伴礦景天修復(fù)農(nóng)田土壤鎘污染的研究進(jìn)展

熊娟，王依涵，陳暢，侯靜濤，許運(yùn)，汪明霞，譚文峰*

（1.國家環(huán)境保護(hù)土壤健康診斷與綠色修復(fù)重點(diǎn)實(shí)驗室，武漢 430070；2.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，武漢 430070）

我國耕地重金屬污染形勢嚴(yán)峻，生態(tài)環(huán)境部發(fā)布的《2020年全國生態(tài)環(huán)境質(zhì)量簡況》指出鎘是我國農(nóng)用地重金屬污染的首要污染物。鎘易富集于水稻等糧食作物之中，我國約10%的稻米鎘含量超標(biāo)。土壤鎘污染已成為實(shí)現(xiàn)糧食安全的重要限制性因素。為保障我國糧食安全，大量鎘污染土壤亟待修復(fù)。目前主要的土壤修復(fù)方法包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)和生物修復(fù)3類。生物修復(fù)包括植物修復(fù)和微生物修復(fù)，與物理修復(fù)和化學(xué)修復(fù)相比，生物修復(fù)適用于輕、中度鎘污染的農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)。植物修復(fù)以其成本低、易操作、環(huán)境友好等特點(diǎn)而更易被公眾接受，且自然界存在的大量鎘超富集植物也為植物修復(fù)提供了良好的原材料。

國內(nèi)外已發(fā)現(xiàn)的鎘超富集植物主要有印度芥菜、圓錐南芥、寶山堇菜、伴礦景天等20余種。其中，伴礦景天（S）的鎘耐受性極高，在地上部鎘含量高達(dá)587 mg·kg時其也未表現(xiàn)出毒害癥狀，是近年的研究熱點(diǎn)。伴礦景天具有很高的鎘富集系數(shù)和轉(zhuǎn)移系數(shù)，低濃度鎘甚至可促進(jìn)其生長，是修復(fù)土壤鎘污染的理想植物。伴礦景天喜陰，有一定耐旱性，春冬季均能正常生長，可扦插種植，與農(nóng)作物輪間作時可不中斷常規(guī)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。然而，伴礦景天修復(fù)效率極易受下述因素限制：（1）土壤鎘生物有效性低，不利于伴礦景天吸收轉(zhuǎn)運(yùn)；（2）伴礦景天生物量小，修復(fù)效率低；（3）生長環(huán)境條件復(fù)雜，如土壤pH、養(yǎng)分、質(zhì)地等均可影響伴礦景天的生長和修復(fù)效率。因此，如何提高土壤鎘的生物有效性和伴礦景天的生物量，進(jìn)而提高鎘修復(fù)效率是目前研究的熱點(diǎn)。

通過分析中國知網(wǎng)（CNKI）和Web of Science數(shù)據(jù)庫收錄的與伴礦景天相關(guān)的中、英文文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，已有研究多關(guān)注伴礦景天的生理特性、修復(fù)機(jī)理和修復(fù)效果，部分研究關(guān)注修復(fù)效果改良，但相關(guān)研究表明現(xiàn)有改良方法仍缺乏潛力，不同研究間缺少相互聯(lián)系，難以綜合地評估修復(fù)效率，從而阻礙了伴礦景天田間修復(fù)的推廣應(yīng)用。本研究梳理了國內(nèi)外伴礦景天修復(fù)土壤鎘污染的相關(guān)文獻(xiàn)，通過文獻(xiàn)對比分析，綜述了伴礦景天土壤鎘污染修復(fù)的研究現(xiàn)狀和存在問題，并對伴礦景天修復(fù)效果改良、田間修復(fù)推廣等未來發(fā)展方向進(jìn)行展望。

