土壤重金屬污染強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

徐劍鋒，王雷，熊瑛，席北斗，張列宇，毛旭輝，楊天學(xué)，吳明紅，李彤彤,4

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院地下水與環(huán)境系統(tǒng)工程創(chuàng)新基地，國家環(huán)境保護(hù)地下水污染模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 2.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200444 3.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070 4.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048 5.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044

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土壤重金屬污染強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

徐劍鋒1,2，王雷1,3*，熊瑛5，席北斗1，張列宇1，毛旭輝3，楊天學(xué)1，吳明紅2，李彤彤1,4

1.中國環(huán)境科學(xué)研究院地下水與環(huán)境系統(tǒng)工程創(chuàng)新基地，國家環(huán)境保護(hù)地下水污染模擬與控制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100012 2.上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院，上海 200444 3.武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，湖北 武漢 430070 4.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與旅游學(xué)院，北京 100048 5.北京建筑大學(xué)環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044

土壤重金屬污染修復(fù)主要采用物理、化學(xué)和生物修復(fù)技術(shù)。生物修復(fù)技術(shù)中的植物修復(fù)技術(shù)是用于土壤重金屬污染修復(fù)的可靠技術(shù)，由于植物修復(fù)技術(shù)具備花費(fèi)低、適應(yīng)性強(qiáng)、無二次污染等特點(diǎn)，得到廣泛關(guān)注，是當(dāng)今國際資源、環(huán)境、生物學(xué)科交叉領(lǐng)域的前沿和熱點(diǎn)。利用植物修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵是篩選或培育出生命力頑強(qiáng)，適應(yīng)性較廣，能夠忍耐外在重金屬脅迫環(huán)境，并在體內(nèi)大量富集重金屬的植物物種。綜合分析比較了目前土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，針對土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)存在的限制性問題，綜述了目前強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展，探討通過采取物理、化學(xué)和生物技術(shù)等方法提高修復(fù)植物的生物量和重金屬積累量。重點(diǎn)闡述了基因工程技術(shù)、螯合誘導(dǎo)技術(shù)、根系和菌根強(qiáng)化植物修復(fù)的作用機(jī)制及應(yīng)用效果，并展望了今后的研究方向。

土壤污染；重金屬；植物修復(fù)；根系分泌物

隨著礦產(chǎn)資源的不合理開發(fā)與利用、污水灌溉、化肥和農(nóng)藥的大量施用、工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，土壤污染日益嚴(yán)重[1]。目前我國污灌區(qū)面積約140萬hm2，受重金屬污染的土地面積占污灌區(qū)總面積的64.8%。全國受污染耕地約占1/10，并且以Hg和Cd污染面積最大，每年因重金屬污染的糧食達(dá)1.2×107t，直接經(jīng)濟(jì)損失超過200億元[2]。土壤重金屬污染引發(fā)的農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全問題和群體性事件逐年增多，嚴(yán)重危及群眾的健康安全，如不引起足夠的重視，將成為制約社會穩(wěn)定以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素[3]。面對嚴(yán)峻的形勢，如何治理土壤重金屬污染已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)、生態(tài)和環(huán)境科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。

2010年7月由環(huán)境保護(hù)部編制完成了首部重金屬污染防治規(guī)劃——《重金屬污染綜合防治規(guī)劃(征求意見稿)》，隨著“十三五”土壤修復(fù)工作全面鋪開，環(huán)境保護(hù)部組織編制完成了《重金屬及有毒有害化學(xué)物質(zhì)污染防治“十三五”規(guī)劃綱要(征求意見稿)》，為實(shí)現(xiàn)土地的可持續(xù)利用，保障人類獲得充足且安全的食品，迫切需要研究出經(jīng)濟(jì)、高效、適用的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)[4]。土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)主要包括物理、化學(xué)和生物修復(fù)，而生物修復(fù)中的植物修復(fù)技術(shù)作為新興、高效的生物修復(fù)途徑，已被科學(xué)界和政府部門認(rèn)可并選用。雖然植物修復(fù)在土壤重金屬污染修復(fù)方面表現(xiàn)出很高的潛力，但在實(shí)際應(yīng)用中由于自身一些固有特性受到很大限制。綜合分析比較了目前常用的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)，針對重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)存在的局限性，重點(diǎn)闡釋了目前強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)的研究進(jìn)展并對其發(fā)展趨勢進(jìn)行了展望，以期為土壤重金屬污染治理提供科學(xué)依據(jù)。

