强化植物修复效率措施的研究

强化植物修复效率措施的研究

郭梦露

(菏泽学院生命科学系，山东菏泽274015)

[摘要]日趋严重的土壤重金属污染已成为社会备受关注的重大生态问题，修复被污染的土壤已刻不容缓.常规的污染土壤修复方法有：换土法、深耕法、化学冲洗法等，但由于其技术要求高或经济成本昂贵等原因，不适合大规模推广.目前通过利用植物的物理、化学等作用去除环境污染物，着重介绍了提高植物修复效率技术的几种方法，相关作用机理、影响因子以及优缺点，并对提高植物修复效率的应用做出了一些未来展望.

[关键词]植物修复;重金属;修复效率[收稿日期]2015-07-05

[作者简介]郭梦露(1987-)女，内蒙古科尔沁人.菏泽学院生命科学系助教，硕士，主要从事低放核素的植物修复研究.

[中图分类号]X591，Q948.116 [文献标识码]A

0引言

随着人们生活水平的提高和社会的发展，我们生存的环境压力日益加重，当各类金属污染物悄无声息地潜入我们生活的时候，土壤便成为了它们主要的“寄主”.人们的生存环境受到严重威胁，在土地污染严重的地区各类潜伏的疾病便相继出现，危害着人们的生命安全.其中土壤重金属污染尤为突出，因此如何高效率的修复污染土壤，保证健康生活已是迫在眉睫.植物修复技术是利用超富集植物去除土壤中重金属的技术.这种技术与传统的土壤修复技术相比，具有治理成本低，过程简便、且无二次污染、因此具有双重经济效益.但植物修复技术的应用过程中依旧存在很多缺点，需要更深入的研究和改进.

1植物修复技术

1.1植物修复技术的原理

植物修复技术的原理是指利用种植在重金属污染的土壤或水体里的超富集植物生长特点，通过植物自身提取、稳定、挥发和根际过滤来处理掉土壤或水体中的重金属污染物，达到治理的目的[1].

2常用的植物修复技术分类

超富集植物处理重金属污染土壤的方法有很多种，根据超富集植物修复技术的原理，主要将植物修复技术分为以下4种[2].

2.1植物提取

植物提取是利用植物大量吸取土壤环境中的重金属，并将其富集到植物体内，通过连续种植和收割，然后进行集中处理，从而达到去除土壤中的重金属的目的.植物提取修复技术在实际应用中已经取得了良好的改良效果.

2.2植物稳定

超富集植物可固化土壤中的重金属离子，并减轻其危害.但是植物稳定修复技术有很大局限性，并不能彻底从土壤中清除重金属.当环境改变时重金属会重新恢复活性，所以在处理重金属污染土壤的过程中效果并不十分明显.

2.3植物挥发

植物挥发是利用植物气化砷、汞等挥发性元素，然后经过植物蒸腾作用释放到大气中, 达到降低土壤中的重金属含量目的.

2.4根际过滤

根际过滤修复技术是利用植物根系的吸附作用，固定流动介质中的重金属离子.这种修复技术主要用来处理工业废水.

3提高植物修复效率的技术方法

3.1改善施肥技术

3.1.1利用水肥进行强化修复的原理

植物生长发育过程中需要大量营养和水分，通过调节土壤中营养和水分的含量可以有效的提高植物的重金属的富集总量.需要注意的是，施肥的含量和时间需要适当，否则会影响植物的修复效率.例如磷酸二氢钾和尿素按比例混匀在水中，喷洒在植物叶面上 ,可以提供植物生长发育过程中所必需的氮、磷、钾等元素，同时使植物光合作用增强[3].

3.1.2水肥修复的研究成果

孙琴等研究表明，适当增加磷含量可以有效地提高东南景天的干物质产量，同时也增加了东南景天对锌的吸收和大量富集.从植物修复角度来看，掌握植物对营养和水分的需求规律，及时地进行水肥供应，不仅可以增加修复植物的生物量，而且也大大提高了植物对污染土壤的修复效果.

另有研究表明，磷肥施用量对蜈蚣草富集砷有显著影响，施用磷肥的蜈蚣草积累砷量是不施磷肥的2.4倍.需要注意的是当施肥不当时会使某些元素与该重金属离子产生沉淀，从而影响植物对该重金属离子的吸收.

