土壤重金屬污染現狀及其植物修復研究進展

申嘉澍，馮宇佳，王倩倩，杜 歡 ，楊樹深

（1.北京林業(yè)大學 水 土保持學院，北京100101；2.河北農業(yè)大學 資 源與環(huán)境科學學院，河北 保 定071000）

1 引言

隨著經濟和社會的發(fā)展，人類的工農業(yè)技術不斷進步，越來越多的環(huán)境問題引起了人們的關注［1］。土壤是不可再生的重要生產資料，是農業(yè)和自然環(huán)境發(fā)展以及人類進步的基礎，而當今社會越來越多的污染物進入土壤并富集，其中土壤的重金屬污染引起普遍關注［2］。人口的增多，資源的浪費也讓我國面臨著更多的糧食安全和資源短缺問題。其中水資源匱乏推動污水再生回收利用，預計2030年，我國缺水量將達到130×108m3，再生水可利用量將達到767×108m3［3］。為解決農作物種植中的灌溉水，部分地區(qū)采取污灌模式。土壤重金屬含量與人類健康息息相關，在土壤中長期殘留的重金屬循環(huán)在食物鏈中，從而對動植物及人體健康造成危害［4，5］。因此，土壤重金屬污染的修復方式也成為一個熱門話題，這將是對土壤修復工作的一個嚴格考驗。

2 土壤重金屬污染現狀

隨著社會經濟的發(fā)展，越來越多的工礦企業(yè)被建立。資源的緊張也導致越來越多的污水被灌溉到農田中。污灌區(qū)的污水是經過簡單處理的日常用水以及工業(yè)廢水，其中大部分是來自于附近廠區(qū)的工業(yè)用水。隨著我國城鎮(zhèn)建設的不斷增強，各個大中小城市對污水的處理也得到了進一步的改善。但是其中潛在的污染風險也一直是人們研究的對象，尤其是近年來糧食安全問題層出不窮，長期累計的土壤問題開始顯露，并呈現不斷加強的趨勢。

近年來，在全國土壤調查的基礎上我國研究學者對部分地區(qū)農用地土壤展開了調查研究。其中天津、沈陽、保定、蘭州等工業(yè)城市的污灌區(qū)表層土壤呈現不同程度的重金屬污染［6～10］。張麗紅等［11］以國家土壤環(huán)境質量標準為標準，采樣調查分析了100個河北省清苑縣及清苑縣附近的農田土壤樣品，結果顯示：土壤中Cd污染最為嚴重，超標率65%，達中度污染水平；Pb、Zn、Cu超標率分別為37%、44%和33%，達到輕度污染水平，足以引起各位學者關注。茹淑華等［12］對河北石家莊典型污灌區(qū)進行取樣調查，結果顯示：污灌區(qū)Cu、Zn、Pb、Cd和Cr存在不同程度的富集現象，而清灌區(qū)仍處于清潔水平。雖然污灌區(qū)土壤重金屬含量總體上均未超過我國農產品產地土壤環(huán)境質量標準，但土壤樣品仍有個別樣點的Cd出現超標現象。因此，對污灌區(qū)土壤重金屬修復迫在眉睫。

3 土壤中重金屬污染的植物修復措施

針對環(huán)境污染，越來越多的污染修復方式被人類利用。其中植物修復是以清除污染，修復或治理為目的利用綠色植物從環(huán)境中轉移容納或轉化污染物的環(huán)境污染治理技術［13～15］。其根據修復植物的特點和功能用于重金屬污染土壤等接種的植物修復技術主要有4種類型：植物揮發(fā)、提取、過濾以及穩(wěn)定或固化［16］。

3.1 普通植物對土壤重金屬的修復

近年來，我國對植物修復重金屬污染土壤作出了很多研究。陳同斌等［17］試驗小組分別發(fā)現在我國湖南、廣西南方等地存在大面積的蜈蚣草等蕨類植物，并指出其具有超富集砷能力，且其植物體內氮磷養(yǎng)分的含量遠遠低于其葉片含砷量。劉金林等［18］對一年蓬進行實驗研究發(fā)現，該原產自北美的一年蓬對土壤中重金屬的富集能力較強。同時lin等［19］以汞污染的稻田為實驗材料，研究了改作苧麻對土壤中重金屬的凈化作用，研究顯示改作苧麻能凈化汞污染的稻田，其中年凈化率達41%，并連種稻田土壤的自凈時間縮短了8.5倍。黃會一等［20］也發(fā)現楊樹對汞和鎘有很好的耐性和凈化功能。

3.2 花卉植物對土壤重金屬的修復

隨著經濟和社會的不斷發(fā)展，越來越多的研究學者也將目光轉向花卉植物。花卉植物具有一定的觀賞性，而且種類繁多。同時花卉植物對重金屬有一定能力的積累轉移作用。周霞等［21］對鴨腳木、小葉黃楊等8中花卉植物進行研究發(fā)現：花卉植物對重金屬的轉移能力大小順序為Zn＞Cd＞Cu＞Cr﹥Pb。對重金屬的積累能力大小順序為Cr＞Zn＞Cu＞Cd＞Pb。其中，亮葉忍冬、小葉黃楊、金葉假連翹對土壤中Cd的修復效果較為理想；鴨腳木、亮葉忍冬、小葉黃楊對土壤中Zn的修復效果較好；鴨腳木、金光變葉木、細葉雞爪槭、胡椒木、等花卉植物對土壤中Cr的富集能力均較高，且根部積累系數都大于1，這說明對土壤中Cr的修復效果較好。

3.3 草本能源植物對土壤重金屬的修復

草本能源植物作為生物生長和人類發(fā)展的生物能源基礎在社會發(fā)展及人類生存過程中占有重要地位［22，23］。同時在倡導低碳經濟的當今社會，草本能源植物作為草本植物的一種，其同樣具有非常高的應用生態(tài)價值及經濟價值［24～27］。最重要的是，部分草本能源植物具有較強的生態(tài)適應能力使其在污染土地的治理中具有一定的應用潛力。侯新村等［28］對柳枝稷、荻、蘆竹、雜交狼尾草、四種草本能源植物的規(guī)模化種植并對其積累重金屬作用進行研究，研究結果表明：草本能源植物對砷汞銅鉻鉛鎘等重金屬的絕對富集量較為可觀。對于砷銅鉛鎘均以雜交狼尾草的絕對富集量最高，柳枝稷、荻、蘆竹次之；雜交狼尾草對污染土壤中污染物汞的絕對富集能力最高；蘆竹對鉻的絕對富集能力最高，最高達1 333.37 g／hm2，這說明草本能源植物可以作為重金屬污染植物修復的一類修復植物，其具有一定的修復潛力。

4 結語

土壤的重金屬污染危及糧食生產、食物質量、生態(tài)安全、人體健康以及區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。以預防為主［29］，預防、控制和修復相結合的土壤保護政策迫在眉睫。我國雖然在植物修復上起步較晚，但是仍然發(fā)展迅速。植物修復是利用具有修復性能的植物的生命活動對重金屬污染土壤進行積累修復的一項新技術。與此同時，我國很多的研究學者也就此問題展開過多種研究且證明植物修復是一種極具有潛力的土壤重金屬修復方式。因此接下來仍需要在找到具有較強積累能力的植物之后對其生長發(fā)育規(guī)律及發(fā)育調控措施進行研究從而不斷提高植物修復的效率以加快對土壤重金屬污染的修復進程。

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