多功能性植物在土壤保护与改良中的应用

陈青

摘 要：土壤是地球上重要的资源之一，对生态系统和人类生存至关重要。然而，由于人类活动（如农业实践、城市化和工业化等）的影响，全球土壤退化问题日益严重。探讨了多功能性植物的选择与特点，阐述了多功能性植在土壤保护、改良中的应用，并通过案例研究，介绍了多功能性植物在护坡工程和土壤重金属修复中的应用，为土壤保护与改良提供一定的理论支持和实践指导。

关键词：多功能性植物；土壤保护；土壤改良

中图分类号：S156 文献标志码：B文章编号：2095–3305（2024）02–00-03

土壤退化会导致土壤质量和功能下降，包括侵蚀、污染、酸化和盐碱化等，不仅会降低农作物产量，还会损害水土保持和生物多样性。土壤退化还会对水资源和气候变化产生负面影响。因此，保护和改良土壤是重要挑战之一。

研究表明，多功能性植物在土壤保护与改良中可以起到较好的效果[1]。此外，相关部门可采取措施，如合理利用农药和化肥、推广有机农业、实施水土保持措施等，实现土壤的改良与保护，从而提高农作物产量，维持生态系统健康，减少水资源浪费和污染，缓解气候变化的影响。

1 多功能性植物的选择及其特征

1.1 多功能性植物的定义和分类

多功能性植物是指具有多种功能和用途的植物，包括但不限于土壤保护与改良、生态修复、生物多样性维护等。根据其功能和用途的不同，多功能性植物可以分为以下几类。

（1）土壤保护植物。土壤保护植物能够形成茂密的植被，并能有效阻止雨水的直接冲刷，减少土壤侵蚀和水土流失的风险。常见的土壤保护植物包括草本植物、灌木和乔木等。

（2）土壤改良植物。土壤改良植物通过根系分泌物和残留物的降解，能够改善土壤的物理、化学和生物学性质，提高土壤的肥力和保水能力。常见的土壤改良植物包括豆科植物、禾本科植物和蔷薇科植物等。

（3）生态修复植物。生态修复植物能够修复受损的生态系统，恢复植被覆盖和生物多样性，提高土壤的生态功能和生态系统的稳定性。常见的生态修复植物包括湿地植物、沙漠植物和河岸植物等。

1.2 多功能性植物的选择要求

在选择多功能性植物时，需要考虑以下5个要求。（1）适应性。植物应具有较强的适应性，能够适应不同的土壤类型、气候条件和生境环境。（2）生长速度。植物的生长速度应较快，能够快速形成植被覆盖，提供土壤保护和改良效果。（3）根系结构。植物的根系结构应发达，能够有效地固定土壤，防止水土流失和侵蚀。（4）耐旱抗寒性。植物应具有较强的耐旱抗寒性，能够在干旱和寒冷条件下正常生长，以此保护土壤。（5）生态功能。植物应具有丰富的生态功能，能够提供栖息地和食物来源，维护生物多样性[2]。

1.3 多功能性植物的特征及其对土壤的影响

多功能性植物具有以下几个特征，并能够对土壤产生积极的影响。（1）根系发达。多功能性植物的根系发达，能够深入土壤，增加土壤结构的稳定性，减少土壤侵蚀和水土流失的风险。（2）土壤保护。多功能性植物能够形成茂密的植被，阻止雨水的直接冲刷，减少土壤侵蚀和水土流失。（3）土壤改良。多功能性植物可以通过根系分泌物降解残留物，改善土壤的物理、化学和生物学性质，以此提高土壤的肥力和保水能力。（4）生态修复。多功能性植物能够修复受损的生态系统，恢复植被覆盖和生物多样性，提高土壤的生态功能和生态系统的稳定性。