1 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

1.1 發(fā)展階段

西方國家在土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)研究方面開展較早，并且有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。歐美等國家的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)發(fā)展過程分為3個階段[5]：1)20世紀(jì)80年代前期，以物理、化學(xué)修復(fù)為主，主要有挖掘填埋、客土法、固化/穩(wěn)定化、土壤氣提、化學(xué)萃取等方法；2)20世紀(jì)80年代—21世紀(jì)初，包括物理、化學(xué)和生物修復(fù)，主要有淋洗、萃取、氧化還原、玻璃固化和熱脫附等方法；3)21世紀(jì)以來，研究重點(diǎn)為植物修復(fù)及自然轉(zhuǎn)移和衰減領(lǐng)域等方法，開始向高效經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展。

我國在土壤重金屬污染治理方面起步較晚，主要經(jīng)歷了4個發(fā)展階段[6]：1)20世紀(jì)60年代以前，以物理修復(fù)為主，主要有填埋、刮土、復(fù)土等方法；2)20世紀(jì)70—80年代，仍以物理修復(fù)為主，逐漸開始向土地資源穩(wěn)定利用和環(huán)境工程應(yīng)用方面轉(zhuǎn)移；3)20世紀(jì)90年代，發(fā)展了化學(xué)和生物修復(fù)，主要選用超量積累植物、耐性植物通過土地復(fù)墾，以達(dá)到恢復(fù)土壤特性目的；4)21世紀(jì)以來，主要采用植物、動物、微生物、固化/穩(wěn)定化、土壤氣提、氧化還原、熱脫附、淋洗、化學(xué)萃取等方法，植物修復(fù)成為研究和應(yīng)用熱點(diǎn)。

1.2 技術(shù)性能

隨著人們對環(huán)境保護(hù)的日益重視，開始探索不破壞土壤生態(tài)環(huán)境的修復(fù)技術(shù)來治理重金屬污染土壤[7]。土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的選擇不僅要考慮重金屬污染隱蔽性、長期性和不可逆性的特點(diǎn)，還要結(jié)合重金屬污染物和土壤的理化性質(zhì)、場地特性、土地利用和修復(fù)目標(biāo)、修復(fù)時間和費(fèi)用、政府和業(yè)主的接受程度及公眾的意見等因素[8]。表1[9-11]列出目前常用修復(fù)技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)以及適用土壤類型，以便工程應(yīng)用中綜合分析各相關(guān)因素優(yōu)選出最佳修復(fù)技術(shù)。

表1 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)[9-11]

物理修復(fù)技術(shù)不僅成本昂貴，破壞土體結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致土壤肥力下降，而且存在工程量大、二次污染的缺點(diǎn)，不能從根本上解決問題?；瘜W(xué)修復(fù)技術(shù)受土壤理化性質(zhì)影響較大，不能根除重金屬且有再度溶出的風(fēng)險，投資較大，治理費(fèi)用相對較高[12]。與傳統(tǒng)的物理和化學(xué)方法相比，生物修復(fù)技術(shù)具有成本低、來源廣、無二次污染的特點(diǎn)，尤其適用于低濃度重金屬的去除。目前，應(yīng)用較為廣泛、治理效果顯著的生物修復(fù)技術(shù)是植物修復(fù)和微生物修復(fù)。但微生物修復(fù)存在難以克服的缺陷[13]：微生物經(jīng)歷生長—增殖—死亡過程后，重金屬又重新回歸到土壤中難以從土壤中分離；微生物僅對特定的1種或1類重金屬有效，且微生物對土壤環(huán)境(如pH、溫度、含水率、溶解氧濃度等)的要求較苛刻。

