重金屬污染土壤植物修復(fù)技術(shù)研究進(jìn)展

摘要：農(nóng)田中大量施用化肥、農(nóng)藥，工業(yè)排放三廢，生活污水以及其他人類活動(dòng)等，都不同程度的增加了土壤中重金屬的含量。土壤被重金屬污染后重金屬會(huì)直接通過(guò)食物鏈進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，危害人們的生命安全和身體健康。本文通過(guò)查閱大量相關(guān)文獻(xiàn)，總結(jié)了土壤重金屬污染的危害、土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)基本概念和技術(shù)指標(biāo)，分析了不同類型的植物對(duì)重金屬土壤污染的區(qū)別以及植物修復(fù)技術(shù)的局限性，旨在為重金屬土壤污染修復(fù)提供參考，改善土壤環(huán)境。

關(guān)鍵詞：重金屬;污染;土壤;植物修復(fù)

中圖分類號(hào)：X53 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2019）07-00-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.07.043

Abstract：A large amount of chemical fertilizers， pesticides，industrial wastes，sewage and other human activities in the farmland have increased the content of heavy metals in the soil to varying degrees.After the soil heavy metal pollution of heavy metals through the food chain into the ecosystem，directly endanger peoples life safety and body health.Through consulting a large number of relevant literature，this paper summarizes the harm of soil heavy metal pollution，soil heavy metal pollution repair technology basic concepts and technical indicators，analyzes the different types of soil pollution of heavy metals by plants and the limitations of phytoremediation technology，the difference between a aims to provide a reference for heavy metal contaminated soil repair，improve the soil environment.

Key word：Heavy metals;Pollution;Soil;Phytoremediation

隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，經(jīng)濟(jì)和科技實(shí)力不斷雄厚，全球面臨著嚴(yán)重的環(huán)境污染問(wèn)題[1]。特別是工業(yè)和農(nóng)業(yè)的發(fā)展，為環(huán)境保護(hù)工作增添了許多壓力，引發(fā)了一系列重金屬污染問(wèn)題[2]。土壤重金屬污染源主要有Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As這8種元素引起的。土壤重金屬污染是當(dāng)前環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)問(wèn)題，多數(shù)農(nóng)作物在土壤中生存，如果土壤被污染，那么重金屬會(huì)直接通過(guò)食物鏈進(jìn)入生態(tài)系統(tǒng)，危害人們的生命安全和身體健康[3]。因此，尋找重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)對(duì)生態(tài)文明建設(shè)具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 土壤重金屬污染概述

1.1 土壤重金屬污染的危害

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域用到的各類農(nóng)藥、施用化肥以及采礦、冶金、廢電池處理、電鍍、金屬加工等領(lǐng)域均會(huì)向外界排放重金屬[4]。根據(jù)統(tǒng)計(jì)資料記載，全球每年平均向外界環(huán)境排放重金屬量上千萬(wàn)噸，包括汞2萬(wàn)噸，銅400萬(wàn)噸，錳1500萬(wàn)噸，鉛500萬(wàn)噸以及約100萬(wàn)噸鎳。土壤中重金屬污染具有累積時(shí)間久、生物可降解性差、生物富集作用顯著以及污染面積廣闊等特點(diǎn)，被重金屬污染后的土壤會(huì)對(duì)農(nóng)作物的生長(zhǎng)發(fā)育具有十分惡劣的影響，進(jìn)而導(dǎo)致農(nóng)作物產(chǎn)量下降，甚至造成農(nóng)作物死亡。此外，土壤中的重金屬一旦納入農(nóng)作物中，會(huì)富集在農(nóng)作物體內(nèi)，被食用后進(jìn)入生物鏈，危害人們的身體健康和生命安全。

1.2 土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)

為了最大限度的降低重金屬對(duì)土壤環(huán)境造成的惡劣影響，土壤修復(fù)勢(shì)在必行。重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)要綜合考慮多方面的因素，包括成本、技術(shù)可行性等。當(dāng)前重金屬污染土壤修復(fù)技術(shù)主要包括化學(xué)修復(fù)技術(shù)、物理修復(fù)技術(shù)、生物修復(fù)技術(shù)等。傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)還包括土壤沖洗、電固定、絮凝以及填埋、挖掘、焚燒等。但傳統(tǒng)修復(fù)技術(shù)對(duì)環(huán)境造成的危害也比較嚴(yán)重，部分化學(xué)、物理及生物修復(fù)技術(shù)成本高，修復(fù)后的土壤性質(zhì)發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化，甚至可能引發(fā)二次污染。因此，低成本、綠色環(huán)保的重金屬土壤修復(fù)技術(shù)研究是治理重金屬污染的首選方法。其中，植物修復(fù)技術(shù)是當(dāng)前全球環(huán)保領(lǐng)域認(rèn)可的綠色修復(fù)技術(shù)。

