木本植物修復(fù)土壤重金屬污染的研究進(jìn)展

王可 楊林 陳思

摘要? ? 木本植物通過樹木固定、揮發(fā)和吸收重金屬污染物等方式起到對土壤重金屬的修復(fù)作用，有處理量大、受氣候影響微弱等優(yōu)點(diǎn)，主要表現(xiàn)在對重金屬的耐受力和吸收性能等方面。本文概括了木本植物修復(fù)重金屬污染土壤的研究進(jìn)展，主要包括修復(fù)樹種的篩選以及修復(fù)技術(shù)的綜合運(yùn)用，分析了木本植物對重金屬的耐受性和吸收蓄積能力的差異，探討了如何根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和條件利用木本植物的優(yōu)勢，提高其對重金屬的耐受性和蓄積能力，并針對現(xiàn)階段研究存在的不足提出建議，包括重點(diǎn)研究方向、資源的回收利用、技術(shù)的引進(jìn)和綜合運(yùn)用，以期為修復(fù)樹種的篩選、提高木本植物對重金屬的耐受力和吸收能力提供理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞? ? 土壤修復(fù);重金屬污染;木本植物;吸收能力

中圖分類號? ? X53? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）14-0172-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）

Abstract? ? Woody plants play a role in remediation of heavy metal pollution in soil mainly by fixing，evaporating and absorbing heavy metal pollutants，which can treat large amounts of contaminants and is less exposed to the risks of climate influence.This paper summarized the research progress of repairing heavy metal remediation in by woody plants contaminated soil，including the selection of repairing tree species and the comprehensive application of repair technology，analyzed the differences of the tolerance and absorptive capacity of woody plants to heavy metals and probed into how to utilize the advantages of woody plants to improve its resistance and accumulation ability of heavy metals by the existing technology and conditions.Besides，this paper put forward suggestions according to the shortcomings of relevant researches at present，which involved the core research directions，the recycling and utilization of resources，the introduction and comprehensive application of technology，so as to provide theoretical basis for repairing the screening of tree species and improving the tolerance and absorptive capacity of woody plants to heavy metals.

Key words? ? soil remediation;heavy metal pollution;woody plants;absorptive capacity

土壤重金屬污染的污染源主要包括礦山的開采和金屬的冶煉、工業(yè)生產(chǎn)中“三廢”排放以及化肥和生長調(diào)節(jié)劑的施用[1]。植物修復(fù)具有投資小、易操作、不破壞土壤結(jié)構(gòu)和無環(huán)境危害等優(yōu)點(diǎn)，是一種極具發(fā)展前景的修復(fù)技術(shù)。木本植物對重金屬具有一定的抗性和吸收能力，又有不易進(jìn)入食物鏈危害生物健康的特點(diǎn)[2-3]，樹木根部吸收重金屬后，將其輸送并儲存在植物體的根部及地上部分，通過采伐后集中處理等途徑回收重金屬，最終達(dá)到清除土壤重金屬的目的[4]。本文主要從樹種的吸收蓄積能力和耐受力等方面進(jìn)行分析，并據(jù)此篩選重金屬污染區(qū)修復(fù)的優(yōu)勢樹種，提出應(yīng)加強(qiáng)木本植物修復(fù)污染土壤的相關(guān)研究，深入探索土壤修復(fù)領(lǐng)域。

1? ? 木本植物對重金屬的抗性機(jī)理

研究表明，樹木體內(nèi)的重金屬螯合劑可通過結(jié)合重金屬離子的方式降低重金屬對細(xì)胞的毒害作用[5]。植物在重金屬的脅迫下產(chǎn)生對植物有害的活性自由基時(shí)，抗氧化系統(tǒng)主要通過加強(qiáng)植物的抗氧化性提高植物對重金屬的抗性。焦軼男等[6]研究認(rèn)為，香樟、側(cè)柏（Platycladus orientalis）、夾竹桃（Nerium indicum）、珊瑚樹（Viburnum odoratissimum）、紅花檵木（Loropetalum chinense）、金邊黃楊（Euonymus japonicus）和女貞（Ligustrum lucidum）對鎘的耐受力主要?dú)w功于植物的抗氧化系統(tǒng)對過氧化物的清除和對膜系統(tǒng)的保護(hù)。郝瑞芝等[7]在研究樹木對重金屬的抗性機(jī)理時(shí)發(fā)現(xiàn)，樹木可通過根系分泌物對根際環(huán)境的改變減輕重金屬離子對樹木的毒害，并發(fā)現(xiàn)了抗重金屬脅迫的內(nèi)生細(xì)菌，這種細(xì)菌可通過將重金屬積累在根菌的細(xì)胞壁，利用菌絲形成的“哈蒂氏網(wǎng)”和細(xì)胞質(zhì)對重金屬的累積3個(gè)途徑減輕重金屬離子對樹木的毒害。王旭旭等[8]在對4種木本植物對鉛和鋅的吸收累積研究中認(rèn)為，4種木本植物中欒樹（Koelreuteria paniculata）能在鉛污染區(qū)正常生長的原因可能是其根系對鉛的排斥作用和根系分泌物對根際環(huán)境的改變。徐秋芳等[9]研究認(rèn)為，馬尾松（Pinus massoniana）根際土壤的交換性鋁和交換性酸之所以顯著高于非根際土壤，主要還是受根系分泌物的影響。當(dāng)根際土壤中金屬離子濃度較高時(shí)，分泌物中的粘膠物質(zhì)就會交換和吸附重金屬離子從而降低毒害作用。

