阮 飛，況紅玲，王 燕，劉 丹，瞿燕群，杜 丹，李世鶴，王小鋒

（1.武漢法雅園林集團(tuán)有限公司，湖北 武漢430206；2.湖北民族學(xué)院 林學(xué)與園藝學(xué)院，湖北 恩施445000）

1 引言

重金屬，是指相對(duì)密度在5以上的金屬，在工業(yè)上劃入重金屬的共有10種：銅（Cu）、鉛（Pb）、鋅（Zn）、錫（Sn）、鎳（Ni）、鈷（Co）、銻（Sb）、汞（Hg）、鎘（Cd）和鉍（Bi）。除此之外，錳（Mn）也是一種十分常見(jiàn)的重金屬。重金屬一般以天然濃度廣泛存在于自然界中，不會(huì)直接對(duì)人類產(chǎn)生危害，但由于人類對(duì)重金屬的開(kāi)采、冶煉、加工及商業(yè)制造活動(dòng)日益增多，造成不少重金屬如Pb、Hg、Cd、Co等進(jìn)入大氣、水、土壤、植物、動(dòng)物中，以各種化學(xué)形態(tài)存在，再進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)后就會(huì)存留、積累和遷移，造成嚴(yán)重的生態(tài)環(huán)境污染。其中，對(duì)人體毒害最大的重金屬有Pb、Hg、砷（As）、Cd和Cu 5種。Pb一旦進(jìn)入人體就很難排除，能直接傷害人的腦細(xì)胞，特別是胎兒的神經(jīng)系統(tǒng)，可造成先天智力低下；對(duì)老年人會(huì)造成癡呆，另外還有致癌、致突變作用。Hg主要侵犯神經(jīng)系統(tǒng)，特別對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的危害極大，以肝、腎、腦組織含量最多，會(huì)導(dǎo)致注意力缺陷，語(yǔ)言和記憶障礙，運(yùn)動(dòng)及感覺(jué)能力的下降等。As是砒霜的組分之一，有劇毒，會(huì)致人迅速死亡，長(zhǎng)期接觸少量，會(huì)導(dǎo)致慢性中毒，另外還有致癌性。進(jìn)入人體的Cd主要蓄積于腎臟和肝臟（分別約占全身蓄積量的1／2和1／6），損害腎、肝、骨骼和消化系統(tǒng)，特別是腎小管的損害，使再吸收發(fā)生障礙，可出現(xiàn)蛋白尿、氨基酸尿和糖尿。Cd及其化合物對(duì)動(dòng)物和人也有一定的致癌、致畸和致突變的作用。Cu是人體所需的微量元素，當(dāng)人體Cu攝入量不足時(shí)可引起缺乏病，但攝入過(guò)量卻又可能造成中毒，包括急性Cu中毒、肝豆?fàn)詈俗冃?、兒童肝?nèi)膽汁淤積等病癥。這些重金屬在水中不能被分解，人飲用后毒性放大，與水中的其他毒素結(jié)合生成毒性更大的有機(jī)物。生物從環(huán)境中攝取重金屬后可以經(jīng)過(guò)食物鏈的生物放大作用，在較高級(jí)生物體內(nèi)成千萬(wàn)倍地富集起來(lái)，然后通過(guò)食物進(jìn)入人體，在人體的某些器官中積蓄起來(lái)造成慢性中毒，危害人體健康。隨著人類生態(tài)環(huán)境和復(fù)雜疾病的日益惡化，人們對(duì)重金屬污染給人類帶來(lái)的危害越來(lái)越感到恐懼和不安。多年來(lái)，各國(guó)科學(xué)家在重金屬污染區(qū)的修復(fù)植物方面做了許多研究工作。現(xiàn)將近些年的研究進(jìn)展簡(jiǎn)單總結(jié)如下，以供致力于選育更多能抗重金屬污染的植物，改善人們生存環(huán)境的相關(guān)主題的研究者參考。

