香根草研究与应用进展.doc

1香根草研究与应用进展张国发（黑龙江省大庆师范学院生命科学系　大庆 163712） 摘　要:对香根草( Vetiveria zizanioioles)的植物学特性、生态适应性、繁殖技术、种植管理技术及在农业、工程、环保、经济等领域的研究与应用状况和发展前景进行了系统总结,并且对香根草研究与推广中一些值得注意的问题进行讨论关键词:香根草;水土保持;生物措施;研究与应用1　香根草植物学特性及生态适应性香根草（ Vetiveria zizanioioles）又叫岩兰草,是多年生禾本科岩兰草属植物主要分布在印度、斯里兰卡和缅甸等热带和亚热带国家,我国广东也有小面积香根草野生种分布[1]香根草根系发达致密,粗 1~2 mm,深 2~3m,平均抗拉强度 75~85 MPa,大大高于假俭草（ Eremochloa ophiurodes）,白三叶（ Trifolium repens）等草类,能提高土壤剪切强度,起到固土作用 [2,3];茎秆中空坚硬,高 1.0~1.5 m,抽穗时株高 1.5~2.0 m;叶片剑形,坚韧光洁,宽 0.6~1.0cm,长 70~100cm;圆锥花序,长 15~40cm,雌雄同株,大多品种不开花或花而不实,且无匍匐茎,不会自然扩散蔓延成为杂草 [2];香根草除具有旱生植物结构,还兼有水生植物结构特点,其根、茎、叶有发达的通气组织,并贯穿一起 [4],这也是其具有较广生态适应性的主要原因之一。

香根草属 C4植物,喜光,光照不足时株高、分蘖和单茎干质量均明显下降[5]香根草在气温-10~45℃、年降水量为 300~6 000 mm的地区均能生长它是陆生植物,但是耐水淹,在完全淹水 5个月后,仍能存活,部分淹水条件下,分蘖和株高与陆生没有明显差异,而净光合速率强于陆生 [6]香根草属抗盐植物,在抗盐机理上,表现出拒盐特性,而且将所吸收的大部分盐分(尤其是 Na+)滞留在根系内 [7]香根草对强酸(pH 值 3.8)、强碱(pH值 10.5)或受金属污染的土壤上也有较强的适应能力 [8],在 pH值 3.8,Al饱和度 68%的强酸性土壤上香根草可正常生长 [9],当 Al饱和度达到 87%时仍能长出新叶并维持 3个星期的绿色 [10],种植香根草可以降低土壤中可交换 Al含量 [11]Truong 报道,香根草对 Cr, Ni, As, Cd 4种重金属的忍耐程度分别为 18, 347, 72和 48 mg/kg,而一般作物对它们的忍耐水平分别只有 0.02~0.20,1~30,1~10 和 5~20 mg/kg[12]2　香根草育苗技术及香根草篱的建立中国在 20世纪 50年代就展开了快速繁殖香根草种苗的试验研究,并获得了一些较为成功的繁殖方法,如分蔸繁殖、茎节插条、穗秆扦插、纵剖茎繁殖法和切顶繁殖法 [13]。

近年来,为了对香根草进行遗传改良,选育出性状更优、抗性更强的新品种,国内外学者还开展了香根草离体培养研究在用香根草基部组织诱导愈伤组织及植株再生 [14],用嫩叶鞘和试管苗切段进行组织培养 [15],以及香根草体细胞胚胎发生等方面的研究均获得了成功 [16],建立了有效的香根草植株再生体系在生产中以分蔸繁殖最为常用分蔸繁殖育苗时常采用平作、床作或垄作,以 3-6月栽植为宜,最好在阴天定植移栽时将分株苗每 20 cm栽 1丛,填土压实,使根系与土壤充分接2触栽后 15 d左右即可返青,可视天气及土壤情况,适当补充水分和肥料,保证分蘖高峰期水肥充足,以提高香根草的分蘖率和生物产量翌年春即可出圃,先将茎叶修剪成 20 cm高,然后以圆锹类工具将香根草连根成株掘起,清除根部土块后分苗,每丛保留 3~5 个分蘖,将根部修剪至 10~15 cm 长,就形成了分株苗 [17]要达到有效保持水土的目的,香根草篱的建立与维护要注意以下几点:1)沿等高线栽植等高种植的香根草篱动土量少,符合自然排水,径流逐级通过各层草篱,速度减慢,并卸下携带的泥沙,一部分水也渗入地下,既减少了水土流失又增加了表层土壤水分含量,利于生态系统恢复。

