浅谈土壤重金属污染的植物修复

吴志谦　罗　兵

摘 要：我国农耕地有1/5被重金属污染，目前治理土壤重金属污染常用理化方法，但成本昂贵，存在一定局限性。现在植物修复被重金属污染的土壤的技术，受到广泛重视。植物修复技术有植物吸收、植物挥发、植物稳定三大类型，它们各有自己的优缺点，运用综合技术修复被污染的土壤，成为未来的研究和发展方向。

关键词：土壤重金属污染；植物修复；理化方法；综合技术

中图分类号：X53文献标识码：A 文章编号：1005-569X(2009)05-0034-02

1 引 言

土壤是农业生产的基础,是人类最基本的生产资料和劳动对象。由于工业生产、矿山开采、农田污灌等原因，人类赖以生存的土壤受到不同程度的重金属污染。世界各国都面临不同程度的土壤重金属污染问题。据统计，我国约有1/5耕地受到重金属污染，每年被重金属污染的粮食多达1.2×10⁷t。土壤重金属污染已成为全世界需要解决的环境问题。

目前土壤重金属污染治理的方法主要有客土法、石灰改良法、萃取法、化学淋溶法等。常规理化方法在污染土壤的改良和治理方面虽然具有一定的理论意义，但在实际应用上往往都存在一定的局限性。如加入土壤改良剂可降低土壤溶液中重金属离子的溶解度，但同时也导致某些营养元素沉淀而失效；客土法虽效果较好，但费用昂贵。而近年来迅速发展的植物修复技术以其安全、廉价的特点正成为研究和开发的热点。

2 植物修复的概念及类型

植物修复又称绿色修复，是以植物忍耐、分解或超量积累某种或某些化学元素的生理功能为基础，利用植物及其共存微生物体系来吸收、降解、挥发和富集环境中污染物的一项环境污染治理技术。

重金属的植物修复主要分为下面几种类型：

2.1 植物吸收

植物吸收即利用重金属超积累植物从土壤中吸取金属污染物,随后收割地上部并进行集中处理,连续种植该植物,达到降低或去除土壤重金属污染的目的。目前已发现有700 多种超积累重金属植物,积累Cr、Co、Ni等的量一般在0.1%以上，Mn、Zn可达到1%以上，如天蓝遏蓝菜地上部Zn含量为13000～21000 mg/kg，连续种植该植物14茬，污染土壤中Zn含量可从440 mg/kg降低到300 mg/kg[1]。

2.2 植物挥发

即利用某些植物根系吸收金属，促使重金属转变为可挥发形态，然后从土壤和植物表面逸出，以降低土壤污染。研究较多的是类金属元素Hg和非金属元素Se。湿地上的某些植物可清除土壤中的Se，其中单质占75%，挥发态占20～25%。

2.3 植物稳定

植物稳定指利用某些植物降低重金属的活性，从而减少重金属被淋洗到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性。其机理主要是通过金属在根部的积累、沉淀或根表吸收来加强土壤中重金属的固化[2]。但植物稳定不是一种永久性的去除土壤中污染元素的方法。它只

能暂时地降低污染元素的生物有效性，并没有彻底解决土壤的重金属污染问题。

3 植物修复技术的优缺点

3.1 优点

植物修复技术的显著优点是其在工程中可以原位实施，减小对土壤性质的破坏和对周围生态环境的影响，可称是真正意义上的“绿色修复技术”。这种方法无需专门设备和专业操作人员，工程上易于推广和实施。其最大优势是其运行成本大大低于传统方法。据美国的实践，种植及管理约为200～10000＄／hm²，即污染土壤的处理费用仅为0.02～1.0＄／a•m²，比物理、化学处理的费用低几个数量级。当超富集植物地上部可富集10 000mg／kg的重金属、产量达到25 t／hm²时，其每年可使表层土壤中重金属浓度下降125mg／kg。

