螯合誘導(dǎo)技術(shù)強(qiáng)化植物修復(fù)鉛污染土壤的研究現(xiàn)狀及展望

王開(kāi)爽等

摘 要：向土壤中添加螯合劑促進(jìn)植物對(duì)重金屬的吸收是目前一項(xiàng)比較有發(fā)展前景的土壤修復(fù)技術(shù)。但由于Pb在土壤中的的存在形態(tài)不一，導(dǎo)致植物有效性較低，利用植物對(duì)土壤中鉛的修復(fù)效率十分有限，所以向土壤中施加一定量的螯合劑有助于植物對(duì)鉛的吸收。如今螯合誘導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)際熱點(diǎn)和發(fā)展的趨勢(shì)。該文主要介紹了螯合劑種類(lèi)的劃分以及螯合誘導(dǎo)技術(shù)強(qiáng)化植物修復(fù)鉛污染土壤的應(yīng)用現(xiàn)狀，綜述了Pb污染土壤螯合誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展，最后對(duì)螯合劑在植物修復(fù)重金屬污染土壤應(yīng)用中存在的問(wèn)題進(jìn)行了分析討論，并對(duì)未來(lái)螯合誘導(dǎo)技術(shù)今后的發(fā)展方向進(jìn)行了探討與展望。

關(guān)鍵詞：螯合劑；植物修復(fù)；鉛污染土壤

中圖分類(lèi)號(hào) X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2014）09-100-03

Abstract：Chelating agent is added to the soil to promote plant uptake of heavy metals is a relatively promising soil remediation technologies. However，due to the presence of Pb varies forms in the soil，resulting in lower plant availability，utilization efficiency of phytoremediation of lead in soil is very limited，so a certain amount chelator applied to the soil helps plants absorb lead.Today，technology has become a chelate-induced trend in international hot spots and development. This paper describes the types of chelating agents induce division and chelation technology application status enhanced phytoremediation of lead contaminated soil，lead pollution in soil were reviewed chelating induced to strengthen the research progress of phytoremediation technology. In addition gives a good view of chelate-induced phytoremediation. The problems about chelate-induced are discussed，and the future directions research are briefly stated.

Key words：Chelator；Phytoremediation；Lead contaminated soils

鉛（Pb）是一種金屬元素，用途較為廣泛，同時(shí)也是重要的環(huán)境污染物。隨著工業(yè)的迅猛發(fā)展，工業(yè)廢氣、廢水、廢渣的排放使得鉛排放量急劇增加，廣泛分布于空氣、水和土壤中，直接或間接的影響著人類(lèi)的身體健康。當(dāng)今，隨著全球范圍內(nèi)城市化進(jìn)程的迅速發(fā)展，土壤重金屬污染已成為重要的城市環(huán)境問(wèn)題之一[1-2]。國(guó)內(nèi)外的研究表明，城市土壤都普遍受到了鉛（Pb）的污染[3-4]。以我國(guó)為例，對(duì)北京、上海、廣州、沈陽(yáng)、寶雞等20個(gè)大中城市土壤Pb含量的分析指出，這些城市土壤中的鉛含量在28.6～25 380.6mg/kg，平均值為1 350.5mg/kg，均超過(guò)了我國(guó)土壤的鉛背景值（26mg/kg）[3]。鉛污染土壤問(wèn)題越來(lái)越嚴(yán)重，已經(jīng)引起了人們的極大關(guān)注。由此可見(jiàn)，開(kāi)展城市鉛污染土壤的修復(fù)已成為刻不容緩的緊迫任務(wù)。對(duì)于城市土壤而言，利用花卉植物對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)，不僅能夠降低土壤重金屬含量，而且還能達(dá)到美化城市環(huán)境的目的，較之草坪和樹(shù)木具有更明顯的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益，因此花卉有可能成為未來(lái)城市重金屬污染土壤修復(fù)的首選植物。

1 植物修復(fù)技術(shù)

