不同林种对土壤重金属污染修复影响研究

吉亚飞

[摘要]土壤重金属污染由于其稳定性强，不易随土壤水分迁移和隐蔽性高等特点严重危害生态环境安全和人体健康，土壤污染物及地域的复杂性，引起的重金属污染现象尤为严重。目前采用的重金属土壤修复措施主要为物理化学方式、生物学方式等，通过快速生长的木本植物造林进行重金属污染土壤修复的优选方式已成为一个热点问题，而不同林种对土壤重金属的吸附和富集能力也有所不同，对土壤重金属污染物的修复能力也存在显著差异，分析我国重金属污染现状以及林种对土壤重金属污染修复机理，并对不同林种在土壤重金属污染修复方面的研究进行了综述。

[关键词]不同林种;建设用地;土壤修复;影响研究

[中图分类号]S158[文献标识码]A

引言

森林是土地生态系统中最重要的组成部分之一，多样的森林类型、种植密度和林种种植结构对区域内小气候、土壤水分以及土壤微生物活动具有显著的影响，还可以通过植株腾发作用吸收CO2等物质，有效改善区域空气质量。土壤是森林生长的基础，既能为植株健康发育提供良好的基础条件和营养物质，又能促进不同林种的质量和数量的提高，而林种多样性的增加又会反作用于土壤，改善土壤容重、改变土壤孔隙率等理化特性和有效提高土壤质量。另外，林种的有效覆盖能大幅提高土壤含水量，有效抑制荒漠化程度，在水土保持和防风固沙等方面均有显著的作用。土壤的承载能力是有限的，当进入土壤的污染物质超过环境容纳的最大限度，将会对土壤理化性质造成严重影响甚至是不可逆的破坏，不仅如此，部分重金属污染物质可在作物体内聚集，通过生物链进入人体，严重危害人体健康。目前通过快速生长的木本植物造林进行重金属污染土壤修复的优选方式已成为一个热点问题。国务院于2016年颁布《土壤污染防治行动计划》，也充分体现了国家对土地修复特别是重金属污染修复的重视。

1 重金属土壤污染现状

重金属是指比重大于5g/cm3的金属，主要来源于矿物开采、机动车尾气排放、燃煤以及大量污水不合理排放，不仅如此，城市生活垃圾和化学肥料中也含有大量的重金属物质，具有稳定性强、难以迁移以及隐蔽性高的特点。根据重金属的来源不同，也将其分为大气重金属、水体重金属以及土壤重金属，其中土壤污染与人类生产生活密切相关，具有十分重要的影响。重金属在土壤中不易随水迁移，微生物对重金属分解能力有限，具有明显的生物富集作用。重金属污染会对作物产量和品质产生巨大危害，且潜伏期较长，通过农作物积累的重金属通过食物链进入人体后，会产生巨大的危害。如Cd會造成人体高血压和贫血症状，Hg会对人体产生中毒现象，严重的可威胁生命健康。由于土壤污染物及地域的复杂性，重金属污染治理问题逐年严峻。据农业部调查显示，我国遭受重金属污染的土地面积为90.7万hm2，每年因重金属污染引起的粮食减产达1000万t，年损失超过200亿。

2 林种对重金属污染修复机理

土壤重金属污染修复目前主要为物理修复方法和化学修复方法，采用的方式为通过增强重金属的溶解和迁移能力或者通过化学手段钝化重金属，改变其在土壤中的存在形态，降低重金属的迁移性和生物有效性，部分地区也通过利用蚯蚓等生物修复方法进行土壤重金属修复，但由于修复周期较长且修复成本较高，推广效应并不显著。而通过在重金属污染土地上采用不同营林修复是当前研究的一个热点问题，尤其是在建设用地和城市土壤重金属污染修复方面具有较大的前景。水是重金属污染物在土壤中运移的载体，植物通过根系吸水作用和蒸腾作用减低了土壤水分和重金属淋溶作用，而部分降雨在植物冠层顶端通过蒸发，减少了土壤水通量也会降低重金属污染的淋溶。大量研究显示，植物根系具有防风固沙的效果，部分重金属物质可被植物根系固定，可在很大程度上减小重金属二次污染，而部分重金属物质可被植物吸收，并积聚在植物体内，通过将这部分植物收获降低土壤重金属污染程度，我国已有较多地区采取此种方式进行重金属污染防治。另外，植物根系可分泌多种化学物质，通过与土壤腐殖质、有机质的共同作用，改善土壤pH值，微生物活动状态以及土壤酶活性等等，进而改变重金属形态，增强重金属淋溶和浸出，有效降低土壤重金属污染。不仅如此，在城市和建设用地采用不同营林进行土壤重金属污染修复，还可以增强城市的景观和生态效应，具有较大的环保优势。而不同林种对土壤重金属的吸附和富集能力也有所不同，对土壤重金属污染物的修复能力也存在显著差异。

3 不同林种对重金属污染修复的影响

大量研究表明，杨树可通过植物提取修复重金属污染土壤中的Zn，对As和Al的累积量分别可达到1250mg/kg和1.4kg/ha。柏树的根系分泌物可改变土壤中Cr、As和Hg的存在环境和状态，降低毒性。通过对杨树和柳树的研究表明，重金属的生物有效性与树龄成反比，且土壤pH值对林种的重金属污染吸附性具有显著影响。张翠萍等利用土培法对500～1500mg/kgMn处理的棕竹进行了研究，结果表明棕竹并未由此而出现中毒症状，Mn浓度越大，棕竹根系和叶片中的重金属含量越高，可利用棕竹进行矿区土壤修复的树种。赵健等同样采用土培法研究棕竹对Pb的影响，结果表明，棕竹地上部分和地下部分Pb含量比值及Pb在植物体内的迁移率均较低，不同部位的Pb含量与处理浓度呈显著正相关关系。杨柳等研究了4种植物对毛竹林土壤重金属污染修复的影响，结果表明，种植景天可显著提高Pb、Cd和Zn的吸附作用，而蜈蚣草对土壤Zn、As的吸附效果显著。王新等分别作了杨树和落叶松对土壤重金属污染修复试验，结果表明杨树的总生物量受Cd、Cu、Zn影响显著降低，而落叶松则相反，杨树对重金属迁移能力及吸收能力较强于落叶松。刘艳丽等对杨树修复土壤重金属污染的优势进行了总结，并详细阐述了不同品种重金属在杨树体内聚集和分配特性提出了利用杨树进行土壤重金属污染修复的具体措施和今后发展方向。杨园等阐述了杨树对土壤重金属Cd的机理和其在杨树体内分布规律，结果表明杨树对土壤中重金属Cd具有较强的抗性，且抗性的强弱程度与杨树品种、树龄、土壤类型、土壤中Cd质量分数等有关。万雪琴等研究了Cd对杨树矿质营养吸收和分配的影响，结果表明，杨树的不同器官对Cd含量存在显著差异，杨树根系和衰老叶片均对Cd具有明显的截留和富集作用。施辰阳等通过盆栽试验，研究了刺柏对重金属Cd土壤污染修复的影响，结果表明，适当浓度的Si处理能显著提高刺柏对土壤中Cd吸附效果显著，土壤中Cd含量在400mg/kg硅处理下显著降低，且刺柏的生长发育受到抑制。刘庆阳等研究了松树对城市土壤重金属污染的净化能力，结果表明，冬季土壤重金属污染最为严重，松树对土壤Pb、Cd和Hg的吸附效果显著。

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