重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)研究

姜培文

摘 要 重金屬污染土壤上種植的農(nóng)作物會吸收土壤中的重金屬進(jìn)而進(jìn)入人體，而重金屬會在人體內(nèi)蓄積并不易排出，從而對人體健康造成危害。因而，重金屬污染土壤的治理越來越受到人們重視，也產(chǎn)生了諸如物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)以及生物修復(fù)等不同修復(fù)原理的修復(fù)方法。其中，生物修復(fù)中的植物修復(fù)法，因其具有修復(fù)費用低、二次污染小等原因而日益受到人們廣泛重視。本文對植物修復(fù)的原理、超富集植物以及修復(fù)方法與強(qiáng)化進(jìn)行分析，同時，也對其存在的問題進(jìn)行探討，對其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞 土壤 重金屬污染 植物修復(fù)

中圖分類號：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0引言

造成我國土壤重金屬污染的原因復(fù)雜多樣，如生活廢物、礦業(yè)廢物的隨意堆放，污水、廢水灌溉，農(nóng)藥和化肥的不合理使用等。土壤污染具有普遍性，世界各國都有局部土壤存在不同程度的污染。全世界平均每年排放Hg約1.5萬t、Cu約340萬t、Pb約500萬t、Mn約1500萬t、Ni約100萬t。數(shù)量巨大的重金屬進(jìn)入土壤對生態(tài)環(huán)境，給人類健康帶來嚴(yán)重危害，特別是重金屬污染土壤上種植的農(nóng)作物產(chǎn)品，通過飲食進(jìn)入人體，使重金屬在體內(nèi)逐漸富集，可能造成人體制畸制癌的風(fēng)險。因而，人們對重金屬污染的土壤采取了一系列修復(fù)措施。如易操作的客土、異位等物理修復(fù)方法，但其工程量大而且沒有真正解決土壤的重金屬污染；添加化學(xué)物質(zhì)調(diào)節(jié)土壤理化性質(zhì)或pH的化學(xué)修復(fù)方法，但費用高而且存在二次污染。相比較而言，利用超富集植物吸收土壤中重金屬的特性，對重金屬污染的土壤進(jìn)行修復(fù)具有更好的應(yīng)用前景。

1植物修復(fù)原理

植物修復(fù)這個概念的提出距今已有幾十年的歷史。它在20世紀(jì)80年代初發(fā)展起來，是一種利用自然生長或遺傳培育植物修復(fù)重金屬污染土壤的技術(shù)總稱。植物在去除土壤中重金屬的過程中發(fā)生了復(fù)雜的多相反應(yīng)，其反應(yīng)機(jī)理也十分復(fù)雜。學(xué)者們經(jīng)過大量研究發(fā)現(xiàn)，植物修復(fù)的機(jī)理主要依靠植物的萃取作用、根系過濾作用、植物揮發(fā)作用和植物固定化作用。而植物修復(fù)作用途徑有兩個：一是改變土壤中重金屬的化學(xué)狀態(tài)，使其由有效態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楣潭☉B(tài)；二是通過植物吸收、代謝從而降低土壤中重金屬含量。第一個途徑通過固定土壤中的重金屬從而降低了重金屬進(jìn)入農(nóng)作物內(nèi)進(jìn)而危害人體的潛在風(fēng)險。第二個途徑通過降低土壤中重金屬含量從而使其慢慢降低到土壤中重金屬的本底值，進(jìn)而減輕甚至消除其危害。

2 超富集植物

通常認(rèn)為特定植物積累某種或多種重金屬元素含量，如Cr、Co、Ni、Cu、Pb等含量達(dá)到1000mg/kg以上，積累的Mn、Zn含量在10000mg/kg以上，積累的Cd含量在100mg/kg以上，我們成稱這樣的植物為超富集植物。經(jīng)過多年研究發(fā)現(xiàn)了有的植物只能富集一種重金屬，而有的能富集兩種或多種重金屬，如Cd/Zn超富集的東南景天。然而，能夠富集多種重金屬的超富集植物很少，而土壤污染往往是多種重金屬污染，其余重金屬的存在會對植物的生長和富集帶來不利影響。因此，發(fā)現(xiàn)或培育能夠富集多種重金屬且富集能力強(qiáng)、修復(fù)效率高的超富集植物成為了當(dāng)前植物修復(fù)研究的熱點。從超富集植物這個概念的提出到超富集植物的陸續(xù)發(fā)現(xiàn)，乃至進(jìn)行盆栽試驗和實驗田的種植經(jīng)歷了漫長的時間，科研工作者做出來大量的努力，取得了一定的成果。然而，超富集植物往往只對一種重金屬有吸收能力，且植物的生物量小、生長速度緩慢。此時，強(qiáng)化超富集植物的修復(fù)效率就具有必要性。

3植物修復(fù)強(qiáng)化

植物修復(fù)的缺陷使得它治理重金屬污染土壤的修復(fù)效果往往并不理想。此時，通過添加外來物質(zhì)提高其生物量或者吸收能力就顯得十分必要。常用的措施有添加螯合劑、添加表面活性劑和調(diào)節(jié)pH。當(dāng)螯合劑投加到土壤后，和土壤重金屬發(fā)生螯合作用，能夠形成水溶性的金屬-螯合劑絡(luò)合物，改變重金屬在土壤中的賦存形態(tài)，提高重金屬的生物有效性，進(jìn)而可以強(qiáng)化植物對目標(biāo)重金屬的吸收。常用的人工合成螯合劑有EDTA，EDDS等，常用的天然螯合劑有小分子酸如檸檬酸等。表面活性劑具有親水親脂的特性，表面活性劑經(jīng)土壤界面吸附和重金屬締合后，通過降低表面張力和增流作用， 解吸被吸附的重金屬。從而增加植物對重金屬的吸收，增大其吸收能力，提高其修復(fù)效率；重金屬的溶解濃度與其所處環(huán)境的pH密切相關(guān)，同時所處環(huán)境的pH也會對植物生長帶來重大影響。所以，通過人工調(diào)控控制其pH在一個適宜范圍內(nèi)亦可以增加其修復(fù)效率。除此之外，添加根際促生菌或者進(jìn)行電動修復(fù)也是強(qiáng)化植物修復(fù)效果的方法，亦有很多學(xué)者做了大量研究并取得了一定成果。

4結(jié)論與展望

植物修復(fù)在治理重金屬污染上具有的優(yōu)勢使得植物修復(fù)的研究日趨深入，克服其存在的缺點，具有廣闊的應(yīng)用前景。通過添加外來物質(zhì)，克服超富集植物具有生物量小、生長慢等缺點。同時，考慮到成本和二次污染的問題，開發(fā)出高效價廉且環(huán)保的物質(zhì)，應(yīng)用于植物修復(fù)的過程，培育或者尋找能夠富集多種重金屬的超富集植物具有十分重要的意義。

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