張華春 原福慶 孫健 劉文杰 張義森

（1. 遼寧排山樓黃金礦業(yè)有限責任公司，遼寧阜新 123000；2. 遼寧省環(huán)保集團有限責任公司，遼寧沈陽 110161）

1 引言

隨著世界工業(yè)化進程加快，環(huán)境污染日益嚴重，給社會的發(fā)展和人類的生存帶來了嚴重的影響。近年來，人們的環(huán)境保護和治理的意識逐漸加強，生態(tài)環(huán)境治理已經(jīng)成為學者們研究的熱點。常用的修復技術可大致分為物理修復、化學修復以及植物修復。其中，物理、化學法主要通過封固、藥劑固定、搬出填埋、熱分解、洗凈和焚燒等手段進行修復［1］，不僅操作程序復雜，消耗成本巨大，還易產生二次污染，針對大面積低濃度污染物的修復在實際應用中受到了一定的限制。植物修復作為一種較為新興的修復技術，具有成本低、操作簡單、環(huán)境友好的優(yōu)點，得到了越來越多人的認同。本文探討了植物修復技術在環(huán)境保護中的具體應用和發(fā)展。

2 植物修復技術概述

植物修復技術是指利用植物與土壤、水體或大氣等外部環(huán)境之間的相互作用，通過吸附、吸收、固定、分解等作用，實現(xiàn)環(huán)境中污染物的有效去除，使生態(tài)環(huán)境得到凈化和修復［2］。根據(jù)植物與環(huán)境相互作用的過程和原理，植物修復主要包括4 種類型。

2.1 植物提取

植物提取也稱作植物萃取，是指通過針對特定污染物有富集作用的植物，將其提取到植物根部，并通過吸收、富集、運輸、轉移等作用將其貯存到地上的莖葉等部位，然后對富集污染物的部分進行收割，從而實現(xiàn)污染物的去除。這種方式主要用于土壤中污染物的去除，其作用過程一般分為兩個階段，一是植物根部將土壤中束縛態(tài)污染物轉化為非束縛態(tài)，二是污染物從植物根部向地上部分的轉移［3］。該技術對淺層且污染物濃度不高的土壤具有較好的修復效果［4］，其重點在于合理篩選與運用生物量大、生長迅速、抗病蟲害能力強的超富集植物［5］，是目前研究較多、發(fā)展前景較好的植物修復技術。

2.2 植物揮發(fā)

植物揮發(fā)是指通過植物對土壤或水體中污染物進行吸收、累積作用，再利用植物的蒸騰作用將污染物轉化成氣態(tài)釋放到大氣中。但該技術在使用中將受到一定限制，如揮發(fā)到大氣中的重金屬可能會因過高的濃度或再沉降等，對環(huán)境造成二次污染，具有一定的風險性。

2.3 植物固化

植物固化也稱作植物降解，是指通過植物自身的作用將環(huán)境中的污染物質進行累積、沉淀和轉化，降低其活性和毒性，實現(xiàn)環(huán)境質量的改善。該技術具有分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種類型的作用［6］，可以有效避免環(huán)境中的污染物質進行擴散，對其進行固定，但并不具備永久去除污染物質的能力，對環(huán)境中的特定污染物如重金屬等不能從根本上去除，因此在應用中也具有一定的局限性。

2.4 植物轉化

植物轉化是指通過植物自身獨特的新陳代謝作用，或其分泌物（如各類酶）實現(xiàn)環(huán)境污染物的分解。該技術對疏水性適中的污染物處理效果較好，對疏水性較強的污染物則需要通過與其他技術結合的綜合方法實現(xiàn)環(huán)境的凈化與治理［7］。

3 植物修復技術在環(huán)境保護中的應用

3.1 在土壤污染中的應用

污染土壤的修復是目前植物修復技術應用最多的領域，其核心在于根據(jù)污染土壤類型選取適生植物，并對擬使用的修復機理進行有針對性的優(yōu)化，達到因地制宜的凈化目的。

各類金屬礦山開采等人為因素會導致土壤中存在大量的重金屬污染物。重金屬在土壤中自然消化需要極長的時間，對土壤的污染具有隱蔽性、滯后性、形態(tài)多樣性、消除難度大，且易隨著食物鏈遷移富集等特點，對自然環(huán)境和人類健康產生巨大威脅。處理時需要結合污染場地重金屬的種類以及濃度等特點，合理篩選具有較強耐受性、富集功能以及內部輸送能力的修復植物。如風滾草、蒲公英、狼把草、玉米、棉花、月季、蒿柳、楊樹等植物對鎘元素有較強的吸附作用；刺玫薔薇、樺樹、小葉楊、云杉等植物對鋅元素有較強的吸附作用；楊梅、鳳尾蕨、寬葉香蒲、密蒙花、紫穗槐等植物對鉛元素有較強的吸附作用；菜豆、百車軸草、黃白楊等植物對汞元素有較強的吸附作用［8-12］。

