土壤中重金屬污染的植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)概覽

何軍良，祝亞平，朱 密，周 旋

(武漢工程大學(xué)化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，湖北 武漢 430037 )

近年來，隨著農(nóng)業(yè)、重工業(yè)的不斷發(fā)展，過量排放的重金屬對(duì)野生動(dòng)物、植物和人類的健康產(chǎn)生了嚴(yán)重的危害，同時(shí)也使部分耕作土地失去了農(nóng)用價(jià)值[1]。據(jù)報(bào)道，重金屬會(huì)引起人體心腦血管疾病，損傷皮膚，破壞骨骼和肝腎，致癌等[2]。據(jù)環(huán)境保護(hù)部和國土資源部2014年4月發(fā)布的《全國土壤污染狀況調(diào)查公報(bào)》顯示，我國當(dāng)前土壤重金屬含量的超標(biāo)率達(dá)16.1%，其中耕地區(qū)的土壤點(diǎn)位重金屬含量的超標(biāo)率更是達(dá)到19.4%，可見土壤重金屬污染形勢(shì)十分嚴(yán)峻。因此，對(duì)重金屬污染土壤進(jìn)行修復(fù)和處理是目前研究的熱點(diǎn)與難點(diǎn)之一。目前土壤中重金屬污染的主要修復(fù)技術(shù)包括物理方法、化學(xué)方法和生物方法，其中生物方法又包括植物修復(fù)、微生物修復(fù)、動(dòng)物修復(fù)以及植物聯(lián)合微生物修復(fù)等技術(shù)。植物修復(fù)是一種很有潛力、發(fā)展迅猛的土壤污染綠色修復(fù)技術(shù)，包括針對(duì)植物修復(fù)的強(qiáng)化技術(shù)措施，這些強(qiáng)化技術(shù)措施的適用范圍廣泛、應(yīng)用價(jià)值大。但是目前針對(duì)土壤中重金屬污染的植物修復(fù)技術(shù)的報(bào)道還比較分散，且缺乏對(duì)相關(guān)技術(shù)的適用范圍、優(yōu)缺點(diǎn)、修復(fù)機(jī)理等的研究報(bào)道，本文基于此進(jìn)行了對(duì)比與歸納，以期為該領(lǐng)域的研究者提供參考。

1 土壤中重金屬的來源

在受污染土壤中，最常見的重金屬是Pb、Cr、Zn、Cd、Cu和Hg等，分為天然來源和人為來源[3]。

土壤中重金屬污染的天然來源一般是指通過基巖的風(fēng)化作用使土壤中自然產(chǎn)生的重金屬。地殼中自然產(chǎn)生的重金屬及其化合物又會(huì)被各種人類活動(dòng)釋放到土壤中[4]。在地殼巖石中，重金屬是以不同的化學(xué)形式被發(fā)現(xiàn)的，這些重金屬作為礦物被收集利用。在礦石中，重金屬通常以Pb、Co、Fe、Ag、Ni、As、Se、Al、Mn和Sb的氧化物形式存在。因此，這些重金屬一般在土壤中通過還原作用，形成氧化物和硫化物礦石[3]。在土壤中，一般的金屬硫化物(如As、Hg、Pb、Cd)與Cu的硫化物(黃銅礦)和Fe的硫化物(黃鐵礦礦石)一起自然共生。因此，這些重金屬大多數(shù)都是在高溫冶金過程中作為廢氣的一部分產(chǎn)生的，或者是在采礦后金屬精煉過程中產(chǎn)生的副產(chǎn)品，例如Cd主要是作為Zn精煉過程的副產(chǎn)物，因?yàn)镃d與Zn礦石閃鋅礦共存。每年有大量的重金屬進(jìn)入地球外殼的含水層，然后再重新分配到不同的環(huán)境中(包括水、空氣和土壤等)。因此，土壤中重金屬濃度較高的母質(zhì)土壤自然呈現(xiàn)出較高的重金屬濃度[1]。