2 土壤重金屬污染植物修復(fù)技術(shù)概述

2.1 土壤重金屬植物修復(fù)基本概念

植物修復(fù)技術(shù)指的是以太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)，利用植物或與植物有關(guān)土壤中的微生物來(lái)降低或消除土壤污染物、土壤毒性的技術(shù)，屬于一類低成本、高效、新型的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)。植物修復(fù)技術(shù)所用到的綠色植物必須具備通過(guò)生物降解機(jī)制來(lái)解除提讓重金屬污染或攝取重金屬污染的能力。植物修復(fù)技術(shù)不會(huì)對(duì)土壤表層造成惡劣影響，還可以提高土壤肥力，具有因地制宜的特點(diǎn)。

2.2 不同類型植物對(duì)重金屬污染土壤修復(fù)的差異

2.2.1 普通植物重金屬污染土壤修復(fù)

近幾年，我國(guó)環(huán)境領(lǐng)域?qū)＜以谄胀ㄖ参镏亟饘傥廴就寥佬迯?fù)技術(shù)上的研究做了很多功課。其中，在采集野外植物中發(fā)現(xiàn)我國(guó)廣西、湖南等南方城市野外生長(zhǎng)著面積廣闊的蜈蚣草等蕨類植物，溫室栽培結(jié)果顯示該類植物具有較強(qiáng)的汞元素富集能力。對(duì)一年生蓬松植物進(jìn)行重金屬富集實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)自北美的蓬松可以有效富集土壤中的重金屬，凈化植被。

2.2.2 花卉植物重金屬污染土壤修復(fù)

花卉植物觀賞性深受歡迎，且品種繁多，是當(dāng)前植物研究領(lǐng)域重點(diǎn)栽培的植物物種之一。科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，花卉植物不僅體態(tài)優(yōu)美，在富集重金屬方面的能力也很強(qiáng)。通過(guò)研究小黃楊、鴨腳木等八種花卉類植物發(fā)現(xiàn)，小黃楊、鴨腳木等轉(zhuǎn)移重金屬能力強(qiáng)弱順序?yàn)殇\元素>鎘元素>銅元素>鉛元素;積累重金屬能力順序?yàn)殒k元素>鋅元素>銅元素>鉛元素。其中，金葉假連翹、小葉黃楊、亮葉忍修復(fù)重金屬鋅元素污染土壤的能力較強(qiáng);細(xì)葉雞爪槭、鴨腳木修復(fù)重金屬鎘元素污染土壤的能力較強(qiáng)。

2.3 土壤重金屬植物修復(fù)選擇依據(jù)

植物在修復(fù)重金屬污染土壤方面的能力主要受兩個(gè)因素的制約：生物產(chǎn)生量以及重金屬的富集濃度。已有實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，超富集植物在生物量產(chǎn)生上相對(duì)較少，但可以積累大量的重金屬;其他植物可以產(chǎn)生較大的生物量，但富集重金屬的能力有限。超富集植物在生長(zhǎng)過(guò)程中會(huì)富集大量的金屬元素，加上體態(tài)小，在無(wú)公害處理和重金屬回收方面具有較強(qiáng)的可行性和經(jīng)濟(jì)性。而使用非超富集植物不僅不能有效修復(fù)污染的土壤。還會(huì)產(chǎn)生較大的生物量，回收處理工作量大，經(jīng)濟(jì)可行性較差。因此，與灌木、喬木等類型的植物相比，草本植物生長(zhǎng)率較高，環(huán)境適應(yīng)能力較強(qiáng)，且可以在其增長(zhǎng)期內(nèi)實(shí)現(xiàn)多次收獲，可以將其作為土壤重金屬污染修復(fù)的首選植物。

3 土壤重金屬植物修復(fù)技術(shù)指標(biāo)

