李非里，邵魯澤，吳興飛，陸敏英

(浙江工業(yè)大學(xué) 環(huán)境學(xué)院，浙江 杭州 310014)

隨著全世界科學(xué)技術(shù)和城鎮(zhèn)化的發(fā)展，許多重金屬被大量應(yīng)用，并且通過垃圾焚燒[1]、礦山尾礦[2]等一系列人為活動排放到環(huán)境當(dāng)中。在過去的50 年中，全世界排放的重金屬有數(shù)百萬噸[3]，它們以大氣沉降、污水和固體廢棄物排放、微塑料吸附[4]等方式進入土壤環(huán)境。土壤重金屬污染的治理難度大、危害強。Chaney在1983年提出一種新的土壤污染修復(fù)理念，即利用超富集植物對重金屬的富集能力修復(fù)重金屬污染土壤。工程性的試驗研究和實地應(yīng)用效果表明，植物修復(fù)技術(shù)擁有巨大的商業(yè)化前景。植物修復(fù)去除土壤重金屬的方式有植物提取(Phytoextraction)、植物穩(wěn)定(Phytostabilization)和植物揮發(fā)(Phytovolatilization)[5]，植物修復(fù)技術(shù)的缺陷也很明顯，比如超富集植物大多生長緩慢、根系短小、生物量低，導(dǎo)致植物修復(fù)過程通常比較耗時，相比于常規(guī)的修復(fù)需要更長的修復(fù)時間，并且修復(fù)元素比較單一，導(dǎo)致修復(fù)效率比較低[6]。為了提高植物修復(fù)的效率，近年來學(xué)者們研究了許多植物修復(fù)的組合強化技術(shù)，其中強化植物提取土壤中污染重金屬能力的途徑主要有兩種：一是促進超富集植物的生長，提高生物量；二是促進植物對重金屬的吸收，例如土壤中的重金屬能夠被螯合劑活化，從而提高其在植物體內(nèi)的富集量，因此螯合劑被廣泛用于重金屬污染土壤的植物提取強化中[7-8]。相比于單一修復(fù)方法，植物強化修復(fù)技術(shù)具有經(jīng)濟適用、周期短和操作程序簡單等特點[9]。間套種技術(shù)是我國傳統(tǒng)農(nóng)藝技術(shù)之一，可利用其獨特的生態(tài)位優(yōu)勢達到強化植物修復(fù)的目的。首先，在間套種時，利用生態(tài)位差異性比較大的植物，它們之間相互影響較小，有效提高了資源利用率，而且它們的分泌物可促進彼此生長，增加單位面積的植物產(chǎn)量；其次，間套種植物的分泌物，如一些氨基酸以及低分子有機酸等，可活化土壤中的重金屬，并且還可以促進根際微生物群落結(jié)構(gòu)變化，增加微生物的活性，從而提高植物對重金屬污染土壤的修復(fù)能力[10]；最后，雖然間套種技術(shù)的植物之間存在著生態(tài)位差異性，但同時也是一種競爭關(guān)系，這種關(guān)系相互刺激了植物，使其增強對重金屬的吸收[11]。

筆者將對這些植物修復(fù)強化技術(shù)作進一步討論，并對目前研究存在的問題進行分析和展望，從根系分泌物、根際微生物和土壤pH等方面分析植物間套種修復(fù)強化技術(shù)修復(fù)土壤重金屬機制，以及討論如何選配間套種植物發(fā)揮重金屬修復(fù)過程中的協(xié)同作用或拮抗作用。

1 植物強化修復(fù)技術(shù)

1.1 植物-螯合劑的聯(lián)合修復(fù)

土壤中重金屬大部分結(jié)合于土壤固相，以生物有效性最低的殘渣態(tài)形式存在，成為植物修復(fù)重金屬的主要限制因素[12]。螯合劑投入到土壤中后與土壤中的重金屬發(fā)生螯合反應(yīng)，并形成具有水溶性的金屬絡(luò)合物[13-14]，大大增加了重金屬的生物有效性，從而促進植物對污染土壤中重金屬的吸收富集，增加修復(fù)效果[15]。