2 多功能性植物在土壤保护中的应用

2.1 护坡与防风固沙

多功能性植物通常具有发达的根系，根系可以穿透土壤深入地下，形成复杂的根网结构，对土壤固结起着重要作用。多功能性植物的根系结构可提高土壤的抗冲刷能力，防止土壤的侵蚀、流失。多功能性植物的根系还可以增加土壤的稳定性，减少土壤的松散程度，提高土壤的抗风能力。根系的发达和复杂结构可以增加土壤的黏结力和内聚力，使土壤颗粒之间更紧密地结合在一起，从而增强土壤的整体稳定性。

此外，多功能性植物具有生物防护作用，可以防止土壤的侵蚀和流失。多功能性植物通常具有茂密的枝叶和树干，可以形成一道天然的屏障，阻挡风沙的冲击力，减少风沙对土壤的侵蚀作用。同时，多功能性植物可以吸收大量水分，减少土壤中的水分含量，从而减轻土壤的负荷，提高土壤的稳定性。通过多功能性植物的生物防护作用，多功能性植物可以有效地保护护坡和固沙，从而防止土壤的侵蚀和流失。

2.2 水土保持与抗旱

多功能性植物的根系结构对于水土保持起着重要的作用。多功能性植物具有发达的根系，能够深入土壤中，增加土壤的结构稳定性，防止土壤侵蚀。同时，多功能性植物的根系还能够增加土壤的持水能力，减少水分的蒸发和流失，提高土壤的保水性能。

此外，多功能性植物具有较强的耐旱特性，使其能够在干旱条件下生存和生长。多功能性植物的耐旱特性和抗旱机制主要包括以下5个方面。（1）节水机制。多功能性植物可以通过调节气孔的开闭减少水分的蒸发，降低水分的损失。它们的叶片具有厚实的表皮和多层的角质层，能够减少水分的蒸散。（2）深根系。多功能性植物的根系能够深入土壤中，获取更深层的水源，减少对表层土壤水分的依赖，提高抗旱能力。（3）蓄水能力。多功能性植物的根系能够储存水分，形成水分储备，以应对干旱胁迫。（4）抗氧化能力。多功能性植物能够产生抗氧化物质，减少氧化损伤，提高细胞的抗旱能力。（5）调节生长机制。多功能性植物能够调节生长和发育过程中的代谢活动，以适应干旱条件下生長发育的需求。

3 多功能性植物在土壤改良中的应用

3.1 有机质积累与土壤肥力提升

（1）多功能性植物具有较高的生物量积累能力，这主要是通过光合作用将二氧化碳和水转化为有机物质，其中包括碳水化合物、蛋白质和脂肪等。这些有机物质在植物体内合成和积累并形成生物质。随着植物的生长和发育，这些有机物质会不断地输入到土壤中，成为土壤有机质的重要来源而改善土壤的肥力状况。土壤可以提供植物生长所需的养分，如氮、磷、钾等能改善土壤的物理和化学性质。此外，土壤有机质还可以增加土壤的保水性和保肥能力，提高土壤的肥力状况。

（2）多功能性植物的根系分泌物也可以促进土壤肥力的提升。多功能性植物的根系分泌物包括有机酸、酶类、激素等物质，能够促进土壤中养分的释放和转化，增加土壤的肥力。同时，这些分泌物还能够改善土壤的结构，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还可以促进土壤中养分的释放和转化，溶解土壤中的矿物质，释放出磷、铁、锌等养分以供植物吸收利用[3]。

3.2 改善土壤结构与重金属修复

多功能性植物的根系结构具有较强的穿透力和分散力，能够改善土壤的结构。多功能性植物的根系能够穿透土壤，疏松土壤的紧密结构，增加土壤的通气性和透水性。同时，多功能性植物的根系还能够分泌黏土胶体、黏土胶体和有机物质，促进土壤颗粒的结合，形成良好的土壤结构。改善后的土壤结构可以增加土壤的孔隙度和孔隙连通性，提高土壤的通气性和透水性，有利于植物的根系生长和养分的吸收。

