礦山廢棄地治理中植物修復作用的研究

張波 趙曜

礦產資源是我國社會經濟發展的重要支柱，然而礦產資源開發同時也是迄今人類最大規模改變地球表面景觀和破壞地表生態系統的有組織的人類活動。由于我國礦產開發、加工的技術總體上比較落后，加上長期的無序開采、重利潤輕保護的掠奪式開發方式，引發了諸多的環境問題，如破壞地表植被，在礦產資源開采過程中，特別是露天開采，地表無植被固定，在干燥與大風作用下產生塵暴，在降水時可能引發水土流失，甚至山體滑坡;開采、洗選和冶煉過程中的重金屬污染土壤、附近河流和地下水，嚴重影響周圍農田作物產量、品質，對人體健康構成潛在的威脅。因此礦山廢棄地的生態恢復是迫切需要解決的問題，植物修復技術在礦山修復中有重要作用。

1 植物修復基本作用方式

1.1 植物根系的固定作用[1]

植物根系穩定表土層結構、提高土壤入滲性能和抗剪強度、增強土壤抗沖性的有效性機理是植被抵抗徑流侵蝕動態過程及土壤侵蝕。植物根系增加了水穩性團粒及有機質含量，穩定土層尤其是表土層結構，創造抗沖性強的土體構型。

1.2 植物對重金屬的修復機理[2]

1)植物穩定修復。通過耐性植物根系分泌物質來積累和沉淀根際圈污染物質，使其失去生物有效性，以減少污染物質的毒害作用，能起到這種作用的植物叫做固化植物。固化植物在污染場地的生長能對污染物起到穩定作用，防止污染物向周圍環境擴散造成二次污染。如利用植物根系分泌物將毒性較大的 Cr6+轉化為毒性較小的 Cr3+，將生物活性很高的鉛通過螯合和沉淀作用形成鉛鹽，成為難溶性化合物，很難為植物所利用。

2)植物提取修復。利用超積累植物重污染土壤或水體中超量吸收、積累一種或幾種重金屬元素，之后將植物整體(包括部分根)移走，然后再重復種植、移走植物最終使污染環境中重金屬含量降低到可接受的水平。如布氏香芥對 Ni的富集作用，天藍芥藍菜對Zn和Cr的富集提取作用等。

3)植物揮發。植物揮發是利用植物的吸收、積累和揮發功能而減少土壤中一些揮發性污染物，即植物將污染物吸收到體內后將其轉化為氣態物質，釋放到大氣中，從而減輕土壤污染。許多植物可以從污染的土壤中吸收易揮發的元素Se和Hg。

2 植物修復技術的研究

近年來，植物修復技術成為我國研究熱點，并且取得了一定成果。劉秀梅等[3]對某鉛鋅礦區附近生長的 6種植物篩選，發現羽葉鬼針草和酸模對Pb有很好的耐性，且S/R值大于0.5;張志權等[4]研究了從引入的土壤種子庫中所萌發并成功定居在鉛鋅尾礦上的 4個優勢種植物，表明雙穗雀稗和黃花稔具有 Pb修復潛力。在廢棄 3000余年的湖北銅綠山古冶煉渣已形成了以草本植物為主體的植被。其中，鴨跖草是Cu的超富集植物，可用于Cu污染土壤的修復與重建。目前已發現的部分可用于修復礦山廢棄地重金屬污染的植物見表 1。

表1 部分可用于修復礦山廢棄地的超富集或富集植物

3 植物修復技術在應用中的優勢和局限性

3.1 植物修復的優勢

與物理修復和化學修復方法相比，植物修復有自身的優勢，主要表現在以下幾個方面:1)植物修復技術相對簡單、費用較低，可以對大面積的污染區域進行治理。2)利用植物的提取修復作用可以永久性的解決環境污染問題。3)不僅不破壞場地結構，還可以修復受損土壤，逐步改善土壤環境。4)經過植物修復作用的土壤可再利用，符合可持續發展的要求。

3.2 植物修復的局限性

植物修復技術有一定的范圍，只是針對表層土壤及淺層地下水的污染物進行治理。對于污染程度過于嚴重或污染物分布為植物根系達不到的污染土壤和水體修復效果不明顯。對于復合型污染土壤和水體需要采用幾種修復植物相結合的方式進行處理，而且植物修復周期較長，難以滿足快速修復環境的要求。

4 展望

植物修復有其他技術無可替代的優越性，也是近年來治理土壤污染的新技術，開發潛力很大。植物修復技術研究取得了很大進展，但是應用到實際中還存在許多問題，涉及到生物學、土壤學、植物學、氣候學等多門學科及其交叉學科。未來植物修復技術的研究應該考慮到多方面因素。

1)加強對植物修復機理的研究，結合基因工程，將相關基因轉移到生物量較高的植物體中，從而生產出修復中需求的轉基因植物。2)考慮廢棄地的土壤環境，通過適當改良來保證修復植物的生長。大部分礦山廢棄地的土壤中缺乏氮、磷等營養物質，在利用植物修復技術治理礦山廢棄地時可以通過施用化肥和種植固氮植物(如豆科植物)輔助重金屬富集植物。3)擴大對重金屬超富集植物的篩選，發現更多適合用于修復技術的植物，特別是生長迅速、繁殖能力強的植物種，對礦區廢棄地生態恢復工作具有重要的理論意義和實踐價值。4)菌根—植物—微生物體系修復的研究。修復植物根際圈內與根系共生或非共生的細菌、真菌等微生物和線蟲、蚯蚓等一些土壤動物也有一定程度修復作用。

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