重金屬污染土壤修復(fù)方法的選擇主要取決于土壤中重金屬的物理化學(xué)形態(tài)。重金屬污染土壤修復(fù)主要有物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)幾種方法，其中，生物修復(fù)包含下的植物修復(fù)以其廉價(jià)、方便、美化環(huán)境等優(yōu)勢(shì)受到較多的關(guān)注。植物修復(fù)技術(shù)，即利用超富集植物把重金屬污染物從被污染的環(huán)境介質(zhì)中去除或使重金屬生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)降低的一類(lèi)新技術(shù)[5]，主要包括：植物固定、植物提取、植物揮發(fā)3種[6]，其中植物提取技術(shù)最具有應(yīng)用潛力。

目前，利用植物修復(fù)治理鉛污染土壤研究中采用的多是非觀賞性植物，主要包括糧食作物[7]、蔬菜作物[8]、經(jīng)濟(jì)作物[9]和草坪植物[10]等。與其他修復(fù)相比，植物修復(fù)以其高效性、安全性、經(jīng)濟(jì)性和持久性的優(yōu)勢(shì)，成為污染土壤修復(fù)的首選措施。但由于鉛在土壤中的存在形態(tài)不一，導(dǎo)致植物有效性較低，利用植物對(duì)土壤中鉛的修復(fù)效率十分有限，所以向土壤中施加一定量的螯合劑有助于植物對(duì)鉛的吸收，螯合誘導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)國(guó)際熱點(diǎn)和發(fā)展的趨勢(shì)。

2 螯合劑種類(lèi)

螯合劑的種類(lèi)[11]分為天然低分子量有機(jī)酸和多羧基氨基酸2大類(lèi)。氨基多羧酸類(lèi)（APCAs），如人工合成的螯合劑EDTA（乙二胺四乙酸）、DTPA（二乙三胺五三乙酸）、HEDTA（羥乙基替乙二胺三乙酸）、EGTA（乙二醇雙四乙酸）、EDDHA（乙二胺二乙酸）、CDTA（環(huán)已烷二胺四乙酸），以及天然螯合劑[S，S]-EDDS（[S，S]-乙二胺二琥珀酸）和NTA（二乙基三乙酸）等。APCAs由于其螯合能力較強(qiáng)而被推廣使用，尤其是EDTA。天然的低分子有機(jī)酸[12]（NLMWOAs），如草酸、檸檬酸、蘋(píng)果酸、酒石酸、丙二酸等。NLMWOAS對(duì)金屬離子的解吸能夠起到促進(jìn)作用，通過(guò)與金屬離子結(jié)合變?yōu)橐兹苄缘尿衔铮_(dá)到增加金屬離子活性和移動(dòng)性的目的。endprint

3 螯合誘導(dǎo)技術(shù)強(qiáng)化植物修復(fù)鉛污染土壤的研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)90年代末螯合劑開(kāi)始應(yīng)用于植物修復(fù)領(lǐng)域。研究和實(shí)踐表明，螯合劑的添加能夠顯著促進(jìn)植物對(duì)重金屬的累積，而且修復(fù)效率得以大大提高。從現(xiàn)有的文獻(xiàn)報(bào)道來(lái)看，螯合誘導(dǎo)技術(shù)已廣泛用于強(qiáng)化糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、飼料作物和牧草等對(duì)鉛污染土壤的修復(fù)。目前為止，EDTA是應(yīng)用最為廣泛，同時(shí)也是效果較好的一種螯合劑，添加EDTA能夠明顯促進(jìn)土壤中重金屬尤其是Pb的溶解以及在植物地上部分的積累[13-15]。

