油葵修復重金屬污染農田研究進展

羅瓊　何錄秋　楊文淼

摘要 修復重金屬污染農田是當今迫切需要解決的問題。介紹了油葵修復重金屬污染農田的研究背景和油葵修復重金屬污染農田的原理，綜述了國內外油葵修復重金屬污染農田的研究現狀，并提出了提高油葵修復效率的措施。

關鍵詞 油葵；重金屬污染；農田；修復；研究進展

中圖分類號 S565.5；X53 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）05-0225-02

Abstract Remediation of heavy metals contaminated farmland is an urgent need to solve the problem.The research background and the principle of oil sunflower repairing heavy metals contaminated farmland were introduced，and the research status of oil sunflower repairing the heavy metals contaminated farm in the domestic and foreign were summarized，and the measures to improve the efficiency of oil sunflower repairing the heavy metals contaminated farmland were put forward.

Key words oil sunflower；heavy metals contaminated；farmland；repairing；research progress

重金屬污染的危害性，長期以來一直倍受公眾關注。修復重金屬污染農田的方法很多，而成本低、污染少、經濟有效和環境友好的植物修復技術是當今研究的熱點。其中油葵作為植物修復的材料具有很大潛力。

1 油葵修復重金屬污染農田的研究背景

我國農田重金屬污染問題突出，如何高效率地修復污染農田，保護農田生態環境，保證健康糧食已是破在眉睫。油葵修復重金屬污染農田技術相比較而言，具有絕對的優勢，不僅成本低，人們容易接受、實施和維持，而且比自然稀釋污染物速度快、減少廢物填埋、保護自然資源，此外還可以收獲植物，獲得較高的經濟價值。因此，該技術具有雙重經濟效益。

1.1 我國重金屬污染農田現狀的嚴峻性

隨著社會經濟的快速發展和工業生產技術的飛速前進，伴隨產生的大量污染物直接或間接地進入農田，污染農田生態系統。根據2014年環境保護部公布的中國土壤污染數據表明，中國已有19.4%耕地土壤被污染，污染面積約達2 300萬hm2，從污染類型看，其中無機污染物超標點位數高達82.8%[1]。據調查統計[2-3]，目前中國污灌區所生產大米幾乎都遭受不同程度的重金屬污染，是我國城市的主要重金屬污染物。中國每年被重金屬污染的糧食多達1 200萬t[4]。重金屬污染不僅導致糧食減產，且可影響人體健康。

1.2 油葵研究應用的優越性

油葵為一年生草本植物，屬菊科，是向日葵的一種，是一種適應性廣、耐鹽堿、耐干旱、耐瘠薄的油料作物，其抗逆性強、生育期短、產值高，且籽粒含油量高、品質優良。油葵在眾多的植物修復材料中，相比較而言，具有較高的優越性和價值：一是生態環保價值。油葵根系發達，生物量大，生長迅速，適應性強，抗旱耐瘠薄，據研究表明，油葵在污染土壤中均能夠正常地生長，沒有出現明顯的毒害癥狀，不影響油葵的產量，而且因其地上部分生物量大，能夠吸收積累大量的多種重金屬，重金屬Cu、Cd在植株中的含量明顯高于土壤本底值，油葵對Cu、Pb、Cd、As等重金屬具有顯著的富集特性。二是營養健康價值。從重金屬污染土地上種植的油葵種子提取的油葵油質量符合國家食用安全標準（GB2716—2005規定As≤0.1 mg/kg，Pb≤0.1 mg/kg）。油葵油被稱為“保健油”“健康油”。油葵籽粒產量高，種子中含有豐富的營養成分，具有較高的營養價值。油葵油不僅含有豐富的亞油酸，有助排除膽固醇及其產物，減輕動脈硬化，維持血壓平衡；而且還含有較多的維生素和礦物質，有助于提高免疫力、促進新陳代謝、延緩衰老。三是經濟價值。油葵市場價格約5 900元/t，成品油價格約18 000元/t，油葵籽實含油率為42.9%。農民種植油葵產量3 750 kg/hm2，產值22 125元/hm2。四是其他綜合利用價值。油葵油屬于品質優良的半干性油，可以廣泛地應用于制造業、工業等相關產業。在制造業中油葵油是用來制造聚脂、樹脂、膠片、肥皂、蠟燭及香料等的重要原料。在工業中可用作油漆的原料，可提煉潤滑油、汽油等，用于制革 、石油、紡織等工業上。

