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聲明：昨日礦業在線（微信公眾號ID：kuangyezaixian）所發文章《神奇的找礦「嚮導」——指示動物》，作者為馬志飛。特此聲明，致謝！
指示植物是什麼
仔細觀察過牽牛花的朋友們，可能會注意到這樣一個有趣的現象：
早晨，牽牛花呈現藍色，但是，隨著時間的推移它卻在悄悄變化，到了晚上就成了紅色的。
這是為什麼呢？原來，牽牛花中含有花青素，這種色素在鹼性溶液中為藍色，在酸性溶濃中為紅色，所以，從早晨至晚上，隨著二氧化碳含量的增加，牽牛花就從藍色漸漸變成了紅色。根據這個原理，人們可以利用牽牛花對空氣中的二氧化碳濃度進行監測，它就是我們通常所說的指示植物。
其實，具有這樣類似功能的植物有很多種。在生物學上，凡是能夠在一定區域範圍內能指示生長環境或某些環境條件的植物種、屬或群落都稱為指示植物，包括用來鑑別土壤性質的土壤指示植物；能夠鑑別氣候特徵的氣候指示植物；能夠表明環境狀況的汙染指示植物；能夠指示潛水埋藏的深度、水質及礦化度的潛水指示植物等。
除此之外，還有一類很特別的植物，它們的生長與某種礦產資源的分布有密切的關係，或是在一個礦區某種植物很多而且生長得特別好，而在其它地質環境下很少見或不存在，或是在通常條件下可以普遍生長，但在特定的風化巖石及土壤中卻發育畸形，這種植物所表現出來的特殊形態與眾不同，一旦引起人們的足夠重視和思考，往往能夠給找礦工作者「指點迷津」，就像是地下礦藏的「偵察兵」，它們被稱為礦物指示植物。
大家應該都還記得魯班因爬山而被茅草劃破手指從而發明了鋸的精彩故事吧。這個故事告訴我們，只有深入大自然並善於觀察和思考，才能在司空見慣的平凡現象中發現重大的秘密。幾千年過去了，一個現代版的「魯班發明鋸」故事再次上演。1951年秋，我國學者謝學錦和徐邦梁到安徽安慶月山採集土壤和巖石試樣，一個奇特的現象引起了他的注意：在銅礦區內，有一種植物生長得特別茂盛，極其惹人注目。後來，他對這種植物進行分析，發現其含銅量非同尋常。經鑑定後，認為這是一種「喜銅」植物，故一般稱之為「銅草」。這是我國用科學方法正式發現的第一種礦物指示植物。後來，謝學錦和徐邦梁據此所寫的論文成為中國地球化學勘探的開山工作，謝學錦後來還成為了我國著名的地球化學家、中國科學院院士。
事實上，這種「銅草」的學名叫海州香薷，它的主要形態特徵是葉對生，披針形，有鋸齒緣，葉柄細短，秋季開紫紅色小花，花卵圓形，穗狀花序，顏色鮮豔。有句諺語這樣描述銅草：「牙刷草，開紫花，哪裡有銅，哪裡就有它。」這這種植物可以在含銅量高達4000～5000ppm以至於許多植物無法生存的土壤中頑強成長，且異常繁茂，所以，它們就在我國長江中下遊及西南各省的銅礦化地區廣泛分布。據測定，它們的根中銅含量最高，灰分中的含銅量可達千分之三，莖葉次之，花中最低。
海州香薷
需要指出的是，並非只有海州香薷可以指示銅礦的存在，迄今為止，世界上已經發現了三十多種銅的指示植物，在我國除了海州香薷之外還有四川銅礦地區的頭花蓼、銅錢白株樹，江蘇南京附近銅礦地區的鴨趾草、蠅子草，以及山東銅礦地區的女婁菜，寬葉香薷等。不過，不同的植物對礦產的指示能力有所差別，有些植物的生長習性主要受土壤中某種元素含量的控制，一般只生長在礦化地區的某種元素含量高的土壤內，而在其它條件下很少見或不生長，這樣的植物被稱為通用指示植物，如上述的海州香薷；還有一些指示植物在某些局部地區有指示礦化的作用，而在其它廣大地區卻不能，這是因為它們的生活習性不僅和土壤中某種元素的含量有關，還會受許多其它外界因素的影響，這樣的植物叫做局部指示植物，比如美國亞利桑那州聖曼紐地區有一種加裡福尼亞罌粟，它只生長在銅礦化地段，可是到了氣候不同的外地，它就會隨意生長，失去了指示植物的意義。