植物修復(fù)技術(shù)不僅成本低、易操作、應(yīng)用范圍廣、無二次污染，并且有利于土壤有機(jī)質(zhì)和土壤肥力增加，可從修復(fù)植物硅體中回收貴重金屬，取得直接經(jīng)濟(jì)效益，也可清除土壤周圍大氣、水體中的污染物，更易被社會接受[14-15]。

2 土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)研究主要集中在植物的土壤修復(fù)機(jī)理以及修復(fù)植物的篩選(即超富集植物)兩大方面。植物修復(fù)技術(shù)不僅包括對污染物的吸收和去除，也包括對污染物的原位固定和轉(zhuǎn)化。其修復(fù)技術(shù)[18]主要包括植物固定、植物揮發(fā)和植物提取技術(shù)，機(jī)理見圖1。重金屬超富集植物是指能夠吸收土壤中過量的重金屬并能轉(zhuǎn)運(yùn)和富集在地上部分的一類植物。

圖1 土壤重金屬污染植物修復(fù)機(jī)理Fig.1 Mechanism of soil heavy metals in phytoremediation

2.1 植物修復(fù)技術(shù)機(jī)理

植物固定是利用特定植物的根或分泌物，改變土壤根際環(huán)境，通過累積、沉淀、轉(zhuǎn)化重金屬的價態(tài)和形態(tài)，降低土壤中有毒重金屬的移動性和毒性，從而降低重金屬滲漏污染地下水和周圍環(huán)境的風(fēng)險[19]。植物固定包括分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種過程。目前，該技術(shù)已在工程領(lǐng)域得到一定應(yīng)用。Oh等[20]在研究植物對土壤中鉛的固定時發(fā)現(xiàn)，一些植物可降低鉛的生物有效性。Dushenkov等[21]研究發(fā)現(xiàn)，Pb可與根系分泌的磷酸鹽結(jié)合形成難溶磷酸鉛固定在植物根部。

植物提取是利用植物從土壤中吸取1種或幾種重金屬污染物，并將其轉(zhuǎn)移、貯存到地上部分，連續(xù)種植該植物，隨后收割地上部并進(jìn)行集中處理，達(dá)到降低或去除土壤重金屬的目的[22]。該技術(shù)最適合淺層且污染程度較低的土壤修復(fù)，所用植物需具有生物量大、生長快和抗病蟲害能力強(qiáng)等特點(diǎn)，還要具備富集多種重金屬的能力[23]。Li等[24]研究植物提取修復(fù)對土壤重金屬的影響，結(jié)果表明，連續(xù)3 a植物提取修復(fù)后，土壤全量Cd、Zn含量顯著低于對照組。Yuan等[25]研究表明，海州香薷(Elsholtziasplendens)生長能降低土壤中Cu含量。在受Zn污染嚴(yán)重的土壤上研究垂枝樺(BetulapendulaRoth)，發(fā)現(xiàn)垂枝樺各部位Zn的積累量及總積累量超過其他已知植物[26]。

植物揮發(fā)是利用植物根系吸收、積累和揮發(fā)重金屬，或利用根系分泌的一些特殊物質(zhì)，將揮發(fā)性重金屬轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)揮發(fā)到大氣中，以降低土壤污染，目前對Hg和Se研究較多[27]。Meagher等[28]采用遺傳工程方法治理土壤汞污染，結(jié)果表明，土壤中甲基汞經(jīng)過植物吸收并降解成汞繼而揮發(fā)。因此植物揮發(fā)只是將污染物從土壤經(jīng)植物轉(zhuǎn)移到大氣中進(jìn)行稀釋，考慮到現(xiàn)場空氣中的揮發(fā)性重金屬濃度及重金屬的再次沉降，該方法存在一定風(fēng)險，且該方法受植物根系范圍等限制，處理能力不強(qiáng)。

