木本植物修復土壤重金屬污染的研究進展

王可 楊林 陳思

摘要? ? 木本植物通過樹木固定、揮發和吸收重金屬污染物等方式起到對土壤重金屬的修復作用，有處理量大、受氣候影響微弱等優點，主要表現在對重金屬的耐受力和吸收性能等方面。本文概括了木本植物修復重金屬污染土壤的研究進展，主要包括修復樹種的篩選以及修復技術的綜合運用，分析了木本植物對重金屬的耐受性和吸收蓄積能力的差異，探討了如何根據現有技術和條件利用木本植物的優勢，提高其對重金屬的耐受性和蓄積能力，并針對現階段研究存在的不足提出建議，包括重點研究方向、資源的回收利用、技術的引進和綜合運用，以期為修復樹種的篩選、提高木本植物對重金屬的耐受力和吸收能力提供理論依據。

關鍵詞? ? 土壤修復;重金屬污染;木本植物;吸收能力

中圖分類號? ? X53? ? ? ? 文獻標識碼? ? A

文章編號? ?1007-5739（2019）14-0172-02? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?開放科學（資源服務）標識碼（OSID）

Abstract? ? Woody plants play a role in remediation of heavy metal pollution in soil mainly by fixing，evaporating and absorbing heavy metal pollutants，which can treat large amounts of contaminants and is less exposed to the risks of climate influence.This paper summarized the research progress of repairing heavy metal remediation in by woody plants contaminated soil，including the selection of repairing tree species and the comprehensive application of repair technology，analyzed the differences of the tolerance and absorptive capacity of woody plants to heavy metals and probed into how to utilize the advantages of woody plants to improve its resistance and accumulation ability of heavy metals by the existing technology and conditions.Besides，this paper put forward suggestions according to the shortcomings of relevant researches at present，which involved the core research directions，the recycling and utilization of resources，the introduction and comprehensive application of technology，so as to provide theoretical basis for repairing the screening of tree species and improving the tolerance and absorptive capacity of woody plants to heavy metals.

Key words? ? soil remediation;heavy metal pollution;woody plants;absorptive capacity

土壤重金屬污染的污染源主要包括礦山的開采和金屬的冶煉、工業生產中“三廢”排放以及化肥和生長調節劑的施用[1]。植物修復具有投資小、易操作、不破壞土壤結構和無環境危害等優點，是一種極具發展前景的修復技術。木本植物對重金屬具有一定的抗性和吸收能力，又有不易進入食物鏈危害生物健康的特點[2-3]，樹木根部吸收重金屬后，將其輸送并儲存在植物體的根部及地上部分，通過采伐后集中處理等途徑回收重金屬，最終達到清除土壤重金屬的目的[4]。本文主要從樹種的吸收蓄積能力和耐受力等方面進行分析，并據此篩選重金屬污染區修復的優勢樹種，提出應加強木本植物修復污染土壤的相關研究，深入探索土壤修復領域。

1? ? 木本植物對重金屬的抗性機理

研究表明，樹木體內的重金屬螯合劑可通過結合重金屬離子的方式降低重金屬對細胞的毒害作用[5]。植物在重金屬的脅迫下產生對植物有害的活性自由基時，抗氧化系統主要通過加強植物的抗氧化性提高植物對重金屬的抗性。焦軼男等[6]研究認為，香樟、側柏（Platycladus orientalis）、夾竹桃（Nerium indicum）、珊瑚樹（Viburnum odoratissimum）、紅花檵木（Loropetalum chinense）、金邊黃楊（Euonymus japonicus）和女貞（Ligustrum lucidum）對鎘的耐受力主要歸功于植物的抗氧化系統對過氧化物的清除和對膜系統的保護。郝瑞芝等[7]在研究樹木對重金屬的抗性機理時發現，樹木可通過根系分泌物對根際環境的改變減輕重金屬離子對樹木的毒害，并發現了抗重金屬脅迫的內生細菌，這種細菌可通過將重金屬積累在根菌的細胞壁，利用菌絲形成的“哈蒂氏網”和細胞質對重金屬的累積3個途徑減輕重金屬離子對樹木的毒害。王旭旭等[8]在對4種木本植物對鉛和鋅的吸收累積研究中認為，4種木本植物中欒樹（Koelreuteria paniculata）能在鉛污染區正常生長的原因可能是其根系對鉛的排斥作用和根系分泌物對根際環境的改變。徐秋芳等[9]研究認為，馬尾松（Pinus massoniana）根際土壤的交換性鋁和交換性酸之所以顯著高于非根際土壤，主要還是受根系分泌物的影響。當根際土壤中金屬離子濃度較高時，分泌物中的粘膠物質就會交換和吸附重金屬離子從而降低毒害作用。

2? ? 木本植物對土壤重金屬的耐受性差異

根據不同的環境選擇合適的耐性樹木是植物修復能否成功的關鍵。研究發現，蒿柳（Salix viminalis）能迅速適應條件極端不利的土壤，對鎘的固定量大，且有較高的耐受性[10];歐陽林男[11]以湘潭錳礦區尾礦渣為基質，通過盆栽試驗研究了5種樹木對錳污染土壤的修復能力，結果表明，構樹（Broussonetia papyrifera）不僅在根系錳含量極高的情況下仍然生長良好，還表現出對錳極強的耐受力，是修復錳礦區的先鋒樹種。銀合歡（Leucaena leucocephala）、女貞、夾竹桃、槐樹則因其耐受力強，被大量種植在重金屬礦區廢棄地中，參與植被恢復工程，除此之外，還可聯合白花泡桐（Paulownia fortunei）修復鎘污染土壤。不同樹種對重金屬的耐受力不同，主要由樹種本身的特性決定。重金屬領域的工程不單是植物修復，還有植物監測等，可根據耐受力的差異劃分應用領域。Paolis等[12]報道，楊樹根系發達，對重金屬耐受性強，具有吸收及轉運重金屬到地上部分的能力，能用于修復重金屬污染土壤。洋紫荊（Bauhinia blakeana）、南洋杉（Araucaria cunninghamii）、高山榕（Ficus altissima）、雅榕（Ficus concinna）分別對鉛、鎘、汞、砷的抗性最小，即敏感性最強，可用于重金屬的監測領域[13]。