土壤中重金屬污染的人為來源包括礦石開采，農(nóng)藥、電池、制革、化肥、造紙生產(chǎn)，固體廢棄物處理和車輛廢氣排放[4-5]。在這些采礦和加工活動(dòng)中重金屬重新被釋放到環(huán)境中時(shí)，主要以化合物和元素的形態(tài)釋放，在某些情況下這些過程中排放的重金屬在活動(dòng)結(jié)束很長一段時(shí)間后仍會(huì)在土壤和其他環(huán)境中積聚[4]。

2 植物材料的篩選

植物修復(fù)，也被稱為營養(yǎng)修復(fù)、綠色修復(fù)或農(nóng)業(yè)修復(fù)，包括利用植物來補(bǔ)救污染損害的技術(shù)。它也是一種環(huán)境友好型、成本低廉以及綠色美觀的修復(fù)方式[6]。植物修復(fù)的效率取決于植物類型和土壤環(huán)境等因素，如土壤的理化性質(zhì)、土壤中重金屬的生物利用度、微生物和植物的分泌物，以及植物對(duì)重金屬的吸收、積累、貯存、轉(zhuǎn)運(yùn)和解毒能力。

研究人員選育的野生植物普遍具有對(duì)重金屬的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)、儲(chǔ)存能力以及快速生長能力或是對(duì)重金屬具有較強(qiáng)的耐受性。但是任何一種植物都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)(見表1)，有的植物生物量低、生命力較弱，有的植物達(dá)不到理想的重金屬富集能力和缺乏足夠的對(duì)重金屬的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)能力，有的植物缺乏長時(shí)間的擇優(yōu)育種，無法篩選優(yōu)良性狀，這些都是選用野生植物的弊端。另外，許多土壤污染現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況較復(fù)雜，可能摻雜有多種重金屬，單一種類的植物修復(fù)可能會(huì)因?yàn)槟承┲亟饘俚拇嬖趯?dǎo)致活性被抑制甚至失活，或是因?yàn)槟繕?biāo)土壤中重金屬濃度區(qū)域性的差異而使得植物修復(fù)處理情況良莠不齊[18]?？紤]到目前土壤中重金屬污染的嚴(yán)峻形勢(shì)，所以必須采取一些有效的強(qiáng)化措施來摒棄單一植物修復(fù)技術(shù)的弊端。因此，一些研究者基于系統(tǒng)工程的原理開發(fā)了許多植物聯(lián)合修復(fù)處理方法。如Wan等[19]研究了As超積累植物蜈蚣草和桑樹間作的修復(fù)能力，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：與單一種植相比，間作處理下蜈蚣草中As濃度顯著增加，而桑樹中As濃度則顯著降低；對(duì)不同處理?xiàng)l件下土壤中As的空間分布分析顯示，不論單作或間作處理，蜈蚣草根周圍土壤中As濃度都較低，而且在間作處理下桑樹葉中As濃度符合國家飼料標(biāo)準(zhǔn)的要求。與此同時(shí)，為了達(dá)到目標(biāo)處理的效果，越來越多的植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

表1 各種類型植物的優(yōu)缺點(diǎn)及其處理能力示例

3 植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)

Agnello等[20]通過盆栽試驗(yàn)比較了自然衰減、用苜蓿進(jìn)行植物修復(fù)、用銅綠假單胞菌進(jìn)行生物強(qiáng)化、生物強(qiáng)化輔助植物修復(fù)4種生物修復(fù)策略，用于修復(fù)試驗(yàn)污染土壤中主要污染物Cu、Zn、Pb和石油烴，試驗(yàn)結(jié)果表明：生物強(qiáng)化輔助植物修復(fù)可去除污染土壤中68%的石油烴，其次是生物強(qiáng)化(59%)、植物修復(fù)(47%)和自然衰減(37%)，其處理能力的差異明顯。

很多時(shí)候受限于土壤中重金屬的濃度和有效性，以及可能過長的修復(fù)周期或者過小的植物生物量等原因，單一的植物修復(fù)方法對(duì)土壤中重金屬并不能起到較好的處理效果。因此，為了提高植物修復(fù)的效果，越來越多的強(qiáng)化調(diào)控措施被應(yīng)用到植物修復(fù)技術(shù)中，例如化學(xué)、生物、農(nóng)藝及基因工程等強(qiáng)化措施。

