油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田研究進(jìn)展

羅瓊　何錄秋　楊文淼

摘要 修復(fù)重金屬污染農(nóng)田是當(dāng)今迫切需要解決的問題。介紹了油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田的研究背景和油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田的原理，綜述了國內(nèi)外油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田的研究現(xiàn)狀，并提出了提高油葵修復(fù)效率的措施。

關(guān)鍵詞 油葵；重金屬污染；農(nóng)田；修復(fù)；研究進(jìn)展

中圖分類號 S565.5；X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號 1007-5739（2016）05-0225-02

Abstract Remediation of heavy metals contaminated farmland is an urgent need to solve the problem.The research background and the principle of oil sunflower repairing heavy metals contaminated farmland were introduced，and the research status of oil sunflower repairing the heavy metals contaminated farm in the domestic and foreign were summarized，and the measures to improve the efficiency of oil sunflower repairing the heavy metals contaminated farmland were put forward.

Key words oil sunflower；heavy metals contaminated；farmland；repairing；research progress

重金屬污染的危害性，長期以來一直倍受公眾關(guān)注。修復(fù)重金屬污染農(nóng)田的方法很多，而成本低、污染少、經(jīng)濟(jì)有效和環(huán)境友好的植物修復(fù)技術(shù)是當(dāng)今研究的熱點(diǎn)。其中油葵作為植物修復(fù)的材料具有很大潛力。

1 油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田的研究背景

我國農(nóng)田重金屬污染問題突出，如何高效率地修復(fù)污染農(nóng)田，保護(hù)農(nóng)田生態(tài)環(huán)境，保證健康糧食已是破在眉睫。油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田技術(shù)相比較而言，具有絕對的優(yōu)勢，不僅成本低，人們?nèi)菀捉邮堋?shí)施和維持，而且比自然稀釋污染物速度快、減少廢物填埋、保護(hù)自然資源，此外還可以收獲植物，獲得較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。因此，該技術(shù)具有雙重經(jīng)濟(jì)效益。

1.1 我國重金屬污染農(nóng)田現(xiàn)狀的嚴(yán)峻性

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的飛速前進(jìn)，伴隨產(chǎn)生的大量污染物直接或間接地進(jìn)入農(nóng)田，污染農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)。根據(jù)2014年環(huán)境保護(hù)部公布的中國土壤污染數(shù)據(jù)表明，中國已有19.4%耕地土壤被污染，污染面積約達(dá)2 300萬hm2，從污染類型看，其中無機(jī)污染物超標(biāo)點(diǎn)位數(shù)高達(dá)82.8%[1]。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)[2-3]，目前中國污灌區(qū)所生產(chǎn)大米幾乎都遭受不同程度的重金屬污染，是我國城市的主要重金屬污染物。中國每年被重金屬污染的糧食多達(dá)1 200萬t[4]。重金屬污染不僅導(dǎo)致糧食減產(chǎn)，且可影響人體健康。

1.2 油葵研究應(yīng)用的優(yōu)越性

油葵為一年生草本植物，屬菊科，是向日葵的一種，是一種適應(yīng)性廣、耐鹽堿、耐干旱、耐瘠薄的油料作物，其抗逆性強(qiáng)、生育期短、產(chǎn)值高，且籽粒含油量高、品質(zhì)優(yōu)良。油葵在眾多的植物修復(fù)材料中，相比較而言，具有較高的優(yōu)越性和價(jià)值：一是生態(tài)環(huán)保價(jià)值。油葵根系發(fā)達(dá)，生物量大，生長迅速，適應(yīng)性強(qiáng)，抗旱耐瘠薄，據(jù)研究表明，油葵在污染土壤中均能夠正常地生長，沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀，不影響油葵的產(chǎn)量，而且因其地上部分生物量大，能夠吸收積累大量的多種重金屬，重金屬Cu、Cd在植株中的含量明顯高于土壤本底值，油葵對Cu、Pb、Cd、As等重金屬具有顯著的富集特性。二是營養(yǎng)健康價(jià)值。從重金屬污染土地上種植的油葵種子提取的油葵油質(zhì)量符合國家食用安全標(biāo)準(zhǔn)（GB2716—2005規(guī)定As≤0.1 mg/kg，Pb≤0.1 mg/kg）。油葵油被稱為“保健油”“健康油”。油葵籽粒產(chǎn)量高，種子中含有豐富的營養(yǎng)成分，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值。油葵油不僅含有豐富的亞油酸，有助排除膽固醇及其產(chǎn)物，減輕動(dòng)脈硬化，維持血壓平衡；而且還含有較多的維生素和礦物質(zhì)，有助于提高免疫力、促進(jìn)新陳代謝、延緩衰老。三是經(jīng)濟(jì)價(jià)值。油葵市場價(jià)格約5 900元/t，成品油價(jià)格約18 000元/t，油葵籽實(shí)含油率為42.9%。農(nóng)民種植油葵產(chǎn)量3 750 kg/hm2，產(chǎn)值22 125元/hm2。四是其他綜合利用價(jià)值。油葵油屬于品質(zhì)優(yōu)良的半干性油，可以廣泛地應(yīng)用于制造業(yè)、工業(yè)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)。在制造業(yè)中油葵油是用來制造聚脂、樹脂、膠片、肥皂、蠟燭及香料等的重要原料。在工業(yè)中可用作油漆的原料，可提煉潤滑油、汽油等，用于制革 、石油、紡織等工業(yè)上。