2? ? 木本植物對土壤重金屬的耐受性差異

根據(jù)不同的環(huán)境選擇合適的耐性樹木是植物修復(fù)能否成功的關(guān)鍵。研究發(fā)現(xiàn)，蒿柳（Salix viminalis）能迅速適應(yīng)條件極端不利的土壤，對鎘的固定量大，且有較高的耐受性[10];歐陽林男[11]以湘潭錳礦區(qū)尾礦渣為基質(zhì)，通過盆栽試驗(yàn)研究了5種樹木對錳污染土壤的修復(fù)能力，結(jié)果表明，構(gòu)樹（Broussonetia papyrifera）不僅在根系錳含量極高的情況下仍然生長良好，還表現(xiàn)出對錳極強(qiáng)的耐受力，是修復(fù)錳礦區(qū)的先鋒樹種。銀合歡（Leucaena leucocephala）、女貞、夾竹桃、槐樹則因其耐受力強(qiáng)，被大量種植在重金屬礦區(qū)廢棄地中，參與植被恢復(fù)工程，除此之外，還可聯(lián)合白花泡桐（Paulownia fortunei）修復(fù)鎘污染土壤。不同樹種對重金屬的耐受力不同，主要由樹種本身的特性決定。重金屬領(lǐng)域的工程不單是植物修復(fù)，還有植物監(jiān)測等，可根據(jù)耐受力的差異劃分應(yīng)用領(lǐng)域。Paolis等[12]報(bào)道，楊樹根系發(fā)達(dá)，對重金屬耐受性強(qiáng)，具有吸收及轉(zhuǎn)運(yùn)重金屬到地上部分的能力，能用于修復(fù)重金屬污染土壤。洋紫荊（Bauhinia blakeana）、南洋杉（Araucaria cunninghamii）、高山榕（Ficus altissima）、雅榕（Ficus concinna）分別對鉛、鎘、汞、砷的抗性最小，即敏感性最強(qiáng)，可用于重金屬的監(jiān)測領(lǐng)域[13]。

3? ? 木本植物對重金屬的吸收蓄積能力比較

研究表明，木本植物根際環(huán)境的pH值變化、根系分泌物、根際微生物效應(yīng)以及金屬有機(jī)成分的改變都可能會影響植物根系對重金屬的吸收和運(yùn)輸[14-15]。因此，木本植物對重金屬的吸收能力大小不一。速生喬木具有發(fā)達(dá)的根系，可以扎根到土壤深處對深層重金屬進(jìn)行吸收[16]。個(gè)別樹種表現(xiàn)出對某一重金屬的超富集能力，可用于單一重金屬污染土壤的修復(fù)。例如，楊勝香等[17]研究發(fā)現(xiàn)，錳礦區(qū)木荷（Schima superba）樹葉的錳含量高達(dá)30 075.94 mg/kg，表現(xiàn)出對錳的超富集能力，可用于錳污染區(qū)的修復(fù)治理。王旭旭等[18]通過人工控制研究了櫸樹（Zelkova serrata）、毛紅椿、欒樹等在不同濃度的鉛鋅處理下體內(nèi)重金屬的分布、累積情況。結(jié)果表明，櫸樹、欒樹、毛紅椿在各濃度處理下均表現(xiàn)出較好的富集與轉(zhuǎn)運(yùn)能力，可用于鉛污染區(qū)的治理。大部分樹種都表現(xiàn)出對多種重金屬較強(qiáng)的吸收能力?？? 薇等[19]對湖北古銅礦遺址區(qū)的調(diào)查表明，法國冬青（Viburnum odoratissimum）、苦楝（Melia azedarach）、梧桐（Firmiana platanifolia）和桂花（Osmanthus fragrans）對銅、鎘和鉛都具有較強(qiáng)的重金屬富集能力，是土壤重金屬污染修復(fù)的潛力樹種。由此可知，植物對重金屬的吸收蓄積能力與樹種和重金屬類型息息相關(guān)。