1 文獻(xiàn)調(diào)研和可視化分析

分別以“伴礦景天”和“”為關(guān)鍵詞，檢索CNKI數(shù)據(jù)庫和Web of Science數(shù)據(jù)庫的中、英文文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，最早研究發(fā)表于2006年，相關(guān)中、英文文獻(xiàn)數(shù)分別為116篇和164篇。CNKI和Web of Science中出現(xiàn)3次及以上的關(guān)鍵詞分別為29個和65個，以此為數(shù)據(jù)源，利用文獻(xiàn)計量分析軟件VOSviewer可視化分析該領(lǐng)域關(guān)鍵詞密度和共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 CNKI和Web of Science中伴礦景天相關(guān)研究的關(guān)鍵詞共現(xiàn)密度與網(wǎng)絡(luò)可視化分析Figure 1 Visualization of keyword density and network of the studies for cadmium-contaminated soil remediation with Sedum plumbizincicola in the database of CNKIand Web of Science

圖1a和圖1b分別是CNKI和Web of Science中伴礦景天關(guān)鍵詞的可視化圖，二者前10位高頻關(guān)鍵詞如表1所示。CNKI的高頻詞是：伴礦景天、重金屬、植物修復(fù)、鎘、間作等，表明相關(guān)研究注重伴礦景天的實(shí)際應(yīng)用，即研究伴礦景天修復(fù)農(nóng)田鎘污染土壤的實(shí)際效果。Web of Science的高頻詞是：heavy metal、uptake、analysis、process、等，表明相關(guān)研究多關(guān)注伴礦景天的修復(fù)機(jī)理和對重金屬吸收的過程。CNKI庫關(guān)鍵詞較少，網(wǎng)絡(luò)簡單，近年出現(xiàn)較多的關(guān)鍵詞分別為植物吸取、還田、汁液，表明相關(guān)研究多關(guān)注伴礦景天產(chǎn)后處理問題。Web of Science庫關(guān)鍵詞較多，網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，近年出現(xiàn)較多的關(guān)鍵詞分別 為phytoremediation process、complexation、environment risk，表明相關(guān)研究多聚焦于伴礦景天修復(fù)過程中的相關(guān)環(huán)境風(fēng)險問題。綜上所述，伴礦景天的相關(guān)研究一方面關(guān)注實(shí)際應(yīng)用，通過田間實(shí)驗研究伴礦景天的修復(fù)模式、修復(fù)強(qiáng)化方法，另一方面則從微觀機(jī)制出發(fā)，探究伴礦景天的生理特性和富集解毒機(jī)理，且近年較多關(guān)注生物炭或微生物的強(qiáng)化修復(fù)作用，以及產(chǎn)后處理技術(shù)的環(huán)境風(fēng)險問題。

表1 CNKI和Web of Science中伴礦景天修復(fù)鎘污染土壤研究的高頻關(guān)鍵詞Table 1 High-frequency keywordsof the studies for cadmiumcontaminated soil remediation with Sedum plumbizincicola in the database of CNKIand Web of Science

2 伴礦景天的鎘吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制

分析Web of Science庫的高頻詞可知，伴礦景天的生理特性和吸收轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制是研究熱點(diǎn)之一。伴礦景天能將大量鎘富集至地上部并隔離，而不影響其自身正常的生長代謝，鎘從土壤到植株的遷移路徑如圖2所示。根毛區(qū)是伴礦景天植株主要的鎘吸收部位，其細(xì)胞質(zhì)膜中分布著豐富的離子轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白。鎘由非選擇性陽離子通道主動吸收進(jìn)入伴礦景天根部，并通過共質(zhì)體途徑運(yùn)至植株其他部位（圖2a）。在此過程中，土壤中的鈣、鉀、鋁均與鎘競爭非選擇性陽離子通道的吸附位點(diǎn)，從而抑制伴礦景天對鎘的吸收。伴礦景天莖、葉細(xì)胞壁果膠酯化程度較低，富含羧基，能有效絡(luò)合鎘，緩解鎘對植物組織的毒害，是鎘進(jìn)入伴礦景天體內(nèi)的主要儲存部位（圖2b），各部位結(jié)合鎘的能力不同，水培鎘濃度為112 mg·L條件下，伴礦景天莖細(xì)胞壁鎘濃度約為葉細(xì)胞壁鎘濃度的1.13倍。