2 油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田的原理

早在1583年，人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)一些植物種能夠生長在重金屬含量相對較高的土壤中[5]。1977年，Brooks[6]提出了超富集植物的概念。1983年，Chaney[7]首次提出了利用超富集植物清除土壤中重金屬污染物的思想。植物對重金屬污染位點(diǎn)的修復(fù)可分為植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)、植物過濾、植物提取等4種方式，目前研究最多并且最有前景的方法是植物提取，在實(shí)踐中已經(jīng)表現(xiàn)出良好的修復(fù)性能[8]。植物提取是利用植物的根系從土壤中吸取重金屬，并將其轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存到植物的地上部分，然后收割地上部分[9]。

油葵為一年生草本植物，是菊科油葵屬，油葵抗旱耐瘠薄，根系發(fā)達(dá)，生長迅速，生物量大，對重金屬的富集性能和耐受性都比較強(qiáng)。據(jù)研究表明，油葵在污染土壤中均能夠正常地生長，沒有出現(xiàn)明顯的毒害癥狀，不影響油葵的產(chǎn)量，而且因其地上部分生物量大，能夠吸收積累大量的多種重金屬，重金屬Cu、Cd在植株中的含量明顯高于土壤本底值，油葵對Cu、Pb、Cd、As等重金屬具有顯著的富集特性。充分利用油葵對重金屬的耐性和富集特性，將其種植在重金屬復(fù)合污染的地區(qū)，吸收積累土壤中的重金屬，通過對成熟植株的挖采和處理，即油葵成熟后通過收割加工地上部分來提取土壤中的重金屬，并且從油葵種子獲得的提取油質(zhì)量符合國家食用安全標(biāo)準(zhǔn)。

3 國內(nèi)外油葵修復(fù)重金屬污染農(nóng)田研究現(xiàn)狀

3.1 油葵對Cd污染農(nóng)田的修復(fù)

1984年Cd被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署列為“危害全球環(huán)境的化學(xué)物質(zhì)和化學(xué)過程清單”的首位[10]。油葵對Cd污染土壤具有一定的耐性，并且對Cd具有較強(qiáng)的吸收潛力。據(jù)Chen等[11]研究，向日葵地上部對Cd的積累量超過100 mg/kg。牛之欣等[12]研究表明，水培條件下紫花苜蓿、芥菜、向日葵、蓖麻根部與地上部對Cd的富集系數(shù)隨重金屬濃度的增加而減小，而富集量則相反。

3.2 油葵對Pb污染農(nóng)田的修復(fù)

Pb具有類似雌激素的作用，能導(dǎo)致包括人類在內(nèi)各種生物的生殖功能下降[13]。植株根部與地上部對Pb的富集量隨重金屬濃度的增加而增加，富集系數(shù)則相反[14]。在含Pb較低濃度溶液中，向日葵具有很強(qiáng)積累Pb的能力[15]。采用向日葵種苗過濾法可以使水體中的Pb在72 h內(nèi)由100 mg/L迅速減少至5 mg/L以下，其中根部的積累量最高[16]。

3.3 油葵對Cu污染農(nóng)田的修復(fù)

