土壤重金屬污染植物修復的發(fā)展現(xiàn)狀

劉 敏 武化民 李秀峰 謝慧敏 陳會明

（1江西省環(huán)境監(jiān)測中心站江西南昌3300002江西省環(huán)境監(jiān)察局江西南昌330000）

土壤重金屬污染植物修復的發(fā)展現(xiàn)狀

劉 敏1武化民2李秀峰1謝慧敏1陳會明1

（1江西省環(huán)境監(jiān)測中心站江西南昌3300002江西省環(huán)境監(jiān)察局江西南昌330000）

文中介紹了土壤重金屬污染植物修復的概念，探討了處理重金屬污染環(huán)境的植物修復措施，研究了重金屬鉛、砷、鋅、銅和鎘污染環(huán)境的植物修復技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并對其研究成果進行了展望，為土壤重金屬污染的整治及其生態(tài)修復提供依據(jù)。

土壤；重金屬污染；植物修復；發(fā)展現(xiàn)狀隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和交通運輸?shù)难杆侔l(fā)展，重金屬引起的環(huán)境污染問題呈逐年增加之勢[1]。重金屬在土壤中不易隨水淋濾，也不易被微生物降解，更為嚴重的是這種污染具有長期性、隱蔽性和不可逆性的特點[2]。生物修復法能克服傳統(tǒng)方法中的缺點，具有綠色、環(huán)保、經(jīng)濟、成本低、不破壞土壤生態(tài)環(huán)境和無二次污染等優(yōu)勢，而越來越受到重視。近年來，生物修復技術(shù)尤其是植物修復技術(shù)成為重金屬污染修復研究的熱點[3]。

1 植物修復的概念

植物修復或生物修復(bioremediation)是將某種特定的并對土壤中污染物質(zhì)具有特殊吸收和富集能力的植物種植在污染土壤上，通過植物生長過程不斷吸收和富集污染物質(zhì)，降低土壤中污染物質(zhì)的濃度，最終將植物收獲并進行灰化處理，從而達到治理污染與生態(tài)修復的目的[4]。美國生物學教授Ilya.Raskin認為植物修復是通過利用植物吸收、聚集、降解和固定環(huán)境污染物，從而減少或減輕污染物毒性的技術(shù)。

2 重金屬污染的植物修復研究進展

2.1 重金屬鉛的植物修復

由于汽車尾氣排放及礦山采礦造成國內(nèi)外鉛污染嚴重。經(jīng)分析可知，尾礦中Pb含量為3000×10-6，土壤表層中Pb含量高達2700×10-6，附近蔬菜葉中鉛含量超出正常水平的50倍[5]。環(huán)境中尾礦廢物的風化可以導致重金屬元素的淋濾釋放，同時鉛礦在開采過程中也會導致鉛釋放進入土壤并在土壤中富集。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中施用磷肥土壤改良，可以顯著降低土壤中非殘渣形態(tài)Pb的含量[6]，同時植物修復也可以降低土壤中鉛的含量。

在植物修復方面，能吸收鉛的植物有很多。具有生長繁殖快、分布廣、根系發(fā)達和適應性強等優(yōu)點的草本植物常常是礦山廢棄地生態(tài)恢復中的優(yōu)選植物，如禾本科的香根草(Vetiveria zizanioiaes)[7]、五節(jié)芒(Miscanthus floridulu Warb)[8]、莎草科的莎草(Cyperus microiria)[8]、菊科的蒼耳(Xanthium sibiricum Patrin)、土荊芥(Chenopodiumam brosioides L.)[9]、寬葉香蒲、蘆葦、雙穗雀稗和狗牙根[10]和羽葉鬼針草(Bidens maximovicziana Oett.)[11]等，其中土荊芥被認定為鉛超富集植物。除上述草本植物外，臭椿(Ailanthusaltissima Swingle)、紫穗槐(Amorpha fruticosaL.)[12]等木本植物對Pb污染也有較好的修復效果。印度芥菜、玉米等作物對鉛吸收量不大，但引入EDTA后增加植物的蒸騰速率，促進鉛從根系向地上部分的運輸。

2.2 重金屬砷的植物修復

土壤中重金屬污染主要來源大量有機肥料(添加劑中含有高濃度的砷)的施用。研究表明，蜈蚣草[13]和大葉井口邊草[14]是砷超富集植物，植物體根系大量積累砷，較少向地上部運輸，收獲植物進行處理達到土壤中砷濃度去除的目的。重金屬砷的去除還可以利用植物對重金屬污染物質(zhì)的揮發(fā)原理，重金屬污染物質(zhì)經(jīng)生物吸收后轉(zhuǎn)化為揮發(fā)性元素，被植物排出體外。