頭花蓼
女婁菜
加裡福尼亞罌粟
常用的找礦方法
無論是煤炭、石油、天然氣等化石燃料，還是金銀銅鐵錫等金屬礦，常常深埋於地下，若要開發，必須首先圈定礦產資源的分布位置，長期的實踐活動中，人們已經總結了十分豐富的找礦經驗，並形成了獨立、系統的學科體系。簡單地說，人們找礦的方法可以分為四大類：人工遺蹟找礦法、地質方法、地球物理方法以及地球化學方法。
人工遺蹟找礦法：古人採礦技術水平較低，對礦石組分的利用也不充分，如果找礦工作者利用某些歷史資料或歷史遺蹟（老礦坑、廢石堆、礦渣、爐渣、特殊的地名等），再結合對成礦規律和地質條件的研究，可進一步深入尋找更深層、更大範圍的礦產，發現有工業意義的新礦床。
地質找礦法：即根據地球表面的各種地形地貌特徵來找礦，包括礦產的露頭、特殊的礦物、特殊的地質構造等都會成為礦產賦存的直接或者間接線索。
地球物理找礦法：主要利用各種先進的儀器探測因礦產資源富集所表現出來的物理場，如密度、磁性、電阻率和放射性等會與周圍的巖石有所不同，當這種特殊的礦產富集到一定的規模時，就會表現出明顯的異常，然後根據儀器探測的結果反過來推測這些礦產的分布位置及儲量等相關信息，地球物理找礦法種類繁多，通常情況下是多種方法綜合使用，包括磁法、電法、地震法、重力法、核地球物理法等。
地球化學找礦法：圍繞礦體周圍，成礦元素會出現局部含量增高的現象，並可能在在地表的巖石、土壤、水體以及動植物體內表現出來，如此一來，就形成了巖石地球化學測量法、土壤地球化學測量法、水化學測量法、生物地球化學測量法等多種方法。將成礦元素作為指示元素而圈定的地球化學異常常常能夠成為一種直接的找礦標誌。
在地球化學找礦法中，生物地球化學測量法顯得與眾不同，因為這是將非生命的礦物質與有生命的動植物聯繫了起來，不僅如此，甚至還出現了一門特殊的學科——生物冶金學。生物學和冶金學本來看似是風馬牛不相及的兩大門類，如今卻巧妙地結合起來，並已經在稀有金屬和貴重金屬生產中日益受到人們的重視。有報導說，色列科學家發現了一種可以吸收金、銀、銅、鎘、鋅、鉻、鈾等貴重金屬的蕨類植物，他們將這類植物收集起來，並通過乾燥、燃燒，居然可以將有用的金屬物質從灰分中提取出來。通過植物找礦，很大程度上就是依靠生物冶金學這門學科，因為，即使你能夠用肉眼觀察到植物的生長異常，但也不能立即確定它就是礦物指示植物，只有通過大面積的觀察、採集樣本並經過精密的測量和數據分析，才能稱之為科學的工作方法。
植物找礦法
在我國古代時期，就已經有人開始注意到植物與礦產資源的密切聯繫，古人留下的文獻中就記載有「草莖赤秀，下有鉛」、「草莖黃鏽，下有銅器」、「山上有蔥，其下有銀；山上有薤、其下有金；山上有姜，下有銅錫」、「山中有玉者，木旁枝下垂」等等說法，算是植物找礦法的雛形，這比國外的植物找礦理論早了幾百年的時間。