圖2 伴礦景天的鎘吸收運(yùn)輸機(jī)制Figure 2 Mechanisms of cadmium uptake and transportation by S edumplumbizincicola

伴礦景天根際特性極大地影響著其對鎘的富集。如圖2c所示，伴礦景天通過根系分泌小分子有機(jī)酸和大量吸收鈣離子導(dǎo)致根際土壤酸化，從而增加了根際土壤中鎘的生物有效性。因此，種植伴礦景天后，有必要考慮鎘活化后的淋失風(fēng)險問題。同時，一些根際促生微生物可在根際形成生物膜來吸附鎘（圖2d），并分泌生長素、ACC脫氨酶和鐵載體等促生物質(zhì)，通過代謝活化伴礦景天根際的鎘和磷等，使伴礦景天生物量和鎘積累量增加。

伴礦景天的鎘超富集能力還與土壤理化性質(zhì)，如共存離子、pH等密切相關(guān)。土壤中的Al一方面能影響伴礦景天根系生長，另一方面因其根表對Al的親和能力明顯強(qiáng)于Cd，從而可顯著抑制根系對鎘的吸收轉(zhuǎn)運(yùn)。當(dāng)土壤鋁含量達(dá)到500 mg·kg時，伴礦景天生物量、鎘積累量分別降低80%和93%。伴礦景天生長最適pH約為5.5，此條件下其對土壤鎘的活化及抵抗酸性毒害的綜合效應(yīng)最大。綜合以上伴礦景天根際富集特性，可通過施加活化劑、有機(jī)酸等方法增加土壤鎘有效性，增施堿性肥料和石灰等方法調(diào)節(jié)土壤pH改善生長條件，從而增強(qiáng)伴礦景天修復(fù)效果。

3 伴礦景天的鎘富集和解毒機(jī)制

作為鎘超富集植物，伴礦景天對鎘有著超強(qiáng)的耐受能力和富集作用。如表2所示，伴礦景天體內(nèi)存在、和等一系列鎘的調(diào)控基因，合成的相關(guān)功能蛋白能絡(luò)合降低鎘的活性或?qū)㈡k轉(zhuǎn)移至生理活性較低的組織以緩解鎘的毒害。伴礦景天體內(nèi)相關(guān)功能蛋白包括（類）金屬硫蛋白、植物螯合肽酶與膜轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白等，分別通過巰基絡(luò)合作用降低鎘活性、調(diào)控鎘向地上部運(yùn)輸至特定部位累積隔離來實(shí)現(xiàn)鎘毒害的緩解（圖3）。

表2 伴礦景天緩解鎘毒害的調(diào)控基因Table 2 Regulatory genes to mitigate the toxicity of cadmiumin Sedum plumbizincicola

巰基對鎘的親和能力高，極易絡(luò)合游離態(tài)鎘。伴礦景天通過調(diào)控含巰基蛋白的表達(dá)，能有效降低體內(nèi)活性鎘濃度，提高對鎘的超耐受能力。伴礦景天體內(nèi)調(diào)控表達(dá)巰基蛋白的基因包括、和3種。和表達(dá)的（類）金屬硫蛋白含半胱氨酸殘基，其巰基與游離態(tài)鎘結(jié)合，調(diào)控鎘在植株體內(nèi)的運(yùn)輸（圖3①）。伴礦景天根系中基因的表達(dá)高于莖葉，其能夠減少根部細(xì)胞液泡對鎘的截留，促使鎘向地上部長距離運(yùn)輸，增強(qiáng)伴礦景天地上部對鎘的富集。如圖3②所示，表達(dá)的螯合肽合酶能催化谷胱甘肽合成植物螯合肽（Phytochelatins，PCs），其分子亦富含巰基，能將細(xì)胞質(zhì)中的鎘以PCs-鎘螯合物形式轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)液泡中隔離解毒。當(dāng)鎘有效濃度大于45 mg·L時，基因表達(dá)顯著增加，表明PCs僅在鎘濃度高時起應(yīng)急作用，并不是伴礦景天的主要解毒機(jī)制。