目前，常用于強化植物修復(fù)的螯合劑主要有兩類：第一類是人工合成的，包括常見的EDTA，EGTA和DPTA等；第二類是天然的，主要是一些低分子量有機酸，如檸檬酸、草酸和酒石酸等，也包括如硫氰化銨等無機化合物[16]。其中EDTA是最常用、有效的螯合劑，施用于燕麥(Avenasativa)、大麥(Hordeumvulgare)及印度芥菜(Brassicajuncea)后，能夠顯著提高植物對Zn的積累量[17]。此外，EDTA對土壤重金屬污染中的Pb，Cd，Cu等元素也都具有一定的解吸能力[18]。相比于EDTA，EDDS對Cu和Zn有較強的親和力，且易生物降解，對土壤中微生物的毒性小，具有更好的環(huán)境安全性[19]。投加EGTA后，苧麻地上部Cd的含量比對照組增加了2.2～3.3倍[20]。施用NTA之后可以使大田土壤中的Zn，Cd，Cu的溶解度分別增加21，58，9倍[21]。一些小分子酸和化合物，尤其是檸檬酸，可以活化土壤中Cu。如使用62.5 mmol/kg的檸檬酸，煙草地上部Cu的濃度比對照組提高了2倍[22]。雖然螯合劑對重金屬的修復(fù)有很好的促進作用，但同時其本身可能會對環(huán)境產(chǎn)生一定的風(fēng)險，要實現(xiàn)無害化，還需對植物強化技術(shù)進行更廣泛的研究。

1.2 植物-微生物的聯(lián)合修復(fù)

植物-微生物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是一種強化植物修復(fù)技術(shù)，其借助土壤中微生物來協(xié)助植物根系對土壤中重金屬進行吸收、穩(wěn)定和絡(luò)合螯合反應(yīng)，提高植物修復(fù)土壤重金屬污染的效率[23]。目前，該技術(shù)存在兩種形式，分別是植物與專性菌的聯(lián)合修復(fù)以及植物與菌根的聯(lián)合修復(fù)[24]。

植物與專性菌株的聯(lián)合修復(fù)是利用對重金屬產(chǎn)生抗性的細菌促進植物的生長，并且刺激植物對重金屬的吸收，以此提高植物對重金屬的修復(fù)。Belimov等[25]在Cd污染土壤中種植印度芥菜，從其根際中分離出11 株不同的細菌菌落，這些菌落耐受Cd且含有(ACC)脫氨酶，能夠促進印度芥菜根部生長，使Cd在根系中的富集量顯著提高。Sun等[26]在從事銅礦區(qū)海州香薷和鴨跖草根部的研究中，篩出了其根際的促生菌，最終使兩種植物的地上部分銅積累量上升了63%～125%，提高了植物對重金屬污染土壤的修復(fù)效率。

植物與菌根的聯(lián)合修復(fù)是利用土壤中真菌菌絲與高等植物營養(yǎng)根系形成的一種聯(lián)合體。具有酸溶和酶解能力的菌根真菌，可以轉(zhuǎn)移更多的營養(yǎng)物質(zhì)到植物體內(nèi)，并且能夠產(chǎn)生一些植物激素，促進植物生長。另外植物的根際微環(huán)境也會因為菌根真菌本身的活動而改善，增強植物抗病抗逆境的能力[27]。早在1996年，Richen等[28]就開展了基因工程的根瘤菌(MesorhizobiumhuakuiiB3)和紫云英屬豆科植物聯(lián)合修復(fù)重金屬的研究，菌根共生體能使根瘤中Cd2+的積累量增加17%～20%；黃藝等[29]在研究比較了菌根小麥和無菌根小麥在重金屬污染土壤生長后的根際Cu，Pb，Zn，Cd的形態(tài)與變化之后，得出了這幾種重金屬的可交換態(tài)受菌根環(huán)境影響較大的結(jié)論，而Cu，Pb，Zn，Cd在菌根根際與有機質(zhì)結(jié)合的含量都高于在非菌根根際時；Valentinuzzi等[30]研究了菌根小麥和無菌根小麥根際中的Cu，Pb，Zn，Cd的形態(tài)分布，也驗證了菌根的重金屬富集作用。微生物聯(lián)合的植物重金屬修復(fù)具有污染少、效果明顯的優(yōu)勢，但從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用，仍然須考慮很多環(huán)境因素。

