浅析用植物修复技术解决土壤重金属污染问题

2018-02-05刘洁

智能城市 2018年21期

刘洁

当前我国城市化快速发展，对于一些化学物品应用过多，造成环境问题和生态破坏日益严重，影响人类的生存和健康，其中重金属对环境的污染和破坏是最为严重的，而且针对重金属的污染和破坏，国家也在研究各种各样的方法进行治理，同时重金属所引起的环境污染也日益成为环境研究方面的热点问题。环境方面的重金属污染包括一些有毒性的重金属，有Hg、Pb、Cr等重金属，这些有毒性的重金属在土壤中留存，会对土壤和农作物造成很大的危害，农作物的产量和质量都会受到很严重的影响，而且生产出来的农作物会对人体的健康有着很大的危害。因此，对于土壤重金属污染的治理也是当前迫切需要解决的问题。

1 土壤重金属污染的相关内容阐述

1.1 土壤重金属污染的特点

我国工业发展迅速，重金属污染的现象也是越来越严重，很多的毒性重金属会残留着土壤的表层，很难降解，导致土壤受到的危害很大，而且土壤也很难恢复，土壤被重金属污染之后是没有任何变化的，但是该种污染物会融入到植物中，再通过食物链中产生反应，对人和动物产生一定的危害，所以，重金属是影响生态系统的重要污染物。

1.2 土壤重金属污染的传播

土壤重金属的污染主要是通过农药、肥料和矿山开采等方式进行传播的，其中大气沉降也是一种最为普遍的传播方式，当前工业废弃和汽车废气的大量排放，导致重金属通过大气沉降进行转移。而且在农业生产中的农田灌溉利用到的污水也会引起土壤中的重金属富集，根据相关的统计显示，农田灌溉引起的重金属污染的土壤面积达到1000多万亩。还有当前农业生产中，对于化肥的过量使用，也会引起土壤中的Hg等重金属的超标，而且农业在不断发展过程中，重金属的污染会越来越严重，因此，需要通过植物修复的技术恢复农作物的质量和产量，能够中和重金属带来的毒性。

2 植物修复的原理

植物修复技术是20世纪80年代的一项新兴的生物学技术，而且随着分子生物学的不断发展，目前与重金属结合的肽分子已经被研究应用，植物细胞中的细胞壁会将入侵的重金属离子束缚起来，而且当重金属侵入到植物体内之后，植物体内就会产生MTs，植物体内含有的特殊功能的蛋白质会将重金属离子放入到一些液泡中。另外，还有一部分的重金属离子会跟随水分输入到地上，这对于收获重金属有着很大的便利，在当前植物中MTs和PCs属于应用最多的2种蛋白质。

植物修复的技术也是通过绿色植物达到对土壤中的污染物进行修复的作用，其中涉及到生物学和工程学等技术，通过植物中的生物产生化学和物理方面的作用来进行对污染物的修复和化解。我国目前研究出来的修复技术主要针对的是土壤进行修复，其中超富集植物对于土壤中重金属的修复是普通植物的20万倍，通过这些植物对土壤中重金属的吸收，能够减轻土壤中重金属的含量，这也是目前国际上应用最前沿的一种植物修复技术。当前在农业生产过程中，过量农药的喷洒对植物的生存造成很大的污染，使重金属的污染也是越来越严重，它们能够将土壤中的部分污染物进行吸收和降解，但是自身也会相应产生一些污染物。所以，当前需要通过对这些有机物的研究和利用，将其收集起来，通过利用植物技术方法进行对重金属的化解。植物对土壤的修复技术也是当前比较重视的一项研究，能够有效保护生态环境，也成为当前学术界研究的重点和热点。

3 植物修复技术的分类

植物的修复技术主要是利用了植物根系和物理、化学和生物特性来减轻重金属对植物土壤造成的污染和危害，根据植物修复技术的功能和特点，可以将植物修复技术分为几类。

3.1 植物稳定技术

植物稳定技术是通过吸收、分解和沉淀等的一系列过程，降低重金属在土壤中留下的毒性，防止重金属毒性的扩散，该种植物稳定技术通常适用于废弃矿区重金属污染，可以在一些废弃的矿区的周围，种植大面积抗重金属的一些植物，可以有效降低毒性的扩散。例如，通常植物中的灌木植物可以有效聚集土壤中的养分，植物根系会分泌出大量的有机酸和氨基酸，通过研究表明，土壤的pH值能够进一步活化Cu离子，还有植物菌根对土壤的修复也有着良好的效果，其中的AM菌根与大多数中午的根部有着共生关系，可以抑制有毒重金属的转移。