鎘超富集植物通過調(diào)控鎘轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的表達(dá)，促使鎘向地上部運(yùn)輸，故能超富集鎘。伴礦景天體內(nèi)編碼膜上鎘轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白的基因包括、和。表達(dá)葉綠體被膜上的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（圖3③），其能夠?qū)㈡k從葉綠體內(nèi)輸出，保護(hù)葉綠體免受鎘毒害，維持伴礦景天光合系統(tǒng)正常功能。和表達(dá)液泡膜上的鎘轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白（圖3④），能夠?qū)d從細(xì)胞質(zhì)運(yùn)輸?shù)揭号輧?nèi)隔離解毒。伴礦景天根中基因的表達(dá)量高出莖葉中數(shù)十倍，從而促使鎘向地上部長距離運(yùn)輸。伴礦景天莖葉中基因的表達(dá)量高出根中8～15倍，從而促使鎘在莖和葉中富集。伴礦景天體內(nèi)的富集轉(zhuǎn)運(yùn)基因使大量鎘富集到地上部，未來可基于分子生物和基因工程技術(shù)進(jìn)一步研究其基因庫，提升伴礦景天富集能力或開發(fā)更多轉(zhuǎn)基因超富集植物。

圖3 伴礦景天鎘富集和解毒的分子機(jī)制Figure 3 Molecular mechanism of accumulation and detoxification in Sedum plumbizincicola for cadmium

4 伴礦景天修復(fù)鎘污染土壤現(xiàn)狀

2014年《全國土壤污染狀況調(diào)查公報》顯示，我國土壤鎘點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到7%，而耕地點(diǎn)位超標(biāo)率達(dá)到19.4%，主要污染物為鎘。為嚴(yán)守耕地紅線，保證糧食生產(chǎn)安全，構(gòu)建高效修復(fù)與安全生產(chǎn)的植物修復(fù)模式至關(guān)重要。針對輕中度的鎘污染農(nóng)田土壤，實(shí)施伴礦景天-農(nóng)作物間套輪作，并配施鈍化劑的修復(fù)模式（表3），可實(shí)現(xiàn)邊生產(chǎn)邊修復(fù)。文獻(xiàn)計量分析結(jié)果表明，CNKI庫的高頻詞有植物修復(fù)、間作、輪作等（表1），說明伴礦景天修復(fù)農(nóng)田污染土壤的模式是科研工作者目前關(guān)注的熱點(diǎn)之一。

伴礦景天與低積累農(nóng)作物間作，可有效提高其修復(fù)效率，并保證農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全。間作時，伴礦景天的根系分泌物擴(kuò)散到與其間作植物的根際從而活化重金屬，為保證農(nóng)作物安全生產(chǎn)，需配施鈍化劑以減少農(nóng)作物對鎘的吸收。如表3所示，盆栽條件下，伴礦景天與玉米間作一季，可配施復(fù)配制劑、生物炭（10～50 g·kg）等鈍化劑，提升伴礦景天鎘積累量，同時使玉米莖葉鎘含量降至《飼料衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》（GB 13078—2017）中的限量以下。大田實(shí)驗中，伴礦景天連續(xù)與玉米間套作，可增加土壤鎘去除量，并保證玉米籽粒鎘含量降至《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品中污染物限量》（GB 2762—2017）中的限量以下。加強(qiáng)對低積累糧食作物的篩選，并與伴礦景天配套種植，對提高伴礦景天修復(fù)效率、保證糧食生產(chǎn)安全具有重要意義。