1.3 植物-基因工程的聯(lián)合修復(fù)

植物-基因工程聯(lián)合修復(fù)技術(shù)是利用基因重組技術(shù)，將具有重金屬積累特性的基因?qū)胍资斋@且生物量大的植物中，并將此類植物用于土壤重金屬修復(fù)工程的技術(shù)。該修復(fù)技術(shù)發(fā)展于基因工程技術(shù)，通過增加植物的重金屬耐受性提高其重金屬修復(fù)效率，具有對環(huán)境影響小、無二次污染等優(yōu)點。隨著細胞和分子水平上對重金屬在植物體內(nèi)新陳代謝機理和相關(guān)基因研究的不斷深入，應(yīng)用轉(zhuǎn)基因技術(shù)提高植物對重金屬的耐性和積累量也隨之取得巨大進展[31]。Gisbert等[32]把小麥中的植物絡(luò)合素合成酶基因轉(zhuǎn)入粉藍煙草(Nicotianaglauca)中，使該轉(zhuǎn)基因煙草在含Pb2+質(zhì)量分數(shù)為1 572 mg/kg的土壤中生長，并且該轉(zhuǎn)基因煙草中Pb的積累量比野生型煙草高2倍；Martínez等[33]將小麥PC合成酶基因TaPCS1轉(zhuǎn)入煙草中，提高了其對Zn，Pb，Cd，Ni的抗性，其中對Cd和Pb的抗性分別提高到原來的6倍和3倍。

以上3 種植物聯(lián)合強化處理技術(shù)都各有自己獨特的優(yōu)勢，但均階段性地改變了這塊土地的功能。在修復(fù)期內(nèi)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要中斷。中國作為一個農(nóng)業(yè)大國，亟需開發(fā)適應(yīng)我國國情的土壤修復(fù)方法。

2 植物間套種修復(fù)強化技術(shù)

間種是在同一塊土地上，按一定比例一行或者多行間隔種植兩種或兩種以上生育季節(jié)近似的植物的方式；套種，即在前季作物生長后期的株、行或畦間播種或栽植后季作物的種植方式[34]。它們都是利用植物間生態(tài)位的差異性，將兩種以上生態(tài)位有明顯差異的植物同時進行種植，促進系統(tǒng)對資源充分利用，以提高植物產(chǎn)量[10]。Whiting等[35]在研究[29]玉米與東南景天套種時發(fā)現(xiàn)：此種方式能促進兩種植物吸收更多的重金屬；但是，薛建輝等[36]采用間作的模式種植茶樹和杉木后發(fā)現(xiàn)：茶園土壤的Pb，Ni，Mn，Zn含量降低，而茶樹葉片中4 種重金屬的含量較單作也顯著減少，茶葉品質(zhì)得到改善；Su等[37]的研究也表明：Cd富集植物油菜與中國白菜間作在一起，能降低白菜對Cd的富集量。上述研究說明不同的間/套種方法，在重金屬吸收方面擁有不同的效果，因此選擇適當(dāng)?shù)闹参镞M行間種或者套種，不失為一種強化植物修復(fù)土壤重金屬的新途徑。

2.1 常見重金屬修復(fù)植物

重金屬Hg，Cd，Pb，Cr和非金屬As因其對人體毒害作用大而被稱為“五毒金屬”，也是土壤重金屬污染修復(fù)中備受關(guān)注的元素。目前關(guān)于這5 種元素的植物修復(fù)已有大量研究成果。

富集Hg的植物有苧麻(Boehmerianivea)、加拿大楊(PopulusXcanadensisMoench)。苧麻(Boehmerianivea)莖葉中Hg的質(zhì)量分數(shù)為1～1.3 mg/kg，對實驗水稻田中Hg的年凈化率達到41%；加拿大楊(PopulusXcanadensisMoench)每株體內(nèi)最大汞吸收積累量約為7 mg，但是其生長受到Hg的嚴重抑制，生物生長量下降79%以上[38]。

