重金属污染水体的植物修复技术研究进展

闫大江

（山东建筑大学,山东 济南250101）

在过去的20 年中，随着工农业生产的飞速发展，农药和化肥的过度使用，采矿活动和工业废水的排放，许多重金属及其化学物质进入水环境，造成了严重的水体污染问题[1]。水体中出现的重金属元素主要有汞、镉、铅、铬、锌、铜等。重金属存在着富集性强、移动性高、中毒浓度低的特点，这使得其滞后性和隐蔽性很强。被排放到水体中的重金属物质更是能够经过化学反应变成毒性更强的化合物，通过食物链的途径进行富集，使水生生物的生物环境有巨大改变，导致植被和动物死亡，甚至危害包括人体和其他生命体的生命健康安全。所以，水体重金属污染问题的处理至关重要。

我国所使用的传统的水体重金属污染处理办法为物理法和化学法，这两类方法不仅费用高，而且对技术的要求很高，容易对水体形成第2 次的污染，甚至有时候会对生态系统造成破坏，因此人们需要一个更为健康绿色安全的重金属修复方法。由于其成本低廉，易于操作且不破坏水生生态系统的优势，植物修复技术现已发展成为十分成熟的处理技术，为水体重金属污染的修复拓展了道路。

1 超积累植物

植物修复技术利用了经过基因筛选培育或自然生长的植物进行对水体污染的修复，其能够保证土壤的结构不会破坏，通过固定、吸收、转移、富集、转化的一系列过程，达到减少或消除水体中出现的重金属污染物的目的。

相关人员在使用植物修复后技术的过程中，应当注重选择可以快速生长，具有强富集能力，具有高金属耐受性以及高生物量的、超积累或积累植物，人们将以下几种类型的植物定义为超级类植物：（1）相比于普通植物，超积累植物对于重金属的富集能力较强，某些植物的叶茎中甚至能够积累高达几百倍于普通植物的重金属量。（2）可以在还有较低浓度重金属污染的水环境中生存，并且可以大量积累水体中的污染物；国内外学者为超植物判定的标准提出了三种方案，（1）其茎和叶中的重金属含量应当高于一定的数值，；（2）植物茎、叶中的重金属含量必须大于其根部；（3）植物对重金属的富集系数必须大于1[2]。

2 影响植物从水体中吸收重金属的因素

在被污染的水环境中，影响植物对重金属进行吸收因素，包括有pH 值、重金属类型、温度等。

2.1 重金属类型

不同类型的重金属具有独特的特性，使水生植物对其的积蓄能力各不相同。例如马来眼子菜（Potamogeton wrightii Morong）及篦齿眼子菜（Potamogeton pectinatus L.）两类水生植物对五种重金属Cd、Pb、Mn、Zn 和Cu 的积累能力强弱如下：Cd＞Mn＞Pb＞Cu＞Zn。复合污染指的是两种不同类型污染同时对同一环境造成污染的状况。多类重金属可能存在加和、拮抗及协同效果，复合重金属毒害了各种各类生物的生命组之后，它们彼此间还会发生相互作用，致使其对水体生态环境的毒害发生变化。

2.2 温度

温度使得水生植物在吸收水体中重金属时的毒害状况被限制，温度在10℃（阳光直射）时，在As 污染的培养液中处理2.5h后，凤眼莲（Eichhornia crassipes (Mart.) Solms）表现出受毒害现象，但是，当温度在20 到30℃之间时，在相同浓度As 处理的培养液中，凤眼莲在2d 后才表现出受胁迫的症状。

2.3 pH 值

水体pH 值也会对重金属被水生植物积累的过程产生影响。在不同pH 条件下，氢离子或氢氧根离子与重金属离子间的结合成度不同。弱碱性的环境中，Cu 离子会出现悬浊物，这很大程度上阻止了水生植物对Cu 的积累和吸收。另外，pH 值的变化对植物的生长状况也有着巨大的影响[3]。有研究体现出，水体pH 值会影响到水浮莲（Eichhornia crassipes (Mart.) Solms）在积累Cu 过程中的能力。在其pH 为6.0 的状况下，经过5d 之后对Cu 的吸收和积累作用最佳。这一状况体现出，水体偏中性的状态对水浮莲的繁殖与生有益处，不仅如此，其还可以将Cu 的累积与吸收效率提升。

3 植物修复机理

3.1 植物提取

植物提取，又名是植物萃取，是指基于超积累植物很强的对重金属富集的作用，实现被污染水体中重金属被高度吸收掉的目的，然后把重金属转移到叶与茎进行存储，待到一定时间之后，对植物进行收割，实现对重金属浓度的降低的目标。Baker等人第一次使用阿尔卑斯新（Thlaspi caerulesences）改善了存在许多重金属积累的土壤，为人们展示了使用植物修复技术治理重金属污染的可行性。我国相关人员第1 次发现了圆锥南芥（Arabis paniculata L）作为超积累植物，对Cd、Pb 等元素很高水平的积累和吸收作用。植物提取技术耗资较少，很难产生第2次的污染，相对于化学技术和物理技术，这两个优点十分明显，这使得国内外研究人员对其研究的热度不断提升。

3.2 植物挥发

植物挥发技术是基于植物的蒸腾作用，把积累和吸收的污染物挥发为气态物质，而后将其直接得释放到大气环境中。近年来，对其进行的研究主要集中在非金属元素Se 及重金属元素Hg 上。重金属元素经过微生物的降解作用，在水体中被吸收和积累，通过植物挥发作用，进入到大气中，并且不会对大气造成危害。研究表明，洋麻（Abelmoschus moschatus Medicus）能转化土壤中47%的三价Se 为甲基硒，后将其挥发至大气。

3.3 植物稳定

植物的很多生理作用（氧化还原、螯合等）可以对许多重金属污染物进行固定，这对于减轻其迁移性和有效性十分重要，停止了重金属向食物链的流入，在这个角度上来说，可以减轻对环境和生物体的破坏，在还原活性和PH 值发生变化时，不断的沉淀积累重金属，实现将其固化的目的，这种技术对较为严重的污染非常有用，比如表面积较大的土壤。[3]

3.4 根际过滤

根际过滤多用于重金属污染水体修复。植物把重金属吸附或者沉淀到它根部的表面上，或者经过转移和吸收，把重金属累积在根的内部，通过这个过程实现修复水体的目标，植物稳定和根际过滤是相似的，他们都需要接触到重金属污染物，使用植物根部积累污染物和吸收污染物能力，共同作用将重金属去除掉。[4]

4 植物修复技术的发展趋势

植物修复技术的发展突飞猛进，应用前景广阔。植物修复以太阳能为动力，对于中、低浓度污染的水体来说，具有成本低廉，社会、生态、综合效应良好等优势，特别适用于发展中国家。该技术的未来发展趋势大致在以下几个方面：（1）对于植物修复研究，寻找、筛选并培育新品种超积累植物，并将其转化为实际应用成果是重中之重。（2）在植物修复过程中，将超积累植物体内中重金属实现回收和再利用的思路值得相关人员进行探究，较少研究关注了怎么去处理得到的植物组织，只可以把10%到40%的重金属从植物组织的灰分中冶炼回收，需要进一步研究如何避免无法处理的植物组织造成二次污染。