伴礦景天與作物輪作時，因其根系對土壤鎘有活化作用，故修復(fù)后有效態(tài)鎘濃度存在超標(biāo)風(fēng)險。因此種植后茬農(nóng)作物時，需通過施加鈍化劑、調(diào)控土壤氧化還原狀況等措施降低土壤鎘的有效性。如表3所示，將伴礦景天與水稻輪作，并在水稻換茬期施海泡石、生石灰和鈣鎂磷肥等鈍化劑，可使土壤鎘含量降低、伴礦景天的鎘積累量提升、水稻糙米鎘含量低至0.17～0.24 mg·kg。輪作時還可輔以施加硫養(yǎng)分（0.5～2 g·kg）、水分管理等措施，從而調(diào)控土壤氧化還原狀況，改變鎘的有效性。例如，伴礦景天種植期間控制田間水分使土壤處于氧化狀態(tài)，硫氧化過程導(dǎo)致土壤酸化，從而提高土壤有效態(tài)鎘含量，使伴礦景天植株內(nèi)鎘含量提高67%～167%。水稻種植期間，淹水使土壤處于還原狀態(tài)，此時還原態(tài)硫與鎘形成硫化鎘，鎘的有效性降低，水稻對鎘的吸收減少，糙米鎘含量降至0.04～0.09 mg·kg，降低了34%～72%。

表3 伴礦景天與農(nóng)作物間套作和輪作的修復(fù)效果Table 3 Remediation efficiency of intercropping and rotation of Sedum plumbizincicola with crops

目前，伴礦景天對土壤鎘污染修復(fù)的研究多集中于實(shí)驗室研究，田間應(yīng)用推廣有限，目前還在示范修復(fù)環(huán)節(jié)，未形成完整的修復(fù)應(yīng)用技術(shù)體系；田間多配施活化劑、鈍化劑，且與低積累作物間作、輪作，同時結(jié)合相應(yīng)田間農(nóng)藝措施進(jìn)行修復(fù)。由于田間條件復(fù)雜、土壤有效鎘含量多變，上述修復(fù)技術(shù)實(shí)際推廣時僅依據(jù)實(shí)驗室修復(fù)結(jié)果推測田間修復(fù)效果的誤差會較大，需加強(qiáng)伴礦景天田間修復(fù)的相關(guān)研究。

5 伴礦景天修復(fù)鎘污染土壤的效果強(qiáng)化

我國農(nóng)田土壤鎘污染程度相對較輕，植物可利用的有效態(tài)鎘較少，且伴礦景天生物量較小，嚴(yán)重制約了修復(fù)效率的提升，延長了修復(fù)周期。如何增加土壤有效態(tài)鎘含量、增大伴礦景天生物量是提高修復(fù)效果的關(guān)鍵。為進(jìn)一步提升伴礦景天修復(fù)土壤鎘污染技術(shù)的實(shí)用性，目前分別從物理、化學(xué)和生物措施等方面展開相關(guān)研究（圖4）。

圖4 伴礦景天農(nóng)田鎘污染修復(fù)效果的強(qiáng)化措施Figure 4 Technologies to promote the remediation efficiency of Sedum plumbizincicola for the cadmium contaminated farmland soils

5.1 物理措施

物理措施主要通過調(diào)控伴礦景天生長的水、肥、光、熱、氣等，有效提升其生物量，強(qiáng)化其修復(fù)效果。例如，當(dāng)土壤水分含量達(dá)到最大田間持水量的70%時，伴礦景天地上部生物量最大；光照強(qiáng)度亦可影響伴礦景天生長，光照強(qiáng)度小于400μmol·m·s時，伴礦景天地上部生長受限，修復(fù)效率顯著下降；覆膜處理可保持溫度、減少土壤水分蒸發(fā)，使其地上部生物量提高25%，秸稈覆蓋也能使伴礦景天生物量提高10%～12%、鎘積累量提高14%～21%。土壤緊實(shí)度不同程度地限制了伴礦景天的根系生長，與原狀土相比，低、高壓實(shí)處理使其地上部生物量分別下降67%和84%，從而降低鎘修復(fù)效率。影響伴礦景天生物量的農(nóng)藝因素很多，目前并未研究不同措施綜合影響的結(jié)果，還需通過田間實(shí)驗進(jìn)一步評估農(nóng)藝調(diào)控措施的改良效果。