當(dāng)土壤中的有效Cu含量達(dá)到200 mg/kg時(shí)，植物的正常生長受到嚴(yán)重影響[17]。油葵對Cu有明顯的積累能力。采用種苗過濾法能夠在96 h內(nèi)使水體中的Cu濃度顯著降低[18-19]。據(jù)王永芬等[20]研究表明，當(dāng)土壤中添加Cu濃度為200 mg/kg時(shí)，Cu含量的葉根比達(dá)到1.27，此時(shí)集中收獲植株地上部分，可移出土壤中過多的有效銅。

3.4 油葵對Zn污染農(nóng)田的修復(fù)

油葵幼苗對Zn污染具有很好的修復(fù)作用。利用向日葵種苗根和莖的積累過濾，可以使水體的Zn濃度在144 h內(nèi)明顯降低[16]。Arash等[21]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)向日葵幼苗過濾后，被污染水體中的Zn、Cu、Pb濃度均在EPA（美國環(huán)保署）和FAO（聯(lián)合國糧農(nóng)組織）規(guī)定的農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的安全范圍內(nèi)[21]。

3.5 油葵對Cr污染農(nóng)田的修復(fù)

Fozia等[22]研究證明，油葵莖對Cr也有一定的吸收作用，根部對Cr的吸收效果非常明顯，但轉(zhuǎn)移速度較慢；種子的吸收速度要比根、莖慢得多。

4 提高油葵修復(fù)效率的措施

植物修復(fù)效率一方面取決于植物自身的生物量，另一方面取決于超富集植物對重金屬的積累量[23]。影響重金屬植物修復(fù)的因素主要有氣候因子和土壤因子[24]。通過控制一些因素和各種農(nóng)藝措施，可以提高油葵修復(fù)的效率[25]。

4.1 合理施肥

合理施肥可促進(jìn)植物生長，提高植物生物量，可以強(qiáng)化重金屬污染土壤的植物修復(fù)，使植物修復(fù)效率提高數(shù)倍[26]。Mahmoud等研究證明，通過使用螯合劑DTPA、調(diào)節(jié)pH值和合理施肥，可使向日葵對Zn和Pb的吸收大幅提高。對生長于Cu污染土壤的油葵進(jìn)行CO2施肥處理后，植株體內(nèi)的Cu含量顯著增加，Cu積累的葉根比也顯著增加，說明CO2施肥有利于Cu由根向葉片的運(yùn)輸[27]。但需要注意的是，肥料的使用量需要在一個(gè)適當(dāng)?shù)姆秶鷥?nèi)[28]。

4.2 科學(xué)栽培

合理的油葵栽培與田間管理同樣會(huì)提高植物修復(fù)效率。Liphadzi等研究表明，在向日葵稀植條件下，其葉片中的重金屬（Cd、Ni、Pb、Cu、Zn）含量明顯高于密植處理，但由于密植時(shí)其生物量是稀植時(shí)的1.5倍左右，所以油葵在密植條件下對土壤中重金屬的去除效率比稀植條件下要高。

4.3 應(yīng)用植物修復(fù)劑

添加螯合劑和有機(jī)酸等能夠促使重金屬離子解吸和溶解[29]。EDTA是目前使用最廣、效果較好的螯合劑之一，可以明顯提高油葵對重金屬的吸收量[13，28]。采用向日葵修復(fù)Cd-Ni復(fù)合污染土壤時(shí)，當(dāng)一次加入5 mmol/kg EDTA或分2次加入10 mmol/kg檸檬酸時(shí)，植株提取的Ni總量最大；當(dāng)加入EDTA 2.5 mmol/kg或檸檬酸5 mmol/kg時(shí)，向日葵提取的Cd總量達(dá)最大值[30]。Liphadzi等[31]研究表明，加入EDTA可以明顯增強(qiáng)向日葵對重金屬的去除效果。

5 展望

綜上所述，油葵對重金屬污染具有很強(qiáng)的耐受性和植物修復(fù)能力，可以有效去除土壤中的重金屬元素，修復(fù)重金屬污染農(nóng)田，并且油葵經(jīng)濟(jì)價(jià)值高。因此，種植油葵是治理農(nóng)田重金屬污染的一條行之有效的途徑，具有廣闊的應(yīng)用前景和推廣價(jià)值，對改善農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境、保障農(nóng)產(chǎn)品安全、實(shí)現(xiàn)農(nóng)民增產(chǎn)增收將起到重要作用。我國農(nóng)田重金屬污染問題直接關(guān)系到國家的糧食安全，現(xiàn)階段普遍推廣的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)尚存在諸多不足之處，仍需不斷深入研究改進(jìn)和創(chuàng)新解決辦法[32-34]。

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