植物修復重金屬-有機物復合污染土壤研究進展

劉易斯

摘 要：目前，復合污染研究是環(huán)境科學發(fā)展的重要方向之一，重金屬和有機物是土壤中的主要污染物，對兩者復合污染進行研究，對于解決生態(tài)安全問題具有重要意義。本文首先闡述了重金屬-有機物復合污染土壤植物修復研究現(xiàn)狀，對相關強化措施進行分析，最后針對植物對重金屬-有機物復合污染土壤修復研究進展與前景進行總結。

關鍵詞：植物修復;重金屬;有機物;復合污染

中圖分類號：X592文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2018）31-0159-02

Advances in Phytoremediation of Heavy metal-organic Complex Soils

LIU Yisi

（Municipal and Environment Engineering Institute， Shenyang Jianzhu University，Shenyang Liaoning 110168）

Abstract： At present， complex pollution research is one of the important directions of environmental science development. Heavy metals and organic matter are the main pollutants in the soil. Studying the combined pollution of the two is of great significance for solving ecological safety problems. This paper firstly described the research status of phytoremediation of heavy metal-organic composite contaminated soil， analyzed related strengthening measures， and finally summarized the research progress and prospects of plant remediation of heavy metal-organic composite contaminated soil.

Keywords： plant repair;heavy metal;organic matter;compound pollution

近些年，重金屬和石油烴對土壤環(huán)境污染程度日益增加，我國土壤污染總體超標率為16.1%，其中輕微、輕度、中度和重度污染點位比例分別為11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。根據(jù)相關研究表明，我國很多地區(qū)土壤存在重金屬-有機物復合污染情況，而目前我國對重金屬-有機物復合污染土壤修復研究較少。植物修復作為生物修復的一項重要技術，可以利用植物固有生理能力修復污染媒介，因此對植物修復重金屬-有機物復合污染土壤進行研究具有較好的研究前景。

1 植物修復機理概述

1.1 重金屬修復機理

植物中有毒金屬積累經(jīng)歷了植物吸收、轉(zhuǎn)移和生理耐受多個過程。金屬進入土壤溶液方式主要分為三種：第一，根系分泌金屬螯合分子;第二，根系分泌金屬還原酶;第三，根系分泌有機酸。

首先植物通過某種生化過程，使基質(zhì)中金屬的流動性降低，生物可利用性下降，從而減輕有毒金屬對植物的毒性。同時，根系介導的沉淀和吸附過程可以穩(wěn)定根系區(qū)域內(nèi)的金屬，降低其遷移率，減少污染物隨土壤液體流動，降低了污染物對土壤的侵蝕。

植物在吸收營養(yǎng)過程中，由于某些重金屬元素與營養(yǎng)元素具有相似的化學結構，會被植物誤吸收到植物體內(nèi)，當金屬污染物進入到植物表皮層后，或被植物代謝掉，或成為植物的成分之一，或通過氣孔發(fā)揮到大氣中，從而使土壤可以得到修復[1]。

植物根系對重金屬的吸收主要與重金屬的形態(tài)有關。根系活動能活化土壤中的重金屬，提高其有效性。研究顯示，植物根系在生長過程中可以產(chǎn)生諸如簡單酚類及其他有機酸等分泌物，降低土壤PH值，提高金屬離子的生物可利用量，從而起到修復土壤的作用。

有研究表明，植物根系與真菌形成的菌根能增加植物對微量元素吸收，在植物根系的影響下，增加微生物數(shù)量與活性，保證了根際效應，使植物根系與污染土壤接觸更加充分。

1.2 有機物的修復機理

有機化合物能否被植物吸收，并在植物體內(nèi)發(fā)生轉(zhuǎn)移，完全取決于有機化合物的親水性、可溶性和分子量。植物可吸收有機污染物，然后通過植物組織中的酶將其降解為更簡單的分子，達到修復土壤的效果。

植物根對有機物的吸收直接與有機物的相對親脂性有關，某些化合物被吸收后，有的以一種很少能被生物利用的形式束縛在植物組織中。如胡蘿卜吸收二氯二苯基—三氯乙烷，然后收獲胡蘿卜，曬干后完全燃燒以破壞污染物。

植物分泌物和酶的降解作用。植物分泌物包括氨基酸、脂肪酸、糖類、有機酸、黃烷酮、核苷酸及其他化合物，這些化合物能改變土壤的理化條件。相關試驗證明，某些能降解有機污染物的酶類不是來源于微生物，而是來源于植物，如植物根系中的硝基還原酶能對含硝基的有機污染物進行降解。

植物與根際微生物的轉(zhuǎn)化試驗表明，植物能以多種方式刺激微生物對有機污染物進行轉(zhuǎn)化，根際微生物在生物降解中起著重要作用。土壤由于植物根系的存在，增加了微生物活動和數(shù)量。根際是已知的維持大量不同微生物的環(huán)境，植物通過從根部釋放大量不同類型的碳來刺激根際微生物的生長。

