带秋冬季节长期处于淹水状态，而夏季又处于出露阶段，极端水淹和极端高温干旱条件的交替胁迫，导致适生性植物的多样性大大减少，生态系统极其脆弱。选择兼具生态价值和经济价值的树种用于消落带植被恢复，是消落带和河岸带受损生态系统进行植物生态修复的有效途径。桑树对涝害的耐受性强，能较好地适应消落带水淹环境，黄先智等调查发现消落带 高程区的桑苗的整株成活率高达，高海英发现通过接种菌株（假单胞菌属，）可以大幅度提升桑树的抗涝能力。高岚等对消落带桑树的生长及光合特性进行研究发现，桑树能够通过出露后快速恢复叶片光反应系统的能力，增加叶绿素含量而增强光合作用，积累更多有机物恢复生长，更好地适应库区冬季水淹的胁迫。在库区消落带土地种植桑树，可以在促进生态环境建设的同时，增加库区农民的经济收入，最终实现库区的可持续发展，是库区消落带土地生态友好型利用模式。目前，对于桑树在消落带治理中的应用研究还处于初级阶段，针对消落带的气候、土壤和水分等环境特点，结合生物技术、基因编辑等技术选育和改良具有耐淹特性的桑树品种，提高其在消落带环境中的适应性和生存能力；研究适合消落带的桑树种植模式，包括种植密度、配置方式、种植季节等，以提高桑树的生长效益和生态效益；分析桑树的养分需求特点，研究如何通过土壤改良和养分管理提中 国 蚕 业 年第期高桑树的生长效益和生态功能，为消落带治理中的土壤改良提供参考；研究如何通过政策支持和市场驱动，促进桑树在消落带治理中的应用，包括政府补贴、税收优惠、社会投资等。桑树在石漠化治理方面的应用石漠化是我国西南岩溶地区最为突出的生态环境问题，受气候变化、地质因素、水土流失以及人类活动等影响，我国云南、贵州、广西、四川等个省（区）部分地区的地表植被覆盖率下降，土壤受到严重侵蚀，大面积基岩裸露，土地贫瘠，出现类似荒漠化景观。石漠化地区植被恢复重建的主要障碍因素是土壤水分亏缺，桑树作为典型的丛枝菌根植物，能利用丛枝菌根（，）真菌更加有效地汲取土壤水分和养分，以适应贫瘠、干旱的劣势土壤环境，对石漠化地区脆弱生态系统的恢复与平衡有重大意义。朱方容等筛选出沙伦、桑特优号、桂桑号等个耐旱性较强的桑树品种，并在广西石漠化地区进行推广。重庆市黔江区将石漠化治理与蚕桑产业发展相结合，栽桑使石漠化土地的基岩裸露度不断下降，减少了水土流失，改善了当地的生态环境，同时带动了农民增收致富。韦师妮等分析得出在石漠化地区栽桑养蚕每 桑园能增收 余元，蚕沙经沼气池发酵后可作为肥料施于农田，有利于改善石漠化地区土壤肥力状况。因此，在石漠化地区建设生态桑园，有利于实现经济收益和生态效益的最大化。未来应对桑树的种质资源进行深入研究，筛选和培育适应石漠化环境的优良品种，提高其抗旱、耐盐碱、抗病虫害等能力；研究桑树在石漠化环境下的生理生态特性，探索其适应石漠化环境的机理，包括根系结构、光合特性、水分利用效率等方面的研究，为其在石漠化治理中的应用提供理论依据；研究桑树的根系分布、根系分泌物和土壤微生物的相互作用机制，探索桑树通过改善土壤结构、提高土壤水分保持能力等方式改善石漠化土壤的途径；研究桑树与其他植物（如杂草）之间的竞争关系，探索桑树在石漠化治理中的优势和劣势，为桑树的种植和管理提供科学依据；评估桑树在石漠化治理中的经济效益，包括桑叶的利用价值、蚕桑养殖业的发展潜力等方面的研究，为桑树在石漠化治理中的推广和应用提供经济支撑。桑树在生态修复中应用面临的挑战桑树作为一种生长迅速、适应性强的树种，在环境生态修复中具有广泛的应用前景，可以用于土壤修复、水土保持、防风固沙、大气净化、消落带修复、石漠化治理等方面。然而，桑树在不同地区进行生态修复时，需要针对不同地区的环境条件进行种植模式和管理措施的优化；在生态修复过程中，桑树与其他生物之间的竞争和共生关系可能导致生态位重叠或资源利用不足等问题，从而影响生态修复的效果；桑树作为一种生态修复植物，其生长周期相对较长，需开展长期的监测和评估工作；尽管桑树在生态修复中具有多种功能和价值，但其在社会上的认知度仍然有限，影响其在生态修复中的应用和推广。因此，桑树的生态适应性、生物安全性和经济可行性等问题还需进一步研究和验证。参考文献，（）：，：，（）：，（）：吴鹏论生态修复的基本内涵及其制度完善东北大学学报：社会科学版，（）：邬晓燕中国生态修复的进展与前景北京：经济科学出版社，易行，白彩全，梁龙武，等国土生态修复研究的演进脉络与前沿进展自然资源学报，（）：，（）：肖鹏飞，吴德东全球植物修复研究文献计量分析生态学报，（）：李红俊，陈军，廖堂清，等多功能储备林建设对周边生态环境修复的作用研究环境科学与管理，（）：高云峰，徐友宁，祝雅轩，等矿山生态环境修复研究热点与前沿分析 基于和的大数据可视化研究许萃敏等：桑树在生态环境修复中的应用前景探讨第卷 总第期 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