但是，真正的科學研究並將其付諸於時間是始於20世紀30年代，最早的當屬前蘇聯科學家特卡利奇（1938），此後在加拿大、英國、澳大利亞、斯堪的那維亞半島、美國和紐西蘭等國家和地區逐漸得到發展。20世紀50年代中期，美國地質科學家利用按樹作指示植物，在科羅拉多高原上找到過五個鈾礦。我國的謝學錦（1951）用海州香薷在長江中下遊一帶找銅礦以及周德忠、陳代演等(1963) 用大葉醉魚草在貴州和廣西找汞礦都算是植物找礦法的開拓性進展。
如果按照工作的方法不同，可以將植物找礦法細分為兩種：地植物法和植物灰分法。
地植物法就是觀察和分析某些植物因礦床周圍元素的濃度影響而引起的形態變異與生態變異，一般以肉眼觀察為主，只需在試驗工作中採取少量樣品即可，常常需要較大面積的植物種屬和植物群落，是一種宏觀的鑑別方法。最容易引人注目的就是，金屬礦的存在能給植物染上特殊的顏色。例如銅元素進入植物體內能使植物的花朵呈現藍色；含錳高可以使植物的花朵呈現紅色，使扁桃花冠顏色由白色變粉紅色；鈾可使紫雲英的花朵變為淺紅色；鋅可以使三色堇的花朵藍、黃、白三色變得更加鮮豔。這樣，我們根據植物花的顏色變化就可以找到相應的礦藏。
然而，地植物找礦法並沒有被普遍應用起來，原因就在於它的局限性，作為一位找礦工作者，想要利用這種方法發現異常並找到礦產，不僅需要地質學的專業知識，還需要掌握豐富的植物學知識和經驗，這確實是一件不大容易的事情。試想：當你深處廣闊的山野之間，漫山遍野植被叢生，憑藉肉眼如何能發現微弱的異常呢？可喜的是，隨著科技的不斷進步，人類總會慢慢克服所面臨的困難，人們引入了遙感技術，大大提高了找礦的效率。從20世紀60十年代開始，國內外的一些學者就已經開始將地植物學與植物波譜、遙感技術結合起來，開展了以找礦應用為目的遙感技術研究工作。由於這種方法是利用航空或衛星從空中來探測地面物體的性質，具有調查面積大、速度快、成本低、不受地麵條件限制等優點。對於植物而言，不同的植物種類和長勢對波譜的響應不同，也就會在遙感圖像上產生色彩的變化，根據不同的色彩即可識別出不同的植物，並可對植物生長發育狀況做出判斷。植物的光譜性質決定於植物葉子的色素成分、細胞結構和水含量等特徵。由於植物對重金屬元素的富集，同時會干擾植物體本身對基本營養物的吸收和利用，影響其正常發育，使植物的色素含量、細胞結構和水含量等出現異常，進而導致植物群落的變化，當遙感圖像的解析度能夠區分這些異常的時候，便可以重點研究這片異常區的土地，尋找礦產資源是否存在。
一旦圈定了「異常區」，接下來就可以採用其他方法開展進一步的工作了，常用的就是植物灰分法，即採集植物的樣本，分析其根、莖、葉等灰分裡面的物質成分和化學性質，然後對比「非異常區」的植物樣本，從而找出礦物質含量異常。例如，我國學者馬躍良等在黑龍江烏拉嘎地區成功地應用了生物地球化學遙感技術確定了該地區金的重要指示植物——柞樹，此後對植物灰分進行分析後發現，柞樹葉灰分中金的平均品位是地殼豐度值的3～5倍！
典型的指示植物
經過地質學家多年的努力，現今研究已經比較成熟的、能夠在找礦活動中發揮重要作用的指示植物主要有以下幾類：
樺樹：在我國東北大興安嶺北部森林覆蓋區內白樺樹分布廣泛，白樺樹的樹皮（包括內、外皮) 可以較好地反映金、銀、鉛、鋅礦體的特徵，而且在夏季6～8月份白樺樹皮非常好扒，易於取樣，用白樺作為植物找礦研究的對象具有可操作性和可推廣性。在我國和朝鮮接壤地區，還有一種鐵樺樹，這種樹的木質很硬，是世界上最硬的木材之一，人們把它用作金屬的代用品，前蘇聯就曾經用鐵樺樹製造滾球、軸承，並用在快艇上。鐵樺樹的木質之所以如此堅硬，是由於吸入了大量矽元素的緣故。根據鐵樺樹的生長特點和區域，就有可能找到矽礦。
