矿产勘查的植物学法

出处：按学科分类—自然科学总论 北京出版社《现代科技综述大辞典上》第640页（4801字）

金属矿区土壤中一些元素含量过高，常使一些植物中毒死亡，或发生某些变异；有些植物能够忍耐下来成为忍耐种；有些植物能适应这种环境，并生长得很好；有些植物能聚积某些元素。

利用这些变化了的特征指导找矿，常把前几种特征称为地植物学法；把利用植物中元素含量异常的称为生物地球化学法(因主要是以植物为对象，所以也可以称为植物地球化学法)。植物的这些变化特征虽各有独特的一面，但从植物本身来讲，几个特征是相互联系、不可分割的，因此可统称为矿产勘查的植物学法。

它是矿产普查与勘探的方法之一，在勘探隐伏矿方面更具有优越性。

早在公元800年，中国古籍中就记载有“山上有葱下有银，山上有薤下有金，……。”此外还记载有“草茎黄莠，下有铜器”、“草青茎赤，其下多铅”等等。表明中国古代已经注意到植物与矿的关系。

在国外，1979年Cannon和Brooks，分别概括了这个领域的发展简史。1556年Agricola进行了金属元素对植物生理影响的观察；1588年Thalius记录了伴随含金属土壤上的春米努草(Minuartia verna)；1640年Barba记述了“一定的树木、沼泽植物和草本植物是矿脉的指示者，从表面上再现了地下矿脉的过程，生长在矿脉顶部的植物较小、细弱”。”1841年Karpinsky描述了出现在不同地质基层上的不同的植物群落。较早发现并已被进一步证实的指示植物有：铜矿指示植物旋柱白鼓丁(polycarpea spirostylis)(澳大利亚，1889)，锌矿指示植物欧洲黄堇菜(Viola lutea)(德国，1887)，银矿指示植物卵叶绒毛蓼(Eriogonum ovalifolium)(美国，1897)。植物地球化学找矿的研究，最早的工作是俄罗斯的Thalich(1938)；瑞典的Brundin(1939)，他们取得了这个方法的专利。

60年代已形成了较系统的方法，进入了应用阶段。

主要工作集中在美国、前苏联、加拿大、英国等国家。其成果可概括为：在植物群体水上的为指示植物群落，在种群水平上的为指示植物种，在个体水平上的是植物变异、变态特征的指示作用和以植物成分分析为特征的植物地球化学法。

这几个方面密切相关。

指示植物群落。

Malyuga(1964)、Brooks(1979、1983)、Cannon(1979)进行了详细综述。概括起来，主要是利用植物群落学原理，通过由于矿化作用引起的植物群落种类组成、覆盖度、群聚度、生活力、周期性等特征的变化，以及地植物学作图，指导找矿。Cole(1978)报道，在南非利用Helichrysum leptolepis占优势的植物群落，发现了铜矿；在博茨瓦纳利用Echolium lugardae占优势的植物群落预测了钙质结砾岩以下300m深的铜矿；Ernst研究了许多地区指示植物群落，发现有几种植物是共同的，如芦叶堇菜(V．calaminaria)、高山菥蓂(Thla spi alpestre)、春米努草、蝇子草(Silene vulgaris)、海石竹属植物(Armeria spp．)和羊茅(Festuca ovina)。因气候的差异，有时偶然缺乏一二个种。

他编制了芦叶堇菜群系纲的植物群落系列，然后分为3个“系”，并指出典型的植物群落出现在各自独立的矿化区域。在长江中、下游发现，由海州香薷(Elcholtizia haichowensis)、蝇子草(S．fortunei)、石竹(Dianthus chinensis)等植物组成的群落指示铜矿(李明喜，1974)。通过地植物学作图，利用指示植物群落的介线，在南非、澳大利亚等地发现了铜矿，以及铅、锌矿，铁矿。许多结果表明，在金属矿体的上方，植物群落种类组成比非矿化区少，植物生长不好，在林区常形成林窗。

近些年来，植被遥感技术在矿产勘查上的应用，发现了一些矿体。

指示植物，是植物种或变种在矿化土壤上的出现或缺乏，指示出基岩的化学组成状况。

常分为通用指示植物和局部指示植物。

据不完全统计，已报道的指示植物近200种，但不少指示植物的发现，缺乏准确性的考证。

确切知道现在或过去在找矿中应用过的指示植物是少数。Cannon(1960)列出了32种，Malyuga(1964)列出25种，Brooks(1983)列出80种。这些种多属于豆科、石竹科等的草本植物，且大多数是铜、铅、锌、镍、钴、铀矿指示植物。中国报道过16种，除海州香薷(谢学锦，1953)曾被推广应用并被许多文献引用外，其它尚未被验证和推广。

植物体变异变态的指示作用被广泛研究。

结果表明，在过高的金属元素影响下，植株颜色变化、器官发育异常、物候期提前或延后、株体肥大或矮小。如在铜矿上植物叶片出现褪绿病，茎的颜色常变为紫红色；在钼矿上，蔷薇科植物peraphyllum rammossima的花由粉红色变为白色；在锌矿区的罂粟属植物papover macrostomum花瓣具有缺刻(Cannon，1979)。铜矿上的鸭跖草(Co-mmelia communis)花序上的第一朵花常能形成，在非矿化区，第一朵花常常连花蕾也不能形成(李明喜，1974)。

