植物對北方銅、鎳污染地區的生態修復研究

胡迪 陳松 宋奇 張宇 竇夢雪 呂豐宏 林紀鵬 胡錦昆 王馨甜 金明蘭 閆博佼

摘 要：本文首先闡述了重金屬污染土壤修復技術的研究現狀及植物在銅、鎳污染地區的生態修復技術的地位及價值，接著總結研究及相關文獻后得出植物中天門冬對北方部分銅污染地區土壤的生態修復情況；車前草對北方部分地區鎳污染的生物修復情況，并得出目前在這兩方面的研究仍存在很大問題，有很大繼續探索空間的初步結論。

關鍵詞：植物；銅、鎳；生態修復；北方地區

引言：

銅、鎳是動植物和人體總不可或缺的微量元素，其含量的過多或過少都會對生物的生存和生活產生不可或缺的影響，由于其污染范圍廣、流動不易察覺、影響時間長且影響程度大的特點，嚴重時甚至會威脅生命本身，隨著經濟的飛速發展，工業化生產融入生活，銅、鎳進入生命體的途徑越來越多，含量也隨之加劇，在食物鏈的續集作用下，終將由各個營養級傳遞到作為頂端生物的人類體內，在身體中續集達到一定量后嚴重危害我們生命健康，如果不加以遏制及修復，無異于慢性自殺，近年來，由于人們關注的重點更多得轉移至健康，我國的相關研究獲得國家及人們的大力支持，國際上擁有豐富的借鑒經驗、大量的參考靠文獻，即使重金屬污染難以去除，我國在銅、鎳污染地區的生態修復技術上仍獲得了很大進步，在這一背景下，研究其相關技術是非常有意義和價值的，其研究的持續性與可能性獲得了充分的保證，而植物對重金屬污染地區的生態修復講究比較成熟，本文對銅、鎳兩種金屬對北方部分污染地區的修復進行了專項實驗探索并將數據總結為初步結論，為今后的實驗做參考。

1.土壤中重金屬污染修復技術現狀

近年來，我國產業結構獲得調整， “退二進三”、“退城進園”的政策在許多城市都獲得了很好的響應，土地的價值在大到國家小到個人的眼中都變得越來越重要，土壤的質量也成為了從科研人員到開發或耕種人民都息息相關的重要因素。在土壤質量的保護上，大量重污染工業的關閉及污染的相關遏制是很重要的一方面，但對現有土壤污染的修復及重金屬的去除更是重中之重，其研究發展進程，直接關系著在有限的土地資源下，又有多少土地可以重新迅速投入到開發利用中。在保護安全性的修復工作中，歐美國家態度比較積極，首先做出了嘗試，歐洲每年投入約20億的資金用于修復250萬個受污染的土地，美國則成立了專門的超級基金項目（NPL）[1]，該項目基金在將成熟的研究投入到實際應用中起到了尤為突出的作用，為土壤修復的未來起到了指引作用，有效的使部分受污染土地獲得了改善。我國目前主要由分離去除、固定穩定、及隔離三個重要思路[2]，在物理、化學、生物等方面均有涉及，由于銅、鎳分離較困難，傳統的過量堿析出發對其效果并不理想，且兩種元素在生物體內又具有不可或缺的作用，故采用生物法具有很高的嘗試價值，而植物在有限的條件下是較理想的研究載體，其生長發育與土壤又有最直接的關系，相比于選擇動物作為修復主題的情況，在生態、經濟及安全等方面考慮較少，復雜性較低，因此，土壤的生物修復中，植物修復可行性更高，是廣大研究群體的大多數選擇，其發展也最迅速、最成熟，研究從產生成果到投入到實際應用總的周期更短[3]，在此背景下，本文研究亦主要探索植物對銅、鎳污染地區的生態修復。

2.植物在銅、鎳污染地區的生態修復技術研究

2.1天門冬對銅污染地區的修復情況分析

銅是許多細胞合成不可缺少的微量元素，在植物的光合作用中更是起到至關重要的作用，本實驗選取天門冬作為去除銅元素的修復植物，選取長春南部含有銅離子較高地區的土壤作為培養土壤，進行光照、通風、干燥、整平整碎等適當的處理后，將天門冬植株移植其中，放在日照時間簡短且溫暖的環境中培育，四周后，其生長較空白組明顯放緩，葉子出現蜷曲，出現部分葉片枯萎掉落等典型“銅中毒”現象[4]，經儀器檢測，土壤中的銅元素少量減少，銅元素主要集中富集在植物根部，研究表明，鈣、鎂、磷等可參與銅元素的分離，故采用膦酸鈣作為吸附劑，模擬植物生長中利于去除同的條件，適量加入催化劑等，以二價銅離的形式去除銅。實驗的研究結果為天冬門對銅元素具有去除作用，但實驗結果并不理想，可能原因為土壤中含有其他污染物質對天冬門的生長產生了復合型的影響，極大的減緩了其對銅元素的吸收，需進一步探索不同污染物作用機理之間的相互作用，受時間及研究條件的影響，本實驗未能繼續探索。

2.2車前草對鎳污染地區的修復情況分析

本次采用松原市某鎳污染地區的土壤作為栽培土壤，植物選取更加常見的車前草，重在其經濟性，且其對重金屬擁有較強的富集能力，生命力較頑強，易保證其存活，進行光照、通風、干燥、等適當的處理后，將車前草植株移植其中，施加適當水分，使土壤濕潤，四周后，與空白對照組相比，葉片出現失綠，植株高度受到抑制，同生長條件下植株地上部分重量增加，對鎳的去除能力不夠理想，但保證了其植株的存活，在6周以后，車前草生長的受抑制趨勢開始減緩，車前草對重金屬有較強的適應能力。

3.結論

3.1利用天冬門植株的生長特性來修復土壤中的銅污染盡管在主觀遐想中是一個較好的方案，但實際培養中卻是一個復雜的過程，預期結果較難實現，涉及許多作用機理的交叉，需要更加嚴謹和縝密的思考。

3.2結合天冬門植株的實驗，選取車前草作為生物土壤修復的突破點是可行的，但其在去除量上的提升亦需要大量實驗才能獲得突破，且車前草雖然對重金屬有較強的適應能力，但在不同重金屬下的生長變化既有很強的不定性，其向著對人們有意的方向變化是否能通過基因延續仍是未知數。

3.3土壤修復技術的發展與推廣是大勢所需，我國在銅、鎳污染地區的生態修復技術由傳統的化學、物理方法過渡到生物方法上雖然有許多突破，但其由概念假設到成熟應用仍有一段較較長的路要走，這需要更多學者與研究人員的不懈努力，更需要國家及人民的大力支持。

參考文獻：

[1]王洪才.重金屬污染土壤淋洗修復技術和固化/穩定化修復技術研究[D].浙江大學， 2014

[2]US EPA.Building on success：protecting human health and the environment（FV 2007 superfund annual report）【R】.Washington，DC：US Environmental Protection Agency，2008.

[3]崔斌，王凌，張國印，等. 土壤重金屬污染現狀與危害及修復技術研究進展[J]. 安徽農業科學，2012，（1）. 2012.01.144.

[4]李榮華，張媛，方正.銅對紫色新幾內亞鳳仙開花形狀的影響[J] 安徽農業科學， 2012，（8）：4490-4491

項目： 大學生創新創業訓練計劃項目（2017G11034）、住建部吉林省安全廳項目（VDC 2017032112，2017032212）