2 植物修復復合污染的現(xiàn)狀

植物修復通常需要較長周期。相關研究數(shù)據(jù)顯示，黑麥草能夠有效地去除土壤中的混合污染物，銅-芘復合物使混合污染土壤中最常見的污染物，它對植物生產(chǎn)及銅吸收產(chǎn)生不良影響，利用黑麥草可以修復此類污染土壤。在復合污染土壤中，玉米草能夠?qū)ξ迓确雍虲d污染土壤起到良好的修復作用。此外，重金屬和石油烴類污染土壤直接影響植物生理，利用苜蓿植物能夠修復上述污染土壤。同時，黑麥草、何首烏等植物可以作為有毒金屬積累和多環(huán)芳烴清除的生物指示植物;紫花苜蓿與向日葵聯(lián)合種植可修復復合污染土壤[2]。

3 強化植物修復復合污染的研究

3.1 添加化學試劑

3.1.1 表面活性劑。以茶皂素為例，對添加后的植物修復情況進行觀察，可知添加茶皂素后，根系伸長，并且茶皂素能夠刺激微生物活性，加速污染物的去除。經(jīng)過多次試驗，黑麥草種植過程中添加適量茶皂素，能夠更好實現(xiàn)植物修復重金屬-有機物復合污染土壤功能。

3.1.2 環(huán)糊精及衍生物。相關技術人員通過盆栽試驗研究了叢枝菌根真菌和表面活性劑處理下龍葵成長情況。結果顯示，經(jīng)過處理的龍葵枝條生物量和芽中Cd的含量明顯升高，證明該濃度土壤中植物消散和脫溴效率均顯著提高。

3.1.3 螯贅合劑。螯合劑對有機污染物去除通常表現(xiàn)為間接促進作用，如通過添加谷氨酸、蘋果酸、草酸、檸檬酸以及酒石酸等天然鰲合劑，提升土壤微生物代謝速度，從而強化修復效果。研究發(fā)現(xiàn)，向復合污染土壤中添加組氨酸和水楊酸，會使生物降解作用明顯增強。

3.2 聯(lián)合其他技術

3.2.1 聯(lián)合電動修復技術。在蕪菁修復污染土壤實驗中施加適量電位梯度，發(fā)現(xiàn)交流電是最合適的電場。此外，電極空間配置也會影響土壤中電場分布，并得出土壤表面上陰陽兩極平行分布最適合應用于現(xiàn)場規(guī)模。

3.2.2 聯(lián)合微生物修復技術。有研究發(fā)現(xiàn)，以銅綠假單胞菌為主的生物修復技術對苜蓿生物量有顯著促進作用，此90天的試驗，發(fā)現(xiàn)以銅綠假單胞菌為主的生物修復技術有效降低了土壤中TPH含量。

3.2.3 聯(lián)合基因工程技術。據(jù)研究，對比谷胱甘肽-轉(zhuǎn)移酶和CYP2E1共同作用下的紫花苜蓿植株生長狀況，發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)基因組的植株對重金屬和有機污染物混合污染物的抗性明顯增強;另外，利用轉(zhuǎn)基因紫花苜蓿與色素基因P450 2E1基因聯(lián)合技術，可以有效提高植物修復重金屬-有機污染物效果。

3.3 升級農(nóng)藝措施

在研究調(diào)查中，筆者發(fā)現(xiàn)在植物修復復合污染土壤中用堆肥方法進行改造，金屬硫蛋白成為影響紫花苜蓿對重金屬耐受機制的重要因素，即植物細胞中金屬結合配體可阻止金屬與重要植物器官結合。因此，可以通過農(nóng)藝升級方法，提高污染土壤修復效率，如向日葵與紫花苜蓿聯(lián)合種植，其根系金屬吸附率與單種紫花苜蓿處理效果有明顯改善。

4 結語

目前，我國對于植物修復重金屬-有機物復合污染土壤的研究還處于初級階段，對于復合污染條件下污染物質(zhì)遷移、轉(zhuǎn)化和積累規(guī)律有待進一步研究，植物對重金屬存在形態(tài)、修復效果以及與重金屬之間的相互作用都需要更加清晰的理論框架。文中提出的添加螯合劑、小分子有機酸與表面活性劑等技術，也需進一步摸索，相關技術人員需要找到適宜的植物組合，鑒定根際釋放的植物酶降解烴類的功能，更好實現(xiàn)污染土壤修復目標。

參考文獻：

[1]李韻詩，馮沖凌，吳曉芙，等.重金屬污染土壤植物修復中的微生物功能研究進展[J].生態(tài)學報，2015（2）：6881-6890.

[2]劉秀梅，聶俊華，王慶仁.植物修復重金屬污染土壤的研究進展[J].甘肅農(nóng)業(yè)大學學報，2001（1）：8-13.