螯合誘導技術強化植物修復鉛污染土壤的研究現狀及展望

王開爽等

摘 要：向土壤中添加螯合劑促進植物對重金屬的吸收是目前一項比較有發展前景的土壤修復技術。但由于Pb在土壤中的的存在形態不一，導致植物有效性較低，利用植物對土壤中鉛的修復效率十分有限，所以向土壤中施加一定量的螯合劑有助于植物對鉛的吸收。如今螯合誘導技術已經成為一個國際熱點和發展的趨勢。該文主要介紹了螯合劑種類的劃分以及螯合誘導技術強化植物修復鉛污染土壤的應用現狀，綜述了Pb污染土壤螯合誘導強化植物修復技術的研究進展，最后對螯合劑在植物修復重金屬污染土壤應用中存在的問題進行了分析討論，并對未來螯合誘導技術今后的發展方向進行了探討與展望。

關鍵詞：螯合劑；植物修復；鉛污染土壤

中圖分類號 X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）09-100-03

Abstract：Chelating agent is added to the soil to promote plant uptake of heavy metals is a relatively promising soil remediation technologies. However，due to the presence of Pb varies forms in the soil，resulting in lower plant availability，utilization efficiency of phytoremediation of lead in soil is very limited，so a certain amount chelator applied to the soil helps plants absorb lead.Today，technology has become a chelate-induced trend in international hot spots and development. This paper describes the types of chelating agents induce division and chelation technology application status enhanced phytoremediation of lead contaminated soil，lead pollution in soil were reviewed chelating induced to strengthen the research progress of phytoremediation technology. In addition gives a good view of chelate-induced phytoremediation. The problems about chelate-induced are discussed，and the future directions research are briefly stated.

Key words：Chelator；Phytoremediation；Lead contaminated soils

鉛（Pb）是一種金屬元素，用途較為廣泛，同時也是重要的環境污染物。隨著工業的迅猛發展，工業廢氣、廢水、廢渣的排放使得鉛排放量急劇增加，廣泛分布于空氣、水和土壤中，直接或間接的影響著人類的身體健康。當今，隨著全球范圍內城市化進程的迅速發展，土壤重金屬污染已成為重要的城市環境問題之一[1-2]。國內外的研究表明，城市土壤都普遍受到了鉛（Pb）的污染[3-4]。以我國為例，對北京、上海、廣州、沈陽、寶雞等20個大中城市土壤Pb含量的分析指出，這些城市土壤中的鉛含量在28.6～25 380.6mg/kg，平均值為1 350.5mg/kg，均超過了我國土壤的鉛背景值（26mg/kg）[3]。鉛污染土壤問題越來越嚴重，已經引起了人們的極大關注。由此可見，開展城市鉛污染土壤的修復已成為刻不容緩的緊迫任務。對于城市土壤而言，利用花卉植物對重金屬污染土壤進行修復，不僅能夠降低土壤重金屬含量，而且還能達到美化城市環境的目的，較之草坪和樹木具有更明顯的經濟和社會效益，因此花卉有可能成為未來城市重金屬污染土壤修復的首選植物。

1 植物修復技術

重金屬污染土壤修復方法的選擇主要取決于土壤中重金屬的物理化學形態。重金屬污染土壤修復主要有物理修復、化學修復和生物修復幾種方法，其中，生物修復包含下的植物修復以其廉價、方便、美化環境等優勢受到較多的關注。植物修復技術，即利用超富集植物把重金屬污染物從被污染的環境介質中去除或使重金屬生態風險降低的一類新技術[5]，主要包括：植物固定、植物提取、植物揮發3種[6]，其中植物提取技術最具有應用潛力。

目前，利用植物修復治理鉛污染土壤研究中采用的多是非觀賞性植物，主要包括糧食作物[7]、蔬菜作物[8]、經濟作物[9]和草坪植物[10]等。與其他修復相比，植物修復以其高效性、安全性、經濟性和持久性的優勢，成為污染土壤修復的首選措施。但由于鉛在土壤中的存在形態不一，導致植物有效性較低，利用植物對土壤中鉛的修復效率十分有限，所以向土壤中施加一定量的螯合劑有助于植物對鉛的吸收，螯合誘導技術已經成為一個國際熱點和發展的趨勢。