3.2优化栽培技术

3.2.1二氧化碳诱导植物超积累技术的原理

植物生长发育过程中受光照、温度、水分、空气等环境因素的影响很大 ,因此改变超富集植物的生长环境条件可以有效地缩短其生长周期，进而提高修复效率.光合作用是植物维持生命活动中不可缺少的，二氧化碳是植物进行光和作用的原料，因此二氧化碳在植物光合作用起着非常重要的作用.通过合理增加二氧化碳含量和光照强度，可以有效的提高植物光合作用的时间，进而增加光和效率，促进植物快速生长.

3.2.2二氧化碳的研究成果

彭长连等在研究二氧化碳对植物修复的影响时发现，CO2浓度的升高可以有效地提高正常环境中植物的产量和生物量，产量和生物量的增加会缩短修复时间，以及提高植物修复的效率.CO2浓度的升高对根系分泌物总量有明显影响，例如汪杏芬等对玉米、小麦、大豆的研究表明随着CO2浓度的升高，植物根系表面积有所增加，并且提高了菌根真菌的侵染活力[4].

3.3添加螯合剂辅助提取

3.3.1鳌合诱导技术的基本原理

鳌合诱导技术的基本原理：通过鳌合剂的使用使土壤中的重金属离子化，增加土壤中重金属的溶解度，提高了重金属在土壤液相中的分布.大量螯合态的存在，更利于植物吸收固定[5].

3.3.2鳌合诱导技术的研究成果

目前常用的鳌合剂主要分为人工合成的鳌合剂和天然的螯合剂.我们在处理污染的土壤时应选用合适的鳌合剂，如乙二胺四乙酸(EDTA)对铅(Pb)、柠檬酸对铀(U)有较好的选择性.通常，鳌合剂活性越强对重金属的活化能力就越强.2008年祖艳群等在研究超富集植物栽培措施进展中发现，在受重金属铅污染的土壤里，植物吸收铅的量很低.添加鳌合剂后，土壤中铅的溶解度提高，从而增加了铅从根系向地上部的转运量，因此植物对铅的吸收效率显著增强.在酸性土壤中添加螯合剂可以使印度荠菜对铅的吸收能力显著增强.

3.4添加植物激素

3.4.1植物激素修复污染土壤的原理

常见的一些植物激素如：生长素(IAA)、赤霉素(GA )、细胞分裂素(CTK )、脱落酸(ABA)和乙烯(ETH )，植物自身就能产生.在调节植物的生理代谢的同时，从而加快形成重金属鳌合物，进而降低重金属含量.对于生长缓慢的植物可以利用相关的植物激素来促进生长，增加产量.

3.4.2植物激素的研究成果

吲哚乙酸(IAA)是植物体内合成的微量高效的生理活性物质，在植物生长发育有重要的调控作用.在进行鳌合诱导植物提取的同时，使用吲哚乙酸(IAA)可以有效地缓解重金属的毒性，促进植物生长发育，提高植物修复效率.

周建民等在研究植物激素强化提取的实验结果表明：EDTA&IAA处理玉米，地上部分生物量比用乙二胺四乙酸(EDTA)单独处理增加了40.0%，地上部分Cu、 Zn、 Cd和Pb累积量分别增加27.0%、26.8%、27.5%和32.8%.因此可知，吲哚乙酸(IAA)协同鳌合剂有效地降低重金属毒性，显著提高植物修复效率.

3.5利用根际微生物

3.5.1根际微生物的使用原理

在植物修复过程中，一方面利用内生菌可以促进植物生长，加速污染物降解，通过自身的抗性来降低重金属的毒性.另一方面，可以通过接种菌根来提高修复效率.菌根是土壤真菌与植物营养根共生形成的一种结合体.大量的研究发现，菌根能分泌大量的黏液(有机酸、氨基酸和酶等)能与重金属结合，提高土壤环境中重金属的生物有效性，通过固定吸收降低重金属的含量[6].

3.5.2根际微生物的研究成果

Puschenreiter等在研究内生细菌提高修复效率的实验中表明，通过比较抗镍植物内生细菌与根际细菌，发现从某种镍超富集植物体内分离的内生菌比植物根际细菌抗性强，可促进植物生长，提高植物对重金属镍的吸取.Leyval等在研究接种菌根对镉(Cd)的吸收效率时表明，当Cd加入土壤中时，菌根化植物吸收Cd的量比没有接种菌根的超富集植物显著增高.另外，将丛枝菌根真菌与植物共同培养，可以有效的减轻重金属在土壤中的含量，减小毒性危害，从而提高植物对重金属的吸收和转化效率.

3.6培育超富集植物

3.6.1超富集植物的特点及富集原理

与普通植物相比，一般认为吸收金属能力是普通植物的100倍以上，通常这些植物生长速度较快，有较强的抗病性，具有发达的根系就能富集含量较多的重金属，并且能将重金属转移到植物体内，通过收获植物体，达到降低或清除重金属的目的.