除了重金屬外，石油烴、多氯聯(lián)苯、多環(huán)芳烴（PAHs）、多氯二苯和一些難以降解的農藥等會給土壤帶來有機物的污染。由于受揮發(fā)性、分解、轉換、消化以及吸收等因素的影響，植物在處理土壤中的有機污染物時，相比重金屬元素的處理，在原理上和過程上都要復雜得多。一般通過植物與地下生物群共同影響、植物組織形成的酶與分泌物以及植物自身的吸收等方式實現(xiàn)有機物的去除，同時利用植物吸收作用應考慮污染物在植物體內的轉化形式。研究表明，玉米、紫花苜蓿等對多環(huán)芳烴有一定的降解能力［13-14］；白楊、狼尾草等對農藥有較好的降解能力［15-16］。

3.2 在水體污染中的應用

不同于污染土壤，由于在水環(huán)境中存在沉水植物、挺水植物、浮水植物等不同類型的水生植物，植物修復對水體的作用方式更加豐富，因而產生了很多實際應用，如河岸的護坡、緩沖帶、人工浮床、人工濕地、穩(wěn)定塘等，可以對環(huán)境產生良好的改善作用。

植物對可溶性水體污染物具有吸收與分解的作用。水生植物經(jīng)過長期進化，具有比陸生植物更復雜與發(fā)達的根系，可實現(xiàn)對水體中可溶性的難降解污染物的吸收。植物可吸收水體中的氮磷元素并將其轉化成自身生長所需的營養(yǎng)物質，如鳳眼蓮、美人蕉、香根草、蕹菜、細葉萼距花等，對去除水體中氮磷等營養(yǎng)元素，修復水體富營養(yǎng)化具有良好的效果［7］；利用水生植物的超積累效應，通過螯合和區(qū)室化等作用，對水體中的重金屬元素和有機污染物等有毒有害物質進行吸收和富集，再利用人工清除作業(yè)，實現(xiàn)污染物的去除，如劍蘭、苦草、香蒲、蘆葦、浮萍、黑三棱等對有毒有害物質均有較好的修復效果［17］。

植物對懸浮污染物具有凝聚與過濾作用。很多水生植物在生長過程中，會形成大面積群體植物網(wǎng)絡或者發(fā)育出龐大的根系，可有效過濾水體中不溶水的各類污染物，防止水環(huán)境的進一步污染。例如浮水植物和挺水植物體型龐大，形成的過濾層可對泥沙和難溶膠質物等污染物進行過濾和沉淀。

3.3 在大氣污染中的應用

植物除了可以監(jiān)測大氣污染外，在改善大氣環(huán)境方面也很早就得到了應用，利用植物修復技術不但可以凈化大氣污染，在城市綠化、景觀設計和生態(tài)體系建設等方面也具有部分指導和應用價值。

植物對大氣中的物理性顆粒物，如煤炭燃燒或垃圾焚燒后的灰塵等，具有明顯的控制作用，這種現(xiàn)象稱為滯塵。滯塵方式主要有停著、附著和黏著3種，因此在篩選植物時通常選取葉片數(shù)量較多、總葉面積大、葉面粗糙多絨毛、能分泌黏性油脂或漿汁的物種［18］，如核桃、板栗、刺槐、側柏、華山松、桑樹、鳶尾等［19-21］。

空氣中含有微生物（如各類細菌）以及一些病原微生物等屬于大氣的生物污染。此類病原體會隨著粉塵和飛沫在空氣中進行傳播，植物依靠滯塵作用可減少病原體的流通，對大氣環(huán)境起到一定的控制和修復作用。如闊葉林、針葉林、檜柏林、圓柏林、松樹林等產生可揮發(fā)性的殺菌素，對某些有害病菌具有殺傷作用［22-23］。

大氣中的有毒有害的化學污染物，如二氧化硫、氮氧化物、多元芳烴等，是大氣污染的主要污染源。植物一般通過固化或轉化作用對空氣中的有害氣體進行凈化。如楊樹、絳柳、國槐、廣玉蘭等對大氣中的二氧化硫［24-26］，火棘、辛荑、灑金桃葉珊瑚、南天竹等對大氣中的氮氧化物，都具有較好的凈化效果［27-29］。

4 植物修復技術的強化

植物修復雖然具有眾多優(yōu)勢，但也存在一定問題，其最大的應用瓶頸就是修復效率低，難以在短時間內達到預期效果，因此學者針對如何提高植物修復的效率開展了大量研究，由此誕生了一系列強化植物修復效率的方法。