關(guān)于Cd的超富集植物報道很多，包括龍葵(Solanumnigrum)、莧菜(Amaranthusmangostanus)、忍冬(Lonicerajaponica)和印度芥菜(Brassicajuncea)等，其中壺瓶碎米芥(Cardaminehupingshanensis)的富集質(zhì)量分數(shù)較高，地上部Cd的質(zhì)量分數(shù)變化范圍為189～3 800 mg/kg，并且壺瓶碎米芥(Cardaminehupingshanensis)的根莖比例小、生物量大，Cd富集量較大；楊桃(Averrhoacarambola)作為少數(shù)木本Cd超富集植物之一，其地上部Cd質(zhì)量分數(shù)最高達到487 mg/kg。除了Cd超富集植物之外，還有很多未達到超富集標準，但對Cd富集量較大的植物，同樣可以用來修復(fù)Cd污染土壤。目前關(guān)于植物修復(fù)Cd的研究已經(jīng)有了長足進步，但仍然存在可提升的空間[39]。

草坪草因具有良好的Pb耐受性和富集能力而備受關(guān)注。黑麥草(Loliumperenne)生物量大、再生能力強、易于種植，對鉛有一定的耐性，是一種鉛富集植物，適用于鉛質(zhì)量分數(shù)低于1 000 mg/kg的污染土壤[40]。狗牙根(Cynodondactylon)的生物量隨著Pb質(zhì)量分數(shù)的增加而減少，但是在Pb質(zhì)量分數(shù)為2 000 mg/kg時，其地上部富集質(zhì)量分數(shù)顯著增加，總富集量也增加，因此當(dāng)土壤鉛污染濃度較高時，狗牙根(Cynodondactylon)更具有應(yīng)用前景[41]。

目前關(guān)于Cr富集植物的研究較少，國外僅發(fā)現(xiàn)鉻線蓬(SuterafodinaWild)和尼科菊(DicomanicoliferaWild)兩種鉻超富集植物，富集量可以達到1 500 mg/kg和2 400 mg/kg[42]。黃花稔(Sidaacuta)能夠在Cr污染土壤中生長，并且其地上部對Cr的富集達到600 mg/kg，但并未達到超富集植物的標準[43]。

As超富集植物包括蜈蚣草(Pterisvittata)、大葉井口邊草 (Pteriscretical)和粉葉蕨 (Pityrogrmammacalomelanos)等11 種鳳尾蕨屬植物和1 種裸子蕨科粉葉蕨屬植物。其中蜈蚣草(Pterisvittata)是國內(nèi)發(fā)現(xiàn)的首個As超富集植物，在正常土壤中(As質(zhì)量分數(shù)為9 mg/kg)其地上部含As質(zhì)量分數(shù)為699 mg/kg，富集系數(shù)為80，在施As處理的土壤中(As質(zhì)量分數(shù)為400 mg/kg)其地上部含As質(zhì)量分數(shù)高達4 384 mg/kg，并且蜈蚣草對As的耐性和富集能力極強，生長速度快、生物量大，因此對植物修復(fù)As污染土壤有重要意義[44]。

2.2 間套作對植物修復(fù)重金屬的影響機制

2.2.1 根系分泌物的影響

植物的根際分泌物是多種多樣的，并且這些物質(zhì)會改變土壤的理化性質(zhì)，導(dǎo)致對土壤中重金屬的影響作用也是多個方面的。根際分泌的有機酸類物質(zhì)降低了土壤的pH，增加了重金屬在土壤中的溶解度[45]。并且，這些物質(zhì)還能絡(luò)合某些土壤中的金屬離子，甚至使土壤中的氧化還原電位發(fā)生改變(例如Fe3+)。除此之外，根際分泌的一些物質(zhì)，比如黃酮類物質(zhì)，能夠作為細菌的能源物質(zhì)，致使細菌和重金屬不可避免地發(fā)生作用[46]。表1總結(jié)了一些植物根系分泌物對其吸收重金屬的影響。

表1 植物根際分泌物對重金屬的作用Table 1 Effect of plant rhizosphere secretion on heavy metals

間套種兩種植物之間根際分泌物互相影響如圖1所示，它們改變著植物對土壤重金屬的吸收。其中主要有兩種影響可能：首先，間套作相互改變植物根際分泌物的種類以及數(shù)量濃度，有研究表明利用玉米和馬唐進行間種，植物分泌的有機酸高于植物單種，從而增加了對重金屬Cd的吸收[56]；其次，在間套作的植物生長過程中，各種植物的根際分泌物在土壤中相互擴散，并且相互作用[57]。以上兩種機制同時作用，影響著土壤中重金屬的生物有效性。

