張波 趙曜

礦產(chǎn)資源是我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要支柱，然而礦產(chǎn)資源開(kāi)發(fā)同時(shí)也是迄今人類(lèi)最大規(guī)模改變地球表面景觀(guān)和破壞地表生態(tài)系統(tǒng)的有組織的人類(lèi)活動(dòng)。由于我國(guó)礦產(chǎn)開(kāi)發(fā)、加工的技術(shù)總體上比較落后，加上長(zhǎng)期的無(wú)序開(kāi)采、重利潤(rùn)輕保護(hù)的掠奪式開(kāi)發(fā)方式，引發(fā)了諸多的環(huán)境問(wèn)題，如破壞地表植被，在礦產(chǎn)資源開(kāi)采過(guò)程中，特別是露天開(kāi)采，地表無(wú)植被固定，在干燥與大風(fēng)作用下產(chǎn)生塵暴，在降水時(shí)可能引發(fā)水土流失，甚至山體滑坡;開(kāi)采、洗選和冶煉過(guò)程中的重金屬污染土壤、附近河流和地下水，嚴(yán)重影響周?chē)r(nóng)田作物產(chǎn)量、品質(zhì)，對(duì)人體健康構(gòu)成潛在的威脅。因此礦山廢棄地的生態(tài)恢復(fù)是迫切需要解決的問(wèn)題，植物修復(fù)技術(shù)在礦山修復(fù)中有重要作用。

1 植物修復(fù)基本作用方式

1.1 植物根系的固定作用[1]

植物根系穩(wěn)定表土層結(jié)構(gòu)、提高土壤入滲性能和抗剪強(qiáng)度、增強(qiáng)土壤抗沖性的有效性機(jī)理是植被抵抗徑流侵蝕動(dòng)態(tài)過(guò)程及土壤侵蝕。植物根系增加了水穩(wěn)性團(tuán)粒及有機(jī)質(zhì)含量，穩(wěn)定土層尤其是表土層結(jié)構(gòu)，創(chuàng)造抗沖性強(qiáng)的土體構(gòu)型。

1.2 植物對(duì)重金屬的修復(fù)機(jī)理[2]

1)植物穩(wěn)定修復(fù)。通過(guò)耐性植物根系分泌物質(zhì)來(lái)積累和沉淀根際圈污染物質(zhì)，使其失去生物有效性，以減少污染物質(zhì)的毒害作用，能起到這種作用的植物叫做固化植物。固化植物在污染場(chǎng)地的生長(zhǎng)能對(duì)污染物起到穩(wěn)定作用，防止污染物向周?chē)h(huán)境擴(kuò)散造成二次污染。如利用植物根系分泌物將毒性較大的 Cr6+轉(zhuǎn)化為毒性較小的 Cr3+，將生物活性很高的鉛通過(guò)螯合和沉淀作用形成鉛鹽，成為難溶性化合物，很難為植物所利用。

2)植物提取修復(fù)。利用超積累植物重污染土壤或水體中超量吸收、積累一種或幾種重金屬元素，之后將植物整體(包括部分根)移走，然后再重復(fù)種植、移走植物最終使污染環(huán)境中重金屬含量降低到可接受的水平。如布氏香芥對(duì) Ni的富集作用，天藍(lán)芥藍(lán)菜對(duì)Zn和Cr的富集提取作用等。

3)植物揮發(fā)。植物揮發(fā)是利用植物的吸收、積累和揮發(fā)功能而減少土壤中一些揮發(fā)性污染物，即植物將污染物吸收到體內(nèi)后將其轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，釋放到大氣中，從而減輕土壤污染。許多植物可以從污染的土壤中吸收易揮發(fā)的元素Se和Hg。

