孫倫濤 儲燕 邵將 成德久

摘要：植物修復(fù)技術(shù)作為一種新興的土壤修復(fù)技術(shù)，被廣泛運用于重金屬污染土壤治理中。蚯蚓分泌液中含有大量能夠促進(jìn)植物生長發(fā)育的營養(yǎng)元素和可絡(luò)合、活化重金屬的膠粘物質(zhì)。該文綜述了蚯蚓分泌液在植物修復(fù)重金屬的應(yīng)用研究，分析了其對植物修復(fù)重金屬污染土壤的作用。

關(guān)鍵詞：植物修復(fù);蚯蚓分泌液;重金屬

中圖分類號 X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2020）16-0155-03

近幾十年來，我國土壤重金屬污染因城市化和工業(yè)化進(jìn)程而加劇，耕地、農(nóng)田、礦區(qū)、城市居住區(qū)等土壤都存在不同程度的重金屬污染[1]。由于重金屬具有隱蔽性、長期性、累積性和不可逆性的特點，生物不可降解性和相對穩(wěn)定性的特征，重金屬一旦進(jìn)入到土壤和其他環(huán)境介質(zhì)中，最終可能會進(jìn)入食物鏈威脅人類健康[2]。

傳統(tǒng)的土壤重金屬污染修復(fù)方法主要有客土、電動、淋洗等物理化學(xué)方法，這些方法雖然能夠快速靈活地降低重金屬污染，但也存在運行成本高，可能產(chǎn)生二次污染等問題[3]。植物修復(fù)技術(shù)作為一種新興的土壤修復(fù)技術(shù)，操作方便，且具有保護(hù)土表、防止水土流失、美化環(huán)境等優(yōu)點，是現(xiàn)階段最重要的土壤修復(fù)技術(shù)之一[4]。研究報道，植物只能吸收其根系周圍的重金屬，植物吸收根際土壤中的重金屬后，根系周圍土壤的重金屬濃度會下降[5]，并影響植物對重金屬進(jìn)一步的吸收。因此，眾多研究者通過改良植物修復(fù)技術(shù)來提高植物富集重金屬的效果[6-7]。而蚯蚓分泌液中含有大量植物所需的營養(yǎng)物質(zhì)及-CO0H、-NH2、-C=O等活性基團(tuán)的膠黏物質(zhì)，其中膠粘物質(zhì)能絡(luò)合、螯合重金屬，提高土壤中重金屬活性，同時膠黏物質(zhì)乂是微生物的生活基質(zhì)[8-9]。本文綜述了蚯蚓分泌液在植物修復(fù)重金屬土壤中的應(yīng)用研究進(jìn)展，以期為蚯蚓分泌液應(yīng)用于植物修復(fù)重金屬污染土壤提供參考。

1 植物修復(fù)概況

植物修復(fù)重金屬污染土壤可分為植物固定、植物提取、植物揮發(fā)及根系過濾4種類型。植物固定是植物根系對重金屬的吸收、螯合等作用，降低重金屬在土壤重的遷移轉(zhuǎn)化能力;植物提取是通過超富集植物積累土壤中重金屬到植物根莖葉殼籽等部位，最終對植物進(jìn)行處理;植物揮發(fā)是通過植物根系分泌殊物質(zhì)將吸收到體內(nèi)的污染物轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)并釋放到大氣中;植物過濾主要是根系對重金屬的沉淀和富集[10-11]。植物修復(fù)最終還是通過超積累植物對重金屬進(jìn)行吸收、富集的，然后通過處理植物來達(dá)成修復(fù)重金屬污染土壤的目的。

已有研究表明，眾多植物均能有效吸收和富集重金屬元素，目前發(fā)現(xiàn)的超積累植物多達(dá)幾百種[12]。由表1可知，1種重金屬可以被多種植物富集，1種植物也可以積累多種重金屬，如芒麻（Boehmerianivea）對As、Cd均有超富集作用，印度芥菜（Brassica junceL.）謝Pb、Cd均有超富集作用。