圖1 間套作植物修復(fù)重金屬污染土壤的機制Fig.1 Mechanism of intercropping plant for remediation of heavy metal contaminated soil

2.2.2 根系微生物的影響

土壤微生物是植物根際環(huán)境的重要組成部分。根際土壤重金屬活性和植物吸收能力直接受土壤微生物的影響。根際微生物可分為共生微生物和自由生活的微生物[58]，其中尤其是與植物共生的菌根(如叢枝菌根)，對植物吸收重金屬起到重要作用[59]。目前為止，人們發(fā)現(xiàn)菌根影響植物對重金屬的耐性方式有：1) 根際微生物的代謝作用可以產(chǎn)生多種有機物，如有機酸、表面活性劑和蛋白質(zhì)等，可以對重金屬產(chǎn)生活化、胞外絡(luò)合和根際沉淀等作用，影響重金屬對植物的毒害作用；2) 根際微生物能夠通過催化重金屬的氧化還原改變其形態(tài)，從而改變重金屬的生物有效性；3) 根際微生物自身對重金屬有選擇性的吸收；4) 根際微生物能夠促進植物生長，增加植物的根長，增強植物對重金屬的耐受性[60-62]。

在植物的間套作中，可以提高土壤微生物的活性和豐度，促進植物對重金屬的吸收。一些中藥材與花生的間作，能夠改善土壤環(huán)境，提高土壤微生物中真菌的多樣性[63]。除此之外，有研究表明：將西瓜和水稻進行間作，發(fā)現(xiàn)土壤中真菌數(shù)量有一定程度的降低，同時放線菌和細菌數(shù)量升高[64]。這說明土壤間套作對土壤微生物種群結(jié)構(gòu)有一定的影響。

2.2.3 土壤pH的影響

在植物的間套作中，影響pH的因素較為復(fù)雜，具體如圖1所示，主要分為兩個方面：一方面，植物進行間套作時，通過根系分泌物、土壤微生物等影響，可以降低土壤的pH值，即當(dāng)pH值較高，不利于植物吸收因營養(yǎng)元素時，間套作又能適當(dāng)降低土壤pH值[69-70]；另一方面，當(dāng)土壤pH降低時，反過來也會影響植物根系分泌物、土壤微生物等。

在實踐中，間套作修復(fù)土壤重金屬的變異性較大，除上所說的幾種因素外，還受土壤有機質(zhì)、陽離子交換量等因素的影響[71-72]。這些因素都不是獨立的，它們之間相互影響，相互制約，形成一個土壤-植物微環(huán)境，影響著土壤中重金屬有效性和植物對其的吸收作用。

2.3 間套種對植物的選擇

2.3.1 協(xié)同作用模式

利用間種或套種不同的植物來增強植物對重金屬的吸收能力，發(fā)揮的是植物間的協(xié)同作用。Wu等[73]將Cd的富集植物甘藍型油菜(Brassicanapus)與菜心(Brassicaparachinensis)或玉米進行間種，發(fā)現(xiàn)油菜的地上部中Cd質(zhì)量分數(shù)和累積量明顯增加；Zuo等[74]研究了雙子葉植物，例如花生和玉米、小麥等禾本科植物間種，加強了雙子葉植物對鐵、鋅的吸收并且提高種子中的鐵和鋅質(zhì)量分數(shù)；蔣成愛等[75]研究東南景天與玉米和大豆的間作后發(fā)現(xiàn)，Zn，Pb，Cd在東南景天地上部的質(zhì)量分數(shù)顯著增加；黑亮等[76]對東南景天與玉米套種的研究也表明：套種顯著提高了東南景天對Zn和Cd的提取效率，Zn的質(zhì)量分數(shù)比單種多1.5倍，高達9 910 mg/kg，而且由此生產(chǎn)出的玉米籽粒中重金屬質(zhì)量分數(shù)符合食品和飼料衛(wèi)生標準；Selvam等[77]將鋅超積累植物天藍遏藍菜(Thlaspicaerulescens)與非超積累植物菥蓂(Thlaspiarvense)互作在添加ZnO或ZnS的土壤上，研究發(fā)現(xiàn)與單作相比，天藍遏藍菜的吸鋅量得到顯著增加。