2 植物修復(fù)技術(shù)的研究

近年來(lái)，植物修復(fù)技術(shù)成為我國(guó)研究熱點(diǎn)，并且取得了一定成果。劉秀梅等[3]對(duì)某鉛鋅礦區(qū)附近生長(zhǎng)的 6種植物篩選，發(fā)現(xiàn)羽葉鬼針草和酸模對(duì)Pb有很好的耐性，且S/R值大于0.5;張志權(quán)等[4]研究了從引入的土壤種子庫(kù)中所萌發(fā)并成功定居在鉛鋅尾礦上的 4個(gè)優(yōu)勢(shì)種植物，表明雙穗雀稗和黃花稔具有 Pb修復(fù)潛力。在廢棄 3000余年的湖北銅綠山古冶煉渣已形成了以草本植物為主體的植被。其中，鴨跖草是Cu的超富集植物，可用于Cu污染土壤的修復(fù)與重建。目前已發(fā)現(xiàn)的部分可用于修復(fù)礦山廢棄地重金屬污染的植物見(jiàn)表 1。

表1 部分可用于修復(fù)礦山廢棄地的超富集或富集植物

3 植物修復(fù)技術(shù)在應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)和局限性

3.1 植物修復(fù)的優(yōu)勢(shì)

與物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)方法相比，植物修復(fù)有自身的優(yōu)勢(shì)，主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:1)植物修復(fù)技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單、費(fèi)用較低，可以對(duì)大面積的污染區(qū)域進(jìn)行治理。2)利用植物的提取修復(fù)作用可以永久性的解決環(huán)境污染問(wèn)題。3)不僅不破壞場(chǎng)地結(jié)構(gòu)，還可以修復(fù)受損土壤，逐步改善土壤環(huán)境。4)經(jīng)過(guò)植物修復(fù)作用的土壤可再利用，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

3.2 植物修復(fù)的局限性

植物修復(fù)技術(shù)有一定的范圍，只是針對(duì)表層土壤及淺層地下水的污染物進(jìn)行治理。對(duì)于污染程度過(guò)于嚴(yán)重或污染物分布為植物根系達(dá)不到的污染土壤和水體修復(fù)效果不明顯。對(duì)于復(fù)合型污染土壤和水體需要采用幾種修復(fù)植物相結(jié)合的方式進(jìn)行處理，而且植物修復(fù)周期較長(zhǎng)，難以滿(mǎn)足快速修復(fù)環(huán)境的要求。

4 展望

植物修復(fù)有其他技術(shù)無(wú)可替代的優(yōu)越性，也是近年來(lái)治理土壤污染的新技術(shù)，開(kāi)發(fā)潛力很大。植物修復(fù)技術(shù)研究取得了很大進(jìn)展，但是應(yīng)用到實(shí)際中還存在許多問(wèn)題，涉及到生物學(xué)、土壤學(xué)、植物學(xué)、氣候?qū)W等多門(mén)學(xué)科及其交叉學(xué)科。未來(lái)植物修復(fù)技術(shù)的研究應(yīng)該考慮到多方面因素。

1)加強(qiáng)對(duì)植物修復(fù)機(jī)理的研究，結(jié)合基因工程，將相關(guān)基因轉(zhuǎn)移到生物量較高的植物體中，從而生產(chǎn)出修復(fù)中需求的轉(zhuǎn)基因植物。2)考慮廢棄地的土壤環(huán)境，通過(guò)適當(dāng)改良來(lái)保證修復(fù)植物的生長(zhǎng)。大部分礦山廢棄地的土壤中缺乏氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，在利用植物修復(fù)技術(shù)治理礦山廢棄地時(shí)可以通過(guò)施用化肥和種植固氮植物(如豆科植物)輔助重金屬富集植物。3)擴(kuò)大對(duì)重金屬超富集植物的篩選，發(fā)現(xiàn)更多適合用于修復(fù)技術(shù)的植物，特別是生長(zhǎng)迅速、繁殖能力強(qiáng)的植物種，對(duì)礦區(qū)廢棄地生態(tài)恢復(fù)工作具有重要的理論意義和實(shí)踐價(jià)值。4)菌根—植物—微生物體系修復(fù)的研究。修復(fù)植物根際圈內(nèi)與根系共生或非共生的細(xì)菌、真菌等微生物和線(xiàn)蟲(chóng)、蚯蚓等一些土壤動(dòng)物也有一定程度修復(fù)作用。

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