不同林種對土壤重金屬污染修復(fù)影響研究

吉亞飛

[摘要]土壤重金屬污染由于其穩(wěn)定性強，不易隨土壤水分遷移和隱蔽性高等特點嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境安全和人體健康，土壤污染物及地域的復(fù)雜性，引起的重金屬污染現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。目前采用的重金屬土壤修復(fù)措施主要為物理化學(xué)方式、生物學(xué)方式等，通過快速生長的木本植物造林進(jìn)行重金屬污染土壤修復(fù)的優(yōu)選方式已成為一個熱點問題，而不同林種對土壤重金屬的吸附和富集能力也有所不同，對土壤重金屬污染物的修復(fù)能力也存在顯著差異，分析我國重金屬污染現(xiàn)狀以及林種對土壤重金屬污染修復(fù)機理，并對不同林種在土壤重金屬污染修復(fù)方面的研究進(jìn)行了綜述。

[關(guān)鍵詞]不同林種;建設(shè)用地;土壤修復(fù);影響研究

[中圖分類號]S158[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A

引言

森林是土地生態(tài)系統(tǒng)中最重要的組成部分之一，多樣的森林類型、種植密度和林種種植結(jié)構(gòu)對區(qū)域內(nèi)小氣候、土壤水分以及土壤微生物活動具有顯著的影響，還可以通過植株騰發(fā)作用吸收CO2等物質(zhì)，有效改善區(qū)域空氣質(zhì)量。土壤是森林生長的基礎(chǔ)，既能為植株健康發(fā)育提供良好的基礎(chǔ)條件和營養(yǎng)物質(zhì)，又能促進(jìn)不同林種的質(zhì)量和數(shù)量的提高，而林種多樣性的增加又會反作用于土壤，改善土壤容重、改變土壤孔隙率等理化特性和有效提高土壤質(zhì)量。另外，林種的有效覆蓋能大幅提高土壤含水量，有效抑制荒漠化程度，在水土保持和防風(fēng)固沙等方面均有顯著的作用。土壤的承載能力是有限的，當(dāng)進(jìn)入土壤的污染物質(zhì)超過環(huán)境容納的最大限度，將會對土壤理化性質(zhì)造成嚴(yán)重影響甚至是不可逆的破壞，不僅如此，部分重金屬污染物質(zhì)可在作物體內(nèi)聚集，通過生物鏈進(jìn)入人體，嚴(yán)重危害人體健康。目前通過快速生長的木本植物造林進(jìn)行重金屬污染土壤修復(fù)的優(yōu)選方式已成為一個熱點問題。國務(wù)院于2016年頒布《土壤污染防治行動計劃》，也充分體現(xiàn)了國家對土地修復(fù)特別是重金屬污染修復(fù)的重視。

1 重金屬土壤污染現(xiàn)狀

重金屬是指比重大于5g/cm3的金屬，主要來源于礦物開采、機動車尾氣排放、燃煤以及大量污水不合理排放，不僅如此，城市生活垃圾和化學(xué)肥料中也含有大量的重金屬物質(zhì)，具有穩(wěn)定性強、難以遷移以及隱蔽性高的特點。根據(jù)重金屬的來源不同，也將其分為大氣重金屬、水體重金屬以及土壤重金屬，其中土壤污染與人類生產(chǎn)生活密切相關(guān)，具有十分重要的影響。重金屬在土壤中不易隨水遷移，微生物對重金屬分解能力有限，具有明顯的生物富集作用。重金屬污染會對作物產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生巨大危害，且潛伏期較長，通過農(nóng)作物積累的重金屬通過食物鏈進(jìn)入人體后，會產(chǎn)生巨大的危害。如Cd會造成人體高血壓和貧血癥狀，Hg會對人體產(chǎn)生中毒現(xiàn)象，嚴(yán)重的可威脅生命健康。由于土壤污染物及地域的復(fù)雜性，重金屬污染治理問題逐年嚴(yán)峻。據(jù)農(nóng)業(yè)部調(diào)查顯示，我國遭受重金屬污染的土地面積為90.7萬hm2，每年因重金屬污染引起的糧食減產(chǎn)達(dá)1000萬t，年損失超過200億。