雖然有很多研究都表明植物間種/套種可以提高重金屬的修復(fù)效率，但是進行間套作的植物需要合理的選擇。例如Wieshammer等[78]將深根的鋅鎘超富集植物柳樹(Salix)和矮小的超富集植物擬南芥(Arabidopsishalleri)互作在一起時，并沒有增加植物對重金屬Zn和Cd的吸收效率。而且如果是兩種同種重金屬的超富集植物進行間種或者套種，可能由于一系列的原因，如對同種重金屬的競爭或者雜草等原因，也不會提高其對重金屬的修復(fù)能力[79]。因此選擇適當(dāng)?shù)闹参飦磉M行間種/套種以及控制好植物的生長環(huán)境至關(guān)重要。

2.3.2 拮抗作用模式

利用植物間種或者套種強化技術(shù)來降低植物對土壤中重金屬的吸收，也就是拮抗作用，可在修復(fù)土壤重金屬的同時，盡可能提高超富集植物對重金屬的吸收，降低與之間作或套作的植物或農(nóng)作物的重金屬含量，使之在修復(fù)的時間段里也能生產(chǎn)出符合一定衛(wèi)生標準的農(nóng)產(chǎn)品。這是一種充分利用時間和空間，節(jié)約土地資源的技術(shù)，符合我國農(nóng)業(yè)大國的國情。

例如浙江大學(xué)的安玲瑤[57]在將青菜與甘藍間作時發(fā)現(xiàn)：間作提高了Cd在青菜中的富集，同時降低了Cd在甘藍中的富集，并且間作處理下兩種蔬菜均可安全食用；因此Wu等[73]率先提出將重金屬超富集植物與玉米套種的方法，與單種時相比，超富集植物提取重金屬的效率顯著提高，而且玉米也能夠產(chǎn)出符合衛(wèi)生標準的食品、動物飼料和生物能源等；Gove等[80]根據(jù)自己的研究，將遏藍菜與大麥進行間作后發(fā)現(xiàn)大麥降低了對土壤中Zn的吸收；菥蓂(遏藍菜)是一種常見的藥材和蔬菜，而同屬的天藍遏藍菜也是一種常見的Zn超富集植物，Whiting等[81]將兩種植物間作在添加ZnO或ZnS的土壤上，研究發(fā)現(xiàn)：作為藥材或蔬菜的菥蓂對Zn的吸收量顯著降低，并且因?qū)n吸收的降低，導(dǎo)致菥蓂的生物量明顯增大，這是因為天藍遏藍菜對Zn有很強的吸收富集能力，能夠優(yōu)先吸收土壤中的Zn，從而減少鋅對菥蓂的毒害，在一定程度上起到保護菥蓂的作用；趙穎等[82]對玉米與苜蓿間種進行了相關(guān)研究，認為苜蓿在自身大量吸收重金屬的同時，能夠抑制玉米對土壤重金屬的吸收富集；同時也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)：玉米與苜蓿間種不僅能夠改善土壤的理化性質(zhì)，使土壤容重降低、有機質(zhì)含量升高，并且能增加土地單位面積的作物產(chǎn)值，提高土地利用率[83-84]；居述云等[85]研究了伴礦景天與小麥以及茄子的間作，結(jié)果表明：在間作模式下，小麥籽粒和茄子果實中的重金屬含量顯著降低，其中小麥籽粒中的重金屬降低了52.4%。這些研究都進一步證明了該項技術(shù)在現(xiàn)實中是具有實際應(yīng)用價值的，是一種不需要間斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、較經(jīng)濟合理的治理方法。

3 植物間套作修復(fù)效率評價

3.1 植物修復(fù)時間

修復(fù)效率主要由植物干重[86]和其富集系數(shù)決定。雖然間套作的農(nóng)藝技術(shù)能增加其生物量，但是超富集植物只占少部分，且超富集植物通常較為矮小，修復(fù)時間是大家普遍關(guān)注的一個問題。間套作植物修復(fù)重金屬污染嚴重場地的時間計算式為