紅砂：是一種在我國乾旱荒漠區分布最廣的超旱生小灌木，具有良好的固沙功能，是保護乾旱荒漠化土地的重要生物屏障，因其青綠時粗蛋白質和粗脂肪含量較高，也是一種重要的飼用植物。我國甘肅北山地區戈壁荒漠區面積大，紅砂是主要的植物群落，學者宋慈安等人研究發現，這種植物具有較強的吸收和積聚深部成礦元素的能力，利用紅砂的這種特徵能夠判斷金或銅礦種類型，並能對隱伏金、銅礦床進行定位預測。
紅砂
藤黃檀：是一種木質藤本狀的落葉攀援植物，有些地方稱之為金合歡、子孫藤等，常生於山坡灌叢中或溪溝邊。我國學者徐金鴻等對廣東鼎湖山斑巖鉬礦區進行研究時發現，在礦區中，藤黃檀的葉片出現了一種「黃斑病」，經測定發現，其葉片中的最高鉬含量居然是對照區的35倍！在電子顯微鏡下還發現，礦體上部的藤黃檀葉的細胞結構發生明顯變化，主要表現為核膜界限消失、核仁解體、葉綠體結構遭受破壞及細胞中有顆粒物存在，根據這種異常現象，便可以尋找到隱伏在植被下的礦床。
藤黃檀(很像水杉，但開黃色的花）
苔蘚植物：這是一類體形細小的綠色自養性陸生植物，通常只有幾毫米到幾釐米高，但它們種類繁多，分布廣泛，是僅次於被子植物的第二大陸生植物類群，常見於潮溼和陰暗的環境下的巖石和枯枝落葉層中。我國學者黃文琥等對滇、黔、桂「金三角」區發現的儲量最大的金礦床——爛泥溝金礦上的苔蘚植物進行研究，初步判斷細葉牛毛蘚對金礦有指示作用，珠蘚和長蒴蘚可以作為尋找銅礦的指示植物。
細葉牛毛蘚
珠蘚
石竹：野生中國石竹，又名洛陽花、洛陽石竹等，原產中國東北，華北、長江流域及東南亞地區，分布區域很廣，除華南較熱地區外，幾乎中國各地均有分布。1985年，在膠東三山島金礦，石竹被首次發現與金礦在空間上的伴生關係。經過5年的調查研究，確定它就是膠東金礦直接指示植物。在7～8月開花期，由於紅色石竹花易於識別，用於發現金礦點和異常點特別有效。
石竹
玉米：1934年，捷克斯洛伐克兩位化學家對一片地裡的玉米的化學成分進行研究，將玉米燒成灰後在顯微鏡下觀察，結果竟然在玉米灰裡面意外地發現了黃金，每噸灰裡大約有10克左右的黃金，可是當地每噸土壤的含金量卻不超過0.02克。經過進一步研究發現，這是玉米在生長過程中吸收了土壤中分散的黃金，並在體內聚集而行成的結果。後來，人們在那裡真的發現了一座金礦。
玉米（這個感覺很不準啊...）
冬青樹：1810年，美國一位地質學家在馬裡蘭州和賓夕法尼亞州的交界地帶勘查時發現，那裡的冬青樹葉脈為綠色，但葉子的其他部份是黃色。這位地質學家猜測，這是不是地下某種礦物元素所導致的結果。他集中精力在葉子黃得厲害的地方進行勘查，果然找到了含量很豐富的鉻鐵礦。
掛滿紅果的冬青樹
