超累积植被对白洋淀中治理作用的研究

谷昆燚 袁荣耀 赵程程 苏伟（通讯作者） 河北农业大学理工学院

“保定市白洋淀”是中国海河平原上最大的湖泊，坐落于河北省中部平原。同时，又是我国北方最典型的湿地生态系统，在区域生态安全体系建立中具有非常重要的战略地位。雄安新区的发展定位是绿色生态宜居新区城，其发展的目标是建设环保智慧都市，建成世界一流、绿色、智慧城市，创建美好生态环境，构建蓝绿交织的生态城市。因此对白洋淀中湿地环境治理与修复显得至关重要。

近年来由于白洋淀周围经济的快速发展，工业产业大量进驻，许多工业废水排放进淀区，以及化肥不合理使用导致水体受到污染。同时由于污水中含有大量铬金属元素，使得白洋淀湿地土壤中铬金属元素大幅度增加，严重破坏了当地的环境。

土壤中的重金属污染物具有长期累积，不能被降解的特点，通过水体和生物等通道最终到达人类的体内，影响人类健康。因此，选用一种有效方式来除去存留的重金属元素刻不容缓。

1 白洋淀湿地土壤中铬金属的来源

1.1 随着大气沉降累积到淀区土壤

大气沉降是造成淀区土壤污染的一个根本途径。随着淀区周围经济的快速增长，催生大量工业产链。工业生产过程中会排放含有以铬金属为主的有毒气体，这些被排放到大气中的有毒气体会随着时间的推移沉积下来。 同时白洋淀又临近保定市，城市中汽车尾气排放的含有铬金属的气体也会随着大气沉降在淀区内。

1.2 随工业污水进入淀区的土壤

白洋淀区域以工业产业作为支柱，支撑着其经济的快速发展。同时工业产业的存在，必定会产生大量工业上的废水。造纸厂、化

工厂作为白洋淀区域经济的主要来源，其工业污水排放量为每天6万多吨，占据保定市总工业污水排放的39%。有些没有处理的污水直接排放进白洋淀中，其所携带有以铬为主要的重金属元素，而大多数的铬被土壤快速吸收，并累积在土体中不能排出。累积的铬金属元素随着水体和生物通道最终进去人的身体中，危害人类的健康。

1.3 随农业活动进入淀区的土壤

化肥是非常重要的农业物资，是农业发展的至关重要所在。合理使用化学肥料不会对生态环境造成大面积的影响。如果过度使用，会导致大量的重金属富集，累积到土体中。化肥中含有许多的有害重金属元素，而铬是化肥中重要的元素，同时也是水体的污染因素之一。此外，砷、镉含量同样较高。

2 超累积植被的工作机理

2.1 超累积植被的选取

超累积植物是对某种重金属元素具有很强的富集能力，能将土体中的重金属元素从地下区域吸收到植物的根部区域，再由根部区域运输到植物的地上区域。

在研究中，我们往往关注于铬金属元素。由于重金属元素沉积进土体之后，无法被降解，移动范围极小。传统治理方式不仅花费费用大，而且会造成不必要的“二次污染”。作为新兴的绿色技术，超累积植被通过根系吸收重金属，将重金属累积在体内已达到除去的目的。

超累积植被除了具备对特定重金属元素的吸收以外，还应该对多种类型的重金属也具有较强的吸收能力。此外，为了快速除去土壤中的重金属，超累积植被应具备生长周期短，并且，该植被无法对区域的生态造成毁坏。同时，应该具有一定的抗虫害的能力。通常来说，不同的植被对不同的重金属富集速率也不同。张学洪等发现了能对铬富集的植被李氏木。 因此，我们可以选用李氏木作为超累积的植被来最终除去铬金属。

2.2 超累积植被的工作机理

超累积植被的工作机理被分为三类:植被对金属元素的提取，植被对提取金属元素的挥发，植被对土壤重金属的固定。

植被对金属元素的提取:超累积植被通过其能富集土壤金属的特性将土体中的有害金属元素转移至植被体内，减少土体中有害金属元素的含量。

植被对提取元素的挥发:超累积植被可以将土壤中重金属转换成为具有易挥发性质的元素，这些转换后的元素可以通过植被的气孔散发到大气中。

植被对土壤重金属的固定:超累积植被是通过吸收作用将金属固定在体内，以防降水时重金属元素随着水流继续向土体内部扩散。

3 超累积植被在环境修复中的优势

3.1 传统的环境修复方式

传统的修复方式有物理修复、化学修复。其中，对于物理修复来说，一是通过去除含有重金属的土壤，填补新土壤已达到净化的目的。二是通过电化学的方法，在土壤中通电使得重金属元素聚集到电极的一端。 这种两种做法需要消耗大量的物力财力，对去除金属元素没有实质性作用。但是，对于化学修复来说，其工作原理是通过往土壤中加入碱性试剂来改良土壤，虽然这种做法效率比前两者有很大程度提高，但是对环境造成二次污染的可能性也随之增加。

3.2 超累积植被的优势

（1）绿色环保，不会在修复过程中对环境造成“二次破坏”，保持土壤固有的结构和营养物质。

（2）通过超累积植被来除去土壤中的重金属，其与传统的方式相比，费用消耗比较少。

（3）操作简单，容易推广，不需要理论基础做前提。

3.3 超累积植被的局限性

超累积植被的生长周期比较长，对土体中有害金属元素的去除需要一定的时间。

目前所发现具有对重金属元素累积的植被品种少，对重金属元素的富集速率相比也较慢，所吸收的重金属元素种类单一。

（3）对于有的重金属元素，暂时还没有发现相对应的植被来对它进行去除。

4 对超累积植被发展的展望

采用超累积植被除去土壤中的重金属元素，逐渐为研究人员所关注。但目前仍有很多局限性的条件使我们不能更广泛的利用超累积植被修复土壤。因此，接下来的任务是对不足之处加以修改使其更加完善。首先，我们可以通过生物工程技术，将具有快速繁殖能力的植物细胞与超累积植被相结合，促使超累积植被快速生长，已达到快速除去土壤重金属的元素；其次，也可以将具有吸收不同重金属的细胞融合到同一株植被中，使得一种植被可以吸收不同种类的重金属元素。尽管我们有很多方法来修复我们的环境，但是，对于环境的污染，我们应该从源头上抓起，加大环保力度，做好各自的本职工作，仅仅靠各种技术方法的应用来达到除去污染的目的是不可行的。

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