此外，多功能性植物具有吸附和蓄积重金属的能力，可以用于修复受重金属污染的土壤。多功能性植物的根系能够吸附土壤中的重金属离子，将其固定在根系表面或体内，减少其在土壤中的活动性，从而修复受污染的土壤。这种累积和迁移的过程可以减少土壤中重金属的含量，修复受污染的土壤。

3.3 抑制土壤侵蚀与涵养土壤水分

在土壤改良领域，多功能性植物的应用对于抑制土壤侵蚀和保持土壤水分具有重要意义。多功能性植物的根系结构是防止土壤侵蚀的关键。它们通常具有发达的根系系统，能够深入土壤深层，形成稳固的土壤结构。这种结构能够有效地固定土壤颗粒，防止因雨水冲刷或风力侵蚀而造成的土壤流失。例如，一些深根植物如白蜡树和沙柳，它们的深根系可以在土壤中形成复杂的网状结构，从而增强土壤的稳定性，减少土壤流失。

多功能性植物的地上部分也能够起到遮阴和保护土壤的作用。茂密的植被能够减缓雨水对土壤的冲击力，防止土壤因冲刷而流失。尤其是在山坡地和沙漠化地区，种植多功能性植物能夠有效地减少水土流失，保护土壤资源，维护生态环境的稳定和平衡。

3.4 维护生物多样性与生态平衡

在土壤改良中，多功能性植物的应用不仅能够改善土壤质量，还能够维护生物多样性并促进生态平衡的形成。多功能性植物种植的多样性本身就能够促进生物多样性的维护。在种植过程中，选择适应当地环境的不同种类植物，可以提供不同的生境和食物来源，吸引不同种类的昆虫、鸟类等动物栖息繁衍，从而丰富了生物多样性。

同时，多功能性植物的根系结构和地上部分形成的植被能为土壤提供了更为丰富的生态环境。根系结构的复杂性为土壤微生物提供了更多的栖息空间和养分来源，促进了土壤微生物的多样性和活性，有利于土壤养分循环和有机物质的降解。通过根系分泌物和残根的降解，多功能性植物能够改善土壤的微生物群落结构，增加土壤中有益微生物的数量和活性，有利于土壤养分的矿化和有机物质的降解，促进土壤生态系统的健康发展。

此外，茂密的植被覆盖不仅能够减少土壤侵蚀和水分蒸发，还为土壤表层提供了更为稳定的生态环境，有助于各类生物的栖息繁衍，促进了土壤生态系统的形成和良性发展。

4 多功能性植物在土壤保护与改良中的案例

4.1 案例一：多功能性植物在护坡工程中的应用

由于山区地势陡峭，土壤容易发生滑坡和坍塌等问题，给土地利用和人类安全带来了很大的威胁。为了解决这一问题，研究人员选择了一种多功能性植物进行护坡工程。利用紫花苜蓿的多功能性植物进行护坡工程。紫花苜蓿是一种具有深根系和强大生长力的植物，能够有效地固定土壤，防止土壤侵蚀和滑坡。在一处山坡上进行了试验，将紫花苜蓿种植在坡面上，并观察了其对土壤保护的效果。测量了紫花苜蓿根系的深度和密度，并对土壤的侵蚀程度进行了评估。结果表明，紫花苜蓿的根系深度达到了1.5 m，根系密度较高，这使得紫花苜蓿能够有效地固定土壤，防止土壤的滑坡和坍塌。同时，紫花苜蓿的根系还能够吸收土壤中的水分和养分，提高土壤的保水性和肥力。通过对比试验区和对照区的土壤侵蚀情况，研究发现，在紫花苜蓿种植区，土壤侵蚀程度明显降低，这表明紫花苜蓿在护坡工程中具有良好的土壤保护效果[4]。

