论文《基于葛藟的开发利用对贵州喀斯特贫困地区石漠化防治的研究》.docx

基于葛藟的开发利用对贵州喀斯特贫困地区石漠化防治的研究伍梦雪1,石艳梅作者简介：伍梦雪（2000-），女，高一（14）班指导老师：石艳梅（1965-），女，特级教师，主要研究方向中学教育、教学1.贵阳市第三实验中学，贵阳 550001【摘要】目的：改造贵州喀斯特石漠化地区的生态系统，解决石漠化和人口贫困问题，守住贵州发展和生态两条底线。方法：通过实地调研了解喀斯特地区地形地貌和本地植物的特点，利用数据资料分析，提出解决石漠化方案，利用田间测产法、土壤侵蚀法和葛藟酒、燃料乙醇、有机饲料的制备以及成本核算等验证方案的可行性。结果表明：葛藟的年平均生长速率110cm,可减少泥土冲刷量59%，每亩葛藟可产果实1332千克，可加工成葛藟酒346千克，产值达1.62万元,同时可得33千克燃料乙醇和233千克饲料等副产物;结论：在喀斯特石漠化地区以环境科学的思想为指导，因地制宜开展生态改造和修复，利用第二产业的发展提高农民的收益，可实现生态与经济建设协调发展。关键词：葛藟；贵州；喀斯特；石漠化；防治一、背景我的家-贵州-位于中国西南部，处在长江和珠江两大水系上游交错地带，是长江、珠江上游地区的重要生态屏障，这里拥有美丽的赤水河、气势磅礴黄果树等自然风光；已知的生物物种达24547种,其中高等植物（包括苔藓、蕨类和种子植物）9982种，占全国总种数的28.53%；脊椎动物1053种，占全国总种数的16.34%；大型真菌1166种种，约占全国总种数的31%，是黔金丝猴、黑颈鹤等的家园。然而，6.13的“毕节三兄妹的自杀”事件，让我进一步的认识到贵州高原是世界面积最大、分布最集中、规模最连片的喀斯特生态脆弱区，面积达45万平方公里，而贵州省石漠化土地面积占全省土地总面积的20.4%以上，2014年贵州有934个贫困乡，有9000个贫困村，农村贫困人口超过623万，而农村留守儿童达到240万人，集中分布50个扶贫开发重点县。石漠化成为贵州人口贫困的主要原因,也是贵州乃至整个西南喀斯特山区生态建设与可持续发展的主要障碍。卢耀如院士提出：喀斯特石漠化指在我国南方湿润地区,碳酸盐岩发育的岩溶脆弱生态环境下，由于受人类不合理社会经济活动的干扰破坏所造成的土壤严重侵蚀，基岩大面积出露，土地生产力严重下降，地表出现类似荒漠景观的土地退化过程1，当前喀斯特石漠化治理主要有环境移民、封山育林、自然恢复以及坡改梯工程等措施2-4，但这些投入大，周期长，可持续差。如何既能解决喀斯特石漠化严重的生态问题，又能使农民脱贫致富？二、思考探索与实验方案设计 马马崖村位于贵州省关岭县普利乡，主要居住汉族、黎族、布依族等民族，面积20平方公里，人口2312人，水田1300亩，旱地1500亩，年降雨量1370mm，全村的岩石裸露率高达80%以上（见图1、2），以发展石材和养殖业为主，人均年收入1250元(国家规定贫困人口的标准：人均2300元/年),是贵州典型的喀斯特石漠化严重的贫困地区。 马马崖村主要地表崎岖破碎，山多坡陡，土层较薄，但在采石场我发现有的岩石裂缝中土层厚度可达80厘米以上（见图3、4），具备了植被系统生长的可能性；在对本地植物的调研过程中又发现本葡萄科植物葛藟，根系发达，生长速度快（见图5、6），具有超强的适应性，其根、茎和果实除供药用外，果实还可食用5，这是适用于解决石漠化现象中的“基岩大面积出露，土地生产力严重下降”问题？通过实验分析发现：葛藟的糖分含量达16.4%和氨基酸含量10.1%，高于文献报道的葡萄的糖和氨基酸的含量6、7，是不是可将葛藟制成葛藟酒，进一步提高它的附加值？据此，我们提出了以下的实验思路和方案（见图7）。图 1 喀斯特石漠化地区 图2 裸露的岩石图3采石场 图4 岩石截面 图5 葛蕌根系 图6 葛藟表1葛藟和葡萄的主要化学成分序号名称水分（%）含糖量（%）氨基酸（mg/g）1葛藟65.416.410.12葡萄6-788.77.532.62三、材料与方法1.