3. 1 化學(xué)措施強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

3.1.1 螯合誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

螯合誘導(dǎo)強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)主要是針對(duì)植物提取，通過向污染土壤中添加有機(jī)配體，包括天然螯合劑或合成螯合劑，如二乙基三胺五乙酸(DPTA)、乙二酸四乙酸和蘋果酸等[21]，從而強(qiáng)化植物對(duì)土壤中重金屬的提取效果。近十年間，螯合物輔助植物修復(fù)污染土壤中的金屬已經(jīng)成為重要的土壤修復(fù)技術(shù)[22]。電位修正劑如元素硫、銨肥、低分子量有機(jī)酸、EDDS、乙二胺四乙酸(EDTA)、次氨基三乙酸(NTA)、羥基乙二胺三乙酸(HEDTA)和氨三乙酸等[6,23]，這些螯合劑的添加能增強(qiáng)植物對(duì)土壤中Pb、Cd、Cu、Zn和Ni的提取效果[23]。

Hu等[24]對(duì)氨三乙酸和烷基糖苷聯(lián)用強(qiáng)化蔍草Ephemera修復(fù)Cd和Pb污染土壤時(shí)發(fā)現(xiàn)：在單一污染條件下，氨三乙酸使蔍草根對(duì)Cd或Pb的吸收都增加了;在兩者復(fù)合污染條件下，氨三乙酸使蔍草根對(duì)Pb的吸收增加了9.7倍，而對(duì)Cd的吸收增加了1倍，這是因?yàn)樵诎比宜岬拇嬖谙?，烷基糖苷使更多的目?biāo)重金屬富集在植物根表面，從而強(qiáng)化了植物對(duì)重金屬的吸收。合成螯合物主要通過將金屬從土壤固體釋放到土壤溶液中來移植金屬，從而提高植物對(duì)重金屬去除的有效性。這是由于金屬螯合物帶中性電荷，它們不會(huì)與帶負(fù)電荷的細(xì)胞壁成分(如多糖或根狀莖的羧基)結(jié)合[25]，但金屬螯合物可以被大多數(shù)植物特別是蓄積植物捕獲。

研究表明，在合成螯合物存在的情況下，污染土壤中Pb、Cd、Ni、Cu和Zn的積累顯著增加[26]。Arsenov等[27]研究了外源施加螯合劑(檸檬酸)對(duì)植物提取在酶活性層面的具體影響和抗氧化防御的作用，該研究以受Cd污染的土壤中生長的柳樹物種[柳屬(Salixviminalis)、銀白楊(S.alba)和馬桑屬(S.matsudana)]為研究對(duì)象，土壤中Cd的濃度為6 mg/kg；檸檬酸作為一種外源螯合劑，用于提高Cd在土壤中的溶解性，增強(qiáng)植物對(duì)Cd的吸收，檸檬酸濃度為20 mM/kg土。結(jié)果顯示：檸檬酸在積累Cd從根部向枝條和葉片的遷移中起到了積極作用；檸檬酸的添加可以幫助植物克服氧化應(yīng)激，其螯合特性和抗氧化酶活性可以減輕Cd的毒性；通過改變抗氧化酶如過氧化氫酶(CAT)、抗壞血酸過氧化物酶(APx)和愈創(chuàng)木酚過氧化物酶(GPx)的活性，對(duì)于暴露于Cd的植物的幼葉和成熟葉分別表現(xiàn)出不同的保護(hù)策略，而且添加檸檬酸還有利于減少Cd脅迫對(duì)光合作用的負(fù)面影響。此外，在一定的試驗(yàn)條件下將檸檬酸與EDTA復(fù)配淋洗重金屬污染的土壤，對(duì)復(fù)合重金屬(Zn、Cu、Pb、Cr、Ni)的去除效果有明顯的提升，并可以很好地將土壤中重金屬從穩(wěn)定態(tài)向不穩(wěn)定態(tài)轉(zhuǎn)化，進(jìn)而使得土壤中重金屬得以去除[28]。