雖然植物修復(fù)被認(rèn)為是最理想的土壤重金屬修復(fù)技術(shù)，但修復(fù)植物對污染物質(zhì)的耐性是有限的，當(dāng)土壤中重金屬濃度超過植物的耐受性界限，就不適合進(jìn)行植物修復(fù)。一些植物生長具有地域性的差異性，植物生長由于光照周期長短或者季節(jié)變換，在不同生境下植物生長類型各不相同，在受污染地區(qū)一些污染地區(qū)土壤可能并不適合修復(fù)植物的生長發(fā)育。另有研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)植物根系的大部分集中在土壤表層，植物吸收根際土壤中的重金屬后，根系周圍土壤的重金屬濃度下降[5]，對于污染較嚴(yán)重，重金屬遷移至深層土壤中，從而影響了植物對重金屬進(jìn)一步的吸收。一般植物生長周期較長，對需要快速治理的污染土壤不能夠滿足植物修復(fù)的要求。修復(fù)植物多數(shù)為野生植物，一般具有種子小、落粒性強(qiáng)，種子比較難于采集，并且在污染土壤達(dá)標(biāo)后，修復(fù)植物的自然生長會像雜草一樣影響作物生產(chǎn)[13-14]。

2 分泌液對植物的作用

眾多研究表明，蚯蚓分泌液液中含有大量的有機(jī)物質(zhì)、NH4+-N、NO-3-N、氮磷鉀等植物可利用營養(yǎng)成分，促進(jìn)了植物生長[15]。鄭亮[16]研究表明，較高濃度的蚯蚓分泌液顯著提高了綠豆種子的發(fā)芽勢，降低了小麥和番茄種子的發(fā)芽勢，幅度分別達(dá)到14.8%、13.3%和69.0%;分泌液對植物幼苗植株的增高、植物幼苗的葉面積以及平均葉長均有顯著的促進(jìn)作用（P<0.05）。卓少明等[17]研究表明，一定濃度的蚯蚓分泌液可以降低豌豆和相思豆的發(fā)病率，并且對它們的生長具有促進(jìn)作用。葛成軍等[18]研究表明，蚯蚓分泌液對朝天椒、菜心2種種子的萌發(fā)具有一定的影響，具體表現(xiàn)為“低促高抑”的現(xiàn)象。田華等[19]研究表明，蚯蚓分泌液能夠延緩儲存期間圣女果果實的衰老進(jìn)程，保持果實的營養(yǎng)成分和貯藏品質(zhì)。張樹杰等[20-21]研究表明，蚯蚓分泌液液中含有大量的可溶性有機(jī)碳（DOC）、氮磷鉀等植物可利用營養(yǎng)成分，促進(jìn)了植物生長以及對重金屬的富集。在Cd污染脅迫下，蚯蚓分泌液分別使番茄幼苗根系、莖和葉的鮮重增加123.9%、16.2% 和 32.0%。Nadana Raja Vadivu Ganapathy 研究發(fā)現(xiàn)，對不同處理的植物生長參數(shù)進(jìn)行比較，冷（4℃）分泌液（1：10）處理在根、芽和幼苗長度、活力指數(shù)和發(fā)芽率方面顯著高于其他處理，而其他處理（溫暖和正常）則顯著低于低溫處理，分泌液處理組均能夠顯著增強(qiáng)植物的生長[22-23]。史志明等[24]研究表明，蚯蚓分泌液促進(jìn)了黑麥草的生長，添加分泌液處理組根系鮮重比不添加分泌液處理組增加33.6%～146%，地上部分和整株黑麥草生物量的鮮重比不添加分泌液處理組增加12.4%～35.8%和34.5%～59.6%。蚯蚓分泌液還促進(jìn)了黑麥草對有機(jī)物質(zhì)菲的吸收，吸收量增加62.8%。陳玉香[25]研究表明，蚯蚓分泌液能夠促進(jìn)秸稈中微生物的群落豐度，增加微生物多樣性，分泌液對加速玉米秸稈的分解具有重要作用。

