堿蓬的功能及其在鹽堿地上的應(yīng)用

堿蓬的功能及其在鹽堿地上的應(yīng)用

全球人口嚴重負擔重負、土壤含鹽量、資源稀缺、環(huán)境惡化等問題越來越受人們的關(guān)注和擔憂。鹽漬土是一系列受土體中鹽堿成分作用的,包括各種鹽土、堿土及其它不同程度鹽化和堿化的各種類型土壤。土壤鹽漬化是一個世界性的資源問題和生態(tài)問題。據(jù)聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)和世界糧農(nóng)組織(FAO)的不完全統(tǒng)計,全世界現(xiàn)有各種鹽漬土1.0×109hm2,占全球陸地面積的10%,廣泛分布于100多個國家和地區(qū)。由于土壤的次生鹽漬化,世界鹽漬土面積還在不斷增加,根據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署(UNEP)的調(diào)查統(tǒng)計,在土壤退化中,因土壤鹽漬化造成的土地荒漠化面積約為1.115×108hm2,僅次于風(fēng)蝕和水蝕,居第三位。實例表明,土壤鹽漬化已經(jīng)成為危及人類生存的重大資源與環(huán)境問題。根據(jù)中國科學(xué)院南京土壤所的最新研究結(jié)果表明,我國各種類型鹽漬土的總量為9913.3萬hm2,其中現(xiàn)代鹽漬化土壤約3693.3萬hm2,殘余鹽漬化土壤約4486.7萬hm2,潛在鹽漬化土壤為1733.3萬hm2,是世界鹽堿地大國之一[3~6],其中我國海涂土壤占海岸帶土壤總面積的17%。主要分布在東北、華北、西北內(nèi)陸地區(qū)及長江以北沿海地帶。迄今為止,我國還有80%左右鹽漬土尚未得到開發(fā)利用。土壤鹽漬化已成為限制我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的最大障礙。如何開發(fā)利用這些鹽堿土地資源,已引起人們的高度重視。研究和實踐證明,在鹽堿地上引種耐鹽植物,一方面具有一定的經(jīng)濟價值,同時,也是生物改良鹽漬土的一種有效措施[8~10]。堿蓬種植試驗表明,堿蓬是一種耐鹽能力很強的真鹽生植物,是當前改良利用鹽堿土壤的首選植物品種,種植堿蓬能夠有效地降低土壤表層含鹽量,增加土壤有機質(zhì)含量,提高土壤中N、P、K的含量,對濱海鹽漬土具有顯著的改良作用,可取得良好經(jīng)濟效益、生態(tài)效益和社會效益[11~13]?，F(xiàn)就對堿蓬的生物學(xué)特性、營養(yǎng)成分、利用價值及其在鹽堿土壤修復(fù)等方面研究進展進行綜述,為堿蓬的進一步開發(fā)利用提供參考。1我國堿蓬屬植物的分布和生長情況堿蓬(SuaedasalsaL.)又名鹽蒿、海鮮菜,為藜科(Chenopodiaceae)堿蓬屬(SuaedaForsk.exScop.)一年生草本真鹽生植物。主要生于海濱、湖邊等荒漠半荒漠地區(qū)淺平洼地邊緣的鹽生沼澤環(huán)境。堿蓬是一種典型的鹽堿地指示植物,也是由陸地向海岸方向發(fā)展的先鋒植物。在我國主要生長于新疆、蒙、甘、陜、魯、晉、遼等省區(qū)。我國共有堿蓬屬植物20種及1個變種,常見種為灰綠堿蓬(Suaedaglancabunge)和鹽地堿蓬(S.salsaL.Pall),其中灰綠堿蓬的產(chǎn)量最高。當前對堿蓬屬植物的研究主要集中在灰綠堿蓬、鹽地堿蓬及翅堿蓬。