对于重金属元素而言，很难在土壤中溶解，因此，只有把它溶解到溶液中才能被植物吸收.超富集植物根系可以分泌质子，且分泌能力比一般植物强，可以使土壤中pH值降低，促进植物对重金属污染物的富集[7].

3.6.2搭配种植超富集植物的研究成果

一般受重金属污染的土壤大多数是复合型的污染 ,而超富集植物具有专一性,只能吸收一种重金属污染物，当这种重金属污染物治理完之后再种植另一种植物,所需时间较长.因此,将几种不同的超富集植物搭配种植在一起,显著提高了修复效果.此外 ,在种植过程中，还可以根据超富集植物在各个生长阶段对重金属的积累情况，分阶段进行收获处理，从而缩短修复周期[8].

3.7基因工程的应用

3.7.1基因工程技术的原理

基因工程是通过对目的基因的获取和目标植物的选择，让目的基因在目标植物中有效表达，从而来提高修复效果.目前的研究中是将金属硫蛋白、植物鳌合肽和重金属转运蛋白基因等转入超积累植物中进行表达，能有效的增加植物对金属的提取量，提高植物修复效率.

3.7.2基因工程技术的研究成果

基因工程技术的投入使用，显著的增强了超富集植物的吸收效率.例如，金属硫蛋白广泛存在于动植物和原核生物中，它能有效地促进植物对重金属的吸收.目前，许多植物中的植物络合素合成酶基因可在目标植物中有效表达，可以提高植物对镉(Cd)的耐性和富集.

4展望

植物修复技术是一项廉价环保举措，且能显著改善生态环境，可广泛地应用于改良重金属污染的土壤.但目前植物修复技术在实践中仍存在许多问题，例如，土壤重金属污染大部分是复合污染，一种超富集植物只能吸收一种重金属元素，从而影响植物的修复效率.因此，需要筛选培育出抗性强、吸收量大、吸收种类多的植物去强化提高修复效率.其次，鳌合剂在土壤中的存留时间阶段较长且不易降解，容易引起突然过的再污染，而且螯合剂的市场价格较高，因此在螯合剂使用过程中需要开发出更为安全、易处理的、价格实惠的人工鳌合剂.目前来看，强化植物修复效率的技术亟需更深入、更广泛的研究.

参考文献

[1]张继舟,袁磊,王立民,等.重金属污染土壤的植物修复技术研究[J].中国农学通报,2013,29(14)：134-138.

[2]蒲晨新,余渊,孙大江.土壤重金属污染现状与植物修复研究[J].四川环境,2014,33(5)：141-143.

[3]郭卓杰,李涛,王效举,等.不同施肥条件下不同作物对重金属土壤铜的修复效果及作用[J].2013,41(11)：1209-1211.

[4]赵义武,刘宁.二氧化碳浓度升高对植物修复土壤污染的影响[J].中国环保产业,2013,52(6)：53-56.

[5]魏思祥翔.螯合剂与联合物质在植物修复重金属污染土壤的应用研究进展[J],广东化工,2013,40(19)：84-90.

[6]马莹,滕应,刘秀华,等.内生细菌强化重金属污染土壤植物修复研究进展[J].土壤学报，2013,50(1)：196-200.

[7]廉梅花,孙丽娜,汤家喜,等.土壤pH对东南景天修复镉和锌污染土壤的影响[J].2014,33(11)：86-89.

[8]秦军,蒋文强.重金属铬对几种蔬菜生长的影响研究[J].枣庄学院学报,2011,28(5)：138-141.

[责任编辑：闫昕]

To Strengthen the Research Progress of Phytoremediation Efficiency Measures

GUO Meng-Lu

(Department of Life Sciences ,Heze University ,Heze 274015,China )

Abstract：The heavy metal pollution in city soil, has become one of the major ecological problems affectingthe global healthof residents, thus accelerating the remediation of contaminated soil has become more and more important..The conventional meathod of remediation of contaminated soil and soil replacement deep plowing meathod,chemical cleaning meathod because of its high technical requirements or economic cost and other reasona,not suitable for large-scale promotion.This essay mainly talks about the removal of environmental pollutants by plants.physical and chemical reaction, emphatically introduces several methods to improve the efficiency of phytoremediation technology related with mechanism,influence factors and advantages and disadvantages, and the application of phytoremediation technology has made some prospects for the future.

Key words：phytoremediation; heavymetal; remediation efficiency