2 螯合劑種類

螯合劑的種類[11]分為天然低分子量有機酸和多羧基氨基酸2大類。氨基多羧酸類（APCAs），如人工合成的螯合劑EDTA（乙二胺四乙酸）、DTPA（二乙三胺五三乙酸）、HEDTA（羥乙基替乙二胺三乙酸）、EGTA（乙二醇雙四乙酸）、EDDHA（乙二胺二乙酸）、CDTA（環已烷二胺四乙酸），以及天然螯合劑[S，S]-EDDS（[S，S]-乙二胺二琥珀酸）和NTA（二乙基三乙酸）等。APCAs由于其螯合能力較強而被推廣使用，尤其是EDTA。天然的低分子有機酸[12]（NLMWOAs），如草酸、檸檬酸、蘋果酸、酒石酸、丙二酸等。NLMWOAS對金屬離子的解吸能夠起到促進作用，通過與金屬離子結合變為易溶性的螯合物，達到增加金屬離子活性和移動性的目的。endprint

3 螯合誘導技術強化植物修復鉛污染土壤的研究現狀

20世紀90年代末螯合劑開始應用于植物修復領域。研究和實踐表明，螯合劑的添加能夠顯著促進植物對重金屬的累積，而且修復效率得以大大提高。從現有的文獻報道來看，螯合誘導技術已廣泛用于強化糧食作物、經濟作物、飼料作物和牧草等對鉛污染土壤的修復。目前為止，EDTA是應用最為廣泛，同時也是效果較好的一種螯合劑，添加EDTA能夠明顯促進土壤中重金屬尤其是Pb的溶解以及在植物地上部分的積累[13-15]。

3.1 觀賞性植物 當前關于利用螯合誘導技術來強化觀賞性植物修復重金屬污染土壤的研究較多，但是對于鉛污染土壤的螯合誘導修復卻少有報道。李玉雙等通過土壤盆栽試驗的研究表明，施加EDTA溶液7d后，4種花卉（孔雀草、矮牽牛、萬壽菊、彩葉草）葉部的鉛含量均極顯著增高（p<0.01），并且孔雀草對鉛的富集系數和轉移系數均達到了1以上，這表明利用這種植物進行螯合輔助植物提取的方式來修復鉛污染土壤的效果是十分顯著的[16]。佟秀春等研究發現，在土壤中Cd投加濃度為30mg/kg，Pb投加濃度為1 800mg/kg，EDDS∶EL（銅綠假單胞菌）比例為1∶0，接種ZC（耐鉛菌株），試驗結果表明龍葵對鉛的吸收效果最好，對鉛具有超富集作用[17]。

3.2 糧食作物 到目前為止，利用螯合劑來強化糧食作物對土壤中重金屬鉛元素的吸收已屢見不鮮，尤其是以玉米這種生物量大、生長周期較長，對鉛具有較強耐性且植株體內富集鉛元素能力較高的植物研究居多。朱永娟等通過室內栽培種植試驗，結果發現，隨著EDTA濃度的增加，玉米中Pb的含量均呈現逐漸增大的趨勢，積累在根部的Pb含量最大，其次是莖部，再次是玉米葉和苞葉，玉米芯和籽粒含量最低[18]。黃錚等研究發現向土壤中添加螯合劑后有效態Pb的濃度顯著增加，玉米對鉛的累積與土壤中有效態鉛濃度呈顯著正相關，玉米的生長也受到很大的抑制，而且EDTA對玉米強化吸收鉛的富集能力強于DTPA[19]。吳熙等通過試驗研究表明，添加NTA和DTPA之后均明顯提高小麥幼苗對重金屬Pb累積量的增加，而且DTPA的誘導作用效果高于NTA[20]。