4.1 農耕技術

農耕技術是最綠色的修復強化方法之一，常用于強化污染土壤的植物修復，可以從植物與土壤兩個方面達到強化植物修復的目的［30］。常用的措施包括施加肥料、水分調控和改良耕作技術等。其中，施加肥料可改良土壤營養(yǎng)環(huán)境、pH 和氧化還原電位，促進植物的生長，同時還可改變污染物的存在形式和活性，促進植物對污染物的吸收［31］，如土壤中加入氨態(tài)氮肥能降低植物根際pH 值，增加交換態(tài)鎘的含量，促進向日葵對鎘的吸收［32］；水分調控對植物生長很重要，適量灌溉有利于植物生長，干旱或洪澇都會抑制植物的修復能力；通過中耕松土、合理間種、優(yōu)化種植密度等改良的耕種技術也可達到強化修復的效果，如土荊芥和蠶豆、玉米間作后，土荊芥、蠶豆、玉米生物量都較單作增加，修復植物土荊芥體內的鉛、鎘含量顯著增加，而農作物蠶豆、玉米體內的鉛、鋅含量顯著降低［33］。

4.2 化學改良

植物修復的化學強化是通過向環(huán)境中添加某種化學物質，提高植物的生長效果或改變環(huán)境中污染物的狀態(tài)，從而提高植物對污染物的吸收作用。常用的化學試劑有螯合劑、植物激素、酸堿調和劑、表面活性劑等。螯合劑可使重金屬污染物從不溶態(tài)轉變成可溶態(tài)，從而更易被植物吸收，如DPTA，EDTA，EDDS，NTA 等被廣泛研究和應用。研究發(fā)現(xiàn)，向含鉛土壤中添加適量EDTA，可以提高豌豆對鉛的富集能力［34］。但螯合劑的添加量需要合理控制，若濃度過高，會導致較高的生物毒性，使植物生長受到極大的抑制，甚至造成水體污染［35］；植物激素通過加速植物的生長、改善植物的代謝功能或與環(huán)境中重金屬產生螯合作用，對重金屬進行吸收或降低其毒性，實現(xiàn)植物修復小的提升，如二乙基氨基己酸乙酯（DA－6）對黑麥草在鎘的去除作用方面具有良好的促進效果［36］。

4.3 微生物聯(lián)合

植物根系可分泌微生物所需的營養(yǎng)物質，而微生物反過來分泌可促進植物生長或增強其抗逆性的植物激素、鐵載體、有機酸等物質，從而形成微生物—植物共生系統(tǒng)，提高污染物的凈化效果［37］。微生物聯(lián)合主要是通過菌根或接種植物內生菌與植物根部聯(lián)合的方式強化植物修復，如將木立菌微桿菌TYSI04 和短小芽孢桿菌PIRI30 接種入香蒲根部，可增強香蒲降解廢水污染物質的能力［38］；在鉛污染土壤中，叢枝菌根真菌可提高豆科喬木光合作用和活性氧的清除能力，減少葉片中鉛濃度并緩解鉛脅迫［39］。

4.4 基因工程

植物的基因工程改造是一個新興的領域，通過導入的金屬螯合劑、重金屬轉運蛋白、植物螯合肽（PCs）和金屬硫蛋白（MTs）等特定外源基因的表達，提高植物對環(huán)境的耐受性或對污染物吸收、穩(wěn)定和富集能力。如利用基因工程手段引入汞運載功能和超積累功能的表達載體，得到的轉基因煙草極大地加強了其對汞的吸收和積累能力［40］。但目前利用基因工程的植物修復技術大多還停留在實驗室試驗階段，轉基因植物能否在環(huán)境中正常生長并對本地的物種是否有不良影響還有待進一步考察。

5 結論和展望

植物修復作為一種操作簡單、環(huán)境友好、成本低廉的生態(tài)修復技術，適用于大面積中低污染環(huán)境的治理。但單一植物修復因受環(huán)境影響干擾較大、修復周期長而難以達到預期效果，由此發(fā)展出農耕技術、化學改良、微生物聯(lián)合與基因工程等多種植物修復技術強化措施。今后，植物修復在以下方面仍然有研究空間：

（1）進一步篩選更加優(yōu)質的超富集植物，以期適應更加復雜惡劣和多元化的污染環(huán)境。

（2）發(fā)揮基因工程技術優(yōu)勢，利用轉基因技術培育優(yōu)質品種，并進一步研究其安全問題，力爭早日工程化應用。

（3）加強對超富集植物的后續(xù)無害化處理和資源化利用的研究，確保修復植物的妥善處置，避免造成二次污染。