2 油葵修復重金屬污染農田的原理

早在1583年，人們就已經發現一些植物種能夠生長在重金屬含量相對較高的土壤中[5]。1977年，Brooks[6]提出了超富集植物的概念。1983年，Chaney[7]首次提出了利用超富集植物清除土壤中重金屬污染物的思想。植物對重金屬污染位點的修復可分為植物穩定、植物揮發、植物過濾、植物提取等4種方式，目前研究最多并且最有前景的方法是植物提取，在實踐中已經表現出良好的修復性能[8]。植物提取是利用植物的根系從土壤中吸取重金屬，并將其轉移、儲存到植物的地上部分，然后收割地上部分[9]。

油葵為一年生草本植物，是菊科油葵屬，油葵抗旱耐瘠薄，根系發達，生長迅速，生物量大，對重金屬的富集性能和耐受性都比較強。據研究表明，油葵在污染土壤中均能夠正常地生長，沒有出現明顯的毒害癥狀，不影響油葵的產量，而且因其地上部分生物量大，能夠吸收積累大量的多種重金屬，重金屬Cu、Cd在植株中的含量明顯高于土壤本底值，油葵對Cu、Pb、Cd、As等重金屬具有顯著的富集特性。充分利用油葵對重金屬的耐性和富集特性，將其種植在重金屬復合污染的地區，吸收積累土壤中的重金屬，通過對成熟植株的挖采和處理，即油葵成熟后通過收割加工地上部分來提取土壤中的重金屬，并且從油葵種子獲得的提取油質量符合國家食用安全標準。

3 國內外油葵修復重金屬污染農田研究現狀

3.1 油葵對Cd污染農田的修復

1984年Cd被聯合國環境規劃署列為“危害全球環境的化學物質和化學過程清單”的首位[10]。油葵對Cd污染土壤具有一定的耐性，并且對Cd具有較強的吸收潛力。據Chen等[11]研究，向日葵地上部對Cd的積累量超過100 mg/kg。牛之欣等[12]研究表明，水培條件下紫花苜蓿、芥菜、向日葵、蓖麻根部與地上部對Cd的富集系數隨重金屬濃度的增加而減小，而富集量則相反。

3.2 油葵對Pb污染農田的修復

Pb具有類似雌激素的作用，能導致包括人類在內各種生物的生殖功能下降[13]。植株根部與地上部對Pb的富集量隨重金屬濃度的增加而增加，富集系數則相反[14]。在含Pb較低濃度溶液中，向日葵具有很強積累Pb的能力[15]。采用向日葵種苗過濾法可以使水體中的Pb在72 h內由100 mg/L迅速減少至5 mg/L以下，其中根部的積累量最高[16]。

3.3 油葵對Cu污染農田的修復

當土壤中的有效Cu含量達到200 mg/kg時，植物的正常生長受到嚴重影響[17]。油葵對Cu有明顯的積累能力。采用種苗過濾法能夠在96 h內使水體中的Cu濃度顯著降低[18-19]。據王永芬等[20]研究表明，當土壤中添加Cu濃度為200 mg/kg時，Cu含量的葉根比達到1.27，此時集中收獲植株地上部分，可移出土壤中過多的有效銅。

3.4 油葵對Zn污染農田的修復

油葵幼苗對Zn污染具有很好的修復作用。利用向日葵種苗根和莖的積累過濾，可以使水體的Zn濃度在144 h內明顯降低[16]。Arash等[21]研究發現，經向日葵幼苗過濾后，被污染水體中的Zn、Cu、Pb濃度均在EPA（美國環保署）和FAO（聯合國糧農組織）規定的農田灌溉水質標準的安全范圍內[21]。

3.5 油葵對Cr污染農田的修復

Fozia等[22]研究證明，油葵莖對Cr也有一定的吸收作用，根部對Cr的吸收效果非常明顯，但轉移速度較慢；種子的吸收速度要比根、莖慢得多。

4 提高油葵修復效率的措施

植物修復效率一方面取決于植物自身的生物量，另一方面取決于超富集植物對重金屬的積累量[23]。影響重金屬植物修復的因素主要有氣候因子和土壤因子[24]。通過控制一些因素和各種農藝措施，可以提高油葵修復的效率[25]。