5.2 化學(xué)措施

化學(xué)措施主要通過調(diào)節(jié)土壤中鎘和營養(yǎng)元素的有效性，促進(jìn)伴礦景天生長和對鎘的吸收，強(qiáng)化其修復(fù)效果。向土壤中添加活化劑、改良劑（表4），可增加土壤有效鎘濃度，強(qiáng)化修復(fù)效果。常見的鎘活化劑有檸檬酸、草酸、EDTA等，其能使土壤有效態(tài)鎘含量增加8%～13%，伴礦景天鎘積累量增加21%～33%。有機(jī)肥是常用的土壤改良劑，能使伴礦景天鎘積累量提高23%～95%。羥基磷灰石和鈣鎂磷肥不僅可為伴礦景天提供生長必需的磷元素，前者還能將土壤有效鎘含量降低50%，后者能將伴礦景天鎘積累量提高60%。向土壤中添加活化劑或改良劑雖簡單有效，但實(shí)際應(yīng)用中需考慮成本和后續(xù)穩(wěn)定效果，以及活化劑、改良劑對土壤質(zhì)量的影響。

表4 伴礦景天修復(fù)鎘污染土壤效果強(qiáng)化的化學(xué)措施及其強(qiáng)化效果Table 4 Chemical technologies and its remediation efficiency promotion of Sedum plumbizincicola for the cadmium contaminated soils

5.3 生物措施

某些特定動物或微生物與伴礦景天共生，能提高伴礦景天根系對土壤養(yǎng)分的吸收利用，增加植物生物量。同時，生物也通過自身生長代謝分泌小分子有機(jī)酸增加土壤有效態(tài)鎘含量，促進(jìn)伴礦景天對鎘的富集，提升污染土壤鎘修復(fù)效率。土壤動物（如蚯蚓）是土壤生物的重要組成部分，蚯蚓的生長代謝活動能有效改善土壤結(jié)構(gòu)，加快養(yǎng)分循環(huán)，增強(qiáng)伴礦景天的養(yǎng)分吸收，使生物量提高106%、鎘積累量提高72%，顯著強(qiáng)化了修復(fù)效果。

土壤微生物可促進(jìn)富集植物生長，并增加土壤鎘有效性，提升修復(fù)效率，現(xiàn)已明確與伴礦景天共生的微生物如表5所示。伴礦景天根際土壤中分離的本土促生微生物主要通過分泌促生物質(zhì)、活化土壤養(yǎng)分和鎘來提高伴礦景天生物量，從而促進(jìn)鎘的吸收；從伴礦景天體內(nèi)分離的E2S2和E6S菌株及從根際土壤中分離的SC2b和RC6b菌株，均能分泌ACC脫氨酶和吲哚乙酸等物質(zhì)，不但可促進(jìn)伴礦景天生長，且能活化鎘和磷酸鹽，增加有效鎘濃度的同時改善磷營養(yǎng)狀況，使伴礦景天干質(zhì)量分別提高32%、28%、42%、22%，鎘含量分別提高44%、32%、14%、57%，修復(fù)效果顯著增強(qiáng)。伴礦景天根際土壤中分離的耐鎘真菌NSE1菌株的細(xì)胞壁能夠吸附鈍化鎘從而降低鎘有效性，同時能分泌促生物質(zhì)、活化磷促進(jìn)伴礦景天生長，使伴礦景天干質(zhì)量和鎘含量分別提高46%和6%。另一種景天科植物根際分離的NSX2菌株與伴礦景天共生，顯著提高了根際微生物群落活性，使葉片總?cè)~綠素含量提高了25%，伴礦景天鎘積累量增加了22%。目前根際微生物聯(lián)合超富集植物修復(fù)土壤鎘污染的研究是以單個微生物菌株為主，而越來越多的研究表明，除了根際促生菌外，本土微生物種群也是影響伴礦景天修復(fù)效率的關(guān)鍵，但二者交互作用對修復(fù)效率的影響尚不明確。

表5 強(qiáng)化伴礦景天修復(fù)鎘污染土壤效果的微生物Table 5 Microorganisms for promoting the remediation efficiency of Sedum plumbizincicola for the cadmium contaminated soils