植物組合：由於影響植物地球化學異常形成的因素較複雜，給異常的發現和解釋評價工作帶來許多困難，因此可以選擇多種與礦化有關的植物組合進行研究。我國學者鄒振西等在對貴州省西南部的鉈礦區進行研究時，通過對各類植物體內某成礦元素含量變化範圍、平均含量水平等量化指標的測定，確定了芒箕、南燭、榔榆、蜈蚣草、石松、醉魚草、黃花草等植物組合為找尋鉈礦的有效指示植物。位於湖北黃石市西南20公裡處有一個銅綠山古銅礦遺址，照常理，像這樣富含重金屬的尾礦、礦石開採區等地帶的植被往往嚴重退化甚至寸草不生，但這裡歷經幾千年之後卻長滿了植被。據學者束文聖等研究後發現，這裡的植物分布與土壤中銅的含量有一定的相關性，並形成了一批優勢物種，這裡的海州香薷、蠅子草、鴨蹠草和頭花蓼對銅礦都有一定的指示作用。在此基礎上，他們還提出，這些植物可用於富銅土壤如礦業廢棄地的生態環境治理。不僅如此，考古學家發現這種顯著的植被特徵之後，還認為：早在科技手段還十分落後的先秦時期，我國古人就已經發現了該銅礦，或許正是由於古代工匠們在長期的實踐中認識到了某些植物嗜銅的特性，從而找到礦源進而發現銅礦的。
芒箕
南燭
醉魚草
蜈蚣草
值得注意的是，不僅不同植物對礦物的指示能力有大有小，甚至同一植物的不同部位也有很大不同，一般說來，大約20-50克幹的植物只可以獲得1克灰分，所以要提高試驗的精度，我們必須在採集樣本時做到合理、科學。除此之外，採集植物樣本還要注意時間問題，由於植物在春夏季時一直生長，元素的含量很不穩定，所以通常在秋冬季節採集樣本為宜。
植物為何能指示礦藏
談了這麼多礦物指示植物之後，想必大家也基本上明白了為什麼植物能指示礦藏，儘管原因有很多，但總體說來最重要的只有兩條：
第一，對有益元素的主動吸收。地下的金屬礦體經地下水的溶解、衝蝕及搬運作用後，常使表層的土壤中也富含此類金屬元素，在漫長的地質年代裡，很多元素逐漸變成了能被植物吸收利用的離子狀態。有些植物在生長發育中對某種礦物元素具有特殊的依賴性，首先表現為在蘊藏這種礦物的礦區植物數量眾多，其次它們會將大量吸收的礦物質富集於植物的根、莖、葉和果實內，長期的積累就有可能在植物的生長狀況上反映出來，分析它們體內礦物元素的含量，呈現明顯高值異常的物質一般就具有一定的指示性。例如，美國科學家根據桉樹長勢繁茂的特點找到鈾礦之後又曾經靠一種粉紅色的紫雲英的「提示」，發現了鈾礦和硒礦。
第二，對有害元素的被動吸收。每種植物對土壤中的礦物元素都有一定的忍受極限，少了不行，多了也會出問題。很多不利於植物生長的物質進入植物體內，先積累於根部，超過了根部的積累限度時再進入內循環並積累於多個部位。有害元素積累的後果就是植物的畸形巨大症、矮小症、失綠症、果實變異、花的顏色改變等。譬如，在鹽類和石膏礦床上，植物一般比較矮小；硫化物礦區內因地下水酸度過大，也能使植物枯萎，但磷礦區內的植物往往生長得特別茂盛；青蒿生長在一般土壤中時，植株高大，而生長在富含硼的土壤中時，就會變得又矮又小；但豬毛草這種植物，當它生長在富含硼礦的土壤中時，枝葉會變得扭曲而膨大。根據它們的這種畸形姿態，便可能找到硼礦。還有的植物種子受到放射性物質照射，可以造成植株異常高大粗壯、細胞核染色體增加等，人們據此可推測尋找放射性礦物。
當然，造成植物異常表現的因素非常多，包括氣候、水文、土壤、地形、地貌等等，這也就決定了單純依靠植物的導向作用並不一定能取得很好的效果，但是，這些默默無聞的嚮導一直在悄無聲息地向我們訴說著豐富的信息。正確的方法應該是，重視指示植物在找礦工作的前期作用，結合多種找礦方法，發揮各種找礦方法的優勢，去偽存真，才能在錯綜複雜的自然環境中獲得正確的線索。
原文載於《生命世界》2011年05期。
來源：地址地理百科探秘
授權轉發，特此感謝！
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