4.1 合理施肥

合理施肥可促進植物生長，提高植物生物量，可以強化重金屬污染土壤的植物修復，使植物修復效率提高數倍[26]。Mahmoud等研究證明，通過使用螯合劑DTPA、調節pH值和合理施肥，可使向日葵對Zn和Pb的吸收大幅提高。對生長于Cu污染土壤的油葵進行CO2施肥處理后，植株體內的Cu含量顯著增加，Cu積累的葉根比也顯著增加，說明CO2施肥有利于Cu由根向葉片的運輸[27]。但需要注意的是，肥料的使用量需要在一個適當的范圍內[28]。

4.2 科學栽培

合理的油葵栽培與田間管理同樣會提高植物修復效率。Liphadzi等研究表明，在向日葵稀植條件下，其葉片中的重金屬（Cd、Ni、Pb、Cu、Zn）含量明顯高于密植處理，但由于密植時其生物量是稀植時的1.5倍左右，所以油葵在密植條件下對土壤中重金屬的去除效率比稀植條件下要高。

4.3 應用植物修復劑

添加螯合劑和有機酸等能夠促使重金屬離子解吸和溶解[29]。EDTA是目前使用最廣、效果較好的螯合劑之一，可以明顯提高油葵對重金屬的吸收量[13，28]。采用向日葵修復Cd-Ni復合污染土壤時，當一次加入5 mmol/kg EDTA或分2次加入10 mmol/kg檸檬酸時，植株提取的Ni總量最大；當加入EDTA 2.5 mmol/kg或檸檬酸5 mmol/kg時，向日葵提取的Cd總量達最大值[30]。Liphadzi等[31]研究表明，加入EDTA可以明顯增強向日葵對重金屬的去除效果。

5 展望

綜上所述，油葵對重金屬污染具有很強的耐受性和植物修復能力，可以有效去除土壤中的重金屬元素，修復重金屬污染農田，并且油葵經濟價值高。因此，種植油葵是治理農田重金屬污染的一條行之有效的途徑，具有廣闊的應用前景和推廣價值，對改善農業生態環境、保障農產品安全、實現農民增產增收將起到重要作用。我國農田重金屬污染問題直接關系到國家的糧食安全，現階段普遍推廣的土壤重金屬污染修復技術尚存在諸多不足之處，仍需不斷深入研究改進和創新解決辦法[32-34]。

6 參考文獻

[1] 楊啟良，武振中，陳金陵，等.植物修復重金屬污染土壤的研究現狀及其水肥調控技術展望[J].生態環境學報，2015，24（6）：1075-1084.

[2] 丁真真.中國農田土壤重金屬污染與其植物修復研究[J].水土保持研究，2007，14（3）：19-20.

[3] 邢艷帥，喬冬梅，朱桂芬，等.土壤重金屬污染及植物修復技術研究進展[J].中國農學通報，2014，30（17）：208-214.

[4] 羅瓊，王昆，許靖波，等.我國稻田鎘污染現狀、危害、來源及其生產措施[J].安徽農業科學，2014，42（30）：10540-10542.

[5] BROOKS R R.Plants that hyperaecumulate heavy metals[J].CAB interna-tional，1989（1）：1-2.

[6] BROOKS R R，LEE J，REEVES R D，et al.Detection of nickelif erous rocks by analysis of herbarium specimens of indicatorplants[J].Geochemi-cal Eploration，1977（7）：49-57.

[7] CHANEY R L，MALIK M，LI Y M，et al.Phyt0remendiation of soil metals[J].Current Opinion in Biotechnology，1997，8（3）：279-284.

[8] PILON-SMITS E，PILON M.Breeding mercury-breathing plants for environmental cleanup[J].Trends in Plant Science，2000，5（6）：235-236.

[9] 楊科壁.中國農田土壤重金屬污染與其植物修復研究[J].世界農業，2007（8）：58-61.

[10] 郭艷麗，臺培東，韓艷萍，等.鎘脅迫對向日葵幼苗生長和生理特性的影響[J].環境工程學報，2009，3（12）：2291-2296.

[11] HONG CHEN，TERESA CUTRIGHT.EDTA and HEDTA effects on Cd. Cr and Ni uptake by Helianthus annuus[J].Chemosphere，2001，45（1）：21-28.

