劉 敏 武化民 李秀峰 謝慧敏 陳會明

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土壤重金屬污染植物修復的發(fā)展現(xiàn)狀

劉 敏1武化民2李秀峰1謝慧敏1陳會明1

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文中介紹了土壤重金屬污染植物修復的概念，探討了處理重金屬污染環(huán)境的植物修復措施，研究了重金屬鉛、砷、鋅、銅和鎘污染環(huán)境的植物修復技術發(fā)展現(xiàn)狀，并對其研究成果進行了展望，為土壤重金屬污染的整治及其生態(tài)修復提供依據(jù)。

土壤；重金屬污染；植物修復；發(fā)展現(xiàn)狀隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運輸?shù)难杆侔l(fā)展，重金屬引起的環(huán)境污染問題呈逐年增加之勢[1]。重金屬在土壤中不易隨水淋濾，也不易被微生物降解，更為嚴重的是這種污染具有長期性、隱蔽性和不可逆性的特點[2]。生物修復法能克服傳統(tǒng)方法中的缺點，具有綠色、環(huán)保、經(jīng)濟、成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境和無二次污染等優(yōu)勢，而越來越受到重視。近年來，生物修復技術尤其是植物修復技術成為重金屬污染修復研究的熱點[3]。

1 植物修復的概念

植物修復或生物修復(bioremediation)是將某種特定的并對土壤中污染物質(zhì)具有特殊吸收和富集能力的植物種植在污染土壤上，通過植物生長過程不斷吸收和富集污染物質(zhì)，降低土壤中污染物質(zhì)的濃度，最終將植物收獲并進行灰化處理，從而達到治理污染與生態(tài)修復的目的[4]。美國生物學教授Ilya.Raskin認為植物修復是通過利用植物吸收、聚集、降解和固定環(huán)境污染物，從而減少或減輕污染物毒性的技術。

2 重金屬污染的植物修復研究進展

2.1 重金屬鉛的植物修復

由于汽車尾氣排放及礦山采礦造成國內(nèi)外鉛污染嚴重。經(jīng)分析可知，尾礦中Pb含量為3000×10-6，土壤表層中Pb含量高達2700×10-6，附近蔬菜葉中鉛含量超出正常水平的50倍[5]。環(huán)境中尾礦廢物的風化可以導致重金屬元素的淋濾釋放，同時鉛礦在開采過程中也會導致鉛釋放進入土壤并在土壤中富集。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用磷肥土壤改良，可以顯著降低土壤中非殘渣形態(tài)Pb的含量[6]，同時植物修復也可以降低土壤中鉛的含量。

在植物修復方面，能吸收鉛的植物有很多。具有生長繁殖快、分布廣、根系發(fā)達和適應性強等優(yōu)點的草本植物常常是礦山廢棄地生態(tài)恢復中的優(yōu)選植物，如禾本科的香根草(Vetiveria zizanioiaes)[7]、五節(jié)芒(Miscanthus floridulu Warb)[8]、莎草科的莎草(Cyperus microiria)[8]、菊科的蒼耳(Xanthium sibiricum Patrin)、土荊芥(Chenopodiumam brosioides L.)[9]、寬葉香蒲、蘆葦、雙穗雀稗和狗牙根[10]和羽葉鬼針草(Bidens maximovicziana Oett.)[11]等，其中土荊芥被認定為鉛超富集植物。除上述草本植物外，臭椿(Ailanthusaltissima Swingle)、紫穗槐(Amorpha fruticosaL.)[12]等木本植物對Pb污染也有較好的修復效果。印度芥菜、玉米等作物對鉛吸收量不大，但引入EDTA后增加植物的蒸騰速率，促進鉛從根系向地上部分的運輸。

2.2 重金屬砷的植物修復

土壤中重金屬污染主要來源大量有機肥料(添加劑中含有高濃度的砷)的施用。研究表明，蜈蚣草[13]和大葉井口邊草[14]是砷超富集植物，植物體根系大量積累砷，較少向地上部運輸，收獲植物進行處理達到土壤中砷濃度去除的目的。重金屬砷的去除還可以利用植物對重金屬污染物質(zhì)的揮發(fā)原理，重金屬污染物質(zhì)經(jīng)生物吸收后轉化為揮發(fā)性元素，被植物排出體外。

