基于重金屬污染植物提取修復(fù)技術(shù)研究分析

陽成

中國葛洲壩集團(tuán)有限公司宜昌基地管理中心 湖北宜昌 443000

1 植物修復(fù)土壤重金屬污染概述

重金屬污染土壤的修復(fù)方法包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)等，具有一定的理論基礎(chǔ)和技術(shù)可行性。其中，生物修復(fù)包括植物修復(fù)、動物修復(fù)、微生物修復(fù)等，是通過利用生命系統(tǒng)的活動，實現(xiàn)受限制和管理的環(huán)境中需要的物理和化學(xué)的變化，使土壤中的有害污染物得以去除，土壤質(zhì)量得以提高或改善的過程。生物修復(fù)是污染土壤修復(fù)的基礎(chǔ)，植物修復(fù)是生物修復(fù)的基本方式。研究表明，物理、化學(xué)方法修復(fù)重金屬污染土壤，耗資巨大，易破壞土壤結(jié)構(gòu)、降低土壤肥力及土壤生物活性。植物修復(fù)重金屬污染土壤是較為理想的方法，具有成本低、適合大面積治理、維持土壤生物活性和土壤物理性質(zhì)和不易造成二次污染等優(yōu)點[1]。

植物修復(fù)重金屬污染土壤的首要目標(biāo)是對污染物的削減甚至徹底清除，但首要目標(biāo)并不能作為重金屬污染土壤修復(fù)的唯一目標(biāo)，應(yīng)當(dāng)綜合考慮，有的放矢。具體原因分析如下：①土壤生境類型的多樣性。不同類型的土壤，其中包含元素的環(huán)境背景值不同，土壤重金屬污染物的性質(zhì)、種類、分布、遷移規(guī)律、降解過程、人為干擾的強(qiáng)度和時間等均有差異，在此情況下，不能根據(jù)固定單一的標(biāo)準(zhǔn)去衡量復(fù)雜多樣的土壤生境類型的污染情況。②目標(biāo)污染物的削減甚至清除，并不能表明土壤生態(tài)毒理性降低，生態(tài)風(fēng)險性得到提高。③植物修復(fù)重金屬污染土壤是一項系統(tǒng)的大工程，涉及項目運行成本、技術(shù)成本、土地再利用等方面，應(yīng)對修復(fù)后土壤在生產(chǎn)、生活及生態(tài)效益、棲息功能方面提出明確要求，土壤生態(tài)服務(wù)功能的恢復(fù)與提升也成為植物修復(fù)重金屬污染土壤的延伸目標(biāo)。

植物修復(fù)重金屬污染土壤的理論基礎(chǔ)來源于某種植物能忍耐并且超量積累某一種或多種化學(xué)元素，利用植物的富集能力和轉(zhuǎn)移能力，將土壤中的重金屬大量轉(zhuǎn)移至植株體內(nèi)，特別是地上部分，選取適當(dāng)?shù)臅r機(jī)收割，促進(jìn)合理利用生態(tài)工程措施治理污染，從而達(dá)到對污染土壤進(jìn)行治理和利用相結(jié)合的效果。

2 提取效果的影響因素

由于植物修復(fù)是依賴植物體對重金屬的耐性，并在其生命代謝活動中從土壤吸收重金屬以達(dá)到凈化的目的，這一過程可能受到土壤pH、土壤有機(jī)質(zhì)含量、重金屬有效態(tài)含量、微生物活性等因素的影響。

2.1 土壤pH土壤

pH不僅會影響重金屬在土壤中的存在形態(tài)，還會影響植物根系吸附位點的數(shù)量。周雪飛等利用酸雨的淋溶過程來體現(xiàn)土壤pH對重金屬穩(wěn)定性的影響。結(jié)果表明，隨著淋溶液pH的增加，土壤中Zn、Ni、Cd的遷移速度明顯減小。大多數(shù)重金屬在堿性條件下易形成沉淀，從而增加重金屬離子的穩(wěn)定性，這是因為pH增加提高了土壤表面的可變負(fù)電荷，促進(jìn)土壤膠體對重金屬離子的吸附，并降低吸附態(tài)重金屬的解吸量；其次是由于溶液中H＋濃度降低，H＋的吸附競爭作用減弱，可以使土壤中碳酸鹽、磷酸鹽、有機(jī)質(zhì)和鐵錳氧化物等與重金屬結(jié)合得更加牢固，從而降低重金屬有效性，這在某種程度上阻礙了植物對重金屬的提取[2]。

