土壤重金属污染植物修复的发展现状

2016-02-08武化民李秀峰谢慧敏陈会明

资源节约与环保 2016年11期

关键词：香根菊科重金属

刘敏武化民李秀峰谢慧敏陈会明

（1江西省环境监测中心站江西南昌3300002江西省环境监察局江西南昌330000）

土壤重金属污染植物修复的发展现状

刘敏1武化民2李秀峰1谢慧敏1陈会明1

（1江西省环境监测中心站江西南昌3300002江西省环境监察局江西南昌330000）

文中介绍了土壤重金属污染植物修复的概念，探讨了处理重金属污染环境的植物修复措施，研究了重金属铅、砷、锌、铜和镉污染环境的植物修复技术发展现状，并对其研究成果进行了展望，为土壤重金属污染的整治及其生态修复提供依据。

土壤；重金属污染；植物修复；发展现状随着工农业生产和交通运输的迅速发展，重金属引起的环境污染问题呈逐年增加之势[1]。重金属在土壤中不易随水淋滤，也不易被微生物降解，更为严重的是这种污染具有长期性、隐蔽性和不可逆性的特点[2]。生物修复法能克服传统方法中的缺点，具有绿色、环保、经济、成本低、不破坏土壤生态环境和无二次污染等优势，而越来越受到重视。近年来，生物修复技术尤其是植物修复技术成为重金属污染修复研究的热点[3]。

1 植物修复的概念

植物修复或生物修复(bioremediation)是将某种特定的并对土壤中污染物质具有特殊吸收和富集能力的植物种植在污染土壤上，通过植物生长过程不断吸收和富集污染物质，降低土壤中污染物质的浓度，最终将植物收获并进行灰化处理，从而达到治理污染与生态修复的目的[4]。美国生物学教授Ilya.Raskin认为植物修复是通过利用植物吸收、聚集、降解和固定环境污染物，从而减少或减轻污染物毒性的技术。

2 重金属污染的植物修复研究进展

2.1 重金属铅的植物修复

由于汽车尾气排放及矿山采矿造成国内外铅污染严重。经分析可知，尾矿中Pb含量为3000×10-6，土壤表层中Pb含量高达2700×10-6，附近蔬菜叶中铅含量超出正常水平的50倍[5]。环境中尾矿废物的风化可以导致重金属元素的淋滤释放，同时铅矿在开采过程中也会导致铅释放进入土壤并在土壤中富集。农业生产中施用磷肥土壤改良，可以显著降低土壤中非残渣形态Pb的含量[6]，同时植物修复也可以降低土壤中铅的含量。

在植物修复方面，能吸收铅的植物有很多。具有生长繁殖快、分布广、根系发达和适应性强等优点的草本植物常常是矿山废弃地生态恢复中的优选植物，如禾本科的香根草(Vetiveria zizanioiaes)[7]、五节芒(Miscanthus floridulu Warb)[8]、莎草科的莎草(Cyperus microiria)[8]、菊科的苍耳(Xanthium sibiricum Patrin)、土荆芥(Chenopodiumam brosioides L.)[9]、宽叶香蒲、芦苇、双穗雀稗和狗牙根[10]和羽叶鬼针草(Bidens maximovicziana Oett.)[11]等，其中土荆芥被认定为铅超富集植物。除上述草本植物外，臭椿(Ailanthusaltissima Swingle)、紫穗槐(Amorpha fruticosaL.)[12]等木本植物对Pb污染也有较好的修复效果。印度芥菜、玉米等作物对铅吸收量不大，但引入EDTA后增加植物的蒸腾速率，促进铅从根系向地上部分的运输。

2.2 重金属砷的植物修复

土壤中重金属污染主要来源大量有机肥料(添加剂中含有高浓度的砷)的施用。研究表明，蜈蚣草[13]和大叶井口边草[14]是砷超富集植物，植物体根系大量积累砷，较少向地上部运输，收获植物进行处理达到土壤中砷浓度去除的目的。重金属砷的去除还可以利用植物对重金属污染物质的挥发原理，重金属污染物质经生物吸收后转化为挥发性元素，被植物排出体外。

2.3 重金属锌的植物修复

铅锌矿床开采过程排放的废水选矿过程中产生的废液导致土壤中锌浓度超标，同时废石和尾矿等固体废弃物的堆放、地表水的冲洗和雨水的淋滤使矿区土壤中累积大量的重金属锌。

多种植物能吸收锌，具有生物量大、美观和分布广等特点，如有菊科、莎草科、禾本科、荨麻科和唇形科等，在处理土壤中重金属锌时具有很高的应用价值。菊科的野菊花(Dendranthem aindicum(Linn.)Des Moul.)、禾本科的香根草(Vetiveria zizanioiaes)[15-16]、荨麻科的荨麻(Urtica fissa E.Pritz.)和唇形科的白苏(Perilla frutescens)[17]、蜈蚣草、东南景天(Sedumalfrediihance)和木本植物银柳等均是Zn污染修复植物。蜈蚣草、东南景天(Sedumalfrediihance)具有较强的忍耐土壤中的高浓度Zn的能力，通过生长发育大量吸收并转移土壤中Zn到地上部，具有较强的修复能力。