2.3 重金屬鋅的植物修復

鉛鋅礦床開采過程排放的廢水選礦過程中產(chǎn)生的廢液導致土壤中鋅濃度超標，同時廢石和尾礦等固體廢棄物的堆放、地表水的沖洗和雨水的淋濾使礦區(qū)土壤中累積大量的重金屬鋅。

多種植物能吸收鋅，具有生物量大、美觀和分布廣等特點，如有菊科、莎草科、禾本科、蕁麻科和唇形科等，在處理土壤中重金屬鋅時具有很高的應用價值。菊科的野菊花(Dendranthem aindicum(Linn.)Des Moul.)、禾本科的香根草(Vetiveria zizanioiaes)[15-16]、蕁麻科的蕁麻(Urtica fissa E.Pritz.)和唇形科的白蘇(Perilla frutescens)[17]、蜈蚣草、東南景天(Sedumalfrediihance)和木本植物銀柳等均是Zn污染修復植物。蜈蚣草、東南景天(Sedumalfrediihance)具有較強的忍耐土壤中的高濃度Zn的能力，通過生長發(fā)育大量吸收并轉(zhuǎn)移土壤中Zn到地上部，具有較強的修復能力。

2.4 重金屬銅的植物修復

銅在自然條件下常以硫化銅的形式存在，由于采礦和冶煉過程中技術(shù)不成熟導致銅在土壤中大量積累造成污染。菊科、禾本科、木賊科、天南星科和藜科等植物可以作為治理銅污染的先鋒植物，尤以菊科植物應用最廣，如野菊花(Dendranthem aindicum (Linn.)Des Moul.)[18]、一年蓬(Erigeron annuus(Linn.)Pers.)[19]、小飛蓬(Comnyza canadensis(L.)Cronq.)[19]等。此外，蓼車(Smartweed)[20]可以吸收多種重金屬，對銅也有較高的吸附能力；禾本科的芨芨草(Achnatherum splendens)、香根草[21]和藜科的角果藜(Ceratocarpus L.)[22]的根系大量吸收Cu后可將其轉(zhuǎn)運到地上部分，可作為治理銅污染的先鋒植物；木本植物中楊樹因其生物量豐富、分布廣和繁殖能力強，同時對Cu有較高的富集和轉(zhuǎn)移率而廣泛用于重金屬銅污染的治理工程[23]。特別指出，許多研究學者報道修復Cu污染的植物多數(shù)也可應用于土壤Ni污染的修復[22]。

2.5 重金屬鎘的植物修復

經(jīng)研究菊科植物、禾本科植物及茄科植物，對Cd污染土壤具有較強的修復能力。禾本科的百喜草(Paspalum natatum)、雜交狼尾草(Pennisetumam ericanum)[24](富集系數(shù)大于2)；菊科的白苞蒿(Artemisia lactiflora Wall)[25]；商陸科的商陸(Phytolacca acinosa Roxb.)[26]；茄科的龍葵(Solanum nigrum Linn.)、菊科的蒲公英(Herba Taraxaci)及小白酒花(Conyza canadensis)(富集系數(shù)大于1)[27]，在礦山廢棄地的生態(tài)修復工程應用廣泛。羊齒類鐵角蕨屬植物、龍葵(Solanum nigrum)[28]、印度芥菜(Brassicajuncea)對Cd有超耐性，也是Cd超積累植物。木本植物法國冬青(Ilex purpurea Hassk.)雖樹干和樹皮對重金屬富集系數(shù)較低，但因其擁有巨大的生物量，樹干和樹皮對鎘有較高的轉(zhuǎn)移系數(shù)，在修復Cd污染礦區(qū)內(nèi)廣泛推廣種植。

3 展望

植物修復尤其是重金屬污染物質(zhì)的植物修復技術(shù)作為一個可持續(xù)的修復方式，研究過程中依然存在許多問題。尤其是植物修復后續(xù)處理的方法直接決定植物修復最終的價值所在，目前針對該領(lǐng)域的研究依然很少，若能結(jié)合生物質(zhì)發(fā)電及生物質(zhì)飛灰、底灰制備重金屬固化穩(wěn)定化膠凝材料，將植物修復最終的重金屬富集體最為生物質(zhì)發(fā)電原料用于發(fā)電，產(chǎn)生的焚燒剩余物則用于生產(chǎn)重金屬固化膠凝材料，重新應用到重金屬污染土壤修復中，這樣不僅可以實現(xiàn)植物修復的雙重價值，而且為土壤重金屬污染修復找到一種可持續(xù)循環(huán)處理的方式。

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