3.1 觀賞性植物 當(dāng)前關(guān)于利用螯合誘導(dǎo)技術(shù)來(lái)強(qiáng)化觀賞性植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究較多，但是對(duì)于鉛污染土壤的螯合誘導(dǎo)修復(fù)卻少有報(bào)道。李玉雙等通過(guò)土壤盆栽試驗(yàn)的研究表明，施加EDTA溶液7d后，4種花卉（孔雀草、矮牽牛、萬(wàn)壽菊、彩葉草）葉部的鉛含量均極顯著增高（p<0.01），并且孔雀草對(duì)鉛的富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)均達(dá)到了1以上，這表明利用這種植物進(jìn)行螯合輔助植物提取的方式來(lái)修復(fù)鉛污染土壤的效果是十分顯著的[16]。佟秀春等研究發(fā)現(xiàn)，在土壤中Cd投加濃度為30mg/kg，Pb投加濃度為1 800mg/kg，EDDS∶EL（銅綠假單胞菌）比例為1∶0，接種ZC（耐鉛菌株），試驗(yàn)結(jié)果表明龍葵對(duì)鉛的吸收效果最好，對(duì)鉛具有超富集作用[17]。

3.2 糧食作物 到目前為止，利用螯合劑來(lái)強(qiáng)化糧食作物對(duì)土壤中重金屬鉛元素的吸收已屢見(jiàn)不鮮，尤其是以玉米這種生物量大、生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，對(duì)鉛具有較強(qiáng)耐性且植株體內(nèi)富集鉛元素能力較高的植物研究居多。朱永娟等通過(guò)室內(nèi)栽培種植試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著EDTA濃度的增加，玉米中Pb的含量均呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，積累在根部的Pb含量最大，其次是莖部，再次是玉米葉和苞葉，玉米芯和籽粒含量最低[18]。黃錚等研究發(fā)現(xiàn)向土壤中添加螯合劑后有效態(tài)Pb的濃度顯著增加，玉米對(duì)鉛的累積與土壤中有效態(tài)鉛濃度呈顯著正相關(guān)，玉米的生長(zhǎng)也受到很大的抑制，而且EDTA對(duì)玉米強(qiáng)化吸收鉛的富集能力強(qiáng)于DTPA[19]。吳熙等通過(guò)試驗(yàn)研究表明，添加NTA和DTPA之后均明顯提高小麥幼苗對(duì)重金屬Pb累積量的增加，而且DTPA的誘導(dǎo)作用效果高于NTA[20]。

3.3 經(jīng)濟(jì)作物 迄今為止，利用經(jīng)濟(jì)作物來(lái)強(qiáng)化吸收富集重金屬污染土壤中鉛的研究也較為多見(jiàn)，尤其是以蔬菜類(lèi)居多，而且螯合劑的選擇一般均采用EDTA。李劍敏等通過(guò)盆栽實(shí)驗(yàn)研究表明，3mmol/kg的EDTA處理14d芥菜地上部和根系Pb的富集量顯著高于未添加EDTA的對(duì)照處理，地上部Pb含量是對(duì)照處理的13.1～80倍[21]。Grcman等在比較EDTA對(duì)大白菜吸收Pb的影響時(shí)發(fā)現(xiàn)，在濃度為10mmol/kg時(shí)的處理效果最好，地上部分的Pb含量比對(duì)照增加了94倍[22]。趙娜發(fā)現(xiàn)向日葵單作時(shí)地上部富集Pb的含量為25.0mg/kg，經(jīng)5mmol/L的EDTA淋洗后向日葵地上部對(duì)Pb的吸收量為135.6mg/kg，增加了4.4倍[12]。

3.4 草本植物 近些年來(lái)關(guān)于螯合劑強(qiáng)化草本植物修復(fù)鉛污染土壤的研究較多，主要集中在牧草植物、飼料作物、草坪植物，因其具有保持水土、覆蓋能力強(qiáng)、管理粗放等特點(diǎn)受到較為廣泛的關(guān)注和研究。曹鐵華等通過(guò)黑麥草盆栽試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，EDDS和真菌的復(fù)合處理下，黑麥草根部和葉片的鉛含量與對(duì)照相比較分別增加了7.7倍和10.68倍，說(shuō)明復(fù)合處理對(duì)黑麥草誘導(dǎo)富集和轉(zhuǎn)運(yùn)植物體內(nèi)的鉛具有顯著的作用[23]。朱燕華通過(guò)土培試驗(yàn)表明，高羊茅在EDTA處理后的地上部和根部鉛含量分別增至14 046.8和 31 207.2mg/kg，分別為對(duì)照的2.13和1.53倍[10]。熊?chē)?guó)煥研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與NTA比較得知，EDTA、EDDS均極顯著提高龍葵對(duì)Pb的累積量（P<0.01），其中EDTA誘導(dǎo)龍葵地上部分對(duì)Pb的富集能力最強(qiáng)，其次為EDDS，影響不顯著的是NTA[24]。