2.4 重金属铜的植物修复

铜在自然条件下常以硫化铜的形式存在，由于采矿和冶炼过程中技术不成熟导致铜在土壤中大量积累造成污染。菊科、禾本科、木贼科、天南星科和藜科等植物可以作为治理铜污染的先锋植物，尤以菊科植物应用最广，如野菊花(Dendranthem aindicum (Linn.)Des Moul.)[18]、一年蓬(Erigeron annuus(Linn.)Pers.)[19]、小飞蓬(Comnyza canadensis(L.)Cronq.)[19]等。此外，蓼车(Smartweed)[20]可以吸收多种重金属，对铜也有较高的吸附能力；禾本科的芨芨草(Achnatherum splendens)、香根草[21]和藜科的角果藜(Ceratocarpus L.)[22]的根系大量吸收Cu后可将其转运到地上部分，可作为治理铜污染的先锋植物；木本植物中杨树因其生物量丰富、分布广和繁殖能力强，同时对Cu有较高的富集和转移率而广泛用于重金属铜污染的治理工程[23]。特别指出，许多研究学者报道修复Cu污染的植物多数也可应用于土壤Ni污染的修复[22]。

2.5 重金属镉的植物修复

经研究菊科植物、禾本科植物及茄科植物，对Cd污染土壤具有较强的修复能力。禾本科的百喜草(Paspalum natatum)、杂交狼尾草(Pennisetumam ericanum)[24](富集系数大于2)；菊科的白苞蒿(Artemisia lactiflora Wall)[25]；商陆科的商陆(Phytolacca acinosa Roxb.)[26]；茄科的龙葵(Solanum nigrum Linn.)、菊科的蒲公英(Herba Taraxaci)及小白酒花(Conyza canadensis)(富集系数大于1)[27]，在矿山废弃地的生态修复工程应用广泛。羊齿类铁角蕨属植物、龙葵(Solanum nigrum)[28]、印度芥菜(Brassicajuncea)对Cd有超耐性，也是Cd超积累植物。木本植物法国冬青(Ilex purpurea Hassk.)虽树干和树皮对重金属富集系数较低，但因其拥有巨大的生物量，树干和树皮对镉有较高的转移系数，在修复Cd污染矿区内广泛推广种植。

3 展望

植物修复尤其是重金属污染物质的植物修复技术作为一个可持续的修复方式，研究过程中依然存在许多问题。尤其是植物修复后续处理的方法直接决定植物修复最终的价值所在，目前针对该领域的研究依然很少，若能结合生物质发电及生物质飞灰、底灰制备重金属固化稳定化胶凝材料，将植物修复最终的重金属富集体最为生物质发电原料用于发电，产生的焚烧剩余物则用于生产重金属固化胶凝材料，重新应用到重金属污染土壤修复中，这样不仅可以实现植物修复的双重价值，而且为土壤重金属污染修复找到一种可持续循环处理的方式。

[1]Navas A.,Flores-Romero P.,Sanchez-Moreno S.,et al.

[2]Dong Xiaoqing,Li Chaolin,Li Ji,et al.[J].Journal of Hazardous Materials,2010,175(1-3):1022-1030.

[3]Stefanowicz Anna M.,Niklinska Maria,Laskowski Ryszard.[J]. European Journal of Soil Biology,2009,45(4):363-369.

[4]Fernandes V.C.,Albergaria J.T.,Oliva-Teles T.,et al.[J].Biodegra－dation,2009,20(3):375-382.

[5]Castro Larrgoitia J,Kramar U,Puchelt H.200 years of mining activities at La Paz/San Luis Potosi/Moxico-Consequences for environment and geochemical exploration[J].Geochem.Explor,1997,58: 81-91.

[6]邢维芹,李立平,王琳,等.磷肥和黑麦草结合修复铅污染贫磷潮土的研究[J].生态毒理学报,2009,4(5):718-725.

[7]韩露,张小平,刘必融.香根草对重金属铅离子的胁迫反应研究[J].应用生态学报,2005,16(11):2178-2181.

[8]孙健,铁柏清,秦普丰,等.铅锌矿区土壤和植物重金属污染调查分析[J].植物资源与环境学报,2006,15(2):63-67.

[9]吴双桃,吴晓芙,胡曰利,等.铅锌冶炼厂土壤污染及重金属富集植物的研究[J].生态环境,2004,13(2):156-157,160.

[10]陈明君,傅杨武,周群英.Cu2+、Pb2+、Zn2+在狗牙根中的迁移模拟研究[J].广东农业科学,2011,4:136-138.

[11]王素娟,李正文,王彦祥.羽叶鬼针草对Cd、Pb的吸附特性研究[J].河南农业科学,2009,6:77-81.

[12]聂俊华,刘秀梅,王庆仁.Pb(铅)富集植物品种的筛选[J].农业工程学报,2004,20(4):254-258.

[13]潘志明,邓天龙.砷污染土壤的蜈蚣草修复研究进展[J].土壤, 2007,39(3):341-346.

[14]韦朝阳,陈同斌,黄泽春,等.大叶井口边草一种新发现的富集砷的植物[J].生态学报,2002,22(5):777-778.

[15]李文一,徐卫红,何建平,等.难溶态锌、镉对香根草抗氧化酶活性及锌、镉吸收的影响[J].水土保持学报,2009,23(1):122-126.

[16]廖新弟,骆世明,吴银宝,等.风车草和香根草在人工湿地中迁移养分能力的比较研究[J].应用生态学报,2005,16(1):156-160.

[17]刘足根,杨国华,杨帆,等.赣南钨矿区土壤重金属含量与植物富集特征[J].生态学杂志,2008,27(8):1345-1350.