温州苍南矾矿是世界上唯一生产钾明矾的厂家，矿区总面积12 km²，位于浙江省苍南县东南端矾山镇境内。在苍南矾矿已探明的明矾石总储量达1.67亿t，占世界储量的76%，年产量占全国总产量的70%，苍南因此被称为“世界矾都"。该矾矿开采始于明代洪武年间，至今已有600多年的历史。长期采矿已对当地的自然生态系统造成了严重破坏，矿区内矾渣堆积成山，植被严重退化，使之相应的生态功能减弱或丧失，并导致土地退化、环境污染、动植物生境破坏等问题。2006年开始进行矿区废弃地的植物修复研究。

退化生态系统的生物修复已被公认为是一种成本低而生态效益高的修复方法(蓝崇钰等，1993；储玲等，2005)，选用适当植物种修复受损的环境不仅可以吸收、转化或富集污染元素，减少或防止其扩散，更可以缩短生态系统重建所经历的时间(李永庚等，2004)。植物修复的关键是选择对退化生态环境适生的植物种(道本迈尔，1981；Commings et al., 2005)。为此，废弃地环境对不同植物种生长发育的影响及植物耐受性的生理生化机制值得探究。本研究初步引入18种耐贫瘠、抗性较强且具有一定景观价值的植物用于苍南矾矿废弃地的植物修复，并就这些物种对环境的适应性进行研究，旨在为矿山生态重建筛选适生物种，为植被恢复中确保适地适种提供可靠信息。

1 试验地概况

试验区处于苍南矾矿矿区内(120°30′05″E，27°03′20″N)，中亚热带海洋性季风气候，温暖湿润，雨水充沛，夏无酷热，冬无严寒。年均气温18.0 ℃，年平均最高气温38.5 ℃，平均最低气温3.5 ℃。年平均降水量1 768.9 mm，平均降雨天数155.9天。年蒸发量1 000 mm。矿区平均海拔230~360 m，属山区盆地。

2 材料与方法 2.1 试验材料

供试植物共有18种，包括新银合欢(Leucaena leucocephala cv. salvador)、构树(Broussonetia papy-rifera)、山茶(Camellia japonica)、楤木(Aralia chinensis)、海桐(Pittosporum tobira)、夹竹桃(Nerium indicum)、小腊(Ligustrum sinense)、珊瑚树(Viburnum odoratissimum)、小叶栀子(Gardenia radicans)、大叶栀子(Gardenia jasminoides)、桧柏(Sabina chinensis)、大叶女贞(Ligustrum lucidum)、金银花(Lonicera japonica)、华山矾(Symplocos chinensis)、美丽胡枝子(Lespedeza formosa)、香根草(Vetiveria zizanioides)、百喜草(Paspalum notatum)和莽草(Illicium lanceolatum)。香根草购自江西红壤研究所，华山矾、百喜草和莽草从当地矿区内采挖，新银合欢、楤木、构树和金银花来自浙江省亚热带作物研究所苗木基地，其余各种来自浙江省林科院。

2.2 试验方法

试验设在矾矿废弃地综合三厂所在山头。试验地海拔291 m，坡度20°，阳坡，面积5 000 m²。表层土壤为多年倾倒的矾渣，质地以砂粒为主，土壤结构不良，保水、肥能力差，遇较大降水时易发生严重水土流失。矿渣地土壤pH值为4.20~4.29，呈强酸性；养分贫瘠，有机质含量为0.47 g·kg^-1，N元素含量极低，仅为0.003 g·kg^-1；P，K和Ca的含量分别为3.54，11.40和0.06 g·kg^-1，较为丰富。矿渣土S的含量明显偏高，达到12.003 mg·kg^-1。

试验采用单因素随机完全区组设计，于2007年1月沿山坡等高线方向布设3次重复。每种木本植物每小区30株，每小区3行，株行距1 m×1 m；草本每小区24 m²(4 m×6 m)，48穴，每穴3个分蘖。

栽植后3个月统计每个种的成活率，木本植物以株计算，草本植物以穴计算。2007年9月于野外测定生长指标：木本种测定株高、地径和冠幅生长量；草本种只测定新分蘖的高生长量。

