植物修復在充填復墾中的應用探析

朱子清　王　晨　田宗星

摘要闡述了充填復墾區(qū)植物修復的概念，介紹了修復的主要方式及其選擇，分析了植物修復的可行性以及修復植物的選擇，并進行了展望和建議，以期為植物修復在充填復墾區(qū)的應用提供參考。

關鍵詞植物修復；充填復墾；重金屬污染

中圖分類號X53文獻標識碼A文章編號 1007-5739（2009）04-0253-01

我國煤炭資源豐富，是世界上少數(shù)幾個以煤炭為主要能源的國家，長期的煤炭開采造成我國土地大面積破壞。以河南省為例，每年約有4萬公頃土地遭到破壞和影響，其中已被破壞的耕地就超過了3萬公頃[1]。為了保持耕地量不減少，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，礦區(qū)已廣泛開展土地復墾，但目前，尚存在大量問題需要解決，其中礦區(qū)充填復墾就存在二次污染的問題[2]。充填復墾指以粉煤灰或煤矸石等為填充物并在上面加土壤，使其恢復到可供利用狀態(tài)的復墾模式。坍陷區(qū)進行矸石充填復墾后，由于物理、化學條件的改變，矸石中重金屬元素釋放、遷移到地表，對土壤等地表生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生嚴重的重金屬污染，并通過接觸、食物鏈等途徑直接或間接地危害人類。以小麥為例，董霽紅等[2]通過研究在充填復墾后的土壤中種植小麥，發(fā)現(xiàn)小麥中Pb、Cr和Cd含量的超標情況較為嚴重，分別為糧食衛(wèi)生標準的15倍、13倍和5倍。因此，對礦區(qū)充填復墾后重金屬污染的治理是目前恢復礦區(qū)生態(tài)的當務之急。在20世紀90年代出現(xiàn)的土壤植物修復技術(shù)能較好的解決這一難題，該技術(shù)用一些特殊植物吸收污染土壤中的高濃度重金屬，以達到一定的處理效果。

1充填復墾區(qū)植物修復及超積累植物的概念

充填復墾區(qū)植物修復是指在重金屬污染的充填復墾區(qū)的土壤中種植植物，通過植物吸收、過濾、降解、揮發(fā)、固定等作用，以達到凈化土壤重金屬的目的。目前，利用植物吸收重金屬將植物收割回收處理是治理礦區(qū)土壤重金污染，恢復礦區(qū)生態(tài)景觀的根本途徑。因此，能夠富集重金屬的植物和超富集植物，對治理礦區(qū)土壤重金屬污染有重大意義。超富集植物是指對重金屬有非同尋常的富集能力的植物。Brooks等[3，4]研究認為重金屬含量超過一般植物100倍的植物為超富集植物，即Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量達到0.1%以上，Mn、Zn含量達到1%以上。

2植物修復的主要方式及其選擇

2.1充填復墾區(qū)植物修復的主要方式

2.1.1植物吸收。利用累積植物、超累積植物大量吸取土壤中金屬元素、放射性核素，通過收獲植物體并加以適當處理，達到去除或降低土壤中重金屬等污染物的目的。

2.1.2植物降解。包括兩方面作用機理：植物體內(nèi)含有能快速分解有機污染物的酶，可將吸收進入植物體內(nèi)的有機污染物降解成無害的CO2 和H2O 等組分；通過植物根系分泌物提供碳源和氧源，促進根系環(huán)境中喜氧菌群及其他菌種的發(fā)育及活性，從而增強根際原位細菌對有機污染物的氧化降解作用。

2.1.3根濾。借助植物羽狀根系所具有的強烈吸收作用，從污水中吸收、濃集、沉淀去除重金屬或有機污染物。根濾是水體和濕地系統(tǒng)植物凈化的重要作用方式。

2.1.4植物揮發(fā)。利用植物根系吸收金屬、類金屬及有機污染物，轉(zhuǎn)化成易揮發(fā)化合物，通過葉面揮發(fā)進入大氣，達到減輕土壤污染的目的。已有的研究主要針對揮發(fā)性重金屬元素Hg[5]和易于形成生物毒性低的揮發(fā)性有機物的元素Se[6，7]進行的。揮發(fā)進入大氣的污染物有可能產(chǎn)生二次污染問題，因而此方式尚存不少疑慮。

2.1.5植物穩(wěn)定。主要是利用耐重金屬植物或超累積植物降低重金屬的活動性，是植物修復概念的擴展和延伸。包括借助植物吸收和根際作用降低重金屬的生物有效性及重金屬淋濾作用，通過植被重建減輕（尾礦堆）風蝕、水蝕作用及水土流失強度，達到固定、隔絕、阻止重金屬進入水體和生物鏈的目的。

2.1.6泵吸。在干旱、半干旱地區(qū)，蒸騰作用促使植物根系發(fā)達，可大量吸收土壤水分及淺層地下水，有效地降低淺層地下水位、增加飽氣帶厚度，降低了近地表土壤中污染物活動性及其向地下水遷移和在含水層內(nèi)側(cè)向運移，從而起到保護飲用水的目的。同時，飽氣帶的增厚，使植物向根際供給氧源，可以促進有機污染物的降解。