再如长柄灰叶(Tephrosia longipes)的矮化、多枝的形态和蔡氏风车藤(Combrelumzeyheri)果实的变大是典型的铜的生态型；新西兰的海桐花(pittosporum rigidium)，在正常条件下几米高，在含镍、铬高的蛇纹岩地区变为几十厘米高的垫状植物(Cannon，1979)。

植物地球化学法(是生物地球化学的主要部分)。Brooks(1979、1983)、Kovalevskii(1987、1991)等人作了详尽的综述。

重点集中在植物对金属元素吸收积累特点(见聚金属元素植物条)和植物地球化学法找矿。在美国，50～60年代Cannon起了极大的推动作用。另一些活跃的工作者如Chaffee分析了microphyllum和Larrea tridentata3种植物中的铜、锌、钼和锌的含量，在隐伏矿体上方出现异常，而土壤未出现异常，在特殊景观区是一种有用的勘查工具；在干旱环境中，利用深根植物prosopts juliflora勘查铜矿，亦是有用的工具。1985年Erdman论述了植物在勘查金矿上的作用，列举了133篇文献。前苏联植物地球化学找矿的工作大大超过其它国家，最活跃的科学家是Malyuga、Kovalevskii、Talipov等人。

Kovalevskii主要在西伯利亚森林覆盖区工作，利用他提出的生物障原理，1978～1982年发现了4个矿床，1988年他提出了进行矿产普查的岩石－生物地球化学、水－生物地球化学和气体－生物地球化学模型。Talipov的工作大多是植物地球化学勘查金矿的研究。H．V．Warren及其同事们在加拿大做了开创性的工作。近期的许多工作涉及到植物地球化学法勘查金矿的研究。

此外，澳大利亚、英国、新西兰等国家都进行了大量的植物地球化学勘查工作，利用植物元素含量异常分别圈出了铜、锌、铅、钼、金等矿体的轮廓。中国近些年来进行了一些植物地球化学找矿的试验研究，在铀矿(戴兴根，1981)和在干旱半干旱区的试验研究(孔令韶等，1988)，都取得了满意的结果。此外还有一些报道是利用树液、植物挥发性物质的航空低空大气取样和利用极少量的标本室的标本进行生物地球化学的研究，以及苔藓、地衣、泥炭、腐殖质等的生物地球化学研究。

当前矿产勘查的植物学法研究和应用的热点是：(1)寻找隐伏矿。

由于一些植物具有发达的根系，深入到土壤低层、岩石裂隙等部位，像采集器一样，吸收积累某些元素，它的异常能够显示出较深部位矿床的存在。在森林、沼泽区，地表有风沙干扰和厚层运积物覆盖区，以及在寻找盲矿等方面，植物作为采样介质，进行植物地球化学勘查具有优势。

(2)勘查金矿。近年来找金矿热和中子活化高技术在分析植物中微量金含量的利用，已成为金矿勘查的热点之一。

出版了许多有份量的专论和研究报告(Erdman，1985；Siegel，1991；Brooks，1982)，发现了许多聚积金的植物种类，作为采样介质勘查金矿。研究结果还表明，植物中的铊、砷、碲等元素异常，对勘查金矿也具有意义。(3)植被航空遥感找矿，近年来受到重视。1991年在第8届国际遥感地质专题讨论会上，对这一新技术进行了交流和肯定。

受金属元素毒害的植物褪绿、变异变态、矿体上方植物群落种类组成变化等，光谱特征会发生很大变化，这种变化反应出矿致异常。植被遥感应用在勘探者难以涉足的森林、沼泽区或植被覆盖度大的地区，会取得很好的勘查效果。

植物法找矿，有些研究者也评论了它的不利方面，如采样种类、植株部位的选择较难确定，样品分析的前处理复杂等。但近期的研究结果表明，快速、简便、准确分析技术的发展，有些不利因素正逐步克服。

总之，植物学法找矿已形成了一整套的理论和方法，展望未来会有新的发展，与其它勘查方法联合应用，将会充分发挥它的优势。

。

【参考文献】：

1 Malyuga D P. Biogeochemical methods of prospecting,New York:Consultans Bureau, 1964,205

2 Brooks R R. Geobotany and biogeochemistry in mineral exoloration,New York:John Wiley &. Soms, 1993, 9～ 84,162～265

3 Erdman L A,Oison. J C,J Geochem Explor,1985,24:281～304

4 彼得·胡德编．地球物理和地球化学找金属矿(地球化学部分)谢学锦，等译．北京：地质出版社，1986，112～136

5 Kovalevskii A L. Biogeochemical exploration for mineral de-posits, 2nded. Utrecht, Netheliands: VNU Science press, 1987,8～209

6 Busche F D. J Geochem. Explor,1989,32:199～209

7 孔令韶，高平，任天祥，等．植物学报，1991，33(7)∶529～541

8 Siegel F R, Barrows J A N,Barrows E M. J Geochem. Ex-olor,1991,41:257～289

9 孔令韶，高平，任天祥，等．植物学报，1992，34(10)∶781～789

(中国科学院植物研究所孔令韶研究员撰；姚士硕审)