2.2 超富集植物的篩選

植物篩選研究主要集中在篩選標(biāo)準(zhǔn)、植物類型以及植物修復(fù)效率等方面。超富集植物篩選標(biāo)準(zhǔn)為：1)植物地上部分重金屬濃度積累達(dá)到一定的量；2)生物富集系數(shù)(地上部分重金屬濃度土壤重金屬濃度)大于1；3)轉(zhuǎn)運(yùn)系數(shù)(地上部分重金屬濃度地下部分重金屬濃度)大于1[29]。庭薺屬、擬南芥、龍葵、鳳眼蓮和天藍(lán)遏藍(lán)菜可作為Ni、Cd、Zn和Pb的超富集植物[30]。目前，世界上共發(fā)現(xiàn)有400多種超富集植物，其中主要是鎳的超富集植物[31]，且主要適宜生長在干旱的礦區(qū)周圍[32]。伴礦景天是新近研究發(fā)現(xiàn)的ZnCd超富集植物，Ma等[33]研究發(fā)現(xiàn)，伴礦景天可從污染土壤中提取高濃度的鋅和鎘，對植物修復(fù)重金屬污染土壤有很大潛力。

濕地植物量大且覆蓋面較廣，其整體重金屬吸收量是其他修復(fù)植物無法匹敵的，是一類潛在修復(fù)土壤重金屬污染的優(yōu)勢物種，因此可從現(xiàn)有常用濕地植物中選出適宜的物種[34]。Mishra等[35]研究發(fā)現(xiàn)，浮水植物大薸、浮萍、鳳眼蓮對Cu、Cd、Cr、Zn的去除率均可達(dá)75%以上，其中對Zn的去除率可達(dá)到90%左右。Rai等[36]研究發(fā)現(xiàn)，沉水植物苦草對Hg、Ag的去除率分別達(dá)70%～84%和63%。超富集植物的主要問題在于植物修復(fù)效率，目前已知的超富集植物大都植株矮小、生物量低、生長緩慢，且多為連作生長，不易于機(jī)械化操作；1種植物通常只能吸收1種或2種重金屬，對土壤中共存的其他重金屬忍耐能力差，從而限制了植物修復(fù)技術(shù)在復(fù)合污染土壤治理方面的應(yīng)用[37]。濕地植物對污染環(huán)境中的重金屬具有極強(qiáng)的富集能力，其體內(nèi)的重金屬濃度可達(dá)其生長環(huán)境中重金屬濃度的數(shù)百甚至數(shù)千倍，因此濕地植物在重金屬修復(fù)方面具有廣闊的應(yīng)用前景[38]。

3 土壤重金屬污染植物強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)

土壤重金屬污染治理工作僅使用植物修復(fù)技術(shù)難以快速達(dá)到預(yù)期效果，需輔以其他技術(shù)手段：如根際微生物克服其自身生物學(xué)缺陷；通過化學(xué)修復(fù)技術(shù)(如絡(luò)合劑、土壤改良劑)等增加目標(biāo)重金屬的生物有效性，提高植物吸收速率，進(jìn)而提高土壤重金屬污染修復(fù)效率；通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)優(yōu)化植物本身性能[39]。目前在強(qiáng)化植物修復(fù)效率方面，研究者正致力于開發(fā)增加植物生物量的同時又大幅提高對重金屬絕對吸收的技術(shù)，主要包括基因工程、螯合誘導(dǎo)(螯合劑、表面活性劑)、根系強(qiáng)化、菌根強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)。