堿蓬對土壤含鹽量適應(yīng)范圍很寬,可在NaCl含量0.031%~4.356%的土壤上正常開花結(jié)實。鹽水浸泡試驗發(fā)現(xiàn),堿蓬種子可在NaCl濃度小于20.0g/kg的溶液中正常發(fā)芽,其發(fā)芽率、發(fā)芽勢和胚根生長量均無明顯降低。堿蓬是一種無葉、肉質(zhì)化的植物,一般株高20~60cm,經(jīng)脫鹽土人工栽培,其株高可達80cm以上。莖直立、有紅色條紋及分枝,枝細長、斜伸或開展;葉線形、肉質(zhì)對生,長1.5~5cm,寬1~3cm,花兩性或兼有雌性;種子呈雙凸鏡形,直徑0.8~1.5cm,黑色有光澤,千粒重2.7g。正常年份在3月上旬均可出苗,出土后的子葉鮮紅,7~8月開花,9~10月結(jié)實,11月初種子完全成熟,最適生長期在5月中旬至8月中旬。2堿蓬的營養(yǎng)成分和使用價值2.1堿蓬營養(yǎng)豐富,氨基酸成分豐富堿蓬生長在荒野灘涂,遠離污染,生長過程中沒有使用化肥和農(nóng)藥,其嫩莖葉營養(yǎng)成分豐富,味道鮮美,是目前備受青睞的無污染綠色食品,主要作為蔬菜食用。試驗分析發(fā)現(xiàn),堿蓬莖葉營養(yǎng)成分完整齊全,除富含脂肪、蛋白質(zhì)外,礦物質(zhì)、微量元素和維生素的含量也很豐富。其鮮嫩莖葉中蛋白質(zhì)含量占干物質(zhì)的40%,與大豆相當;含有豐富的氨基酸,每100g鮮梢部分含有胡蘿卜素1.75mg、維生素B220.10mg、維生素C78mg;還含有其它微量元素,如鈣、磷、鐵、鋅、硒等,其中許多指標都高于螺旋藻。堿蓬中鈣、磷、鐵與核黃素含量都高于菠菜、番茄及胡蘿卜等蔬菜;維生素C含量高于或相當于一般蔬菜;維生素B2含量為一般蔬菜的5~8倍;含Se量較一般食物高10倍左右。對野生鹽地堿蓬的分析發(fā)現(xiàn),堿蓬汁中含有9種人體必需的微量元素,其中鈣、鎂、鋅、鐵、鎳含量豐富。值得一提的是,堿蓬種籽和莖葉的蛋白質(zhì)中人體必需氨基酸含量高,而且結(jié)構(gòu)比目前已知的優(yōu)良天然食物都更為均衡,在其蛋白質(zhì)中,人體必需氨基酸含量與世界衛(wèi)生組織給出的完全蛋白質(zhì)指標相當接近,優(yōu)于螺旋藻、大豆、雞蛋中必需氨基酸的組成。堿蓬做蔬菜栽培,冬季可產(chǎn)鮮菜5250kg/hm2,春季可達7500kg/hm2,經(jīng)濟效益非常顯著。2.2堿蓬籽油的營養(yǎng)成分含量較高,比指標測定更為高據(jù)史料記載,在我國黃河三角洲地區(qū),早期油料緊張時,很早就有用堿蓬種子榨油的記載。近來的文獻報道:堿蓬種籽中脂肪含量達26%左右,高于大豆,占干物質(zhì)的36.5%,粗蛋白含量接近30%,出油率可達28%。堿蓬籽油的脂肪酸組成成分良好,不飽和脂肪酸占總脂肪酸的90%以上,其中亞油酸含量高達70%以上,與亞油酸含量最高的紅花籽油相當,高于花生油、豆油、菜子油、棉籽油等植物油,而亞油酸的成分、綜合品質(zhì)與紅花油及月見草油相近,可作為共軛亞油酸的生產(chǎn)原料,這一研究已在中國科學(xué)院海洋研究所通過中試鑒定。含油酸11%左右,α-亞麻酸含量可達6%,與大豆油和小麥芽油相當,遠高于其它常用食用油。堿蓬籽油中脂溶性維生素含量較高,特別是維生素E含量高達2mg/g,且富含微量元素Se。