2)草苗的丛距控制在 10~15cm,以保证香根草篱早日形成3)定植 1~2 周后应检视各移植苗,如有枯萎应立即补苗,以保持草篱的完整性4)用香根草篱护坡时,需视坡度与土壤质地调整行距和行数5)成篱后,适时、适度追肥和修剪能显著促进香根草株高生长、分蘖数的增加和生物量的积累 [5,18]3　在农业上的应用用香根草生物绿篱保持水土,最先在农业领域得到应用印度南部卡那塔卡州的农民早就有在农田四周种香根草的习惯20 世纪 30年代,坦桑尼亚一个茶树研究所发现,在坡地茶园种植香根草可以很好地控制水土流失,该国成为世界上最早发现香根草具有良好水土保持功效的国家20 世纪 50年代,新西兰学者 John Greenfield在斐济甘蔗( Saccharum officinarum)坡地进行水土保持试验研究工作,经过近 30年的观测,肯定了香草篱保持水土的功效 [19]我国于 1989年在江西、福建等省进行了小面积试种,亦取得了不错的效果具有这一功能的主要原因:1)根系纵深发达,能牢固固持土壤;2)地上部分簇生成丛,等高密植,半年多就能形成致密的绿篱,成为能有效拦截地表径流和泥沙的永久“生物坝”;3)香根草篱有自动抬升的能力,当泥沙淤积而掩盖其基部时,地下的生长点会向上抬升,若此时香根草已拔节,在近地面的茎节会长出新根和分蘖,使草篱升高,这种随着冲积土壤增多而长高的特性,一般人造工程无法比拟;4)香根草具有很强的适应性和抗逆性。

大量试验表明:香根草带间作模式较梯田有更好的保持水土功能,而且更省工、作业更方便;等高种植的香根草篱可以有效减少农田径流量、土壤流失量、养分流失量,增加土壤水分含量,提高土壤临界侵蚀量和地表植被覆盖度盆栽和大田试验还显示,香根草可使土壤 pH值提高,有机质、全氮、速效氮、钾含量提高,总孔隙度增加,还能提高土壤 Fe, Mn, Zn, B, Mo等微量元素的速效成分和 20种氨基酸的含量 [11,20-28]香根草篱在改善农田小气候、促进作物增产方面效果明显种植香根草或用香根草覆盖柑桔( Citrus spp.)树盘土壤 ,在高温伏旱期能有效降低柑桔园的气温和土温,提高空气湿度和土壤含水率;在冬季,草篱又是果园挡风御寒的天然屏障,能减缓冷空气对流和扩散,使果园温度提高 1~3℃ [22]值得一提的是,香根草 92%的根系分布在水平半径 20 cm的范围内[29],不仅不会与作物争水争肥,而且还可以提高玉米等作物的产量 [30,31]香根草篱还能有效地降低风速,在农田周围种植可以减少风沙对作物的不良影响 [32]4　利用香根草固坡护堤香根草浓密长大的叶子通过蒸腾作用可以减少土壤水分(即土壤抽吸现象)、提高土壤剪切力,加之其根系良好的力学特性,使其成为固坡护堤的首选材料 [2]。

近几年才开始利用香根草稳固边坡,但已在公路、铁路、矿山各领域得到广泛应用 [33-36]试验表明,应用香根草对公路坡面进行护坡治理,半年后就能产生明显的效果,4 年后生物多3样性大幅度增加,土壤水分与养分含量都不同程度升高,公路两边的生态环境明显改善1999年江西省公路局在福建省武夷山区易滑坡路段建立了 1hm2的示范区,该工程在 2002年荣获中国公路协会三等奖目前,这项技术在江西、浙江、广东等省的公路部门得到了应用与推广,福建、江西两省的交通部门还分别于 1998年和 2001年发文肯定和推广这一技术2001年春,在江苏省泰兴市新长铁路 DK377+877-DK378+187段的路基边坡上进行了香根草种植试验同年 10月通过了铁路设计和工程部门的鉴定,此后,江苏、福建等地一些铁路工程段也进行了试用河流、水库及泄洪道的边坡因水位随着进水量而变化,使得在高低水位间边坡的护坡工作极难进行,香根草耐旱又耐水浸的特性使其成为此类边坡防护的最佳材料香根草篱能有效拦截地表径流与泥沙、树枝、石块等物体,同时延迟雨水流入河川,使其能渗入土中,提高地下水位5　在环境治理上的应用开采矿藏给人类带来了巨大财富,但是采矿过程及尾矿带来了生态景观遭破坏、土壤结构变差、养分水分缺乏、生物多样性锐减、金属污染等诸多生态环境问题 [37]。