雖然螯合物輔助的植物修復(fù)土壤中重金屬的去除具有一定的有效性，但是由于螯合物具有不易分解、極易污染地下水、對(duì)土壤中微生物有害以及螯合物在土壤中的高浸出風(fēng)險(xiǎn)、相對(duì)較低的效率以及較高的成本等缺陷，所以目前實(shí)際應(yīng)用的并不多。

3.1.2 植物激素強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

植物激素是由植物自身代謝產(chǎn)生的一類有機(jī)物質(zhì)，能從產(chǎn)生部位移動(dòng)到作用部位，并在極低濃度下就具有明顯生理效應(yīng)的微量物質(zhì)，也被稱為植物天然激素或植物內(nèi)源激素。利用植物激素可以提高植物的生物量，增強(qiáng)植物的抵抗能力。已知的植物激素主要有生長素、赤霉素、細(xì)胞分裂素、脫落酸和乙烯5類。而油菜素甾醇也逐漸被公認(rèn)為第六大類植物激素[29]。植物激素通過促進(jìn)植物生長、調(diào)節(jié)植物的生理代謝或與重金屬螯合，從而達(dá)到大量吸收重金屬或降低重金屬的毒性等機(jī)理來提高植物的修復(fù)效果。Ji等[30]研究表明，赤霉素(GA3)在1 000 mg/L時(shí)使龍葵生物量增加 56%，Cd的濃度在龍葵莖中增加了16%；López等[31]研究發(fā)現(xiàn)，在0.2 mmol Pb的培養(yǎng)液中加入100 μmol吲哚3-乙酸(IAA)和0.2 mmol的EDTA時(shí)，非超富集植物紫苜蓿Medicagosativa葉片中Pb的含量比未添加任何物質(zhì)和僅添加EDTA時(shí)分別增加了28倍和6倍。因此，針對(duì)一些超富集植物發(fā)芽率低、生長緩慢和生物量低等缺點(diǎn)，利用植物激素打破修復(fù)植物的種子休眠，促進(jìn)其發(fā)芽和快速生長,對(duì)提高超富集植物的修復(fù)效率具有一定的意義。

3. 2 生物措施強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

生物措施強(qiáng)化技術(shù)是指利用微生物誘導(dǎo)土壤中重金屬的吸收、沉淀、氧化和還原，幫助植物在金屬污染條件下正常生長，保護(hù)植物免受重金屬的有害影響，甚至可以增加超積累植物的金屬吸收[32]。植物修復(fù)效果通常受到金屬濃度、吸收、易位和生物量等因素的限制；而利用生物輔助修復(fù)，通過生物吸附、細(xì)胞內(nèi)聚集、生物浸出、生物礦化、酶催化轉(zhuǎn)化、氧化還原反應(yīng)等多種機(jī)制可以克服這些因素的限制，從而提高植物對(duì)重金屬污染土壤的修復(fù)效果。