于海芹等應(yīng)用重量法和氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用技術(shù)(GC-MS)對吉林省西部鹽堿地生長的堿蓬、角堿蓬和翅堿蓬3種野生植物的種子含油量及脂肪酸成分進行了測定和分析,結(jié)果表明:堿蓬、角堿蓬和翅堿蓬種子含油量分別為24.39%、15.67%和15.80%,其不飽和脂肪酸含量分別為88.65%、88.30%、88.50%,尤其是亞油酸含量較高,分別達56.94%、59.35%和60.86%。大量研究充分說明,堿蓬籽油具有極高的營養(yǎng)保健價值,是一種高級食用油。因此,完全可以將堿蓬作為新的油料資源進行開發(fā)。2.3土壤中堿蓬化合物類堿蓬具有較高的醫(yī)用價值。據(jù)《本草綱目拾遺》介紹,堿蓬性質(zhì):咸涼無毒;功用:清熱、消積。現(xiàn)代醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn),堿蓬屬植物種子油富含人體生長發(fā)育所必需的脂肪酸、亞油酸和亞麻酸,且不飽和脂肪酸含量高,具有降糖、降壓、擴張血管、防治心臟病和增強人體免疫力等藥用效能,適用于預(yù)防心血管系統(tǒng)疾病,是老年人、高血壓病人以及健康人良好的保健食用油。由于堿蓬含Se量高,具有一定的抗癌作用,國家海洋局第一海洋研究所已利用堿蓬籽油生產(chǎn)出具有抗癌、降膽固醇、抗動脈粥樣硬化等生理功能的共軛亞油酸,目前正在籌備工業(yè)化生產(chǎn)。近年來,人們逐漸認識到體內(nèi)過多的自由基是導(dǎo)致許多疾病的根源,從動植物資源中尋找高效、無毒的具有清除自由基作用的天然抗氧化物質(zhì),對預(yù)防疾病、延緩衰老具有重要的意義。研究發(fā)現(xiàn),翅堿蓬提取物具有抗氧化活性。研究還發(fā)現(xiàn),鹽地堿蓬幼苗的分離提取物對機體具有增強非特異性免疫功能的作用,這將為新型營養(yǎng)保健品和抗腫瘤藥物的研制提供有益的信息。此外,有研究證明,堿蓬幼苗和種籽的兩種提取物的甲酯化產(chǎn)物對急性炎癥有明顯的抑制作用。2.4堿蓬堿蓬紅色素加工食品工業(yè)堿蓬的鮮嫩莖葉的蛋白質(zhì)含量占干物質(zhì)的40%,榨油后的籽粕粗蛋白含量為27%左右,這些都是很好的飼料蛋白源,經(jīng)微生物發(fā)酵后有更高的利用效率。以堿蓬作為飼料已是我國各堿蓬產(chǎn)區(qū)的主要用途,不僅能夠降低飼養(yǎng)成本,而且可以提高畜產(chǎn)品的綠色化程度[25~27]。同時,堿蓬還是天然的食用色素源。在綜合加工堿蓬產(chǎn)品過程中,可以利用堿蓬汁的濾液生產(chǎn)葉綠素,1kg堿蓬葉可制得1g葉綠素,堿蓬綠色素用作強化食品的補色劑,在鹽地堿蓬紅葉期,可加工制取堿蓬紅色素(堿蓬紅)。紅色素在食品工業(yè)中屬于價值較高的色素添加劑,堿蓬紅的開發(fā)利用將填補這一市場空白。堿蓬全株富含鉀鹽,將植株曬干燒成灰,用水浸漬,過濾濃縮后即析出鉀鹽(碳酸鉀、硫酸鉀、氯化鉀)。其中含量最高的碳酸鉀可用于印染、玻璃、制藥、化工等;硫酸鉀和氯化鉀可用作鉀肥;氯化鉀還可做重要的化工原料。此外,堿蓬還可以用來制備膳食纖維。衣丹等人以堿蓬提取葉蛋白后的殘渣為原料制備膳食纖維,所得堿蓬膳食纖維的膨脹力都較高,功能性質(zhì)優(yōu)于小麥麩皮膳食纖維。3鹽地堿蓬對土壤理化性質(zhì)的影響海岸帶是海洋與陸地交接的地帶,擁有大量亟待開發(fā)利用的鹽漬土。