矿山废弃地治理中植物修复作用的研究

张波 赵曜

矿产资源是我国社会经济发展的重要支柱，然而矿产资源开发同时也是迄今人类最大规模改变地球表面景观和破坏地表生态系统的有组织的人类活动。由于我国矿产开发、加工的技术总体上比较落后，加上长期的无序开采、重利润轻保护的掠夺式开发方式，引发了诸多的环境问题，如破坏地表植被，在矿产资源开采过程中，特别是露天开采，地表无植被固定，在干燥与大风作用下产生尘暴，在降水时可能引发水土流失，甚至山体滑坡;开采、洗选和冶炼过程中的重金属污染土壤、附近河流和地下水，严重影响周围农田作物产量、品质，对人体健康构成潜在的威胁。因此矿山废弃地的生态恢复是迫切需要解决的问题，植物修复技术在矿山修复中有重要作用。

1 植物修复基本作用方式

1.1 植物根系的固定作用[1]

植物根系稳定表土层结构、提高土壤入渗性能和抗剪强度、增强土壤抗冲性的有效性机理是植被抵抗径流侵蚀动态过程及土壤侵蚀。植物根系增加了水稳性团粒及有机质含量，稳定土层尤其是表土层结构，创造抗冲性强的土体构型。

1.2 植物对重金属的修复机理[2]

1)植物稳定修复。通过耐性植物根系分泌物质来积累和沉淀根际圈污染物质，使其失去生物有效性，以减少污染物质的毒害作用，能起到这种作用的植物叫做固化植物。固化植物在污染场地的生长能对污染物起到稳定作用，防止污染物向周围环境扩散造成二次污染。如利用植物根系分泌物将毒性较大的 Cr6+转化为毒性较小的 Cr3+，将生物活性很高的铅通过螯合和沉淀作用形成铅盐，成为难溶性化合物，很难为植物所利用。

2)植物提取修复。利用超积累植物重污染土壤或水体中超量吸收、积累一种或几种重金属元素，之后将植物整体(包括部分根)移走，然后再重复种植、移走植物最终使污染环境中重金属含量降低到可接受的水平。如布氏香芥对 Ni的富集作用，天蓝芥蓝菜对Zn和Cr的富集提取作用等。

3)植物挥发。植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发功能而减少土壤中一些挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释放到大气中，从而减轻土壤污染。许多植物可以从污染的土壤中吸收易挥发的元素Se和Hg。

2 植物修复技术的研究

近年来，植物修复技术成为我国研究热点，并且取得了一定成果。刘秀梅等[3]对某铅锌矿区附近生长的 6种植物筛选，发现羽叶鬼针草和酸模对Pb有很好的耐性，且S/R值大于0.5;张志权等[4]研究了从引入的土壤种子库中所萌发并成功定居在铅锌尾矿上的 4个优势种植物，表明双穗雀稗和黄花稔具有 Pb修复潜力。在废弃 3000余年的湖北铜绿山古冶炼渣已形成了以草本植物为主体的植被。其中，鸭跖草是Cu的超富集植物，可用于Cu污染土壤的修复与重建。目前已发现的部分可用于修复矿山废弃地重金属污染的植物见表 1。

表1 部分可用于修复矿山废弃地的超富集或富集植物

3 植物修复技术在应用中的优势和局限性

3.1 植物修复的优势

与物理修复和化学修复方法相比，植物修复有自身的优势，主要表现在以下几个方面:1)植物修复技术相对简单、费用较低，可以对大面积的污染区域进行治理。2)利用植物的提取修复作用可以永久性的解决环境污染问题。3)不仅不破坏场地结构，还可以修复受损土壤，逐步改善土壤环境。4)经过植物修复作用的土壤可再利用，符合可持续发展的要求。

3.2 植物修复的局限性

植物修复技术有一定的范围，只是针对表层土壤及浅层地下水的污染物进行治理。对于污染程度过于严重或污染物分布为植物根系达不到的污染土壤和水体修复效果不明显。对于复合型污染土壤和水体需要采用几种修复植物相结合的方式进行处理，而且植物修复周期较长，难以满足快速修复环境的要求。

4 展望

植物修复有其他技术无可替代的优越性，也是近年来治理土壤污染的新技术，开发潜力很大。植物修复技术研究取得了很大进展，但是应用到实际中还存在许多问题，涉及到生物学、土壤学、植物学、气候学等多门学科及其交叉学科。未来植物修复技术的研究应该考虑到多方面因素。

1)加强对植物修复机理的研究，结合基因工程，将相关基因转移到生物量较高的植物体中，从而生产出修复中需求的转基因植物。2)考虑废弃地的土壤环境，通过适当改良来保证修复植物的生长。大部分矿山废弃地的土壤中缺乏氮、磷等营养物质，在利用植物修复技术治理矿山废弃地时可以通过施用化肥和种植固氮植物(如豆科植物)辅助重金属富集植物。3)扩大对重金属超富集植物的筛选，发现更多适合用于修复技术的植物，特别是生长迅速、繁殖能力强的植物种，对矿区废弃地生态恢复工作具有重要的理论意义和实践价值。4)菌根—植物—微生物体系修复的研究。修复植物根际圈内与根系共生或非共生的细菌、真菌等微生物和线虫、蚯蚓等一些土壤动物也有一定程度修复作用。

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