尤惠卿

（泉州幼兒師范高等?？茖W校，福建 泉州 362000）

隨著城市化進程的加快，城市垃圾、汽車尾氣、工廠污水廢物的排放等，使得重金屬污染的問題越來越嚴重。特別是含鎘大米事件后，土壤重金屬污染日益引起人們的廣泛重視，成為環(huán)境科學研究的熱點問題。

環(huán)境具有一定的自凈能力，但是土壤中的重金屬污染極具隱蔽性和復雜性，重金屬很難通過自凈過程來消除。它們即直接影響農作物的生長，使得農作物的產量和品質降低，而且通過食物鏈進入人體，危害人體健康。據(jù)估計，過去50年中，全球排放到環(huán)境中的鎘約達到2.20×104噸、銅約 9.39×105噸、鉛約為 7.83×105噸、鋅約為1.35×106噸。因此重金屬污染土壤的治理已成為當前急需解決的重大課題。[1]

一、重金屬污染土壤的危害性

1、破壞土壤生態(tài)系統(tǒng)

土壤中重金屬的存在，改變了土壤中原有的物理和化學性質，抑制了生物的生化反應，打破了原有的化學平衡，影響了土壤中的生態(tài)系統(tǒng)。研究表明，農田受到重金屬污染后，土壤中的微生物基因受到損傷，細菌總數(shù)發(fā)生變化，喪失了一些優(yōu)勢的菌種，使微生物群落多樣性結構遭到破壞。

2、影響植物的生長和生存

有些重金屬如銅、鋅等，雖然是植物生長必需的微量元素，但這些重金屬在土壤中的含量超過臨界值時，會影響植物對水分、養(yǎng)分的吸收，對植物產生毒害作用；還有一些重金屬如鉛、鎘等，屬于植物生長的非必需的元素。例如土壤中含有一定濃度的鎘，植物葉片的葉綠素結構被破壞，使得抗壞血酸分解，游離脯氨酸積累，硝酸還原酶活性降低。鎘還使氨基酸蛋白質失活，最終使植物死亡。[2]再如鉛會使植物中氧化、還原和脂肪代謝強度減弱，減少水的吸收量、增大耗氧量，導致植物生長緩慢，甚至死亡。

3、危害人類的健康

土壤是自然界中鉛的最大儲存庫。大氣中的鉛可直接沉降在土壤和農作物表面，或者隨降雨、下雪和落塵沉降到土壤、水和農作物中。鉛是一種多親和性毒物，人體吸收鉛后會造成多器官、多系統(tǒng)、全身性和終生不可逆的損傷。鉛具有嚴重的神經毒作用，特別是兒童血腦屏障成熟較晚，中樞神經系統(tǒng)相對脆弱，加之排泄功能不夠完善，容易受到鉛毒損傷；鉛能使血紅素合成受阻，血紅蛋白水平下降引起貧血；鉛還能導致細胞內鈣離子的過量積聚，使血管平滑肌的緊張性和張力增加引起高血壓與心律失常。總之鉛可在體內長期積累而不易排出，損傷神經系統(tǒng)和造血系統(tǒng)等。再如，鎘被人體吸收以后，在體內形成鎘硫蛋白，蓄積在肝、腎中，引起慢性中毒；鎘還能使結締組織損傷、生殖系統(tǒng)功能障礙、致畸和致癌，能影響骨骼的發(fā)育、發(fā)生“骨痛病”，在廣西、湖南的某些地區(qū)，曾經發(fā)現(xiàn)重度污染的含鎘大米，某些村落已經有多名村民出現(xiàn)了鎘中毒癥狀。

二、土壤植物修復的方法

改良治理被重金屬污染的土壤，主要分為物理方法、化學方法和生物方法三類。比如化學法主要通過將重金屬污染的土壤與化學穩(wěn)定劑混合來實現(xiàn)重金屬的穩(wěn)定化，但石灰等穩(wěn)定劑通常不能有長期的治理效果；熱力學方法可以通過高溫來使重金屬玻璃化，但是成本很高。生物方法中的植物修復是比較安全，且成本較低的技術。它是利用植物來達到修復和消除土壤中的有機和無機毒物。一般選擇那些易生長、易收割、具有發(fā)達的根系、能耐受重金屬的植物，若能累積多種重金屬的植物則更好。植物修復的類型，可以根據(jù)其過程和機理分為以下4種。[3]

1、植物提取

由于超累積植物能對重金屬具有吸收和轉運作用，由根部將污染物吸收，轉運到地上部分，然后收割其地上部分，進行熱、微生物、物理或化學的方法處理，使土壤中重金屬的含量減少。研究發(fā)現(xiàn)能夠超積累各種重金屬的植物有400多種。如羊蕨屬植物、遏藍菜屬的一些栽培變種的莖桿和莧科植物都對重金屬具有較強的富集能力；苧麻在含鎘100 mg／kg的土壤中種植5年后，鎘含量降低 27.6%。

2、植物揮發(fā)

通過植物根系分泌的物質或微生物作用，使土壤中的重金屬轉化為毒性小的揮發(fā)態(tài)物質，或者植物將重金屬吸收到體內，轉化為氣態(tài)物質釋放到大氣中，這個作用稱為植物揮發(fā)。如洋麻的作用下，將硒轉化為揮發(fā)性的硒；煙草能將2價汞轉化為氣態(tài)單質汞；海藻能吸收并揮發(fā)砷；印度芥菜能吸收和揮發(fā)硒等。