除接種本土促生微生物強(qiáng)化伴礦景天修復(fù)效果外，接種其他具有促生作用的微生物也可強(qiáng)化伴礦景天的修復(fù)效果。如木霉菌（）與伴礦景天聯(lián)合修復(fù)鎘污染土壤時，木霉菌的代謝物能溶解難溶態(tài)鐵、鈣、錳、磷等，增加養(yǎng)分元素的生物有效性，提高伴礦景天對養(yǎng)分元素的利用效率；木霉菌也可分泌生長素、ACC脫氨酶和鐵載體，顯著提高土壤微生物數(shù)量和代謝活性，提高伴礦景天生物量，使鎘積累量提升26%～49%。伴礦景天與耐鎘菌（Cadmium-tolerant strain m6）聯(lián)合修復(fù)時，耐鎘菌不但提高了土壤微生物活性和群落結(jié)構(gòu)多樣性，而且能活化土壤中的殘渣態(tài)鎘，使有效態(tài)鎘含量增加了11%。接種巨大芽孢桿菌（）后，土壤有效鎘、磷、鉀含量分別提高15%～45%、8%～19%、1%～31%，伴礦景天鎘積累量增加41%～169%。伴礦景天接種微生物可極大提升修復(fù)效果，并改善土壤生態(tài)，是一種綠色高效的修復(fù)方法。未來需進(jìn)一步加強(qiáng)對耐鎘、促生微生物的篩選，為植物-微生物聯(lián)合修復(fù)提供理論依據(jù)和實(shí)驗支撐。

6 伴礦景天產(chǎn)后處理技術(shù)

隨著植物修復(fù)技術(shù)進(jìn)入田間示范和應(yīng)用階段，超富集植物的產(chǎn)后處理問題亟待解決。每公頃伴礦景天生物質(zhì)產(chǎn)量高達(dá)12 t，其不僅富含大量重金屬，同時也是潛在的生物質(zhì)能源。伴礦景天生物質(zhì)再利用不合理，不僅會導(dǎo)致巨大的環(huán)境風(fēng)險，而且會造成資源的浪費(fèi)。因此，大量富含重金屬的生物質(zhì)的處理技術(shù)應(yīng)基于減量化、無害化和資源化原則，將重金屬從生物質(zhì)中提取出來，并將生物質(zhì)轉(zhuǎn)化為能源。

基于減量化原則，可通過破碎壓榨、焚燒法等處理伴礦景天生物質(zhì)。破碎壓榨法是將伴礦景天鮮樣分成殘渣和汁液，再加入聚合氯化鋁絮凝、NaOH堿化、三巰三嗪鈉鹽絡(luò)合，該方法可將汁液中的鎘含量降低至0.07 mg·L，低于《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 8978—1996）。焚燒法可降低生物質(zhì)質(zhì)量，使灰分中鎘生物有效態(tài)含量和浸出毒性分別降低25%和56%。上述兩種方法工藝簡單、成本較低，但未實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源化，且處理過程易導(dǎo)致二次污染。

基于無害化原則，可通過共燃燒法處理伴礦景天生物質(zhì)。溫度、氧氣含量、共燃燒物質(zhì)配比均可影響鎘在燃燒產(chǎn)物中的分布，其中溫度的影響最大。伴礦景天與煤在高溫條件下可形成CdSO、CdO等固體底灰，在650℃、10%煤炭比、21%含氧量條件下可將74%的鎘固定在底灰中；伴礦景天與污泥在高溫條件下可形成CdSiO、CdO等固體底灰，且污泥中的SiO、AlO也可吸附鎘，在650℃、30%污泥比條件下可將98%的鎘固定在底灰中，最大程度降低了揮發(fā)和飛灰形態(tài)鎘的損失。共燃燒法雖工藝簡單、能處理多種廢棄物，但其能耗較高，且未實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源化。