2 林種對重金屬污染修復(fù)機理

土壤重金屬污染修復(fù)目前主要為物理修復(fù)方法和化學(xué)修復(fù)方法，采用的方式為通過增強重金屬的溶解和遷移能力或者通過化學(xué)手段鈍化重金屬，改變其在土壤中的存在形態(tài)，降低重金屬的遷移性和生物有效性，部分地區(qū)也通過利用蚯蚓等生物修復(fù)方法進(jìn)行土壤重金屬修復(fù)，但由于修復(fù)周期較長且修復(fù)成本較高，推廣效應(yīng)并不顯著。而通過在重金屬污染土地上采用不同營林修復(fù)是當(dāng)前研究的一個熱點問題，尤其是在建設(shè)用地和城市土壤重金屬污染修復(fù)方面具有較大的前景。水是重金屬污染物在土壤中運移的載體，植物通過根系吸水作用和蒸騰作用減低了土壤水分和重金屬淋溶作用，而部分降雨在植物冠層頂端通過蒸發(fā)，減少了土壤水通量也會降低重金屬污染的淋溶。大量研究顯示，植物根系具有防風(fēng)固沙的效果，部分重金屬物質(zhì)可被植物根系固定，可在很大程度上減小重金屬二次污染，而部分重金屬物質(zhì)可被植物吸收，并積聚在植物體內(nèi)，通過將這部分植物收獲降低土壤重金屬污染程度，我國已有較多地區(qū)采取此種方式進(jìn)行重金屬污染防治。另外，植物根系可分泌多種化學(xué)物質(zhì)，通過與土壤腐殖質(zhì)、有機質(zhì)的共同作用，改善土壤pH值，微生物活動狀態(tài)以及土壤酶活性等等，進(jìn)而改變重金屬形態(tài)，增強重金屬淋溶和浸出，有效降低土壤重金屬污染。不僅如此，在城市和建設(shè)用地采用不同營林進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)，還可以增強城市的景觀和生態(tài)效應(yīng)，具有較大的環(huán)保優(yōu)勢。而不同林種對土壤重金屬的吸附和富集能力也有所不同，對土壤重金屬污染物的修復(fù)能力也存在顯著差異。

3 不同林種對重金屬污染修復(fù)的影響

大量研究表明，楊樹可通過植物提取修復(fù)重金屬污染土壤中的Zn，對As和Al的累積量分別可達(dá)到1250mg/kg和1.4kg/ha。柏樹的根系分泌物可改變土壤中Cr、As和Hg的存在環(huán)境和狀態(tài)，降低毒性。通過對楊樹和柳樹的研究表明，重金屬的生物有效性與樹齡成反比，且土壤pH值對林種的重金屬污染吸附性具有顯著影響。張翠萍等利用土培法對500～1500mg/kgMn處理的棕竹進(jìn)行了研究，結(jié)果表明棕竹并未由此而出現(xiàn)中毒癥狀，Mn濃度越大，棕竹根系和葉片中的重金屬含量越高，可利用棕竹進(jìn)行礦區(qū)土壤修復(fù)的樹種。趙健等同樣采用土培法研究棕竹對Pb的影響，結(jié)果表明，棕竹地上部分和地下部分Pb含量比值及Pb在植物體內(nèi)的遷移率均較低，不同部位的Pb含量與處理濃度呈顯著正相關(guān)關(guān)系。楊柳等研究了4種植物對毛竹林土壤重金屬污染修復(fù)的影響，結(jié)果表明，種植景天可顯著提高Pb、Cd和Zn的吸附作用，而蜈蚣草對土壤Zn、As的吸附效果顯著。王新等分別作了楊樹和落葉松對土壤重金屬污染修復(fù)試驗，結(jié)果表明楊樹的總生物量受Cd、Cu、Zn影響顯著降低，而落葉松則相反，楊樹對重金屬遷移能力及吸收能力較強于落葉松。劉艷麗等對楊樹修復(fù)土壤重金屬污染的優(yōu)勢進(jìn)行了總結(jié)，并詳細(xì)闡述了不同品種重金屬在楊樹體內(nèi)聚集和分配特性提出了利用楊樹進(jìn)行土壤重金屬污染修復(fù)的具體措施和今后發(fā)展方向。楊園等闡述了楊樹對土壤重金屬Cd的機理和其在楊樹體內(nèi)分布規(guī)律，結(jié)果表明楊樹對土壤中重金屬Cd具有較強的抗性，且抗性的強弱程度與楊樹品種、樹齡、土壤類型、土壤中Cd質(zhì)量分?jǐn)?shù)等有關(guān)。萬雪琴等研究了Cd對楊樹礦質(zhì)營養(yǎng)吸收和分配的影響，結(jié)果表明，楊樹的不同器官對Cd含量存在顯著差異，楊樹根系和衰老葉片均對Cd具有明顯的截留和富集作用。施辰陽等通過盆栽試驗，研究了刺柏對重金屬Cd土壤污染修復(fù)的影響，結(jié)果表明，適當(dāng)濃度的Si處理能顯著提高刺柏對土壤中Cd吸附效果顯著，土壤中Cd含量在400mg/kg硅處理下顯著降低，且刺柏的生長發(fā)育受到抑制。劉慶陽等研究了松樹對城市土壤重金屬污染的凈化能力，結(jié)果表明，冬季土壤重金屬污染最為嚴(yán)重，松樹對土壤Pb、Cd和Hg的吸附效果顯著。

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