2 修復(fù)重金屬污染區(qū)的喬木

2.1 修復(fù)單一重金屬污染區(qū)的喬木

早期，科研工作者主要針對(duì)單一重金屬污染區(qū)的植物修復(fù)研究。楊偉東［2］等人采用水培試驗(yàn)方法，研究了Cd對(duì)垂柳（Salix babylonica L.）3個(gè)無(wú)性系生長(zhǎng)、吸收、積累及耐性的影響。結(jié)果表明：Cd對(duì)垂柳生長(zhǎng)參數(shù)影響與無(wú)性系和介質(zhì)中Cd的劑量有關(guān)，低濃度Cd（10 μmol／L）對(duì)3個(gè)無(wú)性系生長(zhǎng)參數(shù)影響不顯著；根系與地上部分Cd含量隨介質(zhì)中Cd濃度升高而增加；Cd主要積累于垂柳根部，地上部分Cd積累在無(wú)性系之間存在差異，Cd濃度為10μmol／L時(shí)，3個(gè)無(wú)性系地上部分含Cd量均大于100μg／g，遷移系數(shù) （TF）小于1。何德等人從事的研究發(fā)現(xiàn)，旱柳 （Salix matsudana Koidz.）對(duì)重金屬Cd的積累較高［9］。歐陽(yáng)林男等人從事的Mn污染土壤的修復(fù)研究結(jié)果表明，構(gòu)樹(shù)（Broussonetia papyrifera）是一種抗錳或嗜錳的植物種類，在 Mn污染環(huán)境中表現(xiàn)出來(lái)極強(qiáng)的生命力和耐受力，可作為理想的錳礦污染區(qū)修復(fù)的先鋒樹(shù)種［16］。此外，欒樹(shù)可作為用材林使用，有一定的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也可作為錳礦區(qū)植物修復(fù)的首選喬木植物之一［14］?？缔钡热藦氖碌膶?duì)湖北古銅礦的研究結(jié)果表明，在Pb污染區(qū)域可選擇栽植二球懸鈴木（Platanus acerifolia Willd.）和構(gòu)樹(shù)，在 Cd污染區(qū)域可選擇栽植法國(guó)冬青（Viburnum odoratissimum Ker－Gawl）、梧桐（Firmiana plataL.）等樹(shù)種［18］。