基于資源化原則，可通過熱解、水熱液化、超臨界水氣化等方法處理伴礦景天生物質(zhì)。伴礦景天熱解后鎘生物有效態(tài)含量和浸出毒性分別降低35%和62%，產(chǎn)生的生物炭負(fù)載硫制成的CdS@C納米光催化材料，可作為高效光催化劑用于有機(jī)污染物的光降解。水熱液化法則可將伴礦景天分解為生物質(zhì)油、重油和水熱炭，鎘主要分布在水熱炭中，在重油中含量小于10%。超臨界水氣化法則是將伴礦景天分解為氫氣、生物質(zhì)油和生物炭，99%的鎘固定在生物炭中。上述方法可實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的高效安全利用，但缺點(diǎn)是工藝相對復(fù)雜，推廣難度較大，后續(xù)研究應(yīng)進(jìn)一步關(guān)注生物炭中鎘的安全性。

近年來伴礦景天產(chǎn)后處理技術(shù)發(fā)展迅速，基本可以實(shí)現(xiàn)減量化、無害化處理。目前雖已掌握將其轉(zhuǎn)化為高性能燃料、生物炭和生物質(zhì)油等資源化的方法，但應(yīng)用推廣仍受到以下因素制約：（1）大量的生物質(zhì)收集與處理極其費(fèi)時費(fèi)力，包括收割、運(yùn)輸、干燥、粉碎等基本回收步驟，尚未形成完整處理流程；（2）干物質(zhì)處理成本高，現(xiàn)有的分解生物質(zhì)所需的設(shè)備和技術(shù)體系并不符合低能耗、高效率和無污染的要求；（3）生物質(zhì)處理工藝流程需簡單、易操作，且保證資源化產(chǎn)物安全無污染，確?；厥展に嚥划a(chǎn)生粉塵等二次污染物，且回收的生物質(zhì)油和生物炭鎘含量達(dá)到安全利用標(biāo)準(zhǔn)。因此，有必要繼續(xù)開發(fā)伴礦景天產(chǎn)后處理資源化技術(shù)，完善生物質(zhì)回收處理流程，加大低能耗、高效率、易操作設(shè)備的研發(fā)力度，完善工藝處理鏈，加強(qiáng)生產(chǎn)過程和產(chǎn)物再利用的環(huán)境風(fēng)險評估，以實(shí)現(xiàn)伴礦景天田間修復(fù)技術(shù)的大范圍推廣和應(yīng)用。

7 展望

植物修復(fù)作為經(jīng)濟(jì)有效的方法在農(nóng)田土壤重金屬修復(fù)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。當(dāng)前，我國農(nóng)田土壤鎘污染的伴礦景天修復(fù)技術(shù)理論相對成熟，但仍存在不足之處：

（1）伴礦景天根際特性、富集解毒機(jī)理已基本明確，未來可基于分子技術(shù)和基因工程技術(shù)等生物學(xué)手段，一方面加強(qiáng)伴礦景天對環(huán)境的適應(yīng)性，拓寬其適宜種植區(qū)域，另一方面開發(fā)更多具有高生物量和高累積量的超富集植物，提高植物修復(fù)效率。

（2）田間修復(fù)中，伴礦景天可與農(nóng)作物間作或輪作，并配施鈍化劑、活化劑等，達(dá)到修復(fù)效果的同時實(shí)現(xiàn)農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn)，但其推廣應(yīng)用仍相對薄弱。結(jié)合我國不同地域的土壤、氣候特征和農(nóng)業(yè)發(fā)展趨勢，應(yīng)篩選適合與伴礦景天間套作的低積累作物，并建立適宜的種植模式，真正實(shí)現(xiàn)鎘污染土壤的邊生產(chǎn)邊修復(fù)。

（3）伴礦景天可通過焚燒法、熱解法、水熱液化法、超臨界水氣化等方法制成高性能的生物炭和生物質(zhì)油，實(shí)現(xiàn)生物質(zhì)資源的高效安全利用。現(xiàn)有處理技術(shù)仍受成本高、效率低、工藝復(fù)雜、易產(chǎn)生二次污染等因素的制約。未來需進(jìn)一步拓寬伴礦景天生物質(zhì)高附加值資源化利用途徑，完善資源化工藝處理鏈，加強(qiáng)產(chǎn)后處理過程和產(chǎn)物再利用的環(huán)境風(fēng)險評估，實(shí)現(xiàn)農(nóng)田土壤鎘污染的綠色可持續(xù)修復(fù)。