不同植物種類對(duì)土壤重金屬污染修復(fù)及應(yīng)用前景

劉 兵

（遼寧省遼陽(yáng)生態(tài)環(huán)境監(jiān)測(cè)中心，遼寧 遼陽(yáng) 111000）

土壤是重要的自然資源，其為植物生長(zhǎng)提供了必要的物質(zhì)條件，包括養(yǎng)分、水分、空氣等，是植物和人類賴以生存的必要條件。然而，近些年，由于工業(yè)化進(jìn)程發(fā)展較快以及人們?nèi)狈Νh(huán)保意識(shí)，大量固體廢棄物亂堆亂放，廢水亂排亂淌，有毒有害氣體及粉塵亂排飄蕩，這些有害物質(zhì)最終滲入土壤中，造成了嚴(yán)重的土壤污染。土壤污染后修復(fù)難度大、耗時(shí)長(zhǎng)、見效慢，土壤修復(fù)技術(shù)主要分為物理方法、化學(xué)方法和生物方法三種手段，其中采用物理、化學(xué)方法進(jìn)行污染修復(fù)不僅成本高、施工量大，關(guān)鍵是這些方法還會(huì)衍生許多環(huán)境問(wèn)題，造成生態(tài)環(huán)境二次污染。利用生物修復(fù)土壤遵循了自然規(guī)律，構(gòu)建了新的生態(tài)環(huán)境，是一種綠色、經(jīng)濟(jì)、環(huán)保的修復(fù)技術(shù)，被認(rèn)為是安全可靠的方法。

植物修復(fù)是生物修復(fù)中重要技術(shù)之一，其原理是利用植物根系從土壤吸收，并通過(guò)代謝轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化污染物，消減土壤中有害物的含量。植物修復(fù)技術(shù)是原位修復(fù)技術(shù)，即在污染的區(qū)域利用植物進(jìn)行凈化，具有花費(fèi)低，適應(yīng)性廣，無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，從而被廣泛關(guān)注并應(yīng)用。土壤中污染主要有重金屬、農(nóng)藥、石油和有機(jī)物、炸藥、放射性核素等。在礦業(yè)發(fā)展過(guò)程中，重金屬污染尤為嚴(yán)重，因而，采用植物修復(fù)受污染的土壤在國(guó)內(nèi)外廣泛研究，重金屬污染物主要有鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳等。目前，國(guó)內(nèi)外研究者已發(fā)現(xiàn)幾百種具有超富集性質(zhì)的植物，涉及禾本科、菊科、豆科、景天科、大戟科等。在我國(guó)，科研人員已發(fā)現(xiàn)蜈蚣草、龍葵、商陸、東南景天等對(duì)砷、鋅、鎘、錳、鉛、鉻等超富集。鑒于修復(fù)土壤的植物種類繁多，本文將針對(duì)植物種屬進(jìn)行分類，簡(jiǎn)要介紹其在土壤修復(fù)中的作用及效果，以期為不同污染物及特殊栽植功能的植物品種選擇提供參考依據(jù)。

1 不同種類植物對(duì)土壤重金屬的修復(fù)

1.1 木本類植物對(duì)土壤重金屬的修復(fù)

木本植物多為多年喬木或灌木，其根系發(fā)達(dá)，在土壤中延伸范圍更廣闊，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，生物量大，可以持續(xù)對(duì)污染物進(jìn)行吸收修復(fù)，并且還可以獲得經(jīng)濟(jì)效益，因此，在土壤修復(fù)中優(yōu)勢(shì)顯著。鎘超富集植物：實(shí)踐證實(shí)，最佳樹種為臭椿、饅頭柳、國(guó)槐、春柳及毛白楊；其次忍冬、蔓長(zhǎng)春花、海濱木槿為超富集型植物；刺槐、夾竹桃、圓柏、銀杏、樟樹、拐棗等為富集型植物。汞超富集植物：紅樹、楊樹、旱柳、榆樹、冬青、黃楊等。鉛超富集植物：構(gòu)樹、夾竹桃、楊梅、側(cè)柏、拐棗、樟樹等。砷超富集植物：楊柳科的楊屬和柳屬；錳超富集植物：山茶科、杜鵑花、桂花、梔子花；鋅元素的吸附修復(fù)木本植物：黑楊、紫丁香、冬青、旱柳；銅超富集植物：楊樹、桑樹、珍珠梅、榆樹、英桐等。鎳超富集植物：黃楊科。

