重金屬污染植物修復的概念與應用

董萌 趙運林 周小梅 庫文珍

摘 要:本文對植物修復的概念進行了說明,并在此基礎上綜合國內外研究資料,對該種方法的實際應用進行了舉例探討,為當前從事該領域研究的人員提供一定的理論資料。

關鍵詞:重金屬植物修復應用

中圖分類號:X53 文獻標識碼:A 文章編號:1674-098X(2012)06(a)-0136-01

土壤重金屬污染是當前國內外環境科學研究中備受關注的問題。土壤中過量的Cd、Pb、As、Hg等有毒重金屬元素的存在,對土壤環境及生活于其中的動植物體造成較大危害,甚至可通過生態系統的傳遞而嚴重地影響人類安全與健康。傳統的物理或化學治理方法具有成本高、擾動大、二次污染等缺陷,生態修復治理的方式比較理想,相對傳統方法則更加安全、徹底,符合環境污染生態治理的要求。植物修復是生態修復中一個重要分支,也是國內外研究得比較早的生態修復方法,下面對該種方法的基本特點及應用作簡要概述。

1 植物修復的概念與“超富集植物”

植物修復(Phytoremediation),通常是指在被重金屬污染的土壤上種植對該種重金屬具有較強吸收、富集能力的植物,經過一定時期后收獲植物地上部分并進行妥善處理,以使重金屬污染物隨之移出土壤,從而達到污染治理的目的。其過程主要是利用植物根系及根際圈微區體系的吸收、降解、轉化等環節來清除環境中的污染物質。此外,廣義上的植物修復還包括利用植物地上部分來凈化空氣及其根際部分來凈化污水。我們所研究的植物修復,一般多指利用植物根系來清潔被無機物和有機物污染過的土壤,這種用于修復環境的植物體,有一個專門的名稱叫做“Hyperaccumulators”。關于該詞的譯解,國內一般有多種叫法,諸如“超積累植物”、“超富集植物”、“超累積植物”、“超量積累植物”等等,陳同斌等[1]通過大量考證,建議國內學者將該詞統一譯為“超富集植物”。

2 植物修復的優點與實踐應用

2.1 綠色、安全、成本低

植物修復是借助于太陽能驅動、在植物體新陳代謝過程中即可完成的自然修復過程,因此不需要額外的能量添加和材料損耗,體現出“綠色、安全”等特點,且經植物體提取的重金屬污染物蓄積在地上部分莖葉內,易于進行收割處理。唐世榮和Wilke[2]歸納了植物修復的幾大優點,如修復成本低、實施過程簡易、環境美學價值高、對土壤環境擾動小且可增加土壤肥力、修復效果徹底等。國外有學者專門比較了植物提取修復法和其他物理、化學修復法之間的操作成本,發現凈化每t受Cd、Cu污染的土壤所需的價格分別為:玻璃化法為75～425美元、填埋法為100～500美元、化學試劑處理法為100～500美元、電動法為20～200美元,而植物提取修復法僅需5～40美元,顯示出非常明顯的經濟優勢。

2.2 國內外重金屬污染的植物修復成功案例介紹

鑒于植物修復技術所具備的諸多優點,國內外研究人員紛紛進行了實踐方面的探索,以使這一技術早日走出實驗室、在實際應用中發揮效能。在英國洛桑實驗站,Baker等首次利用菥蓂屬植物Thlaspi caerulescens修復了因長期施用含重金屬的污泥而導致污染的土地,證實了這項技術的可行性;據報道,美國Edenspace公司于1996年成功地利用印度芥菜與EDTA結合修復了一塊被Pb污染過的土地,使表層土壤Pb含量從2300mg·kg-1下降到420mg·kg-1,取得了良好的效果;植物修復成功實踐的另一著名案例是1991年由Chaney等人[3]在明尼蘇達州圣堡羅地區開展的土壤Cd污染治理,他們利用麥瓶草屬、遏藍菜屬、長葉萵苣、抗性紫羊茅等植物進行植物修復,經過3年時間,使當地Cd、Zn等重金屬降到了許可值范圍內;我們所熟知的事件中,不久前的日本福島核泄漏事故使土壤核金屬污染將成為此次事件后的又一環境問題,據悉,日本農林水產省正準備在福島縣部分地區著手清理受重金屬放射性物質污染的農田和牧場土壤,大面積種植能吸收這些污染物的向日葵和油菜等植物,以試驗利用植物凈化土壤的有效方法,這也可認為是植物修復重金屬污染走向實踐應用的一大工程,而此前也曾有過利用向日葵等植物來修復治理Cd、Cr、Ni等重金屬污染的報道。在我國,雖然沒有大規模使用植物修復治理土壤重金屬的典型案例報道,但很多工作已經取得理想的前期成果,有些正處于野外大田中試階段,例如陳同斌、韋朝陽[4]從1999年開始研究As的超富集植物蜈蚣草,為As污染土壤的植物修復奠定了良好的基礎;魏樹和等[5]對新發現的Cd超富集植物龍葵的修復特征進行了系統研究,確定了該種植物的最佳修復生長期;束文圣、李金天等曾利用木本植物楊桃(Aver rhoa carambola)進行大田Cd的修復試驗,發現種植170d后,可從每公頃種植面積的土壤中帶走213g的Cd,照此修復效率計算,13年后即可將該區域土壤中的Cd移除50%！由此可見,植物修復技術在突然重金屬污染防治領域具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 陳同斌,閻秀蘭,廖曉勇,等.關于hype raccumulator中文譯名的探討[J].環境科學學報.2005,25(9):1148～1150.

[2] 唐世榮.Wilke B M.植物修復技術與農業生物環境工程[J].農業工程學報.1999,15(2):21～26.

[3] Chaney R L, Malik M, Li Y M, et al. Phytoremediation of soil metals[J]. Current Opinions in Biotechnology,1997(8):279～284.

[4] 陳同斌,韋朝陽,黃澤春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其對砷的富集特征[J].科學通報.2002,47(3):207～210.

[5] Wei S H,Zhou Q X, Koval P V. Flowering stage characteristics of cadmium hyperaccumulator Solanum nigrum L. and their significance to phytoremediation[J].Science of the Total Environment, 2006(369):441～446.