土壤重金属污染的植物修复

土壤重金属污染的植物修复
【摘要】土壤重金属污染是急需解决的环境问题之一，植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。

本文介绍了植物修复技术的概念、基本原理、研究现状以及优缺点，并展望了该领域今后的研究方向。

【关键词】植物修复；重金属；超积累植物；土壤
随着工业和农业的发展，重金属对土壤的污染越来越严重。

土壤中重金属污染不仅直接影响作物的产量与品质，而且会通过食物链危及人类的健康和安全，如日本的痛骨病事件就是典型的例证。

由于重金属污染物在土壤中难迁移，又不能被微生物降解，价态变化复杂，使得治理非常困难[1]。

目前，常用的土壤污染修复方法有物理法、化学法和生物法(如客土法、淋溶法、施用化学改良剂等)[2]，大多只能暂时缓解重金属的危害，还可能导致二次污染，不能从根本上解决问题。

近年来出现的植物修复技术由于成本低、效果良好、环境友好等优点，正成为环境科学领域研究和开发的热点[3,4]。

1.植物修复技术及其机理
植物修复技术是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的[5]。

根据机理不同分以下4种：植物萃取、植物稳定、植物挥发和植物转化。

植物萃取又称植物提取技术。

重金属经植物根系吸收后，继而转移、贮存到植物茎叶，然后收割茎叶，从而达到去除土壤重金属元素的目的。

植物萃取技术利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物，要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种重金属较强的富集能力(即超富集植物)[6]，植物萃取是目前研究最多且最有发展前景的植物修复方式，此技术的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。

植物稳定是耐性植物利用其自身的机械稳定作用和吸收沉淀作用固定土壤中重金属的方式，包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程，这些过程可降低重金属的生物有效性，防止其进入水体和食物链。

然而植物稳定并没有将环境中的重金属离子去除，只是暂时的固定，使其对环境中的生物不产生毒害作用，并没有彻底解决环境中的重金属污染问题。

植物挥发是指利用植物去除土壤中的一些挥发性污染物的一种方法，即植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。

植物挥发只限于挥发性的污染物(如Se，As和Hg等)，应用范围小，且此方法将污染物转移到大气中，对环境有一定的影响。

植物转化是指利用植物的根部及其它部位通过新陈代谢作用等生理过程将
污染物由一种形态转化为另一种形态的过程。

在植物修复过程中指利用植物转化改变重金属的形态，从而降低其危害性。

2.植物修复法的前提——超富集植物
超富集植物主要是指那些对某些重金属具有特别的吸收能力(超过一般植物100倍以上的植物)，而本身不受毒害的植物种和基因型，即重金属超富集体[7]。

超富集植物的界定可考虑以下两个主要因素：地上部重金属含量高于地下部分；地上部能够较普通作物累积10～500倍以上某种重金属。

目前，超积累植物的定义采用较多的是Baker和Brooks1983年提出的参考值，即把植物叶片或地上部(干重)中含Cd达到100mg·kg-1，含Co、Cu、Ni、Pb达到1000mg·kg-1，Mn、Zn达到10000mg·kg-1以上的植物称为超积累植物。

目前，全世界发现了约400种超积累植物。

其中Ni的超富集植物达318种，为最多。

还有一些锌、铜、钴、锰、镉等超富集植物。

最重要超富集植物主要在十字花科，这些超富集植物的分布较窄，只有少数几个国家。

我国在这方面研究起步较晚，但也取得了一定的成果。

龙新宪等通过对浙江几个典型铅锌矿区生长的耐性植物的室内水培试验证明，东南景天的地上部Zn累积量最高达19090mg·kg-1并生长良好，且地上部与根的Zn含量之比大于1[8]；田胜尼等在2003年通过与鹅观草的比较得出，香根草无论是对Cu、Pb、Zn单一污染还是复合污染都有较好的修复功能[9]；刘秀梅等研究发现遏蓝菜能富集重金属元素Cu、Zn、Pb，羽叶鬼针草对Pb、Cd具有富集作用，印度芥菜对Cd有显著的富集作用[10]。

3.植物修复技术工程应用
目前,利用植物修复被重金属污染的土壤在国内外均有成功的应用。

如美国依阿华大学利用杂交杨树修复了位于南达科达州一块受砷污染的土地；美国Edenspace公司利用印度芥菜与EDTA结合修复了一块铅污染的土地。

国内这方面的报道也有不少，张翠萍等研究发现棕竹、宛田红花油茶、博白大果油茶3种园林植物对Cd污染的土壤有较好的修复和吸收能力，可用于矿区生态恢复建设，发挥美化环境的作用[11]。

