污染土壤植物修復(fù)效率影響因素研究進(jìn)展分析

上海市環(huán)境科學(xué)研究院 黃宇皎

污染土壤修復(fù)領(lǐng)域使用植物進(jìn)行修復(fù)是一種比較新穎的方法，其一般利用超富集植物來(lái)提取污染泥土中的污染物。植物的根莖及依附在植物根莖表面的微生物可以對(duì)污染物進(jìn)行各種處理，比如吸收、降解等，這也是污染土壤植物修復(fù)技術(shù)的原理。植物修復(fù)技術(shù)與傳統(tǒng)的土壤修復(fù)技術(shù)相比，優(yōu)勢(shì)相當(dāng)明顯，比如說(shuō)，成本低廉、修復(fù)過(guò)程中不會(huì)對(duì)土壤造成二次污染、可以保護(hù)土壤的整體結(jié)構(gòu)。這些優(yōu)勢(shì)使得污染土壤植物修復(fù)技術(shù)逐漸為人所注重，在不少的土壤修復(fù)項(xiàng)目中得以被應(yīng)用，也取得了優(yōu)良的修復(fù)結(jié)果。有利自然有弊，植物修復(fù)技術(shù)也無(wú)法破例。相較于諸如熱脫附、氧化、還原等傳統(tǒng)的物理和化學(xué)修復(fù)技術(shù)，植物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)周期相對(duì)較長(zhǎng)、單位效力較低。因?yàn)槭褂弥参镄迯?fù)技術(shù)需要用到植物，但是植物有一個(gè)生長(zhǎng)周期，并且一株植物的覆蓋面積有限，而且植物修復(fù)技術(shù)對(duì)土壤的修復(fù)深度不夠，對(duì)于污染深度較深的場(chǎng)地往往鞭長(zhǎng)莫及。這些因素導(dǎo)致植物修復(fù)技術(shù)難以推廣，目前多數(shù)情況下還只是停留在實(shí)驗(yàn)這一步驟。如何解決植物修復(fù)技術(shù)的一系列問(wèn)題，成為了植物修復(fù)技術(shù)推廣的關(guān)鍵，同時(shí)，這也是植物修復(fù)技術(shù)健康發(fā)展的必經(jīng)之路。目前，很多媒體都對(duì)植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)行了報(bào)道，但是他們報(bào)道的內(nèi)容都不具備全面性以及系統(tǒng)性?？紤]到這些因素，本文對(duì)污染土壤植物修復(fù)效率影響因素進(jìn)行分析與總結(jié)，以此為污染土壤植物修復(fù)效率提高提供參照。

一、污染物理化性質(zhì)的影響

造成環(huán)境污染的污染物種類(lèi)繁多，污染物的物理及化學(xué)性質(zhì)對(duì)植物修復(fù)效率有一定的影響。比如污染物的分子結(jié)構(gòu)特性、分子量、酸堿度、半衰期、解離常數(shù)等，都可能對(duì)修復(fù)效率造成影響。通過(guò)對(duì)大部分植物的各項(xiàng)特征進(jìn)行分析，其對(duì)于呈吸附狀態(tài)的重金屬污染物的吸收能力較強(qiáng)，修復(fù)效果也較好。對(duì)于疏水性較強(qiáng)的污染物，如果其半衰期不大于10d，蒸汽氣壓大于10-4，則主要以氣態(tài)的形式被植物的葉片所吸收，所以，這類(lèi)污染物的修復(fù)率較低。對(duì)于水溶性較強(qiáng)的污染物，大都是經(jīng)由根莖將其吸入植物體內(nèi)，而水溶性差的污染物，植物難以將其吸取。如污染物的分子量小于500，則較易被植物所吸取，而分子量大于500就難以被植物吸取轉(zhuǎn)化。同時(shí)，污染物的分子結(jié)構(gòu)也對(duì)修復(fù)效率有著一定的影響，分子結(jié)構(gòu)決定了物質(zhì)的化學(xué)特性，比如氯聯(lián)苯對(duì)農(nóng)作物的危害會(huì)隨著苯環(huán)上氯原子個(gè)數(shù)的增加而增大[1]，這類(lèi)危害會(huì)影響植物修復(fù)的效力。

二、土壤因子的影響

土壤的物理、化學(xué)性質(zhì)也對(duì)植物修復(fù)技術(shù)的修復(fù)效率有著一定的影響，構(gòu)成土壤的顆粒大小，決定著植物對(duì)多環(huán)芳烴等有機(jī)物的吸附能力，同時(shí)，顆粒的大小也影響微生物的可給性。同種植物對(duì)于不同土壤條件的修復(fù)效率具有明顯的不同，比如在砂土中，植物對(duì)鎳的修復(fù)效率不高。土壤的pH值對(duì)植物的修復(fù)率也有影響，在通常情況下，酸性土壤當(dāng)中的植物對(duì)有機(jī)物的吸收起著促進(jìn)作用，能夠加大植物根莖對(duì)有機(jī)物的吸收，而在堿性條件下，土壤當(dāng)中的腐敗物，會(huì)降低生物的可給性。大量的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，除了鎳和砷，在堿性條件下，植物對(duì)于絕大多數(shù)重金屬的吸附效率都隨著土壤環(huán)境的pH值增加而降低。適量的水分可以抑制污染物對(duì)土壤的吸附，對(duì)生物的可給性起到促進(jìn)作用，當(dāng)土壤中的水分過(guò)多時(shí)，植物反而會(huì)因?yàn)轲B(yǎng)分不足而減緩生長(zhǎng)，同時(shí)，對(duì)降解能力造成影響[2]。