1.2 草本類植物對(duì)土壤重金屬的修復(fù)

草本植物因生長(zhǎng)快、產(chǎn)量高、高耐受性、高富集型等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于土壤修復(fù)中，根據(jù)草本用途，進(jìn)一步將其分類并介紹在土壤修復(fù)中的作用。

雜草類植物：雜草擁有傳播方式多，繁殖和生存能力強(qiáng)，生育周期短，成熟的種子即熟即落，抵御逆境能力強(qiáng)，光合作用效率高等優(yōu)點(diǎn)而廣泛用于土壤修復(fù)。鎘超富集植物：雜交狼尾草、皇草、少花龍葵、百日草、萬(wàn)壽菊，香根草適用于穩(wěn)定污染土壤的鎘。汞超富集植物：黑麥草、紫花苜蓿、早熟禾。鉛超富集植物：夏至草、蒼耳、蒲公英、灰綠藜、早熟禾、鴨跖草。砷超富集植物：蜈蚣草、藨草、紙莎草、大葉井口邊草、密蒙花、珠光香青、小米菜、土荊芥、荊條。錳超富集植物：商陸、繁穗莧、酸模葉蓼、東紫蘇、青葙等。銅超富集植物：鴨跖草、蓖麻、黑麥草、玉米草、蘇丹草、狼尾草、紫花苜蓿、白三葉草。

花卉類植物：雖然此類植物生物量低，但吸收量大，能夠極大地改善土壤的質(zhì)量，有效提升土壤的修復(fù)程度。鎘超富集植物：細(xì)葉美女櫻、紫茉莉、蜀葵、百日草、萬(wàn)壽菊、向日葵、紫茉莉、金盞菊、蜀葵、鳳仙，鉛超富集植物：紫茉莉、紫花玉簪、波斯菊、硫華菊、孔雀草、銅超富集植物：菊花（北國(guó)之春、紅珍珠、北吉峰）、海蠅子草、檸檬百里香。銫：向日葵。

蕨類植物：砷超富集植物：粉葉蕨、長(zhǎng)夜甘草蕨、斜羽鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨、白玉鳳尾蕨、狹眼鳳尾蕨、琉球鳳尾蕨、粗蕨草等。錳：粉背蕨。

中藥材類：鎘超富集植物：金銀花、滇白前、寶山堇菜、地榆、苦麥菜、白花敗醬等，鉛超富集植物：滇白前、紫茬苜蓿、芥菜、白花敗醬，銅超富集植物：虎杖、地榆等，鋅超富集植物：金銀花，滇白前、苦麥菜等。

2 植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及應(yīng)用前景

植物修復(fù)技術(shù)成本低，植物修復(fù)土壤利用陽(yáng)光為能源，節(jié)省人力、物力設(shè)施等投資，處理成本低，適合大規(guī)模應(yīng)用。據(jù)計(jì)算采用植物修復(fù)土壤每年每立方米處理費(fèi)僅為6～10元；植物修復(fù)技術(shù)更環(huán)保，相比于化學(xué)處理方法，有利于維持土壤pH值，防止土壤板結(jié)等二次污染，更有利于提高土壤透氣性，增加有機(jī)質(zhì)含量，調(diào)節(jié)土壤微生物菌群結(jié)構(gòu)，保持土壤生態(tài)系統(tǒng)的平衡；植物修復(fù)土壤技術(shù)有利于固定污染土壤中重金屬的遷移，減緩重金屬污染土壤形成的風(fēng)蝕、水蝕，促進(jìn)有機(jī)物降解等；植物修復(fù)土壤技術(shù)可充分利用綠化樹種、花卉等植物進(jìn)行美化環(huán)境，一舉兩得，普遍易被公眾接受。