3.2 植物的提取技术

植物的提取主要是寻找一种对重金属具有很强富集能力的植物，植物根系能够有效吸收污染物中的重金属物质，可以将其聚集在土壤的表层，然后集中进行收集和处理。目前世界上研究最多的是芸苔属和庭介属，这些植物能够累积大量的重金属，但是自身不会产生任何毒害，具有对金属毒害的防御能力。根据一项调查，在酸性土壤和石灰性土壤中存在一种污染物是Pb，其中超累积植物在酸性土壤中吸收到的重金属就会相对较多，在农业生产中施用的磷肥，能够促进植物的生长和发育，同时也会提高植物根系的吸收能力，释放出As。

3.3 植物挥发功能

植物根系的挥发是植物的根系会分泌出一些物质能够对土壤中的重金属气体进行综合，将气体释放到大气中，其中植物根系中含有的met因子能够将Hg转化为毒性最小而且很容易挥发的元素。例如，通过将Hg还原成酶基因转入到芥子科的植物中，通过将该种植物栽种在土壤中，可以消除土壤中Hg造成的污染，通常在土壤中重视洋麻和牛毛草可以将Se元素进行转化，可以将土壤中的污染物进行去除。

4 植物修复技术的强化措施

目前，对于植物修复技术的强化措施的研究也在不断进行，其中最为有效的是化学调控技术、基因工程技术和农艺调控技术等，对于这些新技术的研究，有效推动了植物修复技术的发展和进步。

4.1 化学调控技术

化学调控技术主要是应用到生物和微生物之间产生的一种化学反应，通过在这些生物中添加一种外来物能够改变土壤的化学性质，或者是与重金属相结合，能够强化作物对重金属的吸收，通常添加的一种添加剂有螯合剂和有机物料等。螯合剂的使用也是当前使用最多的一种化学方法，能够将土壤中结合的一些重金属进行释放，被污染的土壤中很多的重金属都是被牢固的结合在植物上，通过对重金属的释放，能够有效减少土壤矿物对重金属的吸附，在一定程度上推动重金属的转移，也会相应提高重金属的有效性。而且螯合剂分为天然螯合剂和人工螯合剂，其中人工合成的螯合剂有EDTA、DTPA等，该种螯合剂对重金属具有很强的活化能力，EDTA是最常用的一种活化剂，在土壤中种植豌豆对Pb的富集能力是相对较强的，还有天然活化剂活化能力不如人工螯合剂，而且螯合剂的活化性增加了重金属在土壤中的移动性，很容易对地表和地下水造成污染，需要对该种螯合剂进行充分研究。另外一种是酸碱调节剂，主要是根据土壤的酸度和重金属的性质，通过在土壤中投加酸性和碱性物质能够有效改变土壤的pH值，也能够将土壤中含有的Pb、Zn等的重金属进行溶解，降低土壤pH值的方法是直接加酸进行溶解，可以有效吸收土壤中的重金属物质。

4.2 植物和微生物的联合修复技术

植物和微生物的联合修复技术主要利用的是土壤和微生物之间的一种共存关系，能够发挥植物和微生物各自的优势，提高土壤中重金属污染的植物修复效率，能够有效去除土壤中的重金属，这也是当前注重研发的一种新的方法和研发方向。微生物的联合修复技术主要是对污染物进行分解，优化植物根系环境，促进根系发展，增强植物和向上转移重金属的能力。

4.3 基因工程技术

基因工程技术也是当前对重金属污染进行研究的一种新的技术，通过利用基因工程对植物进行改良，调整植物吸收和运输，也是植物修复技术的一种新的领域。该种技术的应用主要是通过识别重金属中的生物，然后对控制该种生物的基因进行鉴别，然后将这些基因通过一定的方案连接起来，开始进行试验。例如，光烟草的生长较快，对多种污染物具有很大的抗性，可以将其基因提取出来进行研究，用在重金属的污染中。