在土壤當(dāng)中，土壤的黏粒以及其中有機(jī)質(zhì)的含量對(duì)植物的吸收效率有著重要的影響作用。黏粒含量高的土壤，相較于一般的土壤，對(duì)離子型的有機(jī)物吸附力更強(qiáng)，甚至某些疏水性的有機(jī)生物也會(huì)被土壤固定、吸附，使其生物的可給性下降。比如，叢林中的有機(jī)土壤比其他礦物土壤更能夠吸附Cs+。而有機(jī)質(zhì)含量高的土壤也會(huì)影響植物對(duì)于多環(huán)芳烴的降解效率，因?yàn)橛袡C(jī)質(zhì)高的土壤對(duì)于多環(huán)芳烴的吸附性較強(qiáng)。另外，在特定的條件下，無(wú)機(jī)鹽也會(huì)對(duì)重金屬的吸收起到促進(jìn)作用，比如說(shuō)，當(dāng)土壤當(dāng)中含有3%的氯化鈉時(shí)，就會(huì)促進(jìn)植物對(duì)鎘的吸收[3]。

三、植物根際效應(yīng)的影響

污染土壤植物修復(fù)效果與微環(huán)境密切關(guān)聯(lián)，而微環(huán)境與植物根際相關(guān)，也就是說(shuō)，植物根際土與非根際土具備不同的微環(huán)境，在根際土壤當(dāng)中，植物修復(fù)的效果更加理想。因?yàn)樵诟H圈內(nèi)，有很多微生物，而這些微生物的代謝活動(dòng)對(duì)有機(jī)污染物有著分解轉(zhuǎn)化的作用，植物根部分泌出的有機(jī)物質(zhì)，也為這些微生物的生長(zhǎng)提供了有機(jī)碳源，并且這些有機(jī)物質(zhì)還促進(jìn)了金屬向可溶解的有機(jī)復(fù)合態(tài)的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，植物根部分泌的有機(jī)物也會(huì)對(duì)土壤的pH造成影響，讓土壤酸化，促進(jìn)植物對(duì)重金屬元素的吸收。在根際環(huán)境當(dāng)中的某些微生物與植物共同工作，比如部分真菌，可以吸收土壤當(dāng)中的放射性核素。在對(duì)草原土壤進(jìn)行研究時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)大量不可移動(dòng)的砷元素被土壤當(dāng)中的真菌所吸附。而在對(duì)重金屬以及有機(jī)物的混合污染土壤修復(fù)實(shí)驗(yàn)當(dāng)中，研究人員發(fā)現(xiàn)根際土的環(huán)境修復(fù)率比非根際土的環(huán)境修復(fù)率高出密度兩成之多[4]。

四、栽培措施的影響

植物的生長(zhǎng)質(zhì)量對(duì)于修復(fù)效力有著一定的影響，所以，植物的栽培對(duì)植物的修復(fù)具有促進(jìn)作用。對(duì)提升修復(fù)效力有積極作用的種植方法主要有育苗、除草、間作、松土等。因?yàn)槌患参锏纳L(zhǎng)周期較長(zhǎng)，所以對(duì)于植物的育苗方式影響著超富集植物生存率以及生長(zhǎng)速度，比如，能夠?qū)κ蜔N類(lèi)的污染物進(jìn)行修復(fù)的高羊茅和黑麥草，他們的生長(zhǎng)周期一般在半年左右。蜈蚣草能夠?qū)ι轭?lèi)污染物進(jìn)行修復(fù)，通過(guò)組織培養(yǎng)的方法，可以使其在實(shí)際修復(fù)環(huán)境過(guò)程中實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)。除了組織培養(yǎng)方法以外，還可以通過(guò)育苗移栽的方法來(lái)縮短植物生長(zhǎng)周期。還可以根據(jù)植物在不同的生長(zhǎng)階段對(duì)于污染物的吸收來(lái)對(duì)修復(fù)周期進(jìn)行控制，比如某一植物在開(kāi)花期對(duì)重金屬的修復(fù)率大于其在生育期的修復(fù)率，就可以在開(kāi)花期過(guò)后對(duì)植物進(jìn)行移除，同時(shí)種植下一批植物，這樣可以縮短植物的修復(fù)周期。翻耕是促進(jìn)植物生長(zhǎng)的有利條件，在對(duì)土壤進(jìn)行播種或者對(duì)植物進(jìn)行移栽之前，對(duì)土壤進(jìn)行翻耕可以增加土壤的含氧量，同時(shí)，還可以使土壤形成團(tuán)粒結(jié)構(gòu)，從而給植物的生長(zhǎng)創(chuàng)造有利條件。值得注意的是，翻耕過(guò)程當(dāng)中要對(duì)深度加以控制，應(yīng)根據(jù)植物的詳細(xì)生長(zhǎng)狀態(tài)以及土壤的污染水平來(lái)定。當(dāng)污染程度不嚴(yán)重時(shí)，可以表面翻耕，一旦污染嚴(yán)重，就必須采用特殊的辦法，比如使用特殊的器械對(duì)土壤進(jìn)行深度翻耕。植物的種植密度與植物的生長(zhǎng)有著密切關(guān)系，密度過(guò)小，修復(fù)的效果不明顯，密度過(guò)大，植物光合作用會(huì)變得困難。針對(duì)不同的土壤污染，不同的植株密度有著不同的效果，比如在對(duì)重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)時(shí)，較稀的植株密度修復(fù)效果要明顯好于較密的植株密度。采收可以減少育苗時(shí)間，提升單位時(shí)間的生物量，從而提升植物修復(fù)效力。蜈蚣草每年收割3次，每次收割后所留高度在7.5cm，其對(duì)土壤污染物的修復(fù)效力是每年收獲一次的1.9倍左右[5]。