仪器设备 AL-204型万分之一电子天平（Mettler，瑞士）、202-1型烘箱、紫外分光光度计（CARYBio型）、酒精计、台秤、人工降雨机（自制）、侵蚀槽、气相色谱（安捷伦6890）、液相色谱（HP1100）2.试剂和材料 甲醇、乙醇、乙酸、浓硫酸、盐酸、正己烷、乙酸钠、葡萄糖、（以上均分析纯），17种氨基酸混合溶液（中国计量科学研究院GBV（E）100062）、异硫氰酸苯酯（98%）、烧杯、滤纸、葛藟、冰糖（市售）、超纯水（自制）3. 实验方法1）水分测定分 GB5009.32010食品中水分的测定2）糖分测定 中华人民共和国药典2010版3）氨基酸测定 中华人民共和国药典2010版4）乙醇含量测定 中华人民共和国药典2010版四、实验过程1. 物种鉴定经贵阳中医学院的魏升华老师鉴定其为葡萄科植物葛藟(Vitis flexuosaThunb）。 图8葛藟 图9葛藟标本2. 植被环境适应性研究 对岩石裂缝、溶槽、砾石堆、土坎边以及落叶林下的土壤等不同生境下的葛藟调查。 图10岩缝隙 图11溶槽 图12砾石堆 图13坎边 图14落叶林3.葛藟的生长试验（1）葛藟生长速度研究 野外采集记录1年生、2年生、3年生葛藟植株最长的枝条长度，同时在1m2的样方的范围内，用直接目测法计算其覆盖率，结果见表2.表2不同年限葛藟的生长状况序号1年2年3年长(m)覆盖率（%）长(m)覆盖率（%）长(m)覆盖率（%）10.5911.4792.923720.3811.5173.904530.4511.7483.6240平均0.4711.5783.4841（2）果实的产量 采用田间测产法：摘取样方6平方米内的葛藟果实称重，计算每亩的产量。表3葛藟果实产量实验序号面积(m2)重量（kg）亩产（kg）1614.115652610.211323611.71299平均值61213324. 土壤侵蚀实验 将干燥的泥沙按四分法混匀，分别取50g放入侵蚀槽内，将侵蚀槽坡度调至10，按覆盖率0%、20%、40%、60%放上覆盖物，以87mm/h的强度降雨，连续10分钟，收集泥沙。表4 降雨对土壤的侵蚀序号覆盖率（%）雨前泥沙总量（g）雨后剩余泥沙（g）冲涮率*（%）1050.1212.58 74.922051.3232.54 36.634051.2143.07 15.946050.5647.32 6.4 备注：冲涮率：下雨后冲涮掉的泥土重量（g）/原泥土的重量（g）表5 覆盖率与冲刷率之间的关系5. 葛藟的深加工实验 取20千克葛藟，清除不成熟及破损的葛藟后，洗净、晾干、除梗，破碎，将其倒入发酵罐中，加入冰糖1千克，密闭，每天搅拌2次，在21-30的温度下，发酵20天，取出，抽滤，将其滤液密封保存，即得葛藟酒；酒糟倒入另一发酵罐中，加入适量酵母在25-32再次发酵20天，取出，蒸馏，即得燃料乙醇，二次发酵的酒糟烘干，得有机饲料。表6 葛藟产品及产量葛藟（kg）葛藟酒（kg）燃料乙醇（kg）饲料（kg）205.20.53.56. 产品检测 根据现有的国家标准或相关文献资料，分别葛藟酒中的游离态氨基酸、维生素C、酒精度和饲料中的氨基酸以及蒸馏所得乙醇浓度进行检测，结果见表7、8。表7 葛藟酒中的主要成分含量序号检测项目含量参照组8-91游离氨基酸1773.3 mg/L1100.0 mg/L2维生素C6.67mg/ml4.71 mg/ml37种氨基酸总量*701.5 mg/L115.2 mg/L4酒精度1212 备注：*人体必需的7种氨基酸（自身不能合成）表8 燃料乙醇和饲料的主要成分序号样品名称检测项目含量（%）1燃料乙醇乙醇99.52饲料氨基酸3.9五、结果与讨论 1.喀斯特石漠化的主要特征是土壤严重侵蚀，基岩大面积裸露，土地生产力严重下降，葛藟生态适应性强，可生长在仅有少量土壤的岩石缝隙中，3年间的年平均生长速度达110cm，3年后的覆盖面积可达15.6平方米，远远高于火龙果等藤本植物的，可减少大雨对喀斯特石漠化地区泥土的冲刷量。 