污染土壤植物修复效率影响因素研究进展分析

上海市环境科学研究院 黄宇皎

污染土壤修复领域使用植物进行修复是一种比较新颖的方法，其一般利用超富集植物来提取污染泥土中的污染物。植物的根茎及依附在植物根茎表面的微生物可以对污染物进行各种处理，比如吸收、降解等，这也是污染土壤植物修复技术的原理。植物修复技术与传统的土壤修复技术相比，优势相当明显，比如说，成本低廉、修复过程中不会对土壤造成二次污染、可以保护土壤的整体结构。这些优势使得污染土壤植物修复技术逐渐为人所注重，在不少的土壤修复项目中得以被应用，也取得了优良的修复结果。有利自然有弊，植物修复技术也无法破例。相较于诸如热脱附、氧化、还原等传统的物理和化学修复技术，植物修复技术的修复周期相对较长、单位效力较低。因为使用植物修复技术需要用到植物，但是植物有一个生长周期，并且一株植物的覆盖面积有限，而且植物修复技术对土壤的修复深度不够，对于污染深度较深的场地往往鞭长莫及。这些因素导致植物修复技术难以推广，目前多数情况下还只是停留在实验这一步骤。如何解决植物修复技术的一系列问题，成为了植物修复技术推广的关键，同时，这也是植物修复技术健康发展的必经之路。目前，很多媒体都对植物修复技术进行了报道，但是他们报道的内容都不具备全面性以及系统性。考虑到这些因素，本文对污染土壤植物修复效率影响因素进行分析与总结，以此为污染土壤植物修复效率提高提供参照。

一、污染物理化性质的影响

造成环境污染的污染物种类繁多，污染物的物理及化学性质对植物修复效率有一定的影响。比如污染物的分子结构特性、分子量、酸碱度、半衰期、解离常数等，都可能对修复效率造成影响。通过对大部分植物的各项特征进行分析，其对于呈吸附状态的重金属污染物的吸收能力较强，修复效果也较好。对于疏水性较强的污染物，如果其半衰期不大于10d，蒸汽气压大于10-4，则主要以气态的形式被植物的叶片所吸收，所以，这类污染物的修复率较低。对于水溶性较强的污染物，大都是经由根茎将其吸入植物体内，而水溶性差的污染物，植物难以将其吸取。如污染物的分子量小于500，则较易被植物所吸取，而分子量大于500就难以被植物吸取转化。同时，污染物的分子结构也对修复效率有着一定的影响，分子结构决定了物质的化学特性，比如氯联苯对农作物的危害会随着苯环上氯原子个数的增加而增大[1]，这类危害会影响植物修复的效力。

二、土壤因子的影响

土壤的物理、化学性质也对植物修复技术的修复效率有着一定的影响，构成土壤的颗粒大小，决定着植物对多环芳烃等有机物的吸附能力，同时，颗粒的大小也影响微生物的可给性。同种植物对于不同土壤条件的修复效率具有明显的不同，比如在砂土中，植物对镍的修复效率不高。土壤的pH值对植物的修复率也有影响，在通常情况下，酸性土壤当中的植物对有机物的吸收起着促进作用，能够加大植物根茎对有机物的吸收，而在碱性条件下，土壤当中的腐败物，会降低生物的可给性。大量的实验数据表明，除了镍和砷，在碱性条件下，植物对于绝大多数重金属的吸附效率都随着土壤环境的pH值增加而降低。适量的水分可以抑制污染物对土壤的吸附，对生物的可给性起到促进作用，当土壤中的水分过多时，植物反而会因为养分不足而减缓生长，同时，对降解能力造成影响[2]。

在土壤当中，土壤的黏粒以及其中有机质的含量对植物的吸收效率有着重要的影响作用。黏粒含量高的土壤，相较于一般的土壤，对离子型的有机物吸附力更强，甚至某些疏水性的有机生物也会被土壤固定、吸附，使其生物的可给性下降。比如，丛林中的有机土壤比其他矿物土壤更能够吸附Cs+。而有机质含量高的土壤也会影响植物对于多环芳烃的降解效率，因为有机质高的土壤对于多环芳烃的吸附性较强。另外，在特定的条件下，无机盐也会对重金属的吸收起到促进作用，比如说，当土壤当中含有3%的氯化钠时，就会促进植物对镉的吸收[3]。

三、植物根际效应的影响

污染土壤植物修复效果与微环境密切关联，而微环境与植物根际相关，也就是说，植物根际土与非根际土具备不同的微环境，在根际土壤当中，植物修复的效果更加理想。因为在根际圈内，有很多微生物，而这些微生物的代谢活动对有机污染物有着分解转化的作用，植物根部分泌出的有机物质，也为这些微生物的生长提供了有机碳源，并且这些有机物质还促进了金属向可溶解的有机复合态的转变。同时，植物根部分泌的有机物也会对土壤的pH造成影响，让土壤酸化，促进植物对重金属元素的吸收。在根际环境当中的某些微生物与植物共同工作，比如部分真菌，可以吸收土壤当中的放射性核素。在对草原土壤进行研究时，研究人员发现大量不可移动的砷元素被土壤当中的真菌所吸附。而在对重金属以及有机物的混合污染土壤修复实验当中，研究人员发现根际土的环境修复率比非根际土的环境修复率高出密度两成之多[4]。