3、植物穩(wěn)定

通過植物根系的一些特殊物質過濾、分解、固定和鈍化作用，使重金屬吸附在土壤的表面，生成毒害作用較小的物質，降低重金屬對土壤的污染，這個作用稱為植物穩(wěn)定。這個過程需要選擇能忍耐高含量污染物、根系發(fā)達的多年生常綠植物。例如，植物分泌的磷酸鹽與鉛結合生成難溶的磷酸鉛。

4、植物轉化

利用植物根部及其它部位，通過植物的新陳代謝作用，改變重金屬的形態(tài)，降低重金屬的危害性，這個作用稱為植物轉化。例如，植物將毒性大的六價鉻轉化為難溶的、毒性小的三價鉻。

三、植物修復的局限性

1、植物的局限性

目前篩選出的超富集植物，一般具有植株矮小、生長周期較長、生物量小的特點；且多數(shù)植物只能富集某一種特定的重金屬，應用范圍較小，所以修復效率不夠理想。

2、修復方法的局限性

首先，植物只能修復根系到達地方的土壤，無法修復土壤深處；其次，植物穩(wěn)定方法并沒有去除土壤中的重金屬，只是暫時固定，一旦條件變化，生物可能再次吸收這些重金屬；第三，吸收了重金屬的植物，有的通過腐爛或落葉等途徑使重金屬元素重返土壤，有的可能通過“植物—動物”的食物鏈，使重金屬再次進入自然界。

四、植物修復技術的發(fā)展前景

1、尋找更多的超富集植物

我國具有十分豐富的野生植物資源，這是尋找開發(fā)野生超富集植物極為有利的條件。中科院華南植物園夏漢平研究員等科研人員完成的一種尋找重金屬超富集植物的方法，獲得國家發(fā)明專利授權。此方法是利用土壤種子庫篩選對重金屬具有超富集特性的植物，通過重金屬濃度梯度實驗對其超富集特性進行驗證。首先從野外采集具有豐富種子資源的土壤裝盆；添加多種重金屬溶液，若能萌發(fā)的種子，表明它們對重金屬有較強耐性；待植物長大后，選擇那些有高生物量，強重金屬耐性的種類來測定其重金屬含量；選擇那些富集能力強的種類進行下一步重金屬濃度梯度實驗。該發(fā)明具有明顯的優(yōu)點：首先，土壤種子庫里有豐富的植物種類，能夠一次性提供多種植物對多種重金屬的富集特性進行測試；其次，土壤種子庫到處都是，實驗簡單易操作，方便在全球范圍內尋找超富集植物。

2、建立修復技術應用示范基地

由政府部門以及研究機構互相配合，建立植物修復實驗基地，將獲得的經驗加以推廣，使之得到更廣泛的應用。例如：在政府的支持下，陳同斌研究員帶領他的研究組，成功篩選出一種砷超富集植物，攻克了一系列關于植物修復砷污染土壤的技術難題，建立了國際上第一個植物修復砷污染土壤的示范工程，并在廣西河池和云南紅河州推廣應用。

3、利用生物技術進行種質創(chuàng)新

植物對重金屬的吸收、忍耐和積累是由多個基因控制的過程，利用基因轉殖的方式，將與重金屬耐受性與聚積性有關的基因導入植物中，使之產生可抵抗且累積多種重金屬的轉殖植物，用于植物修復?；蚣夹g的研究將是植物修復研究中的一個重要并很有價值的方向。

4、多種修復技術相結合

把植物修復方法與微生物方法、物理方法等相結合，可以使修復的效果更加明顯。例如：植物修復與微生物修復相結合、表面活性劑——植物修復相結合等。菌根也能影響植物對重金屬的積累和分配，使植物體內重金屬積累量增加，采用菌根與金屬配位體相聯(lián)系，可以提高植物菌根——植物——微生物修復體系的效果。

植物修復是一種綠色的修復技術，盡管存在多種問題，但它與傳統(tǒng)的土壤修復技術相比，具有成本低、對生態(tài)環(huán)境的破壞小等優(yōu)點，因此，植物修復是行之有效的治理技術。當然，在土壤污染日益加劇的今天，更重要的是以預防為主。首先應控制各種污染物排放的濃度和總量；經常性地監(jiān)測、監(jiān)督農業(yè)用水，嚴把農田灌溉水質關；使用下水污泥、河泥、塘泥做肥料要慎重；對病蟲草害的防治盡量采用生物防治和綜合防治，合理施用化肥、農藥，整治不規(guī)范的礦山及冶煉廠，防止重金屬污染土壤和水源。只有重視土壤質量的管理和保護，控制污染源，才能有效地防止土壤污染。

[1]張蕾、楊航、魯雪、錢寧：土壤重金屬污染的植物修復［J］.東北水利水電，2013（2）58.

[2]黃國勇、歷晶晶：高速公路路域土壤重金屬污染及植物修復研究進展［J］安徽農業(yè)科學，2009，37（7）3216.

[3]袁梅、鐵柏清、唐美珍：土壤重金屬污染的植物修復及其組合技術的應用［J］.中南林學院學報，2005，25（1）81-83.