4 問(wèn)題及展望

4.1 存在的問(wèn)題 迄今為止，目前在自然界已知的重金屬超富集植物有數(shù)百種，但是對(duì)于Pb具有超富集能力的植物卻很少。雖然螯合劑能夠誘導(dǎo)植物修復(fù)重金屬污染土壤，并且對(duì)重金屬的去除具有不錯(cuò)的效果，但是螯合劑的廣泛應(yīng)用還是存在著一定的潛在風(fēng)險(xiǎn)與不利因素。例如，螯合劑在活化重金屬時(shí)，由于其對(duì)金屬元素具有非專(zhuān)一性，因此也會(huì)使得土壤中其它有益的礦物元素如Fe、Mn、Ca、Mg等淋失量的增加，繼而可能導(dǎo)致植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的缺乏；而且螯合劑也具有一定的生物毒性，也會(huì)對(duì)植物本身和微生物的活性產(chǎn)生影響。

4.2 發(fā)展方向和展望 雖然如此，螯合誘導(dǎo)技術(shù)仍然是最具有發(fā)展?jié)摿Φ囊环N植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)，在利用植物修復(fù)Pb污染土壤方面必定具有很好的應(yīng)用前景。今后，螯合誘導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展方向是：

（1）在篩選螯合劑強(qiáng)化修復(fù)植物時(shí)，應(yīng)對(duì)那些葉部位置生物量較大的植物給予更多關(guān)注，例如十字花科植物和禾本科植物，也可利用分子生物學(xué)中的轉(zhuǎn)基因技術(shù)來(lái)提高植物地上部分的生物量以達(dá)到對(duì)鉛具有較強(qiáng)耐性且有較高富集能力的目標(biāo)。

（2）不盲目引進(jìn)外來(lái)超富集植物物種，研究篩選適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境生長(zhǎng)的具有富集潛力的植物，并施加一定量的螯合劑來(lái)修復(fù)Pb污染土壤。同時(shí)也要因地制宜地挑選對(duì)當(dāng)?shù)刂亟饘傥廴就寥乐兴慕饘僭仳夏芰^強(qiáng)的螯合劑來(lái)進(jìn)行植物修復(fù)。

（3）更加側(cè)重于生物可降解螯合劑對(duì)重金屬超富集植物的研究使用，同時(shí)也要注意對(duì)其他新型螯合劑的深入研究和探討。EDTA等傳統(tǒng)的難降解螯合劑必然被環(huán)境友好型、生物可降解螯合劑所代替[25]，這必將成為螯合誘導(dǎo)技術(shù)今后的發(fā)展趨勢(shì)。

（4）加快理論與實(shí)踐的結(jié)合，繼續(xù)加強(qiáng)對(duì)室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)和田間試驗(yàn)的測(cè)試與研究，并盡早達(dá)到規(guī)?；迯?fù)生產(chǎn)，最終應(yīng)用于鉛鋅礦等礦山開(kāi)采地區(qū)，城市道路隔離帶、商業(yè)區(qū)、老居民區(qū)以及公路兩側(cè)等重金屬污染土壤嚴(yán)重的區(qū)域，同時(shí)也要探討螯合誘導(dǎo)植物修復(fù)后處置的工藝及技術(shù)，為實(shí)際應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。endprint

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（責(zé)編：張宏民）endprint