四、栽培措施的影响

植物的生长质量对于修复效力有着一定的影响，所以，植物的栽培对植物的修复具有促进作用。对提升修复效力有积极作用的种植方法主要有育苗、除草、间作、松土等。因为超富集植物的生长周期较长，所以对于植物的育苗方式影响着超富集植物生存率以及生长速度，比如，能够对石油烃类的污染物进行修复的高羊茅和黑麦草，他们的生长周期一般在半年左右。蜈蚣草能够对砷类污染物进行修复，通过组织培养的方法，可以使其在实际修复环境过程中实现快速增长。除了组织培养方法以外，还可以通过育苗移栽的方法来缩短植物生长周期。还可以根据植物在不同的生长阶段对于污染物的吸收来对修复周期进行控制，比如某一植物在开花期对重金属的修复率大于其在生育期的修复率，就可以在开花期过后对植物进行移除，同时种植下一批植物，这样可以缩短植物的修复周期。翻耕是促进植物生长的有利条件，在对土壤进行播种或者对植物进行移栽之前，对土壤进行翻耕可以增加土壤的含氧量，同时，还可以使土壤形成团粒结构，从而给植物的生长创造有利条件。值得注意的是，翻耕过程当中要对深度加以控制，应根据植物的详细生长状态以及土壤的污染水平来定。当污染程度不严重时，可以表面翻耕，一旦污染严重，就必须采用特殊的办法，比如使用特殊的器械对土壤进行深度翻耕。植物的种植密度与植物的生长有着密切关系，密度过小，修复的效果不明显，密度过大，植物光合作用会变得困难。针对不同的土壤污染，不同的植株密度有着不同的效果，比如在对重金属污染的土壤进行修复时，较稀的植株密度修复效果要明显好于较密的植株密度。采收可以减少育苗时间，提升单位时间的生物量，从而提升植物修复效力。蜈蚣草每年收割3次，每次收割后所留高度在7.5cm，其对土壤污染物的修复效力是每年收获一次的1.9倍左右[5]。

五、结语

总之，污染土壤的植物修复受多种因素的影响，在植物修复的研究过程当中，人们往往只进行单因子植物修复的试验，这是一个大问题。虽然我们很难改变土壤的性质以及气候条件，但是可以从以下几个方面展开对植物修复技术的研究：

（1）可以对植物修复影响因素的原理进行研究，比如污染物的浓度等。

（2）研究更适宜的栽培方法，根据不同的污染环境来对植物进行种植，达到因地制宜的效果。

结合上述几种影响因素，通过实验与分析，探索污染土壤植物修复的最佳条件，进而达到提高修复效力的目的。

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土壤污染物大致可分为无机污染物和有机污染物两大类。无机污染物主要包括酸、碱、重金属，盐类、放射性元素铯、锶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等。有机污染物主要包括有机农药、酚类、氰化物、石油、合成洗涤剂、3，4-苯并芘以及由城市污水、污泥及厩肥带来的有害微生物等。当土壤中含有害物质过多，超过土壤的自净能力，就会引起土壤的组成、结构和功能发生变化，微生物活动受到抑制，有害物质或其分解产物在土壤中逐渐积累通过“土壤→植物→人体”，或通过“土壤→水→人体”间接被人体吸收，达到危害人体健康的程度，就是土壤污染。

土壤是指陆地表面具有肥力、能够生长植物的疏松表层，其厚度一般在2 m左右。土壤不但为植物生长提供机械支撑能力，并能为植物生长发育提供所需要的水、肥、气、热等肥力要素。由于人口急剧增长，工业迅猛发展，固体废物不断向土壤表面堆放和倾倒，有害废水不断向土壤中渗透，大气中的有害气体及飘尘也不断随雨水降落在土壤中，导致了土壤污染。凡是妨碍土壤正常功能，降低作物产量和质量，还通过粮食、蔬菜，水果等间接影响人体健康的物质，都叫做土壤污染物。

对土壤污染的治理，首先要减少农药使用。同时还要采取防治措施，如针对土壤污染物的种类，种植有较强吸收力的植物，降低有毒物质的含量(例如羊齿类铁角蕨属的植物能吸收土壤中的重金属);或通过生物降解净化土壤(例如蚯蚓能降解农药、重金属等);或施加抑制剂改变污染物质在土壤中的迁移转化方向，减少作物的吸收(例如施用石灰)，提高土壤的pH，促使镉、汞、铜、锌等形成氢氧化物沉淀。此外，还可以通过增施有机肥、改变耕作制度、换土、深翻等手段，治理土壤污染。