4.2 案例二：多功能性植物在土壤重金属修复中的应用

土壤中的重金属污染是严重的环境问题之一，对人类健康和生态系统造成了很大的威胁。为了解决土壤重金属污染问题，研究人员选择了拟南芥这种多功能性植物进行土壤重金属修复。拟南芥是一种耐盐碱和重金属的植物，能够吸收土壤中的重金属，并将其转移到地上部分，从而减少土壤中的重金属含量。研究人员在一处受重金属污染的土壤中进行了试验，将拟南芥种植在污染土壤中，并观察了其对土壤重金属修复的效果。测定了拟南芥地上部分和地下部分的重金属含量，并对土壤的重金属污染程度进行了评估。结果表明，拟南芥地上部分的重金属含量明显高于地下部分。这表明拟南芥在土壤重金属修复中具有良好的效果[5-6]。

4.3 案例三：多功能性植物在水土保持中的应用

在黄土高原地区的水土保持工程中，多功能性植物的应用展现了其在保护土壤资源和维护生态平衡方面的重要作用。该工程选用了适应当地干旱、多风气候条件的多功能性植物进行种植，如沙柳和黄花梨等。在工程实施过程中，多功能性植物的根系发达，地下茎的扩张性得到了充分利用。这些植物的根系能够深入土壤，形成复杂的根系网，有效固定土壤，增加土壤的抗风蚀性和抗水蚀性。同时，它们的茂密植被能够覆盖土壤表面，有效减少雨水对土壤的冲刷，减缓水流速度，防止水土流失的发生。

通过对比实验区和对照区的土壤侵蚀情况，结果显示，采用多功能性植物进行水土保持的工程区域土壤侵蚀量明显减少，土壤质量得到了有效改善。实验区域的土壤质量明显优于对照区域，土壤肥力得到提升，土壤的结构也得到了改善。在工程完成后的一段时间内，多功能性植物的种植不仅有效地保护了土壤资源，还促进了当地生态系统的恢复和生态平衡的稳定。植被的生长不仅有利于土壤水分的保持，还为土壤微生物的繁殖提供了良好的生长环境，促进了土壤生态功能的发挥[7-8]。

5 结束语

多功能性植物在土壤保护与改良中具有重要的应用价值，对于提高土壤质量和保护生态环境具有积极的意义。在护坡与防风固沙方面，多功能性植物的根系结构能够固结土壤，同时其生物防护作用也能有效保护土壤免受风蚀侵蚀。在水土保持与抗旱方面，多功能性植物的根系结构能够增强土壤的保水能力，同时其耐旱特性与抗旱机制也能够提高土壤的抗旱能力。在土壤改良方面，多功能性植物通过生物量积累和根系分泌物的作用，能够积累有机质并提升土壤肥力，同时其根系结构也能够改善土壤结构，促进土壤重金属的修复。

参考文献

[1] 任轶.植物营养中钙的功能及其在土壤改良中的作用[J].现代农业科技，2013（12）：202.

[2] 秦益民，朱长俊，耿志刚.海藻活性物质在改良土壤中的应用功效[J].农业与技术，2023，43（3）：85-89.

[3] 佘欢，吴雨函.浅谈腐植酸在土壤改良中的应用[J].广东蚕业，2021，55（7）：19-20，60.

[4] 贾贺营.腐植酸在土壤改良中的应用实践[J].新农业，2021 （14）：60.

[5] 宋华安.土壤改良在园林种植中的重要性和应用[J].花卉， 2022（12）：88-90.

[6] 佚名.植物所等在草地生态系统土壤微生物群落与多功能性关系研究中获进展[J].高科技与产业化，2022，28（11）：40.

[7] 周晓果.林下植物功能群丧失对桉树人工林土壤生态系统多功能性的影响[D].南宁：广西大学，2017.

[8] 巫文香.人工纯林和混交林植物、土壤微生物多样性与生态系统多功能性[D].南宁：广西大学，2020.