淺談土壤重金屬污染的植物修復

吳志謙　羅　兵

摘 要：我國農耕地有1/5被重金屬污染，目前治理土壤重金屬污染常用理化方法，但成本昂貴，存在一定局限性。現在植物修復被重金屬污染的土壤的技術，受到廣泛重視。植物修復技術有植物吸收、植物揮發、植物穩定三大類型，它們各有自己的優缺點，運用綜合技術修復被污染的土壤，成為未來的研究和發展方向。

關鍵詞：土壤重金屬污染；植物修復；理化方法；綜合技術

中圖分類號：X53文獻標識碼：A 文章編號：1005-569X(2009)05-0034-02

1 引 言

土壤是農業生產的基礎,是人類最基本的生產資料和勞動對象。由于工業生產、礦山開采、農田污灌等原因，人類賴以生存的土壤受到不同程度的重金屬污染。世界各國都面臨不同程度的土壤重金屬污染問題。據統計，我國約有1/5耕地受到重金屬污染，每年被重金屬污染的糧食多達1.2×10⁷t。土壤重金屬污染已成為全世界需要解決的環境問題。

目前土壤重金屬污染治理的方法主要有客土法、石灰改良法、萃取法、化學淋溶法等。常規理化方法在污染土壤的改良和治理方面雖然具有一定的理論意義，但在實際應用上往往都存在一定的局限性。如加入土壤改良劑可降低土壤溶液中重金屬離子的溶解度，但同時也導致某些營養元素沉淀而失效；客土法雖效果較好，但費用昂貴。而近年來迅速發展的植物修復技術以其安全、廉價的特點正成為研究和開發的熱點。

2 植物修復的概念及類型

植物修復又稱綠色修復，是以植物忍耐、分解或超量積累某種或某些化學元素的生理功能為基礎，利用植物及其共存微生物體系來吸收、降解、揮發和富集環境中污染物的一項環境污染治理技術。

重金屬的植物修復主要分為下面幾種類型：

2.1 植物吸收

植物吸收即利用重金屬超積累植物從土壤中吸取金屬污染物,隨后收割地上部并進行集中處理,連續種植該植物,達到降低或去除土壤重金屬污染的目的。目前已發現有700 多種超積累重金屬植物,積累Cr、Co、Ni等的量一般在0.1%以上，Mn、Zn可達到1%以上，如天藍遏藍菜地上部Zn含量為13000～21000 mg/kg，連續種植該植物14茬，污染土壤中Zn含量可從440 mg/kg降低到300 mg/kg[1]。

2.2 植物揮發

即利用某些植物根系吸收金屬，促使重金屬轉變為可揮發形態，然后從土壤和植物表面逸出，以降低土壤污染。研究較多的是類金屬元素Hg和非金屬元素Se。濕地上的某些植物可清除土壤中的Se，其中單質占75%，揮發態占20～25%。

2.3 植物穩定

植物穩定指利用某些植物降低重金屬的活性，從而減少重金屬被淋洗到地下水或通過空氣擴散進一步污染環境的可能性。其機理主要是通過金屬在根部的積累、沉淀或根表吸收來加強土壤中重金屬的固化[2]。但植物穩定不是一種永久性的去除土壤中污染元素的方法。它只

能暫時地降低污染元素的生物有效性，并沒有徹底解決土壤的重金屬污染問題。

3 植物修復技術的優缺點

3.1 優點

植物修復技術的顯著優點是其在工程中可以原位實施，減小對土壤性質的破壞和對周圍生態環境的影響，可稱是真正意義上的“綠色修復技術”。這種方法無需專門設備和專業操作人員，工程上易于推廣和實施。其最大優勢是其運行成本大大低于傳統方法。據美國的實踐，種植及管理約為200～10000＄／hm²，即污染土壤的處理費用僅為0.02～1.0＄／a?m²，比物理、化學處理的費用低幾個數量級。當超富集植物地上部可富集10 000mg／kg的重金屬、產量達到25 t／hm²時，其每年可使表層土壤中重金屬濃度下降125mg／kg。