土壤含鹽量較高及季節(jié)性土壤返鹽是沿海灘涂植物立苗的限制因子,土壤物理和化學(xué)性狀不良是植物生長發(fā)育的主要障礙,土壤酶及土壤微生物等活性物質(zhì)種類和數(shù)量偏小是影響灘涂生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)循環(huán)及土壤資源為植物持續(xù)利用的重要因素。植物除了直接吸收、固定、分解污染物外,通常只是間接地參與土壤中污染物的降解,它通過與土壤中細菌、真菌等微生物種群的相互作用,改變微生態(tài),改善微環(huán)境,從而對退化的環(huán)境進行修復(fù)。利用鹽生植物對鹽堿地和濱海鹽漬土進行生物修復(fù),對土壤有明顯改善的作用,如改善土壤結(jié)構(gòu),降低土壤鹽度,增加土壤的孔隙率,增加土壤有機質(zhì)和總氮,土壤的生物活性如土壤微生物和土壤酶也有顯著提高[12,29,30,31,32,33,34]。林學(xué)政等利用鹽地堿蓬對天津河口濱海鹽堿地進行生物修復(fù)。通過比較種植鹽地堿蓬土壤和對照土壤的電導(dǎo)率、有機質(zhì)和微生物數(shù)量的差異等研究了其修復(fù)效果。結(jié)果表明,種植區(qū)堿蓬根際土壤的電導(dǎo)率與對照土壤相比下降了13%;有機質(zhì)和總氮與對照土壤相比分別增加43%和18%;根際土壤的微生物數(shù)量明顯增加,放線菌和真菌分別比對照增加了5倍和16倍根際微生物優(yōu)勢種群的鹽耐受性結(jié)果顯示,部分根際土壤的優(yōu)勢種群的鹽耐受性明顯下降,耐鹽性較低的微生物種群已成為優(yōu)勢種群。說明種植鹽地堿蓬對改善濱海鹽堿地的生態(tài)有明顯的效果。張立賓等研究了堿蓬對濱海鹽漬土的改良效果,結(jié)果表明,種植堿蓬能夠有效地降低土壤表層含鹽量,增加土壤有機質(zhì)含量,提高土壤中N、P、K的含量。劉玉新等選擇堿蓬等5種耐鹽植物對濱海鹽漬土進行了生物改良試驗。結(jié)果表明,種植堿蓬等耐鹽植物后,土壤有機質(zhì)有了顯著的提高,土壤養(yǎng)分也有了明顯的增加,土壤微生物的增加,加速了有機物質(zhì)的分解,促進了土壤無機養(yǎng)分的分解,使土壤中N、PK顯著提高。土壤含鹽量有不同程度的下降,有機質(zhì)N、P、K水平都有不同程度的提高,伴生植被類型進一步豐富,并逐漸由鹽生植物變成非鹽生植物。從種植鹽地堿蓬后不同深度的鹽漬土脫鹽情況看,越是在含鹽量高的地塊上種植,其脫鹽效果越明顯。總體上,土壤脫鹽率最高的是中層,其次是表層,最少的是深層。而裸露土壤中土壤含鹽量不降反升。據(jù)報道,在鹽土上種植耐鹽堿蓬15株/m2和30株/m2,其20~30cm土層中的Na+含量分別減少415%和617%,0~60cm土層中的Na+含量每年分別減少1245和1920kg/hm2。大量的試驗研究已充分說明,堿蓬對鹽漬土有很好的生物修復(fù)功能。4堿蓬的開發(fā)和利用意義我國有大面積鹽堿荒地和灘涂濕地,還有豐富的地下咸水和取之不盡的海水資源,但這些資源無法用于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè),長期的農(nóng)業(yè)實踐表明,無論是對鹽堿土壤的改良,還是對傳統(tǒng)作物的耐鹽性馴化,都存在許多難以克服的困難。堿蓬作為鹽堿地改造的“先鋒植物”,是一種具有廣闊應(yīng)用前景的潛在野生植物資源。它具有適應(yīng)性強、分布廣泛、耐鹽性強、產(chǎn)量高等