式中：CS,i，CS,f為修復(fù)前后土壤中重金屬質(zhì)量分數(shù)，mg/kg；ρ為土壤密度，g/m3；H為土壤深度或植物根長，m；CP1，CP2為間套作植物中重金屬質(zhì)量分數(shù)，mg/kg；D1，D2為間套作植物干質(zhì)量，kg/(hm2·a)，即每年每公頃土地上植物的干質(zhì)量。

由此可得出：間套作植物修復(fù)依然是一個耗時的過程，可能達到幾十年甚至幾百年。在實際運用中，修復(fù)時間還會因各種因素延長，如大田植物的富集系數(shù)要低于實驗室的盆栽植物[87]。此外，實際應(yīng)用過程中存在許多不可預(yù)測的因素，例如多種重金屬的存在、天氣情況等，這些狀況嚴重影響甚至決定了植物的生物量和富集系數(shù)[88]。實際修復(fù)中，污染土壤深度通常遠大于植物的根際長度，尤其是農(nóng)作物，使其對較深土壤的修復(fù)效果不佳，去除效果受到限制。以上這些問題影響著修復(fù)年限，制約間套作植物修復(fù)的發(fā)展。

3.2 經(jīng)濟可行性評價

經(jīng)濟可行性是植物間套作修復(fù)能否成功的先決條件，任何不考慮經(jīng)濟和人力的技術(shù)最終都不能為社會所接受，作為一個新興的修復(fù)技術(shù)，植物間套作修復(fù)技術(shù)的經(jīng)濟可行性必須得到充分考慮[89]?？偨?jīng)濟價值(TEV)戰(zhàn)略是評估土壤恢復(fù)效益的一種系統(tǒng)方法，具體如圖2所示。

圖2 間套作植物修復(fù)經(jīng)濟評估Fig.2 Economic evaluation of intercropping phytoremediation

圖2中的直接使用價值指人們直接使用此技術(shù)產(chǎn)生的價值；間接價值指此技術(shù)在達到修復(fù)目的的同時產(chǎn)生有利于人們的價值；期權(quán)價值則為保留在未來可利用而產(chǎn)生的價值；非使用價值指人們可以通過了解它就可體驗到的享受。一般而言，直接使用價值最容易估算，最常用的是函數(shù)法；間接使用價值通常較難測量；而非使用價值在生活中幾乎不可見，因此成為最難估算的一種。后兩種一般利用非市場估值方法(例如揭示偏好價值評估法或敘述性偏好法等)[90]。

植物修復(fù)的價值取決于評估方法、植物修復(fù)生物量和修復(fù)速度[91]。評估植物修復(fù)價值有多種選擇，對于研究人員和決策者來說，考慮經(jīng)濟因素，根據(jù)植物修復(fù)作物的潛在效益和對人類和整個社會的回報來評估植物修復(fù)作物至關(guān)重要。

4 結(jié) 論

近幾年來，關(guān)于土壤重金屬污染植物修復(fù)強化技術(shù)研究及其應(yīng)用方面都取得了諸多重要的成果。間套作植物修復(fù)技術(shù)無疑是一個極具發(fā)展前景的方向，相比其他修復(fù)技術(shù)，更加綠色環(huán)保并且符合我國農(nóng)業(yè)大國的國情，體現(xiàn)了社會生態(tài)綜合效益的原則。利用不同的作物進行間套作，既能強化修復(fù)效果，也能達到在修復(fù)的同時不間斷農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的目的。間套作植物修復(fù)土壤重金屬的缺點是：相對于化學(xué)修復(fù)，修復(fù)速度較為緩慢，并且大多數(shù)植物，特別是農(nóng)作物的根系較為短小，對較深土壤的修復(fù)效果不佳，去除效果受到限制。建議在實際應(yīng)用中，可聯(lián)合相關(guān)的農(nóng)業(yè)措施(如施肥、種植密度等)進一步加強修復(fù)效果。今后的研究可從以下3個方面進一步展開：土壤環(huán)境因子，如有機質(zhì)、陽離子交換量和土壤酶活性的作用；間套作過程中植物體內(nèi)重金屬的轉(zhuǎn)運、解毒方式；植物之間的相互作用機理(包括地上和地下)。