3.1 基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

基因工程是將對重金屬污染土壤有修復(fù)作用的異源目的基因轉(zhuǎn)入超富集植物，在植物體內(nèi)進(jìn)行有效的表達(dá)并參與重金屬吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、轉(zhuǎn)化、隔離、絡(luò)合及揮發(fā)等過程[40]。異源目的基因的轉(zhuǎn)入能有效增加植物對重金屬的提取，從而提高植物修復(fù)的效率，如金屬螯合劑、金屬硫蛋白(MTs)、植物螯合肽(PCs)和重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等基因。Thomas等[41]研究表明，酵母的MTs基因CUP1導(dǎo)入含Cu量高的沙地上生長的煙草中，CUP1煙草幼苗葉片累積的Cu是對照組的2～3倍。運(yùn)用基因技術(shù)對重金屬轉(zhuǎn)運(yùn)體處理后可明顯提高植物對重金屬的耐性和積累性。Nagata等[42]研究表明，利用基因工程手段，同時構(gòu)建含有汞運(yùn)載體(Mer T)和表達(dá)超積累Hg的多聚磷酸鹽激酶基因(poly P)的表達(dá)載體，通過轉(zhuǎn)化獲得的轉(zhuǎn)基因煙草，不僅對Hg的吸收加強(qiáng)，而且對Hg的積累也大大加強(qiáng)?；蚬こ碳夹g(shù)被認(rèn)為是改良超富集植物對重金屬耐性和富集能力的有效途徑，為植物修復(fù)的發(fā)展開辟了廣闊的應(yīng)用前景，并成為強(qiáng)化植物修復(fù)領(lǐng)域最具潛力的發(fā)展方向之一。

3.2 螯合誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

目前強(qiáng)化植物修復(fù)中使用的螯合劑主要分為人工螯合劑和天然螯合劑，常用的螯合劑有乙二胺四乙酸(EDAT)和乙二胺四乙酸鈉(EDAT-Na2)。由于螯合劑具有廣泛的配位性能，幾乎能與所有的金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，可以改變重金屬在土壤中的形態(tài)分布，從而使重金屬由不溶態(tài)轉(zhuǎn)化為可溶態(tài)，大大活化土壤中的重金屬，增加重金屬離子的溶解度，為土壤淋洗或植物吸收創(chuàng)造有利條件，并顯著增強(qiáng)重金屬向植物地上部分的轉(zhuǎn)運(yùn)[43]。Seth等[44]將0.5 mgL的EDTA混勻加入鉛污染土壤中，發(fā)現(xiàn)向日葵根部和地上部分Pb濃度分別提高了135和575 mgkg，達(dá)到強(qiáng)化去除土壤中重金屬的目的。天然螯合劑通過酸化、沉淀、絡(luò)合、氧化還原等方式改變重金屬溶解性或間接通過對土壤微生物群落的作用來影響重金屬活性以提高植物提取重金屬的效率[45]。Wang等[46]研究表明，用70 mgL的草酸處理Cr超富集植物李氏禾，緩解了生物量的減少和Cr對根系生長的抑制作用。目前，研究重點(diǎn)逐漸從難降解人工螯合劑轉(zhuǎn)移到對環(huán)境危害較小的天然螯合劑或易降解螯合劑上。近幾年，生物可降解螯合劑，如乙二胺二琥珀酸(EDDS)、氨三乙酸(NTA)和檸檬酸(CIT)成為研究熱點(diǎn)[47]。

表面活性劑主要分為化學(xué)合成表面活性劑和天然生物表面活性劑。表面活性劑的作用機(jī)制是土壤界面的吸附和金屬的締合及有效絡(luò)合去除重金屬[48]，然后通過離子交換或與重金屬離子發(fā)生配合反應(yīng)解吸被吸附的重金屬，最終使重金屬和表面活性劑膠束締合。表面活性劑具備降低Cu、Pb、Cd和Zn在黏土中的吸附作用。研究表明，在生物淋濾試驗(yàn)中，表面活性劑Tween-80的最佳投加量為6.0 gL時，元素硫的生物氧化率明顯提高，污泥酸化速度加快，Gu和Zn的淋溶效果最好[49]。時進(jìn)鋼等[50]研究了銅綠假單胞菌所產(chǎn)生的鼠李糖脂去除沉積物中的重金屬，結(jié)果表明，鼠李糖脂對沉積物中Pb和Cd的去除率分別為36.5%和80.1%。 3%的皂角苷對Cu、Pb、Cd和Zn淋洗量分別達(dá)43.87%、83.54%、95.11%和20.35%，能起到絡(luò)合洗脫污灌土壤中重金屬作用[51]。