植物修復技術的優勢在于其符合人類可持續發展的最終目標。在目前地球環境污染越來越重，缺乏安全、廉價而有效的治理措施的情況下，植物修復技術以其潛在的巨大優勢得到了社會的廣泛關注和期待。

3.2 缺點

植物修復技術也具有一些自身的不足。主要表現在：

(1)超富集植物生長緩慢，修復重金屬污染土地需時較長。例如英國洛桑試驗站的植物修復工程，利用富鋅的天藍遏藍菜修復444 mgZn／kg土壤使之達到330 mg／kg仍需13.4年[1]。

(2)植物修復土壤一般局限在植物根系所能延伸的范圍內，一般不超過20cm土層厚度。

(3)大多數超積累植物只能積累某種重金屬，而土壤污染大多是重金屬的復合污染。

(4)富集了重金屬的超富集植物需收割并作為廢棄物妥善處置。

(5)異地引種對生物多樣性存在一定的威脅。

4 提高植物修復效率的方法

鑒于超富集植物生物量普遍較低，生長緩慢，植物修復效率有限，研究提高修復效率的措施成為當前一項十分迫切的任務。可通過以下幾種方式來強化植物修復：

4.1 螯合誘導植物修復

螯合誘導植物修復是通過向土壤施加螯合劑來提高植物對金屬的吸收量。由于螯合誘導植物修復能大幅度提高植物對金屬的累積，已成為目前研究熱點之一。常用螯合劑有EDTA、NTA、EDDS、小分子量有機酸等。

4.2 轉基因技術

轉基因植物修復技術主要包括兩方面：一是通過基因篩選試驗選擇生物量大且金屬富集能力強的超富集植物；二是將超富集植物的基因克隆移植到生物量大的耐性植物體內。Song等[3]將ycf1基因克隆到植物上，轉基因植物Pb、Cd含量分別提高了2倍和118倍。轉基因植物在修復金屬污染土壤方面有良好的應用前景，能有效的提高植物對金屬的耐性以及富集能力。

4.3 其他方法

施加營養劑（磷肥、氮肥等），可以促進植物生長發育，提高植物的生物量，同時還可以釋放被吸附的金屬，從而提高植物修復效率[4]。

植物—微生物聯合修復是植物修復研究的新領域。根際微生物不僅能促進植物生長，提高生物量，還能產生某些分泌物，活化重金屬；同時刺激植物的離子轉運系統，增強向上轉運的能力[5]。但目前研究多處于盆栽實驗階段，距實際應用尚有一定距離。

表面活性劑因其對土壤中重金屬具有增溶和增流作用，使重金屬解吸，并能增加植物細胞膜的透性，促進植物對重金屬的吸收，所以在植物修復方面也有一定的應用。另外，調節土壤pH、氧化還原電位等也能在一定程度上提高植物修復的效率。

5 結 語

植物修復技術是一項處于迅速發展中，具有廣闊應用前景的新技術。該技術適用于中低強度污染的治理，成本較低，具有良好的綜合效益。重金屬污染土壤的修復是一個系統工程,單一的修復技術很難達到預期效果。綜合技術的應用可以彌補單一技術的缺陷，修復技術的綜合運用很可能為土壤重金屬復合污染的有效治理找到突破口。因此,生物修復綜合技術將是今后重金屬污染土壤修復技術的主要研究方向。

參考文獻：

［1］ Baker AJM.The possibility of insitu heavy metal decontam ination of polluted soils using crops of metal-accumulating plants[J].Resources,Conservation and Recycling,1994,11,41-49.

[2] 崔德杰等 土壤重金屬污染現狀與修復技術研究進展[J].土壤通報,2004,35(3).

[3] SONG WJ.Engineering tolerance and accumulation of lead cadmium in transgenic plants[J].Nature Biotechnology,2003,21.914-919.

[4] 徐功軍.重金屬污染土壤植物修復的強化措施研究進展[J].廣東微量元素科學,2006(3).

[5] 何小燕,周國英.植物微生物聯合修復重金屬污染土壤研究[J].湖南林業科技,2004,31(5).