3 分泌液對植物修復(fù)重金屬的作用

蚯蚓分泌液富含多種活性基團(tuán)及有機(jī)物質(zhì)，而有機(jī)物質(zhì)，特別是小分子有機(jī)物，如有機(jī)酸及氨基酸能夠溶解重金屬化合物和含重金屬的礦物，提高土壤中重金屬的生物有效性[26-28]，以及分泌大量粘液蛋白對重金屬的絡(luò)合作用，這是蚯蚓分泌液提高土壤中重金屬活性的主要機(jī)理之一[29]。低分子有機(jī)酸在土壤環(huán)境中可參與成土作用，促進(jìn)礦物溶解，改變根際土壤理化性狀，緩解植物根系缺氧癥狀，促進(jìn)植物對養(yǎng)分的吸收。同時，它能促進(jìn)土壤中重金屬的溶解，有助于超富集植物對重金屬的吸收和清除也有研究發(fā)現(xiàn)，蚯蚓可以通過分泌胞體蛋白、金屬巰基基團(tuán)、重金屬螯合蛋白等降低Cu和Zn的有效性。zhang等[21]研究表明，在添加蚯蚓分泌液的情況下，植物體中重金屬Cd濃度升高22.5%、14.4%和28.9%，Cd富集量增加173.2%、14.5% 和75.4%。

蚯蚓分泌液可以通過激活微生物活動調(diào)控土壤重金屬的化學(xué)行為，提高植物修復(fù)重金屬污染土壤的效率，從而達(dá)到修復(fù)土壤重金屬污染的目的。蚯蚓分泌液的主要成分為糖類和蛋白質(zhì)，其中含有大量的糖蛋白、縮氨酸、氨基酸等物質(zhì)，這些物質(zhì)可以作為微生物良好的同化碳源，與此同時也可促進(jìn)微生物生長繁殖，增加微生物豐度及多樣性[31-34]。微生物還可分泌出質(zhì)子、有機(jī)化合物質(zhì)等，這些物質(zhì)對土壤中重金屬具有活化作用。另外，微生物也可通過對重金屬價態(tài)的轉(zhuǎn)化或通過刺激植物根系的生長發(fā)育來影響植物對重金屬的吸收[35]。但同時也有研究表明，微生物對重金屬具有吸附作用，從而降低其可移動性和生物有效性，減少土壤內(nèi)的金屬含量[7]。

4 結(jié)語

由于蚯蚓分泌物中富含氮磷鉀等利于植物生長的營養(yǎng)物質(zhì)，可促進(jìn)植物的生長。因此，在植物修復(fù)重金屬土壤中，加入蚯蚓分泌液可直接加快植物吸收、富集重金屬速度，加快植物修復(fù)進(jìn)程，從而間接性的提高植物修復(fù)重金屬的效率。分泌液中同樣富含黏液蛋白等粘性物質(zhì)，可絡(luò)合、螯合土壤中重金屬，降低土壤重金屬活性。分泌液中的有機(jī)酸、氨基酸等物質(zhì)，可增加植物根際微生物豐度和多樣性，促進(jìn)微生物與重金屬發(fā)生絡(luò)合、螯合、沉淀等作用，降低重金屬遷移的能力。

從蚯蚓分泌液增快植物生長速率、促進(jìn)植物根際微生物繁殖和降低重金屬活性來看，蚯蚓分泌液縮短了植物修復(fù)周期，增強(qiáng)了植物富集能力，降低了土壤重金屬含量等。因此，蚯蚓分泌液在植物修復(fù)重金屬污染土壤中具有較強(qiáng)的可行性及應(yīng)用價值。

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（責(zé)編：張宏民）

基金項目：國家自然科學(xué)基金資助項目（51878004;51978001 ;41471422;41402309）;研究生創(chuàng)新基金項目（2019CX2005）;大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目（201910361001 ;S201910361003;201810361009;201710361006）。

作者簡介：孫倫濤（1994-），男，安徽安慶人，碩士研究生，研究方向：固廢資源化利用。 收稿日期： 2020-06-30