生物輔助強(qiáng)化植物修復(fù)的方式主要是通過菌根或接種植物內(nèi)生菌的方式與植物根部聯(lián)合，增強(qiáng)植物對(duì)于重金屬的耐受性，促進(jìn)植物根部吸收從而加強(qiáng)植物根部向其莖、葉輸送重金屬的能力等[33]。Sobariu等[34]應(yīng)用基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(ANN)和差分進(jìn)化(DE)的方法，證實(shí)了植物促長根際細(xì)菌(PGPR)刺激獨(dú)行菜Lepidiumsativum的平均發(fā)芽效率增加了7%，該聯(lián)合體對(duì)于Cr(VI)和Cd(II)混合溶液也有著明顯的耐受性，且平均根長增加了22%，平均莖長增加了34%，干生物量增加了53%;Burges等[35]利用假定內(nèi)生菌群進(jìn)行了一種內(nèi)生植物輔助植物修復(fù)試驗(yàn)，在控制條件下，分別用天藍(lán)遏藍(lán)菜Noccaeacaerulescens和酸模Rumexacetosa(單獨(dú)和組合方式)進(jìn)行了植物提取試驗(yàn)，結(jié)果表明：天藍(lán)遏藍(lán)菜和酸模的生長分別增加了41%和16%，同時(shí)增加了植物對(duì)Zn的提取能力、土壤微生物生物量和功能多樣性；即使植物內(nèi)生菌群的接種不會(huì)導(dǎo)致植物對(duì)重金屬吸收量的升高，但它通過將葉綠素和類胡蘿卜素含量分別增加28%和36%，從而提高了宿主植物的生理狀態(tài)，減少了植物的壓力。同時(shí)，內(nèi)生菌的接種對(duì)土壤性質(zhì)及其微生物群落都有著有利的影響，主要反映在生物多樣性、養(yǎng)分循環(huán)、水流調(diào)節(jié)、水凈化、污染控制、害蟲控制、生育維持和碳儲(chǔ)存能力等方面，該方法較之傳統(tǒng)的基因工程強(qiáng)化技術(shù)更為便捷和溫和，避免了基因工程技術(shù)的環(huán)境安全性和基因逃逸等問題，而且內(nèi)生菌接種在宿主植物內(nèi)，可以克服被污染土壤中土著微生物競爭失活的情況。因此，生物措施強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)具有較強(qiáng)的應(yīng)用潛力。

菌根真菌可增強(qiáng)宿主植物對(duì)重金屬的耐受性，影響植物對(duì)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)的效果。Shi等[36]研究發(fā)現(xiàn)，來自植物根部的具有金屬抗性的內(nèi)生真菌可以提高宿主植物的植物修復(fù)功效。該研究從生長在污染土壤中油菜的根和莖中分離得到3種具有類似植物生長促進(jìn)特性的真菌,從油菜根中分離得到的青霉屬的CBRF65和鐮刀菌屬的 CBRF44顯著提高了油菜的生物量，且促進(jìn)了油菜對(duì)Pb和Cd的提取效果;而從油菜莖中分離得到的鏈格孢屬的CBSF68對(duì)植物修復(fù)沒有增強(qiáng)作用。然而，植物地上部分的內(nèi)生真菌對(duì)宿主植物的影響是未知的，這也可能是未來該領(lǐng)域需要深入研究的方向。

3. 3 農(nóng)藝措施強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

農(nóng)藝措施作為植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)可有效提高植物對(duì)土壤中重金屬污染的修復(fù)效率，這些措施具體包括施加肥料、水分調(diào)控、作物育種技術(shù)和改良耕作技術(shù)等。其中，施加肥料可改良或改變土壤的營養(yǎng)環(huán)境、pH值和氧化還原電位，促進(jìn)植物生長，提高植物的生物量，從而增加植物對(duì)重金屬的吸收；水分調(diào)控對(duì)于植物的苗期和花期非常重要，過量灌水會(huì)導(dǎo)致植物爛根，灌水不足則會(huì)導(dǎo)致植物蔫萎，都會(huì)抑制植物生長；作物育種技術(shù)同樣可以強(qiáng)化植物修復(fù)效果，盡管很多新興的修復(fù)植物是野生植物，并沒有成熟的栽培模式和育種技術(shù)，但是可以通過不斷選擇重組方法來去除植物的劣勢(shì)性狀，保留其優(yōu)勢(shì)性狀，這其中植物根系的表面積大小、根系的分布情況、根系的分泌方式，發(fā)達(dá)的莖組織，休眠期、生育期以及抗倒抗蟲病等能力都是需要著重考慮的因素，一旦有了這些明確的培養(yǎng)目標(biāo)，通過雜交育種等方式進(jìn)行連續(xù)幾代的優(yōu)中選優(yōu)，最終得到生命力強(qiáng)、生長迅速、生物量大的優(yōu)良修復(fù)植物；改良耕種技術(shù)也可以達(dá)到某種強(qiáng)化植物修復(fù)效果的作用，具體形式為中耕松土、增加種植密度[37]、搭配種植和防霜防蟲害等，亦或是通過物理方法促進(jìn)植物生物量的提高，例如去除植物的頂端優(yōu)勢(shì)，增加植物的枝條數(shù)目，從而增加其富集能力[38]。Liu等[39]針對(duì)Cd超積累植物青葙CelosiaargenteaLinn，研究了在不同程度污染土壤上“去頂”和“不去頂”處理對(duì)植物生物量和對(duì)Cd積累性的影響，結(jié)果表明：相對(duì)“不去頂”處理，“去頂”處理使該植物的根生物量增加了75%～105%，莖生物量增加了108%～152%，葉生物量增加了80%～107%；在不同污染土壤中，“去頂”處理后植物地上部分中Cd的濃度為“未去頂”處理的2.5～2.8倍，這也是一種十分有效的植物修復(fù)強(qiáng)化方式。