4.存在问题与展望
植物修复技术作为一种新兴的绿色、生态、高效的修复技术得到了各界的认可。

与传统的污染土壤修复技术相比，植物修复技术成本低，在工程中可以原位实施，从而减小了对土壤性质的破坏和对周围生态环境的影响，是真正意义上的“绿色修复技术”。

但植物修复技术也具有一些不足，主要表现在：（1）已发现的超富集植物个体矮小，生物量低、生长缓慢，生长周期长，易受环境条件的限制，这是目前限制超富集植物大规模应用的最重要因素；（2）超富集植物修复土壤只能到达根系所能延伸的范围，即只对浅层污染土壤的修复有效；（3）超富集植物对重金属具有一定的选择性，即一般只能忍受或吸收一、两种重金属元素，对其他浓度较高的重金属可能表现出某些中毒症状，从而限制了在多种重金属污染土
壤治理方面的应用；（4）吸收重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属元素重返土壤造成二次污染；（5）用于修复的植物与当地植物的竞争,可能威胁到本地的生物多样性。

因此，为了加快植物修复技术从实验阶段走向商业化并安全地发挥实际功用，在基础理论研究和应用实践方面还有许多工作要做，今后的发展趋向大致有几个方面：
(1)寻找、筛选出更多的超积累植物。

我国国土面积广阔和物种资源丰富，是寻找超积累植物较理想的地区。

在原有的基础上，筛选培养出富集能力强、生长快，理想的超积累植物。

这是植物修复技术走向产业化的前提条件。

(2)深入研究超积累植物对重金属富集的机理。

目前，超积累植物对重金属的吸收、转运和积累的机制仍然不清楚，研究超积累的机理，揭示出植物富集重金属的生理生态过程，有利于提高植物对重金属的富集能力和筛选出低选择性的超积累植物。

(3)通过基因工程优化植物本身的性能。

应用基因技术培育出高产、高效和可富集多种重金属的转基因植物，克服天然超积累植物生物量低、生长周期长和适应环境能力差等不足，提高植物修复重金属污染环境的效率。

(4)土壤重金属污染的修复是一项系统工程，单一的修复技术很难达到预期效果，需要以植物修复为主，辅以物理、化学和微生物手段，以增加重金属的生物有效性，促进植物的生长和吸收，从而提高植物修复的综合效率。

联合修复技术将是今后土壤重金属污染植物修复技术的主要研究方向之一。

【参考文献】
［１］夏星辉,陈静生.土壤重金属污染治理方法研究进展[J].环境科学,1997,18(3):72-75.
［２］陈怀满.系统土壤-植物系统中的重金属污染[M].北京:科学出版社,1996.
［３］Salt D E, Smith R D, Raskin L. Phytoremediation[J].Annu Rev Plant Physiol Mole Biol, 1998,49:643-668.
［４］Pulford I D, Watson C. Phytoremediation of heavy metal contaminated land by trees —a review[J].Environment International,2003,29:529-540.
［５］王庆仁,崔岩山,董艺婷.植物修复—重金属污染土壤整治有效途径[J].生态学报,2001,21(2):326-331.
［６］韦朝阳,陈同斌.重金属污染植物修复技术的研究与应用现状[J].地球科
学进展,2002,17(6):833-839.
［７］唐莲,刘振中,蒋任飞.重金属污染土壤植物修复法[J].环境保护科学,2003,29(120):33-36.
［８］龙新宪,杨肖娥,叶正钱等.四种景天属植物对锌吸收和累积差异的研究[J].植物学报,2002,44(2):152-157.
［９］田胜尼,刘登义,彭少麟,等.香根草和鹅观草对Cu、Pb、Zn及其复合重金属的耐性研究[J].生物学杂志,2004,21(3):15-26.
［１０］刘秀梅,聂俊华,王庆仁.植物对污泥的响应及其根系对重金属的活化作用[J].农业环境保护,2002,11(2):121-124.
［１１］张翠萍,仇硕,赵健,等.3种园林植物对土壤重金属Cd的吸收及修复研究[J].广西农业科学,2010,41(10):1101-1103.
作者简介：史震宇(1985—),男,硕士研究生,主要从。