2. 制备的乙醇含量达99.5%，可作为燃料乙醇来使用，酒糟的氨基酸含量与玉米（4.13%）、稻谷（3.81%）10比较接近可作为猪、鸡等动物的饲料。 3.葛藟的开发是可持续的，高效的。葛藟果实亩产可达千克，按1元/千克,产值可达1332元，如加工成的葛藟酒，其人体必须的7种氨基酸含量比葡萄酒8-9的高6倍，维生素C高1.4倍，如按市场上的价格50元/千克，其产值可达1.62万元/亩，远高于贵州传统种植的经济作物烟草5000元/亩和水稻1370元/亩，同时可得33千克的燃料乙醇和233千克的饲料。表9 每亩葛藟不同加工时期的价值种 植加工后鲜果产量（kg/亩）产值（万元）酒（kg）产值（万元）乙醇（kg）饲料（kg）成本*（元）利润（万元）133213323461.7333.3233.11145.51.62*成本：原料和耗材的价值六、结论 1. 葛藟的强生态适应性,年110cm的生长速度可作为喀斯特石漠化严重地区的生态改造特色物种。 2. 在环境科学的思想指导下，根据生物学、化学、经济学等不同学科的知识，因地制宜地利用喀斯特地区的特殊地形地貌和本地特有物种（葛藟），开展喀斯特地区石漠化的治理，利用资源可持续发展，解决了当地农民的增收，避免了对本地生态环境的破坏，从而为石漠化的产生起到预防作用，此实验的完成为贵州喀斯特贫困地区的石漠化的防治的解决提供了理论依据。七、鸣谢 感谢实验三中石艳梅老师在我做课题期间给予帮助和鼓励，感谢“喀斯特山地生物多样性保护与可持续利用”国家团队的乙引老师、崔荣荣、郭丽、李同俊、田红红等师兄师姐在活动中对我实验的悉心指导与辅助，感谢贵州师范大学分析测试中心伍庆老师、谭高好哥哥提供仪器、场地和仪器操作的指导，感谢贵阳中医学院的魏升华老师对物种的鉴定，同时感谢关岭县马马崖村的龚朝朋、龚洪富哥哥在我调查和试验过程中给予帮助八、参考文献1卢耀如，张凤娥，刘长礼，童国榜，张云.中国典型地区岩溶水资源及其生态水文特性J.地球学报。2006，10（5）；393-4022 林风华.石漠化治理的基本思路及模式初探J.贵州林业科学。2003，31（1）；49-523彭珂珊. 中国水土流失的概况及其综合治理J.广西经济管理学院学报.2001，3（13）；1-84刘建忠，郭颖等.贵州喀斯特石漠化地区生态修复现状及治理措施J.安徽农业科学.2011,39(19);11684-116865人民出版社，全国中草药汇编.1996年6 陈树俊. 葡萄的营养与保健J. 2008，10:18-19.7 任平国,徐启红.葡萄多糖的提取工艺及含量测定研究J.北方园艺,2008, （5）:57- 598 陈勇，曾新安，董新平等. 中国主产干红葡萄酒中氨基酸含量对照与探讨J.食品发酵工业. 2004,30（1）：107-1109 李记明，李华. 葡萄酒成分分析与质量研究J. 1994，2（6）：30-35.10 中国饲料成分及营养价值表（22版）11 GB5009.32010食品中水分的测定. 12 中华人民共和国药典（2010版）The research of desertification on the development and utilization of Vitis flexuosa ThunbWu Mengxue Shi Yanmei No. 3 Experimental middle school, Guiyang, Guizhou Abstract: The main purpose of the article is to solve the problems of poverty and population in Guizhou by using data analysis, rocky desertification program to reform ecosystems. The result shows that the annual average gro