浅析重金属污染土壤植物修复及强化措施的研究进展

赵宁宁

【摘 要】概述了重金属污染土壤的植物修复技术、概念及其优缺点。植物修复技术的使用对重金属污染土壤的影响等方面综合阐述了植物修复强化技术的研究进展，同时对植物修复技术今后的发展方向进行了探讨。

【关键词】植物修复；重金属；土壤污染；强化技术；超富集植物

1.前言

重金属土壤污染是指由于人类活动，致使土壤中的重金属（密度大于5g/cm3）含量过高，并造成生态环境质量恶化的现象。常见的对土壤造成污染的重金属包括：锌（Zn）、铜（Cu）、铬（Cr）、镍（Ni）、铅（Pb）、镉（Cd）、汞（Hg）、砷（As）等8种。土壤重金属污染的隐蔽性、长期性和不可逆性、难降解，通过食物链传递对人体健康和生态安全造成极大的威胁，常规的物理和化学修复方法存在面积小、价格昂贵、设备条件复杂等缺点。植物修复技术的出现弥补了这一局限，是一项用于清除土壤重金属污染的绿色生态技术。

2.植物修复技术概述

2.1植物修复技术基本概念。植物修复技术是指以植物忍耐，吸收和富集一种或多种元素及化合物，并在其体内进行正常代谢的生理特性理论为基础，利用植物及其共存微生物体系，清除污染土壤或水体中重金属，使其得到恢复的技术。

2.2植物修复技术的优缺点。植物修复技术与很多常规的物理和化学修复方法所不具备的优点，具体表现在美观环保；安全低廉；效果永久；易操作；治理过程是原位操作，对土壤环境扰动小；修复过程一般无二次污染，某些金属元素甚至可回收利用。

当然植物修复技术，也存在局限性。如：（1）超富集植物个体矮小、生物量低、生长缓慢，受各种环境条件的限制，修复效率低；（2）植物根系对深层土壤污染修复能力差；（3）超富集植物大多不能积累重金属的复合污染；（4）重金属通过超富集植物代谢等生理活动重返土壤，降低修复效率；（5）超富集植物体内的重金属后续处理问题还有待解决；（6）还存在污染物及其降解产物的重新活化问题。

3.植物修复强化技术研究进展

3.1 农艺措施强化修复技术。在实际中，可采用农艺措施从土壤环境和植物两方面来提高植物修复效率，打破土壤环境的复杂条件以及植物因素的限制。在土壤环境方面，利用施肥等措施改善土壤的理化状况，提高土壤肥力，降低重金属污染对植物的毒性，提高土壤重金属的生物有效性，使其易被植物吸收。在植物环境方面，利用植物育种和栽培技术，将野生超富集植物驯化成栽培作物，适时收获植物和安排复种，使植物修复更为实用。

3.2 蚯蚓强化修复。蚯蚓强化植物修复表现在：（1）改善土壤的理化性质。增加土壤肥力，提高植物产量；（2）蚯蚓在摄取食物等一系列的生命活动中间接对土壤重金属的生物有效性产生影响，从而增加植物累计重金属的总量。蚯蚓的生命活动不仅可以活化土壤中的N、P、K氧分，促进植物的养分吸收和生物量的积累，且能部分提高Cu、Cd的有效性，促进植物的吸收积累。

3.3 化学诱导植物修复技术强化修复。化学方法中运用螯合剂、表面活性剂、酸碱调节剂等诱导植物修复技术的强化技术提高土壤重金属污染的修复效率。螯合剂的修复原理为扰动污染物在土壤固液相的浓度平衡，提高重金属的生物有效性，进而强化植物对重金属的吸收。表面活性剂的亲水性和亲脂性使之能与膜中亲水亲脂基因相互作用，从而改变膜的结构与透性以促使植物对重金属的吸收。酸碱调节剂就是往被重金属污染的土壤投加酸性或碱性的物质，改变土壤pH值，增加重金属的生物有效性。

3.4 接种根际微生物强化修复。微生物通过分泌生物表面活性剂、有机酸、氨基酸和酶等来提高根际环境中重金属的生物有效性；通过催化金属的氧化还原来改变土壤金属生物的有效性。微生物产生含Fe细胞，分泌生物表面活性剂及有机酸等来提高金属在土壤中的移动性，促进植物吸收高浓度的金属。促进植物生长的根际细菌（PGPR）和丛枝菌根真菌（AMF）关联性，可以提高植物的生物量，从而增加重金属的积累量。

3.5 基因工程技术强化修复。目前，已从微生物、植物、动物中陆续分离出与金属化合物形态转化有关的基因，如汞离子还原酶基因（merA）、金属硫蛋白基因（MT）、植物螯合肽基因（PCs）。这些基因的发现和克隆有助于运用基因工程手段得到抗不同重金属的多种转基因植物。如植物螯合肽（PCs）对金属有解毒和富集的作用。

3.6 其它强化技术与措施修复。电动化处理技术：通过在电压的作用下，改变土壤Eh、pH等理化性质，加快土壤颗粒中重金属离子的解吸，提高土壤溶液中重金属离子的浓度，增加植物和重金属的接触，从而促进植物对重金属的吸收与富集。在污染土壤上添加有机废弃物，如堆肥、污泥等；可促使重金属从土壤表面解析出来，从而提高其生物的有效性。

4.展望与建议

4.1对未来发展的展望。土壤重金属污染植物修复技术，是一个环保安全具有很大发展潜力的技术，很多学者认为超富集植物和生物量大、生长迅速的植物进行杂交，筛选具有二者优点兼具的“超级”超富集植物，来克服植物修复耗时长的缺点。超级富集植物修复后植物体内的重金属污染物的后续处理也还待解决。而化学诱导植物修复强化技术中的螯合剂一般难降解，会产生二次污染，因此需要研究一种无毒、易降解的螯合剂。

4.2對现实情形的建议。重金属污染土壤最为严重，因为通过食物链的传递，不仅危害健康，也破坏环境。国家应加强法律效力和宣传环境保护意识，企业也应严格按照污染物排放要求执行，个人要提高知识道德素养等。应采取合理健康安全绿色的科学技术手段来处理已经被污染的土壤，采用先进的技术方法对土壤环境进行预测，并提前做好防护措施。

5.结束语

作为一个农业大国，我国有着丰富的农业技术经验，传统的育种技术和现代先进的植物修复技术相结合，对重金属土壤污染修复一定会起到重大促进作用。

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