選擇合理、科學(xué)的超富集植物是土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)的關(guān)鍵之處，當(dāng)前研究專家主要利用溫室栽培以及野外取樣調(diào)查的方式，通過(guò)分析和測(cè)量植物理化性質(zhì)來(lái)確定所用植物是否為超富集植物。其中，野外取樣調(diào)查的目的主要是采集植物土壤或選取合適的植物，再在溫室中進(jìn)行栽培，并在其栽培土壤中加入不同濃度梯度的重金屬濃度，定期檢測(cè)植物生長(zhǎng)狀況及植物體內(nèi)重金屬、土壤中重金屬的含量，以確定所選植物是否為超富集植物。

土壤重金屬植物修復(fù)技術(shù)指標(biāo)主要涉及以下幾個(gè)方面：（1）植物的萌芽率及存活率，在重金屬的影響下，不同植物初期生長(zhǎng)狀態(tài)有明顯差異。（2）測(cè)定植物的生物指標(biāo)，主要有植物葉綠素的含量、莖稈直徑以及植物高度、脯氨酸、丙二醛以及各類生物酶的活性等指標(biāo)，以掌握植物在重金屬的影響下生理活動(dòng)的差異。（3）重金屬的耐受性。超富集植物對(duì)重金屬的耐受性不是沒(méi)有限度的，在重金屬濃度超過(guò)植物耐受性范圍時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)重金屬毒性反應(yīng)。對(duì)植物重金屬耐受性進(jìn)行測(cè)定，有助于將植物應(yīng)用到被污染的土壤中。（4）植物體內(nèi)根莖葉中重金屬含量。只有確定體內(nèi)重金屬含量，確定富集重金屬的組織，才可以為超富集植物的選擇提供依據(jù)。

4 植物修復(fù)技術(shù)在修復(fù)重金屬污染土壤中的不足

雖然大量科學(xué)研究結(jié)果證實(shí)了超富集植物可以有效修復(fù)被重金屬污染的土壤，但真正實(shí)現(xiàn)植物修復(fù)技術(shù)的廣泛應(yīng)用還需要更深入的研究調(diào)查。因?yàn)槌患参镌谛迯?fù)技術(shù)上還存在一定的局限性。首先，多數(shù)情況下，超富集植物僅僅可以生存在經(jīng)某一種重金屬污染的土壤中，卻難以生存在兩種或兩種重金屬污染土壤中。且多數(shù)超富集植物生物量較低，生長(zhǎng)周期長(zhǎng)，生長(zhǎng)速度緩慢，導(dǎo)致植物難以和土壤中的重金屬離子結(jié)合，限制了超富集植物吸收重金屬的效率。其次，超富集植物難以在高濃度重金屬污染的土壤中生存，選擇超富集植物過(guò)程中，吸收重金屬后，超富集植物若不能得到有效、及時(shí)的處理，不可避免的會(huì)對(duì)生物鏈造成污染，不利于本地物種的生長(zhǎng)繁殖。

5 結(jié)語(yǔ)

土壤重金屬污染危害范圍極廣，涉及人體健康、食物質(zhì)量、糧食生產(chǎn)、區(qū)域可持續(xù)發(fā)展以及生態(tài)安全等方方面面。因此，預(yù)防、控制及修復(fù)重金屬污染土壤迫在眉睫。在土壤修復(fù)技術(shù)的研究上，我國(guó)起步較晚，但也取得了較為顯著的成績(jī)。植物修復(fù)技術(shù)指的是以太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)，利用植物或與植物有關(guān)土壤中的微生物來(lái)降低或消除土壤污染物、土壤毒性的技術(shù)，屬于一類低成本、高效、新型的土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)。基于此，國(guó)內(nèi)諸多環(huán)境保護(hù)和生態(tài)建設(shè)領(lǐng)域的學(xué)者們對(duì)土壤污染重金屬修復(fù)技術(shù)展開了一系列的研究，取得了一定的成果。但當(dāng)前此技術(shù)主要局限在實(shí)驗(yàn)室研究上，實(shí)際應(yīng)用范圍比較狹窄。未來(lái)還需要不斷推進(jìn)植物修復(fù)技術(shù)的研究和應(yīng)用，提高修復(fù)效率，降低土壤重金屬污染，保障人們的生命安全。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2019-03-11

作者簡(jiǎn)介：葛佳岷（1995-），男，漢族，本科學(xué)歷，研究方向?yàn)榄h(huán)境工程。