2.2 修復(fù)復(fù)合重金屬污染區(qū)的喬木

隨著環(huán)境的惡化，人們逐漸發(fā)現(xiàn)重金屬污染區(qū)的重金屬種類遠(yuǎn)遠(yuǎn)不只一種，隨之具有復(fù)合修復(fù)功能的植物也相繼被發(fā)現(xiàn)。張婧等人認(rèn)為，重金屬元素中有很多是對(duì)桉樹(shù)（Eucalyptus robusta Smith）生長(zhǎng)發(fā)育有促進(jìn)作用的微量元素；并且桉樹(shù)在Cd、Zn、Mn、Pb、Cu等重金屬土壤污染地區(qū)栽植可以取得成功，且桉樹(shù)對(duì)于土壤中上述重金屬元素有較好的富集效果；再者在上述重金屬污染區(qū)種植桉樹(shù)，由于桉樹(shù)樹(shù)干通直，后期還可以通過(guò)間伐取得木材，解決木材供應(yīng)緊張的難題，可謂一舉兩得，具有可觀的經(jīng)濟(jì)收益［1］。據(jù) Paolis et a1報(bào)道，楊樹(shù)（Populus L.）根系發(fā)達(dá)，對(duì)毒性外來(lái)物質(zhì)耐受性強(qiáng)，具富集及轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬到地上部分的能力［3］。在整個(gè)北美洲，楊樹(shù)已被廣泛應(yīng)用于修復(fù)重金屬、鹽、有機(jī)溶劑和放射性物質(zhì)所污染的土地，是有效的Cd和Zn的富集植物［4］。據(jù)國(guó)外報(bào)道，柳樹(shù)（Salix matsudana Koidz.）對(duì)重金屬離子Cd和Zn具有較高的積累能力［5～7］，柳樹(shù)生長(zhǎng)迅速 ，生物量大 ，能有效地從土壤中吸收重金屬元素 ，清除效率較高 ，對(duì)受工業(yè)金屬污染的土壤起到整治的作用［8］。方晰等人對(duì)湘潭錳礦廢棄地的植物進(jìn)行了盆栽試驗(yàn)，得出欒樹(shù)（Koelreuteria paniculata）對(duì)礦渣廢棄地土壤適應(yīng)性強(qiáng)，生長(zhǎng)旺盛，生物量大，可在一定程度上改善土壤肥力，且對(duì)Mn、Cd有一定的吸收作用的研究結(jié)論［15］。張煒鵬等人從事的南方綠化樹(shù)種對(duì)重金屬的積累的研究認(rèn)為，垂枝榕（Ficus beniamina‘Exotica’）、菩提樹(shù)（F.religiosa）、鳳凰木（D eloniw reg ia）、南洋杉（Araucaria cunningham ii）分別對(duì) Pb、Cd、Hg、As的積累作用較大，宜用這些樹(shù)木進(jìn)行重金屬污染的治理和修復(fù)，洋紫荊（B auhinia variegata）、南洋杉、高山榕（F.altissinza）、小葉榕（F.microcarpa）分別對(duì)Pb、Cd、Hg、As的抗性最小，即敏感性最強(qiáng)，可用于重金屬污染的監(jiān)測(cè)［17］?？缔钡热藦氖碌膶?duì)湖北古銅礦的研究結(jié)果表明，對(duì)于Cu、Pb和Cd等重金屬?gòu)?fù)合污染區(qū)域適宜栽植法國(guó)冬青、梧桐、苦楝（Melia azedarach L.）、女 貞 （Ligustrum lucidum L.）、桂 花 （Osmanthus fragrans （Thunb.）Lour.）、青 岡 櫟 （Cyclobalanopsis glauca（Thunb.）Oerst.）、毛泡桐（Paulownia tomentosa（Thunb.）Steud.）、杉 木 （Cunninghamia lanceolata（Lamb.）Hook）、意楊（Populus euramevicana cv.‘I－214’）、樟樹(shù)（Cinnamonum campora（L.）Pres）、夾竹桃（Nerium indicum Mill.）和刺槐（Robinia pseudoacacia L.）等樹(shù)種，且認(rèn)為木本植物生物量為草本植物的幾十乃至數(shù)百倍，所積累的重金屬總量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于一般超富集草本植物［18］。張富運(yùn)等人報(bào)道合歡（Albizia julibrissin Durazz.）、泡 桐 （Paulownia Sieb.et Zucc.）、紅 椿（Toona ciliata Roem.）、旱柳等喬木對(duì) Pb表現(xiàn)出一定抗性，且生物量較大，具有一定的修復(fù)潛力，在治理鉛鋅尾礦水土污染中具有應(yīng)用前景［20］。綜合何德等人的研究成果，說(shuō)明旱柳是一種可用于Pb、Zn、Cd復(fù)合污染區(qū)生態(tài)修復(fù)的樹(shù)種。陳益泰等人通過(guò)在浙江富陽(yáng)市的廢棄鉛鋅尾礦庫(kù)進(jìn)行的人工植被恢復(fù)試驗(yàn) ，篩選出8種植物作為廢棄鉛鋅尾礦庫(kù)綠化的優(yōu)選植物。一類是抗性較強(qiáng)，受害輕微，生長(zhǎng)較好，體內(nèi)重金屬濃度不高的植物，如紫穗槐（Amorpha fruticosa Linn.）、截葉胡枝子（Lespedeza cuneata）、火 炬 樹(shù) （Rhus Typhina）、榿 木 （Alnus cremastogyne）、夾竹桃；另一類是受害較重、生長(zhǎng)一般，但體內(nèi)重金屬濃度較高、積累量較大，如加拿大紫荊（Cercis canadensis）、鹽膚木（Rhus chinensis）、紫花苜蓿（Medicago sativa）［21］。