五、結(jié)語(yǔ)

總之，污染土壤的植物修復(fù)受多種因素的影響，在植物修復(fù)的研究過(guò)程當(dāng)中，人們往往只進(jìn)行單因子植物修復(fù)的試驗(yàn)，這是一個(gè)大問(wèn)題。雖然我們很難改變土壤的性質(zhì)以及氣候條件，但是可以從以下幾個(gè)方面展開(kāi)對(duì)植物修復(fù)技術(shù)的研究：

（1）可以對(duì)植物修復(fù)影響因素的原理進(jìn)行研究，比如污染物的濃度等。

（2）研究更適宜的栽培方法，根據(jù)不同的污染環(huán)境來(lái)對(duì)植物進(jìn)行種植，達(dá)到因地制宜的效果。

結(jié)合上述幾種影響因素，通過(guò)實(shí)驗(yàn)與分析，探索污染土壤植物修復(fù)的最佳條件，進(jìn)而達(dá)到提高修復(fù)效力的目的。

相關(guān)鏈接

土壤污染物大致可分為無(wú)機(jī)污染物和有機(jī)污染物兩大類(lèi)。無(wú)機(jī)污染物主要包括酸、堿、重金屬，鹽類(lèi)、放射性元素銫、鍶的化合物、含砷、硒、氟的化合物等。有機(jī)污染物主要包括有機(jī)農(nóng)藥、酚類(lèi)、氰化物、石油、合成洗滌劑、3，4-苯并芘以及由城市污水、污泥及廄肥帶來(lái)的有害微生物等。當(dāng)土壤中含有害物質(zhì)過(guò)多，超過(guò)土壤的自?xún)裟芰Γ蜁?huì)引起土壤的組成、結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，微生物活動(dòng)受到抑制，有害物質(zhì)或其分解產(chǎn)物在土壤中逐漸積累通過(guò)“土壤→植物→人體”，或通過(guò)“土壤→水→人體”間接被人體吸收，達(dá)到危害人體健康的程度，就是土壤污染。

土壤是指陸地表面具有肥力、能夠生長(zhǎng)植物的疏松表層，其厚度一般在2 m左右。土壤不但為植物生長(zhǎng)提供機(jī)械支撐能力，并能為植物生長(zhǎng)發(fā)育提供所需要的水、肥、氣、熱等肥力要素。由于人口急劇增長(zhǎng)，工業(yè)迅猛發(fā)展，固體廢物不斷向土壤表面堆放和傾倒，有害廢水不斷向土壤中滲透，大氣中的有害氣體及飄塵也不斷隨雨水降落在土壤中，導(dǎo)致了土壤污染。凡是妨礙土壤正常功能，降低作物產(chǎn)量和質(zhì)量，還通過(guò)糧食、蔬菜，水果等間接影響人體健康的物質(zhì)，都叫做土壤污染物。

對(duì)土壤污染的治理，首先要減少農(nóng)藥使用。同時(shí)還要采取防治措施，如針對(duì)土壤污染物的種類(lèi)，種植有較強(qiáng)吸收力的植物，降低有毒物質(zhì)的含量(例如羊齒類(lèi)鐵角蕨屬的植物能吸收土壤中的重金屬);或通過(guò)生物降解凈化土壤(例如蚯蚓能降解農(nóng)藥、重金屬等);或施加抑制劑改變污染物質(zhì)在土壤中的遷移轉(zhuǎn)化方向，減少作物的吸收(例如施用石灰)，提高土壤的pH，促使鎘、汞、銅、鋅等形成氫氧化物沉淀。此外，還可以通過(guò)增施有機(jī)肥、改變耕作制度、換土、深翻等手段，治理土壤污染。