另外，針對(duì)大范圍的污染區(qū)可以通過調(diào)整當(dāng)?shù)氐母N制度來保證土壤的養(yǎng)分均衡，從而提高植物對(duì)重金屬的耐受性，也可以通過快速施肥影響根際微生物的密度和組成來強(qiáng)化宿主植物對(duì)重金屬的吸收、轉(zhuǎn)運(yùn)和耐受性，還可以用污泥改良目標(biāo)土壤，這些農(nóng)藝措施強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)都具有操作簡單、環(huán)境友好、效果明顯、技術(shù)成熟等一系列的優(yōu)勢(shì)，有著廣闊的應(yīng)用前景。未來農(nóng)藝措施強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)的研究可能會(huì)以強(qiáng)化復(fù)合金屬的處理能力和篩選優(yōu)勢(shì)性狀的植物為主。

3. 4 基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)

基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)是將對(duì)重金屬污染土壤有修復(fù)作用的異源目的基因轉(zhuǎn)入植物材料，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，繼而在植物體內(nèi)有效地表達(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]，從而提高植物修復(fù)的效率。相比傳統(tǒng)育種方法而言，通過基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)可獲得生長速度更快和生物量更大的目標(biāo)植物,同時(shí)能夠從其他物種引入新基因使得不需要通過傳統(tǒng)的育種方法就可以獲得轉(zhuǎn)基因植物新特征成為可能。如Meagher[41]通過基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)，將汞還原酶(mer A)和汞裂解酶 (mer B)轉(zhuǎn)入擬南芥Arabidopsisthaliana中表達(dá)，比非轉(zhuǎn)基因的植株對(duì)汞的耐受性提高了50倍；Nagata等[42]研究發(fā)現(xiàn)，利用基因工程手段構(gòu)建含有汞運(yùn)載體(mer T)和表達(dá)超積累汞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)基因煙草極大地加強(qiáng)了其對(duì)Hg的吸收和積累。由此可見，基因工程強(qiáng)化植物修復(fù)技術(shù)是改良超富集植物對(duì)重金屬耐受性和富集能力的有效途徑，具有十分廣闊的應(yīng)用前景。