3 修復(fù)重金屬污染區(qū)的草本植物

一些草本植物對(duì)重金屬具有較高的積累能力，如印度芥菜（Brassica juncea）、商陸（Phytolacca acinosa）、向日葵（Helianthus decapetalus）、蜈蚣草（Pteris vittata）等等［10，11］。聶發(fā)輝等人對(duì)商陸的超富集重金屬能力的研究表明，商陸具備鎘超富集植物的一些特點(diǎn)，在植物修復(fù)應(yīng)用中具有一定的應(yīng)用前景 ，可對(duì)之作進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)研究。特別指出，與其他植物不同的是 ，商陸對(duì)鎘的儲(chǔ)存多集中在莖葉中，地上部分鎘遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于地下部分［22］。一般植物對(duì)重金屬的富集量都是地下部分大于地上部分。據(jù)譚長(zhǎng)銀等報(bào)道，美國(guó)利用遏藍(lán)菜屬（Thlaspi L.）植物修復(fù)長(zhǎng)期施用污泥導(dǎo)致重金屬污染的土地取得了明顯的效果［12］。中山大學(xué)湯葉濤等人首次在我國(guó)發(fā)現(xiàn)圓錐南芥（Arabis paniculata L.）有修復(fù)Pb、Zn、Cd復(fù)合污染土壤的功能，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)多金屬超富集植物的空白［13］。據(jù)梁希等人報(bào)道，Mn超積累植物多為草本植物，主要為陸科、蓼科和衛(wèi)矛科，它們雖然能超富集Mn，但生物量小，沒(méi)大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，在實(shí)際治理中并不實(shí)用［14］。束文勝等人報(bào)道鴨跖草（Commelina communis Linn.）達(dá)到Cu超富集植物標(biāo)準(zhǔn)，海州香薷（Elsholtzia splendens Nakai ex F.Maekawa）、蠅 子 草（Silene gallica L.）、頭 花 蓼 （Polygonum capitatum Buch.－Ham.ex D.Don）和 狗 尾 草 （Setaria viridis（L.）Beauv.）等種類為 Cu的耐性植物［19］。張富運(yùn)等人報(bào)道比較典型的Zn超富集植物有東南景天（Sedum alfredii Hance），As 超 積 累 植 物 有 蜈 蚣 草［Nephrolepiscordifolia（L.）Presl］和大葉井 口邊草（Pteris nervosa Thunb.（P.cretica auct.Non L.）），Cd超積累植物有油菜（Brassica campestris L.）和寶山堇菜（Viola baoshanensis）以及 Mn超積累植物商陸等［20］。何閃英等人采用盆栽方法，研究了Cu（0～1500mg·kg）和酸雨（pH值2.5～5.6）復(fù)合脅迫對(duì)酸模Cu富集、生長(zhǎng)和抗氧化酶系統(tǒng)的影響。結(jié)果表明酸模的根（Rumex acetosa）和地上部Cu的積累量隨土壤Cu濃度的增大而增加，且根富集量大于莖葉富集量，酸雨能促進(jìn)酸模對(duì)Cu的吸收；隨著土壤中Cu濃度和酸雨強(qiáng)度的增加，酸模的生物量逐漸下降。Chunilall等發(fā)現(xiàn)綠穗莧（Amaranthus hybridus）和一種紅莧（Amaranthus dubi us）對(duì)重金屬Cd有很強(qiáng)的富集能力［24］。李凝玉等人從事的研究也證明了上述觀點(diǎn)，認(rèn)為兩種莧菜（紅莧和綠莧）具有生物量大、易栽培、施加NPK肥能夠大幅增加生物量的同時(shí)不減少器官對(duì)Cd的吸收等優(yōu)點(diǎn) ，作為Cd污染土壤的修復(fù)植物有巨大應(yīng)用前景［25］。楊菲等人對(duì)安徽銅陵冬瓜山銅礦水木沖尾礦庫(kù)生態(tài)修復(fù)植物香根草及其根際尾礦砂中重金屬Cu、Zn、Mo和Cd進(jìn)行了賦存形態(tài)分析，結(jié)果表明：香根草根際尾礦砂中4種元素形態(tài)絕大部分是殘?jiān)鼞B(tài)，但Cu和Cd的有效態(tài)含量遠(yuǎn)高于香根草正常生長(zhǎng)所需，表明香根草是有色金屬礦山尾礦庫(kù)理想的生態(tài)修復(fù)植物［26］。

4 展望與建議

由于重金屬污染的造成與人類的活動(dòng)密切相關(guān)，而這種污染隱蔽性強(qiáng)，危害大，修復(fù)需要的時(shí)間長(zhǎng)、代價(jià)高，應(yīng)引起全人類的高度重視。沒(méi)有意識(shí)此問(wèn)題嚴(yán)重性的當(dāng)?shù)卣畱?yīng)多加強(qiáng)干預(yù)，勸導(dǎo)人類盡快停止目光短淺、一味追求眼前經(jīng)濟(jì)利益的造成污染的活動(dòng)，以免污染區(qū)的范圍越來(lái)越大，導(dǎo)致難以控制和治理。

隨著全球自然災(zāi)害發(fā)生頻率的增加，全球氣候變暖趨勢(shì)的不斷加劇以及中國(guó)PM2.5污染區(qū)的不斷擴(kuò)大，抗重金屬污染的植物尤其是喬木綜合有效運(yùn)用已不僅僅是一個(gè)地區(qū)、一個(gè)國(guó)家的難題，而是在全世界礦區(qū)、采煤區(qū)等陸地區(qū)域函待解決的長(zhǎng)久性世界難題，同時(shí)這些植物是否也能有效調(diào)解氣候，改善空氣質(zhì)量，維持生態(tài)平衡，也是人們對(duì)植物用途的密切期望。污染區(qū)重金屬修復(fù)植物和生態(tài)平衡調(diào)節(jié)植物的綜合研究與應(yīng)用有待于在今后的工作中進(jìn)一步加強(qiáng)。

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