2007年9月野外采集18种参试植物的叶片，带回室内进行生理指标测定。生理指标包括叶绿素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT)活性。叶绿素含量采用丙酮乙醇提纯法测定；SOD活性采用氮蓝四唑(NBT)光化还原法测定(邹琦，2000)；CAT活性采用高锰酸钾滴定法测定(李合生，2000)。

利用隶属函数法对参试的18个植物种在废弃地上的生长及生理适应性进行综合评价。隶属函数值X_ui=(X_i-X_min)/(X_max-X_i), 其中X_ui为指标隶属函数值，X_max为指标极大值，X_min为指标最小值，X_i为各项指标的实测值。

3 结果与分析 3.1 成活率

供试的18种植物中，成活率为100%的有桧柏、香根草、百喜草和莽草，说明这些种类能够较快适应废弃地的环境而生存下来，这对于以后的生长是有利的。成活率在90%以上的种还有海桐、珊瑚树和美丽胡枝子。华山矾虽为当地乡土树种，但其成活率仅为1.11%，这可能与移苗时间过迟有关。另外，金银花成活率不高，仅为11.1%。其余10个种的成活率为60%~90%，还是比较理想的。

3.2 生长适应性

分别对草本和木本植物的生长性状进行方差分析，结果表明(表 1和2)，冠幅生长量在木本植物种类间存在极显著差异(P < 0.01)；新分蘖高生长量在3个草本种间有极显著差异(P < 0.01)，木本种类间地径和株高生长量差异不显著。

虽然株高生长量在木本植物间差异不显著，但波动范围还是很大的。从表 2可以看出，高生长最大的是美丽胡枝子，达到了8.43 cm；其次为桧柏，达到了6.18 cm；海桐、珊瑚树和新银合欢的高生长也比较明显，在2 cm以上，而华山矾则没有高生长。所有种的地径生长量都不明显：生长最大的桧柏增长了3.51 mm，其他种类都很小，在1 mm左右，甚至更小；金银花没有测出有增加。冠幅生长量在不同种间变化幅度很大，差异显著。表 3中，冠幅生长最大的是美丽胡枝子，冠幅增长达到24.5 cm，其次是构树、华山矾和新银合欢，都在10 cm以上；夹竹桃和松柏则增长不到1 cm。虽然物种本身的生长特性可能会导致生长量的差异，但一些生长特性相似的物种其生长性状的差异还是比较大的，如同为落叶小乔木的华山矾的冠幅生长量为16.56 cm，而NFDA9木为9.55 cm。

草本物种中香根草生长最旺盛，株高生长量达到了37.5 cm，方差分析表明(表 1)它与莽草和百喜草的生长量差异极显著(P < 0.01)，后2者的生长量分别是9.2和8.0 cm。

3.3 生理适应性 3.3.1 叶绿素含量

由表 3可知，18种参试植物的叶绿素含量在种间存在极显著差异(P < 0.01)。从表 4中可以比较所有参试种的叶绿素含量，总叶绿素含量在1.0 mg·g^-1以上的排序依次为：金银花＞新银合欢＞百喜草＞小叶栀子＞香根草＞夹竹桃＞美丽胡枝子＞构树＞山茶＞海桐＞珊瑚树，其余种均低于1.0 mg·g^-1。所有植物种的叶绿素a含量与叶绿素b含量的比值间无显著差异且均在2.0以上，说明这些种均为阳性植物，这对适应光照充足但易发生干旱的矿山废弃地环境是有利的。

3.3.2 超氧化物歧化酶(SOD)和过氧化氢酶(CAT)活性

SOD作为植物抗氧化系统的第一道防线，清除细胞中多余的超氧根阴离子。CAT普遍存在于植物的所有组织中，其活性与植物的代谢强度、抗寒、抗病能力有一定的关系。表 3方差分析结果表明，矾矿废弃地植物修复的18个参试植物种类的SOD和CAT酶活性差异达到了极显著程度(P < 0.01)，说明不同物种抵抗因逆境而产生的过氧化危害的能力是有差异的。从表 4来看，2种酶活性在参试植物中的表现并不完全一致，SOD酶活性较高的种包括新银合欢、珊瑚树和美丽胡枝子，另外莽草也比较高；CAT酶则在构树、新银合欢、美丽胡枝子和香根草中活性较高。