2.3 重金屬鋅的植物修復

鉛鋅礦床開采過程排放的廢水選礦過程中產(chǎn)生的廢液導致土壤中鋅濃度超標，同時廢石和尾礦等固體廢棄物的堆放、地表水的沖洗和雨水的淋濾使礦區(qū)土壤中累積大量的重金屬鋅。

多種植物能吸收鋅，具有生物量大、美觀和分布廣等特點，如有菊科、莎草科、禾本科、蕁麻科和唇形科等，在處理土壤中重金屬鋅時具有很高的應用價值。菊科的野菊花(Dendranthem aindicum(Linn.)Des Moul.)、禾本科的香根草(Vetiveria zizanioiaes)[15-16]、蕁麻科的蕁麻(Urtica fissa E.Pritz.)和唇形科的白蘇(Perilla frutescens)[17]、蜈蚣草、東南景天(Sedumalfrediihance)和木本植物銀柳等均是Zn污染修復植物。蜈蚣草、東南景天(Sedumalfrediihance)具有較強的忍耐土壤中的高濃度Zn的能力，通過生長發(fā)育大量吸收并轉移土壤中Zn到地上部，具有較強的修復能力。

2.4 重金屬銅的植物修復

銅在自然條件下常以硫化銅的形式存在，由于采礦和冶煉過程中技術不成熟導致銅在土壤中大量積累造成污染。菊科、禾本科、木賊科、天南星科和藜科等植物可以作為治理銅污染的先鋒植物，尤以菊科植物應用最廣，如野菊花(Dendranthem aindicum (Linn.)Des Moul.)[18]、一年蓬(Erigeron annuus(Linn.)Pers.)[19]、小飛蓬(Comnyza canadensis(L.)Cronq.)[19]等。此外，蓼車(Smartweed)[20]可以吸收多種重金屬，對銅也有較高的吸附能力；禾本科的芨芨草(Achnatherum splendens)、香根草[21]和藜科的角果藜(Ceratocarpus L.)[22]的根系大量吸收Cu后可將其轉運到地上部分，可作為治理銅污染的先鋒植物；木本植物中楊樹因其生物量豐富、分布廣和繁殖能力強，同時對Cu有較高的富集和轉移率而廣泛用于重金屬銅污染的治理工程[23]。特別指出，許多研究學者報道修復Cu污染的植物多數(shù)也可應用于土壤Ni污染的修復[22]。

2.5 重金屬鎘的植物修復

經(jīng)研究菊科植物、禾本科植物及茄科植物，對Cd污染土壤具有較強的修復能力。禾本科的百喜草(Paspalum natatum)、雜交狼尾草(Pennisetumam ericanum)[24](富集系數(shù)大于2)；菊科的白苞蒿(Artemisia lactiflora Wall)[25]；商陸科的商陸(Phytolacca acinosa Roxb.)[26]；茄科的龍葵(Solanum nigrum Linn.)、菊科的蒲公英(Herba Taraxaci)及小白酒花(Conyza canadensis)(富集系數(shù)大于1)[27]，在礦山廢棄地的生態(tài)修復工程應用廣泛。羊齒類鐵角蕨屬植物、龍葵(Solanum nigrum)[28]、印度芥菜(Brassicajuncea)對Cd有超耐性，也是Cd超積累植物。木本植物法國冬青(Ilex purpurea Hassk.)雖樹干和樹皮對重金屬富集系數(shù)較低，但因其擁有巨大的生物量，樹干和樹皮對鎘有較高的轉移系數(shù)，在修復Cd污染礦區(qū)內(nèi)廣泛推廣種植。

3 展望

植物修復尤其是重金屬污染物質(zhì)的植物修復技術作為一個可持續(xù)的修復方式，研究過程中依然存在許多問題。尤其是植物修復后續(xù)處理的方法直接決定植物修復最終的價值所在，目前針對該領域的研究依然很少，若能結合生物質(zhì)發(fā)電及生物質(zhì)飛灰、底灰制備重金屬固化穩(wěn)定化膠凝材料，將植物修復最終的重金屬富集體最為生物質(zhì)發(fā)電原料用于發(fā)電，產(chǎn)生的焚燒剩余物則用于生產(chǎn)重金屬固化膠凝材料，重新應用到重金屬污染土壤修復中，這樣不僅可以實現(xiàn)植物修復的雙重價值，而且為土壤重金屬污染修復找到一種可持續(xù)循環(huán)處理的方式。

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