植物修復(fù)技術(shù)作為綠色、環(huán)保、安全的修復(fù)技術(shù)，憑借卓越的優(yōu)勢(shì)和潛力，已在一些污染土壤中應(yīng)用。例如，湖南省郴州市稻田發(fā)生砷污染，2001年利用蜈蚣草修復(fù)砷污染農(nóng)田，經(jīng)過(guò)3～5年，農(nóng)田砷含量從4050毫克/公斤降至30毫克/公斤以下，修復(fù)后的農(nóng)田種植農(nóng)作物，經(jīng)檢測(cè)其農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量符合《食品中污染物限量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 2762-2005)。環(huán)江縣農(nóng)田遭受尾礦坍塌污染，土壤鋅、鉛、砷和鎘嚴(yán)重超標(biāo)，通過(guò)化學(xué)修復(fù)并種植蜈蚣草、桑蠶和苧麻等，農(nóng)田污染物濃度顯著下降，土壤pH值從2～3上升到5～6。云南省個(gè)舊市農(nóng)田遭受砷和鉛污染，利用蜈蚣草修復(fù)土壤使重金屬砷含量下降40%，鉛含量下降30%。

目前，我國(guó)關(guān)于植物修復(fù)重金屬污染土壤的應(yīng)用仍處于研究和小規(guī)模的試驗(yàn)示范期，應(yīng)用效果初見成效，然而，在應(yīng)用過(guò)程中又呈現(xiàn)出新的問(wèn)題并提出嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即如何提高修復(fù)效率、降低應(yīng)用成本等問(wèn)題。盡管如此，隨著研究的不斷深入和修復(fù)方法的改進(jìn)，植物修復(fù)技術(shù)將揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮集中優(yōu)勢(shì)，在重金屬土壤污染修復(fù)中將有廣闊的應(yīng)用前景；除修復(fù)土壤重金屬污染外，我們還應(yīng)看到植物修復(fù)技術(shù)還可應(yīng)用于人工濕地建設(shè)、填埋場(chǎng)地和礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)，同時(shí)植物修復(fù)技術(shù)也是植物固碳技術(shù)和生物質(zhì)能源技術(shù)。因此，植物修復(fù)技術(shù)應(yīng)用范圍廣泛。

3 存在問(wèn)題

雖然不同植物對(duì)不同重金屬污染土壤具有固定或超富集的作用，但植物修復(fù)仍有不足之處，體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

一般超積累植株體積小、質(zhì)量輕、生長(zhǎng)緩慢，吸附土壤中重金屬需要時(shí)間較長(zhǎng)，在投入、產(chǎn)出經(jīng)濟(jì)方面存在弊端。土壤重金屬污染物復(fù)雜，多數(shù)呈現(xiàn)多元素的混合型污染或重金屬元素與有機(jī)物的復(fù)合污染，而種植一種植物通常只對(duì)其中部分污染物起凈化作用，與物理工程措施相比，植物修復(fù)技術(shù)多數(shù)情況下耗時(shí)較長(zhǎng)，這與急需用地矛盾，限制了實(shí)際推廣。植物吸附土壤重金屬后，其處理方法也是值得關(guān)注的問(wèn)題，例如，含有污染物的植物處理方式、重金屬混合物的分離、純化回收，以及后續(xù)重金屬的再利用等也應(yīng)納入研究范疇。另外，植物修復(fù)也受土壤微生物、土壤理化性狀、區(qū)域氣候地理?xiàng)l件的影響。

4 展望

為進(jìn)一步加快植物修復(fù)技術(shù)從理論試驗(yàn)到實(shí)際應(yīng)用，切實(shí)發(fā)揮植物環(huán)保修復(fù)土壤優(yōu)勢(shì)，現(xiàn)對(duì)植物修復(fù)技術(shù)提出一些展望。

一是繼續(xù)開展科學(xué)研究，探尋超富集型植物，并運(yùn)用常規(guī)雜交育種技術(shù)及現(xiàn)代分子生物學(xué)技術(shù)培育生長(zhǎng)速度快、生物量大、吸附能力強(qiáng)、吸附范圍廣泛的超富集型植物。

二是開展超富集型植物抗性生理及代謝機(jī)理研究，探索兼具吸收多種重金屬污染物的植物品種，構(gòu)建促進(jìn)植物吸附重金屬的處理方法。

三是研究植物吸附重金屬后的處理方法，解決吸附重金屬植物回收、分離、純化方法，提高植物的有效利用率，避免對(duì)環(huán)境造成二次污染。