2.2 土壤有機(jī)質(zhì)

土壤有機(jī)質(zhì)含量直接影響土壤的保水保肥能力，因此，通過提高土壤有機(jī)質(zhì)含量可以有效優(yōu)化土壤的理化性質(zhì)。有機(jī)質(zhì)含有羰基、羧基、醇羥基和酚羥基等多種活性官能團(tuán)，同時具有巨大的比表面積，能夠與重金屬離子形成穩(wěn)定的螯合物，從而降低重金屬活性，影響富集植物對重金屬的提取效果。

2.3 重金屬賦存形態(tài)

重金屬賦存形態(tài)對植物提取重金屬的效果有重要影響，目前能被植物所利用的有效態(tài)重金屬多指水溶態(tài)和離子交換態(tài)。有研究表明，重金屬只有溶解到土壤水溶液中才能被植物所吸收，而土壤中重金屬有效態(tài)含量對于植物提取效果的影響針對不同植物種類差異較大。

2.4 微生物活性

根際土壤中存在大量微生物種群，據(jù)統(tǒng)計，每克土壤中存在4000-10000種原核微生物，總數(shù)約2×109個。喬旭等的研究表明，根際微生物可以通過分泌生物表面活性劑、有機(jī)酸、氨基酸和酶等提高根際環(huán)境中重金屬的生物有效性，從而影響植物對重金屬的吸收富集?？梢姡H微生物對植物的富集能力起著至關(guān)重要的作用。

3 植物提取修復(fù)的強(qiáng)化措施

3.1 提高富集植物的生物量

提高富集植物的生物量是強(qiáng)化重金屬植物修復(fù)效果較常用的強(qiáng)化方法。孟桂元等通過在土壤中投加石灰和有機(jī)肥提高土壤pH，使Cd、Pt與碳酸鹽、磷酸鹽、氫氧化物等形成難溶的化合物，減小重金屬對苧麻的脅迫，此處理使苧麻的生物量增加近40%，且使Cd、Pt的提取效果分別提高了9.42%、10.03%。廖曉勇等通過在As污染土壤添加各種磷肥來提高蜈蚣草的生物量，其中以磷酸二氫鈣效果最好，施加磷酸二氫鈣后蜈蚣草的生物量為對照組的1.27倍，對As的提取量比對照組提高了2倍以上。結(jié)果表明，3種改良劑均有效提高了劍麻的生物量，以海泡石效果最佳，使單株劍麻的重金屬提取量達(dá)到116.52mg。通過提高植物生物量來增加富集植物對重金屬的提取效果，優(yōu)勢在于所施加的改良劑一般可作為肥料，不會對土壤造成二次污染。但此方法也存在弊端，如該方法通過提高土壤pH來減小重金屬對植株的脅迫，此過程會限制后期重金屬濃度較小時植物提取的效果[3]。

3.2 提高重金屬生物可利用性

添加活化劑可增加土壤污染物的解吸率和移動性以提高有效態(tài)重金屬的含量，此過程目前多通過如下3種手段實現(xiàn)：（1）添加螯合劑。螯合劑可與土壤中的重金屬形成水溶性金屬－螯合劑絡(luò)合物，從而達(dá)到活化重金屬的目的，為植物的吸收創(chuàng)造有利條件。（2）添加有機(jī)酸。檸檬酸、蘋果酸、草酸等有機(jī)酸可與重金屬形成可溶性絡(luò)合物，從而增強(qiáng)重金屬離子的活性和移動性。（3）添加表面活性劑。表面活性劑一般附著在土壤顆粒表層，通過降低土壤對重金屬離子的吸附作用，加速重金屬從土壤中解離至土壤溶液。

4 結(jié)論

總之，植物修復(fù)技術(shù)是近年來社會各界公認(rèn)的較為理想的重金屬污染土壤原位修復(fù)技術(shù)，研究取得一定進(jìn)展的同時，也面臨著一些問題。植物修復(fù)技術(shù)需要不斷地探索創(chuàng)新，結(jié)合多學(xué)科合作，并且解決修復(fù)植物的安全處置這個關(guān)鍵問題，其可行性和有效性將逐漸加強(qiáng)，其優(yōu)勢將更加凸顯，具有美好的應(yīng)用前景。