3.3 經濟作物 迄今為止，利用經濟作物來強化吸收富集重金屬污染土壤中鉛的研究也較為多見，尤其是以蔬菜類居多，而且螯合劑的選擇一般均采用EDTA。李劍敏等通過盆栽實驗研究表明，3mmol/kg的EDTA處理14d芥菜地上部和根系Pb的富集量顯著高于未添加EDTA的對照處理，地上部Pb含量是對照處理的13.1～80倍[21]。Grcman等在比較EDTA對大白菜吸收Pb的影響時發現，在濃度為10mmol/kg時的處理效果最好，地上部分的Pb含量比對照增加了94倍[22]。趙娜發現向日葵單作時地上部富集Pb的含量為25.0mg/kg，經5mmol/L的EDTA淋洗后向日葵地上部對Pb的吸收量為135.6mg/kg，增加了4.4倍[12]。

3.4 草本植物 近些年來關于螯合劑強化草本植物修復鉛污染土壤的研究較多，主要集中在牧草植物、飼料作物、草坪植物，因其具有保持水土、覆蓋能力強、管理粗放等特點受到較為廣泛的關注和研究。曹鐵華等通過黑麥草盆栽試驗研究發現，EDDS和真菌的復合處理下，黑麥草根部和葉片的鉛含量與對照相比較分別增加了7.7倍和10.68倍，說明復合處理對黑麥草誘導富集和轉運植物體內的鉛具有顯著的作用[23]。朱燕華通過土培試驗表明，高羊茅在EDTA處理后的地上部和根部鉛含量分別增至14 046.8和 31 207.2mg/kg，分別為對照的2.13和1.53倍[10]。熊國煥研究結果發現，與NTA比較得知，EDTA、EDDS均極顯著提高龍葵對Pb的累積量（P<0.01），其中EDTA誘導龍葵地上部分對Pb的富集能力最強，其次為EDDS，影響不顯著的是NTA[24]。

4 問題及展望

4.1 存在的問題 迄今為止，目前在自然界已知的重金屬超富集植物有數百種，但是對于Pb具有超富集能力的植物卻很少。雖然螯合劑能夠誘導植物修復重金屬污染土壤，并且對重金屬的去除具有不錯的效果，但是螯合劑的廣泛應用還是存在著一定的潛在風險與不利因素。例如，螯合劑在活化重金屬時，由于其對金屬元素具有非專一性，因此也會使得土壤中其它有益的礦物元素如Fe、Mn、Ca、Mg等淋失量的增加，繼而可能導致植物對營養元素的缺乏；而且螯合劑也具有一定的生物毒性，也會對植物本身和微生物的活性產生影響。

4.2 發展方向和展望 雖然如此，螯合誘導技術仍然是最具有發展潛力的一種植物修復強化技術，在利用植物修復Pb污染土壤方面必定具有很好的應用前景。今后，螯合誘導技術的發展方向是：

（1）在篩選螯合劑強化修復植物時，應對那些葉部位置生物量較大的植物給予更多關注，例如十字花科植物和禾本科植物，也可利用分子生物學中的轉基因技術來提高植物地上部分的生物量以達到對鉛具有較強耐性且有較高富集能力的目標。

（2）不盲目引進外來超富集植物物種，研究篩選適合當地環境生長的具有富集潛力的植物，并施加一定量的螯合劑來修復Pb污染土壤。同時也要因地制宜地挑選對當地重金屬污染土壤中所含的金屬元素螯合能力較強的螯合劑來進行植物修復。

（3）更加側重于生物可降解螯合劑對重金屬超富集植物的研究使用，同時也要注意對其他新型螯合劑的深入研究和探討。EDTA等傳統的難降解螯合劑必然被環境友好型、生物可降解螯合劑所代替[25]，這必將成為螯合誘導技術今后的發展趨勢。

（4）加快理論與實踐的結合，繼續加強對室內模擬實驗和田間試驗的測試與研究，并盡早達到規模化修復生產，最終應用于鉛鋅礦等礦山開采地區，城市道路隔離帶、商業區、老居民區以及公路兩側等重金屬污染土壤嚴重的區域，同時也要探討螯合誘導植物修復后處置的工藝及技術，為實際應用奠定基礎。endprint

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（責編：張宏民）endprint