3.4 生长性状与生理指标的相关性分析

对生长性状(株高生长量、地径生长量与冠幅生长量)与生理指标(总叶绿素含量、叶绿素a含量/叶绿素b含量、SOD酶活性和CAT酶活性)进行了相关性分析。由表 5结果可知，株高生长量与SOD酶活力相关性显著，SOD酶活力高有利于植株高生长，在杂种鹅掌楸(Qiriodendron Chinense)的研究中也得到了类似结论(杨秀艳等，2005)。冠幅生长量与CAT酶活力的高低达到了极显著正相关。这表明，在矾矿废弃地这种逆境环境中，植物体内氧自由基增加，作为氧自由基清除防御系统重要成员的SOD和CAT酶活力高则其抗氧化能力强，保证了植物具有比较旺盛的生命力。同时SOD酶活性和叶绿素a含量与叶绿素b含量的比值也存在显著正相关。在遭遇逆境时，叶绿素a和叶绿素b因稳定性不同而遭受体内活性氧不同程度的破坏。保护酶SOD可以清除植物体内的活性氧，抑制叶绿素a的破坏提高叶绿素a含量和叶绿素b含量的比值，增强阳性植物在强光下的光合能力，促进植物的生长。

3.5 生长与生理适应性综合评价

利用隶属函数法按照木本和草本种类对参试的18个植物种在废弃地上的生长及生理适应性进行综合评价，结果表明(表 6)，木本植物中美丽胡枝子、新银合欢和构树对矾矿废弃地环境的适应性强，草本植物以香根草最适生，可作为先锋物种用于环境修复。为了增加生态恢复中引入物种的多样性，木本植物海桐、山茶、珊瑚树、桧柏和金银花也可以在植物修复中应用。

4 结论与讨论

已有研究表明，菊科(Compositae)、禾本科(Poaceae)和豆科(Leguminosae)植物往往是最早在尾矿上自然定居的物种(孙庆业等，1999)，它们入侵后会逐步改善尾矿的环境。豆科的百脉根属(Lotus)、羽扇豆属(Lupinus)和车轴草属(Trifolium)对Cu具有耐性而在铜矿废弃地上生长良好(Kruckeberg et al., 1992; Lin et al., 1994)。香根草对多种重金属有忍受性，且对土壤的酸碱度要求不严格(滕应等，2004)，可作为生态恢复中的先锋物种。本试验在矾矿废弃地的植物修复中共引入3个草本与15个木本植物，对它们在废弃地的生长与生理表现进行了研究。结果表明不同的物种对矾矿废弃地的适应性是存在差别的，生长表现与生理指标在物种之间存在显著差异。综合评价认为美丽胡枝子、新银合欢、构树和香根草是矾矿废弃地可最早引入的先锋物种。不难看出豆科和禾本科是困难生境中的开拓者，这与其生物学特性有密切关联。矾矿废弃地土壤N素含量极低，P的含量虽高但在酸性条件下其存在形态难以被植物吸收利用，土壤环境恶劣。豆科植物具有生物固氮作用，能有效地把大气中的N₂固定从而增加土壤中氮素的积累，这不仅有利于豆科植物自身的生长，也有利于土壤中其他营养元素(如P)的释放，最终起到局部改善其他物种生存环境的作用。禾本科的香根草具有发达细微的根系，具有强大的吸收功能和防止水土流失作用，因此它可以在贫瘠的立地条件下生长良好。

植物的生理功能直接影响其生长表现。在逆境中，植物自身抗氧化保护酶对减少过氧化物对植物体的危害起着重要作用。在本试验中，SOD和CAT酶活力的高低与植物生长量的大小及叶绿素的变化具有显著正相关。说明SOD和CAT酶活性的增强可以降低植物体内在逆境条件下产生的过氧化伤害，减少叶绿素的破坏，提高植物的光合速率，保证其长势和干物质的积累。因此，SOD和CAT酶活性可以作为判别植物对矾矿废弃地环境适生与否的生理指标。

综上所述，在矾矿废弃地上进行植物修复，适生植物种的筛选是必要的关键环节，应从生长和生理水平进行综合评价。筛选出的豆科与禾本科植物适宜作为先锋物种加以利用，这与已有的一些研究结果相似(蒋高明，1996；王友保等，2006；张志权等，2001)。可以利用草本植物生命周期短，养分回归快和木本植物经济价值高，长期效益好的特点，将草本与木本植物混合种植，提高植物修复的效果。为提高退化环境恢复中的物种多样性，可在试验的基础上不断增加引入物种的数量。