植物修复技术的优势在于其符合人类可持续发展的最终目标。在目前地球环境污染越来越重，缺乏安全、廉价而有效的治理措施的情况下，植物修复技术以其潜在的巨大优势得到了社会的广泛关注和期待。

3.2 缺点

植物修复技术也具有一些自身的不足。主要表现在：

(1)超富集植物生长缓慢，修复重金属污染土地需时较长。例如英国洛桑试验站的植物修复工程，利用富锌的天蓝遏蓝菜修复444 mgZn／kg土壤使之达到330 mg／kg仍需13.4年[1]。

(2)植物修复土壤一般局限在植物根系所能延伸的范围内，一般不超过20cm土层厚度。

(3)大多数超积累植物只能积累某种重金属，而土壤污染大多是重金属的复合污染。

(4)富集了重金属的超富集植物需收割并作为废弃物妥善处置。

(5)异地引种对生物多样性存在一定的威胁。

4 提高植物修复效率的方法

鉴于超富集植物生物量普遍较低，生长缓慢，植物修复效率有限，研究提高修复效率的措施成为当前一项十分迫切的任务。可通过以下几种方式来强化植物修复：

4.1 螯合诱导植物修复

螯合诱导植物修复是通过向土壤施加螯合剂来提高植物对金属的吸收量。由于螯合诱导植物修复能大幅度提高植物对金属的累积，已成为目前研究热点之一。常用螯合剂有EDTA、NTA、EDDS、小分子量有机酸等。

4.2 转基因技术

转基因植物修复技术主要包括两方面：一是通过基因筛选试验选择生物量大且金属富集能力强的超富集植物；二是将超富集植物的基因克隆移植到生物量大的耐性植物体内。Song等[3]将ycf1基因克隆到植物上，转基因植物Pb、Cd含量分别提高了2倍和118倍。转基因植物在修复金属污染土壤方面有良好的应用前景，能有效的提高植物对金属的耐性以及富集能力。

4.3 其他方法

施加营养剂（磷肥、氮肥等），可以促进植物生长发育，提高植物的生物量，同时还可以释放被吸附的金属，从而提高植物修复效率[4]。

植物—微生物联合修复是植物修复研究的新领域。根际微生物不仅能促进植物生长，提高生物量，还能产生某些分泌物，活化重金属；同时刺激植物的离子转运系统，增强向上转运的能力[5]。但目前研究多处于盆栽实验阶段，距实际应用尚有一定距离。

表面活性剂因其对土壤中重金属具有增溶和增流作用，使重金属解吸，并能增加植物细胞膜的透性，促进植物对重金属的吸收，所以在植物修复方面也有一定的应用。另外，调节土壤pH、氧化还原电位等也能在一定程度上提高植物修复的效率。

5 结 语

植物修复技术是一项处于迅速发展中，具有广阔应用前景的新技术。该技术适用于中低强度污染的治理，成本较低，具有良好的综合效益。重金属污染土壤的修复是一个系统工程,单一的修复技术很难达到预期效果。综合技术的应用可以弥补单一技术的缺陷，修复技术的综合运用很可能为土壤重金属复合污染的有效治理找到突破口。因此,生物修复综合技术将是今后重金属污染土壤修复技术的主要研究方向。

参考文献：

［1］ Baker AJM.The possibility of insitu heavy metal decontam ination of polluted soils using crops of metal-accumulating plants[J].Resources,Conservation and Recycling,1994,11,41-49.

[2] 崔德杰等 土壤重金属污染现状与修复技术研究进展[J].土壤通报,2004,35(3).

[3] SONG WJ.Engineering tolerance and accumulation of lead cadmium in transgenic plants[J].Nature Biotechnology,2003,21.914-919.

[4] 徐功军.重金属污染土壤植物修复的强化措施研究进展[J].广东微量元素科学,2006(3).

[5] 何小燕,周国英.植物微生物联合修复重金属污染土壤研究[J].湖南林业科技,2004,31(5).