[12] 牛之欣，孫耵娜，孫鐵珩.水培條件下4種植物對Cd、Pb富集特征[J].生物學雜志，2010，29（2）：267-268.

[13] 肖璇.油菜和向日葵修復Pb污染土壤的研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2009.

[14] NIU Z X，SUN I N，SUN T H，et al.Evaluation of phytoex-tracting cad-mium and lead by sunflower，ricinus，alfalfa and mustard in hydroponic culture[J].Environmental Sciences，2007，19（8）：961-967.

[15] 郭平，劉暢，張海博，等.向日葵幼苗對Pb、Cu富集能力與耐受性研究[J].水土保持學報，2007，21（6）：92-113.

[16] 渠榮遴，李德森，杜榮騫.水體重金屬污染的植物修復研究（I）種苗過濾去除水中重金屬[J].農業環境保護，2002，21（4）：297-300.

[17] 夏立江，王宏康.土壤污染與防治[M].上海：華東理工大學出版社，2001.

[18] 渠榮遴，李德森，杜榮騫.水體重金屬污染的植物修復研究（Ⅳ）一種苗過濾去除水中重金屬銅[J].農業環境科學學報，2003，22（2）：167-169.

[19] 單正軍，王連生，蔡道基，等.果園土壤銅污染狀況及其對作物生長的影響[J].農業環境保護，2002，21（2）：119-121.

[20] 王永芬，席磊.向日葵對土壤中銅的積累作用研究[J].中國生態農業學報，2006，14（4）：131-133.

[21] ARASH Z.Abdolmajid L A，Hassanoghli. Phytoremediation Treatment of Water Contaminated With Zin，Copper and Lead[C]//International Commission on Irrigation and Drainage.International Commission on Irrigation and Drainage Nineteenth Congress.Symposium（R.09）.Beijing：International Commission on Irrigation and Drainage，2005，9：142-144.

[22] FOZIA A，MUHAMMAD A Z，MUHAMMAD A，et al.Effect of chromium on growth attributes in sunflower[J].Journal of Environmental Sciences，2008（12）：1475-1480.

[23] 陳玉成.污染環境生物修復工程[M].北京：化學工業出版社，2003.

[24] 廖曉勇，陳同斌，閻秀蘭，等.提高植物修復效率的技術途徑與強化措施[J].環境科學學報，2007，27（6）：881-893.

[25] 廖曉勇，陳同斌，謝華，等.磷肥對砷污染土壤的植物修復效率的影響：田間實例研究[J].環境科學學報，2004，24（3）：455-462.

[26] 劉曉冰，邢寶山，周克琴，等.污染土壤植物修復技術及其機理研究[J].中國生態農業學報，2005，13（1）：134-138.

[27] 席磊，王永芬.CO2氣肥對向日葵Cu積累能力影響的研究[J].安徽農業科學，2008，36（2）：636-637.

[28] 張守文.重金屬Cd污染土壤的植物修復研究[D].楊凌：西北農林科技大學，2009.

[29] BLAYLOCK M J，SALT D E，DUSHENKOV S，et al.Enhanced accumu-lation of Pb in Indian mustard by soil-applied chelating agents[J].Environmental Science & Technology，1997，31：860-865.

[30] 王學鋒，崔倩.EDTA、檸檬酸對向日葵吸收重金屬Cd-Ni的影響[C]//中國農業生態環境保護協會.第二屆全國農業環境科學學術研討會論文集.天津：中國農業生態環境保護協會，2007：221-225.

[31] LIPHADZI M S，KIRKHAM M B，MANKIN K R，et al.EDTA—assisted heavy metal uptake by poplar and sunflower grown at a long-term sewage sludge farm[J].Plant and Soil，2003，10（1）：171-182.

[32] 張燕.試論農業生態修復技術在農田土壤重金屬污染中的應用[J].環境與可持續發展，2015，40（5）：136-137.

[33] 王騰飛，王一志，張鳳，等.農田重金屬污染及修復技術綜述[J].湖南城市學院學報（自然科學版），2015，24（3）：104-106.

[34] 任露陸，吳文成，蔡信德，等.經濟作物對農田重金屬污染土壤修復的研究進展[J].貴州農業科學，2015，43（8）：254-256.