4 植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)存在的弊端

植物修復(fù)技術(shù)作為原位修復(fù)技術(shù)，相比較化學(xué)修復(fù)具有成本低、二次污染易于控制，以及植被形成后具有保護(hù)表土、減少侵蝕和水土流失，且可大面積應(yīng)用于礦山的復(fù)墾、重金屬污染場(chǎng)地的植被與景觀修復(fù)等優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，也有著耗時(shí)長、見效慢、易受自然因素干擾的缺點(diǎn)[43]，而且存在污染物通過“植物—?jiǎng)游铩钡氖澄镦溸M(jìn)入自然界的可能[44]。目前針對(duì)植物修復(fù)的強(qiáng)化技術(shù)如化學(xué)措施、生物措施、農(nóng)藝措施和基因工程強(qiáng)化技術(shù)等，也存在著一些弊端，即存在著一系列亟待解決的問題，如：投入與產(chǎn)出不平衡，相比于所達(dá)到的效果，成本過于高昂[45]；未能統(tǒng)籌兼顧生態(tài)環(huán)境的影響，在強(qiáng)化修復(fù)的同時(shí)造成了二次污染；只對(duì)土壤理化性質(zhì)、植物根系、植物生物量或某一與修復(fù)相關(guān)的生理活動(dòng)進(jìn)行強(qiáng)化與調(diào)節(jié)，沒有形成對(duì)整個(gè)植物修復(fù)過程的綜合性強(qiáng)化；強(qiáng)化修復(fù)的重金屬種類單一，復(fù)合污染環(huán)境下的強(qiáng)化修復(fù)研究薄弱。此外，這些強(qiáng)化技術(shù)也存在著各自的局限性：化學(xué)措施強(qiáng)化技術(shù)向土壤施加的化學(xué)物質(zhì)會(huì)影響土壤的理化性質(zhì)，但是由于其不易分解，極易污染地下水，使污染擴(kuò)散，易產(chǎn)生二次污染，也會(huì)對(duì)土壤中微生物造成不利影響，而且由于螯合物在土壤中的高浸出風(fēng)險(xiǎn)以及相對(duì)較低的效率和較高的成本，在實(shí)際應(yīng)用中受到了一定的限制；生物措施強(qiáng)化技術(shù)雖然安全有效，但是一些高效的強(qiáng)化修復(fù)措施僅限于特定的微生物群落和土壤環(huán)境，缺乏微生物與植物、土壤的適應(yīng)性研究，在異位修復(fù)時(shí)有著一定的障礙，不能作為普遍通用的強(qiáng)化修復(fù)技術(shù)；農(nóng)藝措施強(qiáng)化技術(shù)的研究和應(yīng)用都較少，許多技術(shù)都還停留在實(shí)驗(yàn)室水平，缺乏長時(shí)間在自然條件下的應(yīng)用研究，并且一些農(nóng)藝措施中使用的化肥和農(nóng)藥也會(huì)造成土壤環(huán)境的二次污染；基因工程強(qiáng)化技術(shù)雖然在試驗(yàn)中顯示出植物修復(fù)效率得到了加強(qiáng)，但在實(shí)際應(yīng)用中轉(zhuǎn)基因植物存在潛在的環(huán)境威脅，可能會(huì)誘發(fā)食物鏈的破壞，另外如果這些外源基因由于“基因漂流”而非人為地轉(zhuǎn)入其他有機(jī)體，則會(huì)造成自然界基因庫的混雜或污染。上述這些原因都制約了植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)的推廣與應(yīng)用。

5 結(jié)論與展望

土壤環(huán)境是一個(gè)十分復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，土壤重金屬污染又是一個(gè)世界性的嚴(yán)峻課題。植物修復(fù)是一種安全、環(huán)境友好和成本低廉的修復(fù)技術(shù)，而且可以大規(guī)模地進(jìn)行種植修復(fù)。同時(shí)，針對(duì)植物修復(fù)存在的某些不足，不斷地對(duì)植物材料進(jìn)行優(yōu)勢(shì)性狀篩選，并對(duì)其進(jìn)行技術(shù)性能強(qiáng)化是今后該領(lǐng)域研究的重點(diǎn)。許多研究者論證了重金屬在土壤體系中的歸趨行為與一般植物修復(fù)的弊端，進(jìn)而研究和發(fā)展了一系列的植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)，并分為化學(xué)措施、生物措施、農(nóng)藝措施和基因工程等不同方式，本文就植物修復(fù)技術(shù)討論了植物材料的篩選和植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)，且對(duì)這幾種植物修復(fù)強(qiáng)化技術(shù)的作用機(jī)制、研究現(xiàn)狀和優(yōu)缺點(diǎn)等做了詳細(xì)討論。另外，指出未來植物修復(fù)土壤重金屬污染的研究重點(diǎn)主要集在以下幾個(gè)方面：性狀優(yōu)良的超積累植物的培育；生物強(qiáng)化技術(shù)中根際微生物的作用效應(yīng)與植物體內(nèi)重金屬儲(chǔ)存解毒累積分子的控制機(jī)制；基因工程強(qiáng)化技術(shù)的作用機(jī)制；農(nóng)藝措施強(qiáng)化技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用和作用機(jī)理等。