2.2充填復墾區(qū)植物修復方式的選擇

目前，對修復方式的選擇還沒有深層次的研究，礦區(qū)土壤治理采用植物修復是一種經(jīng)濟、有效且非破壞性的選擇，利用自然生長或遺傳培育植物對土壤中的污染物進行固定和吸收，不但費用低而且環(huán)保。但不同礦區(qū)的自然條件和造成土壤污染的重金屬種類，決定該礦區(qū)選擇不同的植物修復方式，因此植物修復方式也具有選擇性。例如，根據(jù)對江蘇徐州礦區(qū)和河南的永城礦區(qū)實地考察，發(fā)現(xiàn)用煤矸石充填復墾后污染土壤的重金屬主要為Cd、Pb等，植物穩(wěn)定和植物吸收,比較適合這2個礦區(qū)?？傊?，修復方式的選擇要結(jié)合礦區(qū)的實際情況，進行植物修復時一定要考慮當?shù)氐臍夂虻茸匀粭l件，同時要防止生物入侵。

3植物修復的可行性

富集植物通過不同的試劑調(diào)節(jié)對重金屬的吸收會有所不同。龍安慶等[8]通過在重金屬污染的土壤中進行大田試驗，對土壤添加不同的調(diào)節(jié)試劑，然后分別種植海州香薷，最后得到海州香薷莖葉中重金屬含量的情況（見表1）。

由表1可以看出重金屬富集植物能有效富集土壤中的重金屬，若能結(jié)合環(huán)境科學知識將會得到更好的效果，這充分說明植物修復的可行性。目前，大量超富集植物的發(fā)現(xiàn)，更為植物修復技術(shù)的應用推廣打下良好基礎。

4修復植物的選擇

對于植物修復來講，篩選合適的富集、超富集植物是進行植物修復的前提。篩選的植物通常對重金屬元素的吸收富集能力強、生長速度快，地上部生物量大，氣候適應性強，根系發(fā)達，抗病蟲害能力強，種植管理技術(shù)要求不是很高，同時也要考慮引入治理目標區(qū)引發(fā)生物侵入的風險性等。對充填復墾區(qū)進行植物修復，選擇時首先要考慮充填復墾區(qū)污染土壤的重金屬種類及復墾區(qū)的自然氣候條件，對煤矸石含有的重金屬做進一步進行研究，復墾后及時檢測土壤中重金屬的含量，重金屬含量超標應選擇對這些重金屬具有富集或超富集能力的植物進行修復。普通植物對重金屬吸收富集量有限而無應用價值，自然界中有許多種累積植物。雖然這類植物對金屬元素的累積程度明顯低于超累積植物，但由于其生長速度較快、生物量大、適應性強而具有較高的治理效率，因此這類植物也是重點考慮選擇的對象。

5展望及建議

目前植物修復因其綠色環(huán)保、社會生態(tài)綜合效益良好而易為公眾所接受，特別是其費用低，并且對重金屬污染土壤的治理成效具有永久性。因此，植物修復概念提出后很快成為環(huán)境領域的世界性、前沿性熱點研究課題，普遍認為將成為環(huán)保領域的朝陽產(chǎn)業(yè)，必將在不久的將來得到推廣。應進一步對富集及超富集的植物進行研究，利用現(xiàn)代技術(shù)提高其富集能力及適應能力，尋找、篩選和培育富集及超富集植物，研究其適應修復的地理范圍。

6參考文獻

[1] 趙竟英，江輝，李玲，等.河南省采煤塌陷區(qū)土地復墾探析[J].中州煤炭，2008（5）：39-40.

[2] 董霽紅，卞正富，王賀封，等.徐州礦區(qū)充填復墾場地作物重金屬含量研究[J].水土保持學報，2007，21（5）：180-182.

[3] BROOKS R R，LEE J，REEVES R D，et al.Detection of nickeliferousro cks by analysis of herbarium specimens of indicator plants[J]. Journal of Geochemical Exploration，1977（7）：49-57.

[4] BROOKS R R.Plant that hyperaccumulate heavy metals[M].Walling ford：CAB International，1998.

[5] LOTHENBACH B，KREBS R，F(xiàn)URRER G，et al.Immobiliza-tion of cadmium and zinc in soil by Al-montmorillonite and gravel sludge. Eur. J. [J]. SoilSci.，1998（49）：141-148.

[6] YE ZH，BAKERA JM，WONGM H，et al.Zinc，leadand cadmium accu mulation and tolerance in Typha latifolia as affect-ed by iron plaque on root surface.[J]. Aquat. Bot.，1998（61）：55-67.

[7] YE ZH，BAKERA JM，WONGMH，etal.Comparisonof biomass and metal uptake between two populations of Phragmitesaustralis grown in flooded and dry conditions[J]. Ann. Bot.1998（80）：363-370.

[8] 龍安華，倪才英，曹永琳，等.土壤重金屬污染植物修復的紫云英調(diào)控研究[J].土壤，2007，39（4）：545-550.