据报道,20世纪 90年代以来,我国矿山废弃地生态恢复率仅 8.75%[38]因此,为加速矿地的生态恢复,开展人工修复是十分必要的香根草所具备的广泛土壤适应性、对大多数污染元素的高度耐性与强吸收力(如 Cd浓度仅为 0.33 mg/kg的土壤上,能吸收 Cd 218g/hm2[39]) ,使得香根草成为矿地生态环境治理的理想材料不同类型的矿山试验都表明,香根草能有效提高矿山植被覆盖率,改善矿区生态环境 [40-42]龙健等在铅锌矿区的试验 [43]、夏汉平在油页岩矿渣土的试验 [44]证实了香根草在矿山治理上作用的同时,还深入研究了香根草不同器官对 Zn, Cu, Pb, Cd等金属的吸收特性姜必亮、夏汉平等还发现香根草对垃圾填埋场渗滤液有较强的耐性,对其中 N, P, Cl的吸收率较高,对渗滤液污染的土壤和污水有较好的净化修复能力 [45-47]夏汉平等将香根草种在尾矿和垃圾组成的混合基质上,发现香根草根系对 Zn, Cu, Pb 3种重金属滞留率均在 50%以上,尾矿植被恢复的更快,而且能使垃圾资源得到充分合理的利用,防止重金属的二次污染或生物富集,基于此结果,提出了添加一定量的垃圾(25%~50%)治理尾矿的新思路 [48]。

随着我国人口的增长和社会经济的发展,淡水资源氮磷污染和富营养化问题越来越突出通常改善富营养化水体的途径有 2种:一是控制营养物质(N 和 P)和有机污染物向水体输入,一是采取措施把这些物质从水体中去除香根草庞大的根系可快速吸收 N和 P肥,而这 2类元素正是造成河川富营养化的主要原因香根草的生物量高达 750 t/hm2,若按其 N和 P含量分别为 0.15%~0.18%和 0.06%~0.08%推算,理论上这种植物去除 N和 P的量可分别达 1 125~1 350和 450~600 kg/hm2郑春荣等用浮岛法将香根草分别种在自来水、池塘水和受生活污水污染的河水上,3~4 周后,后 2种水体感官明显改善,透明度提高,总 P去除率达 97%,总N去除率达 70%[49]司友斌、马立珊和 Summerfelt用类似方法也证实香根草对富营养化水体中的 N和 P等具有明显的去除效果,能显著改善富营养化水体的水质,并认为浮床香根草技术是一种潜在的净化富营养水体的方法 [50-52]人工湿地作为废水处理的一种设施,可以不同程度地去除废水中的悬浮物,有机物,N,P和重金属等,并具有建造和运行费用低、维护简单、耐污染负荷以及景观美化等优点。

香根草人工湿地对 NH3-N, S-PO43-,废水 TN和 TP处理效果明显 [53],而且,香根草人工湿地抗有机4负荷冲击能力强,对 COD(化学需氧量)、BOD(生物需氧量)有较稳定的去除效果,废水在人工湿地停留 1d,COD和 BOD去除率都可达 50%以上 [54]试验还发现,香根草不仅可去除污水中的 NH3-NCOD和 BOD,还可以去除炼油废水中的油类物质 [55]6　香根草的其它用途香根草根系富含岩兰草醇,经蒸馏得到的香根油定香力强,可用来调合皂用香精和化妆品香料现已测出香根草油总醇含量达 50%,含 6多个组分 [56]1957 年华侨朱平能将香根草从印尼引入广东湛江试种,一年后,收获干根 3 t/hm2以上,高压蒸馏出油率达 2.0%,经济效益可观现在海南和福建两省均有农民种植香根草,销售给香料厂提炼香油 [57]香根草叶片狭长柔韧,用其编织的工艺品精巧美观,而且耐用在这方面,泰国走在世界前列,并已形成一套完整的生产技术体系我国于 2007年 10月在《香根草与复合农林业技术项目》实施区-。