3.3 根系強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

根系分泌物作為根際沉積的重要組成部分，包括高分子量的黏膠和胞外酶，以及低分子量的有機(jī)酸、糖、酚及各種氨基酸(包括非蛋白氨基酸，如植物鐵載體)[52]。根系分泌物作為植物與土壤發(fā)生物質(zhì)交換的載體，能夠通過活化、螯合、絡(luò)合、脅迫等方式，降低重金屬在土壤中的遷移和擴(kuò)散能力，從而降低重金屬的毒性。首先，根系分泌物能對土壤中的重金屬進(jìn)行活化，如海州香薷和鴨跖草根系分泌物能對污染土壤中Cu進(jìn)行活化[53]，以便于植物吸收，從而降低或消除重金屬污染物化學(xué)毒性和生物毒性[54-55]；其次，根系分泌物通過螯合土壤中的重金屬來降低或消除其毒性，如植物根系在10～50 μmolL的Al脅迫條件下根尖檸檬酸合成酶活性增加，分泌出大量的檸檬酸形成檸檬酸-Al的螯合物以解除Al毒[56]；根系分泌物還可降低土壤的pH，從而促進(jìn)根系的發(fā)育并進(jìn)一步提升根系分泌物的產(chǎn)生量，最終提升植物對重金屬的修復(fù)能力。

3.4 菌根強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

菌根真菌(AM)可增強(qiáng)宿主植物對重金屬的耐受性，影響植物對重金屬的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和累積，以達(dá)到強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)對土壤重金屬污染的治理。AM通過根外菌絲和孢子提供重金屬結(jié)合的位點(diǎn)，結(jié)合土壤中的重金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，降低重金屬的移動性。Valentinuzzi等[57]研究了菌根小麥和無菌根小麥根際Cu、Pb、Zn和Cd的形態(tài)分布，結(jié)果表明，菌根可通過改變根際中重金屬的形態(tài)來改變重金屬的生物有效性，降低重金屬的毒性。此外，AM通過根外菌絲內(nèi)的聚磷酸鹽結(jié)合重金屬，降低了重金屬的生物有效性，減少重金屬向植物體內(nèi)運(yùn)輸[58]。AM定殖在植物根系上，通過菌絲磷酸鹽、巰基等化合物的絡(luò)合作用，提高根系結(jié)合重金屬的能力，將重金屬離子固持在作物根系中，減少重金屬向地上部遷移。Nogales等[59]研究發(fā)現(xiàn)，在200 mgkg的Cr(Ⅲ)污染土壤中，接種叢枝菌根真菌(GlomusintraradicesBEG 72)較不接種對長葉車前(Plantagolanceolata)的促生效應(yīng)更顯著，其植物地上部Cr濃度也相對較低。AM具有較強(qiáng)的吸附能力，可以將大量重金屬固持在其表面，從而阻滯重金屬進(jìn)入菌絲及植物體內(nèi)，降低重金屬對叢枝菌根真菌和宿主植物的危害。Fagundes-klen等[60]研究發(fā)現(xiàn)Glomusmosseae菌絲吸附Cu(Ⅱ)的能力為3～14 gkg。重金屬污染情況下，AM直接影響到植物對重金屬的吸收累積，一般認(rèn)為，叢枝菌根可以抑制重金屬自植物根系向地上部的運(yùn)輸，從而減輕重金屬對植物的生理毒害。如Chen等[61-62]利用室內(nèi)模擬盆栽的方法研究發(fā)現(xiàn)，叢枝菌根能在改善植物磷營養(yǎng)的同時降低植物地上部Cu、As和Cd的濃度，從而減緩重金屬對宿主植物的毒害。