4? ? 重金屬土壤污染區(qū)修復(fù)樹種的篩選

重金屬污染土壤修復(fù)樹種的篩選應(yīng)該綜合考慮各種因素，例如植物在污染區(qū)的生長情況、生物量的大小、吸收與富集能力和環(huán)境耐受力等。康? 薇等[20]在對湖北礦區(qū)的研究結(jié)果表明，鉛污染區(qū)域可選擇栽植二球懸鈴木（Platanus acerifolia）和構(gòu)樹等樹種進(jìn)行修復(fù)，鎘污染區(qū)域可栽植法國冬青、梧桐、刺槐（Robinia pseudoacacia）等樹種，而Cu-Cd-Pb復(fù)合污染區(qū)可用苦楝、女貞、梧桐和桂花等樹種進(jìn)行修復(fù)。木荷生物量大，對錳耐性強(qiáng)，具有保持水土，增強(qiáng)肥力的功能，已有多項(xiàng)研究表明[21-23]，木荷是潛在的錳超富集植物，有極強(qiáng)的錳轉(zhuǎn)移能力。植物對重金屬的吸收能力和耐受力很大程度上決定了植物修復(fù)能力的大小。曾? 鵬等[24]通過盆栽試驗(yàn)研究了樹木對鎘的耐受能力和富集特征，結(jié)果表明，珊瑚樹是鎘富集型植物，可用于修復(fù)鎘輕度污染土壤;側(cè)柏、金邊黃楊、香樟和女貞是鎘囤積型植物，可運(yùn)用于鎘重度污染土壤中鎘的固定。張富運(yùn)等[25]對鉛鋅超富集植物及耐性植物篩選的研究中得出，光皮樹（Swida wilsoniana）、黧蒴錐（Castanopsis fissa）、楠木（Phoebe zhennan）是修復(fù)鉛鋅污染土壤潛力樹種，有較強(qiáng)的耐性，對鉛鋅污染土壤具有一定的修復(fù)能力。

5? ? 木本植物修復(fù)重金屬污染土壤的實(shí)際應(yīng)用

楊樹是一種耐瘠薄、抗逆性強(qiáng)且生長迅速的樹種，利用楊樹修復(fù)重金屬污染是一種低成本，無二次污染的新興技術(shù)。楊樹在波蘭還被用于構(gòu)建人工濕地[26]，以清除和吸收水體中的富營養(yǎng)化元素，如磷、鎂、鉀、鋅、鋁等。吳雁華[27]研究表明，楊樹對重金屬污染有較強(qiáng)的修復(fù)能力，并提出了京南重金屬污染區(qū)楊樹修復(fù)的生態(tài)模式。桑樹對土壤的適應(yīng)性強(qiáng)，且吸收的重金屬主要集中在葉片中，有利于回收，能有效減緩二次污染。Alahabadi 等[28]通過研究城市中不同樹種對重金屬的富集能力發(fā)現(xiàn)，墨桑（Morus nigra）和白桑（Morus alba）對重金屬的吸收能力較強(qiáng)，可用于吸收城市中綠化帶和緩沖區(qū)的重金屬。在瑞典，人們利用柳樹過濾廢水，治理土壤污染[29]，響應(yīng)綠色發(fā)展經(jīng)濟(jì)的號召。

6? ? 建議與展望

草本植物具有生長速度快、適應(yīng)性強(qiáng)、物種豐富等特點(diǎn)，一直被廣泛應(yīng)用于土壤重金屬的修復(fù)。喬木修復(fù)技術(shù)起步較晚，很多方面還有待完善。但喬木生物量大、重金屬耐性強(qiáng)，兼?zhèn)渲脖换謴?fù)的功能，在修復(fù)重金屬污染土壤方面具有廣闊的應(yīng)用前景。多數(shù)草本植物和木本植物都占有不同的生態(tài)位[30-32]，所以實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)充分利用二者的生態(tài)位差異，提高修復(fù)效率，以達(dá)到縮短修復(fù)周期的目的。地上部分重金屬含量大于根部或土壤重金屬含量的植物更適用于重金屬污染土壤的修復(fù)，應(yīng)加強(qiáng)對木本植物地上部分的重金屬蓄積能力和向上部分轉(zhuǎn)移能力的研究，以提高修復(fù)效率。修復(fù)的同時(shí)還要避免二次污染，將環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展結(jié)合。環(huán)境問題的本質(zhì)是經(jīng)濟(jì)問題，經(jīng)濟(jì)發(fā)展依賴于環(huán)境，二者相互作用，相互促進(jìn)。應(yīng)深入開展對植物回收的研究，將環(huán)境與經(jīng)濟(jì)緊密結(jié)合，既可避免重金屬的二次污染，還能將資源有效回收利用，產(chǎn)生一定的經(jīng)濟(jì)效益。

7? ? 參考文獻(xiàn)

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