4 結(jié)論及展望

(1)植物修復(fù)技術(shù)的核心是超富集植物，但目前對超富集植物的研究多集中在旱生植物，對濕地植物系統(tǒng)性研究較少，尚未形成完備的濕地植物修復(fù)土壤重金屬污染的方案，限制了植物修復(fù)土壤重金屬污染的廣泛性，因此有必要系統(tǒng)深入研究濕地植物吸收、運(yùn)輸重金屬機(jī)理，特別是重金屬的解毒機(jī)理，使?jié)竦刂参镄迯?fù)土壤重金屬污染有更廣闊的應(yīng)用前景。

(2)植物吸收重金屬主要是通過根系分泌物的作用，雖然關(guān)于根系分泌物的研究已取得一定成績，但還有很多不足之處。如何準(zhǔn)確測定根系分泌物，特別是低含量、易揮發(fā)、易降解分泌物的種類和濃度；根際微生物與根系分泌物之間的相互影響效應(yīng)以及作用途徑等。因此有必要進(jìn)一步研究對重金屬吸收起到主要作用的根系分泌物種類，以利于通過外加物質(zhì)螯和誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)，增強(qiáng)植物修復(fù)效率。

(3)修復(fù)植物收獲后的處理技術(shù)作為植物修復(fù)技術(shù)的重要組成部分，目前采取措施只是將其焚燒、堆肥、壓縮填埋、高溫分解、灰化和液相萃取等簡單處理，對修復(fù)后植物的應(yīng)用價值沒有全面挖掘。因此應(yīng)加強(qiáng)對處理后的植物進(jìn)一步吸收或吸附重金屬的研究，并對其作為能源生物電池等的潛在價值進(jìn)行深入研究。

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Research progress on strengthening phytoremediation technologies for heavy metals contaminated soil

XU Jianfeng1,2, WANG Lei1,3, XIONG Ying5, XI Beidou1, ZHANG Lieyu1, MAO Xuhui3,YANG Tianxue1,WU Minghong2, LI Tongtong1,4

1.State Environmental Protection Key Laboratory of Simulation and Control of Groundwater Pollution, Groundwater and Environmental System Engineering Innovation Base, Chinese Research Academy of Environmental Sciences, Beijing 100012, China 2.School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University, Shanghai 200444, China 3.School of Resources and Environmental Science, Wuhan University, Wuhan 430070, China 4.College of Resource Environment and Tourism, Capital Normal University, Beijing 100048, China 5.School of Environment and Energy Engineering , Beijing University of Civil Engineering and Architecture, Beijing 100044, China

The traditional remediation technologies of the soil contaminated heavy metals were mainly physical, chemical and biological. The phytoremediation technologies are reliable biological technologies for removing the heavy metal pollution in soil in recent years and become the frontier and hot research areas of resource, environmental and biological sciences internationally. Due to their low cost, wide adaptability and no secondary pollution, the phytoremediation technologies have been widely studied. To screen out or breed suitable plant species which can tolerate and accumulate multiple metals, with fast growth and wide adaptation is of most importance for phytoremediation. The current remediation technologies of heavy metals in soil were summarized. In view of the restriction problems of phytoremediation of heavy metals in soil, the research progress of strengthening phytoremediation technologies were reviewed. The physical, chemical, and biotechnology methods for increasing the plant biomass and heavy metal accumulation were discussed, focusing on the mechanism and application effects of genetic engineering technology, chelate induced technology, root exudates and arbuscular mycorrhizae strengthening phytoremediation, and prospecting future research directions.

soil contamination; heavy-metal pollution; phytoremediation technology; root exudate

2016-10-09

國家科技支撐計劃項(xiàng)目(2015BAL04B01)

徐劍鋒(1990—)，男，碩士，主要從事土壤地下水重金屬污染修復(fù)研究，xujifengat@163.com

*責(zé)任作者：王雷(1986—)，男，博士，主要從事環(huán)境污染控制研究，wangleicraes@163.com

X53

1674-991X(2017)03-0366-08

10.3969/j.issn.1674-991X.2017.03.051

徐劍鋒，王雷，熊瑛，等.土壤重金屬污染強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報,2017,7(3):366-373.

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