3? ? 木本植物對重金屬的吸收蓄積能力比較

研究表明，木本植物根際環境的pH值變化、根系分泌物、根際微生物效應以及金屬有機成分的改變都可能會影響植物根系對重金屬的吸收和運輸[14-15]。因此，木本植物對重金屬的吸收能力大小不一。速生喬木具有發達的根系，可以扎根到土壤深處對深層重金屬進行吸收[16]。個別樹種表現出對某一重金屬的超富集能力，可用于單一重金屬污染土壤的修復。例如，楊勝香等[17]研究發現，錳礦區木荷（Schima superba）樹葉的錳含量高達30 075.94 mg/kg，表現出對錳的超富集能力，可用于錳污染區的修復治理。王旭旭等[18]通過人工控制研究了櫸樹（Zelkova serrata）、毛紅椿、欒樹等在不同濃度的鉛鋅處理下體內重金屬的分布、累積情況。結果表明，櫸樹、欒樹、毛紅椿在各濃度處理下均表現出較好的富集與轉運能力，可用于鉛污染區的治理。大部分樹種都表現出對多種重金屬較強的吸收能力。康? 薇等[19]對湖北古銅礦遺址區的調查表明，法國冬青（Viburnum odoratissimum）、苦楝（Melia azedarach）、梧桐（Firmiana platanifolia）和桂花（Osmanthus fragrans）對銅、鎘和鉛都具有較強的重金屬富集能力，是土壤重金屬污染修復的潛力樹種。由此可知，植物對重金屬的吸收蓄積能力與樹種和重金屬類型息息相關。

4? ? 重金屬土壤污染區修復樹種的篩選

重金屬污染土壤修復樹種的篩選應該綜合考慮各種因素，例如植物在污染區的生長情況、生物量的大小、吸收與富集能力和環境耐受力等。康? 薇等[20]在對湖北礦區的研究結果表明，鉛污染區域可選擇栽植二球懸鈴木（Platanus acerifolia）和構樹等樹種進行修復，鎘污染區域可栽植法國冬青、梧桐、刺槐（Robinia pseudoacacia）等樹種，而Cu-Cd-Pb復合污染區可用苦楝、女貞、梧桐和桂花等樹種進行修復。木荷生物量大，對錳耐性強，具有保持水土，增強肥力的功能，已有多項研究表明[21-23]，木荷是潛在的錳超富集植物，有極強的錳轉移能力。植物對重金屬的吸收能力和耐受力很大程度上決定了植物修復能力的大小。曾? 鵬等[24]通過盆栽試驗研究了樹木對鎘的耐受能力和富集特征，結果表明，珊瑚樹是鎘富集型植物，可用于修復鎘輕度污染土壤;側柏、金邊黃楊、香樟和女貞是鎘囤積型植物，可運用于鎘重度污染土壤中鎘的固定。張富運等[25]對鉛鋅超富集植物及耐性植物篩選的研究中得出，光皮樹（Swida wilsoniana）、黧蒴錐（Castanopsis fissa）、楠木（Phoebe zhennan）是修復鉛鋅污染土壤潛力樹種，有較強的耐性，對鉛鋅污染土壤具有一定的修復能力。

5? ? 木本植物修復重金屬污染土壤的實際應用

楊樹是一種耐瘠薄、抗逆性強且生長迅速的樹種，利用楊樹修復重金屬污染是一種低成本，無二次污染的新興技術。楊樹在波蘭還被用于構建人工濕地[26]，以清除和吸收水體中的富營養化元素，如磷、鎂、鉀、鋅、鋁等。吳雁華[27]研究表明，楊樹對重金屬污染有較強的修復能力，并提出了京南重金屬污染區楊樹修復的生態模式。桑樹對土壤的適應性強，且吸收的重金屬主要集中在葉片中，有利于回收，能有效減緩二次污染。Alahabadi 等[28]通過研究城市中不同樹種對重金屬的富集能力發現，墨桑（Morus nigra）和白桑（Morus alba）對重金屬的吸收能力較強，可用于吸收城市中綠化帶和緩沖區的重金屬。在瑞典，人們利用柳樹過濾廢水，治理土壤污染[29]，響應綠色發展經濟的號召。

6? ? 建議與展望

草本植物具有生長速度快、適應性強、物種豐富等特點，一直被廣泛應用于土壤重金屬的修復。喬木修復技術起步較晚，很多方面還有待完善。但喬木生物量大、重金屬耐性強，兼備植被恢復的功能，在修復重金屬污染土壤方面具有廣闊的應用前景。多數草本植物和木本植物都占有不同的生態位[30-32]，所以實際應用中應充分利用二者的生態位差異，提高修復效率，以達到縮短修復周期的目的。地上部分重金屬含量大于根部或土壤重金屬含量的植物更適用于重金屬污染土壤的修復，應加強對木本植物地上部分的重金屬蓄積能力和向上部分轉移能力的研究，以提高修復效率。修復的同時還要避免二次污染，將環境保護與經濟發展結合。環境問題的本質是經濟問題，經濟發展依賴于環境，二者相互作用，相互促進。應深入開展對植物回收的研究，將環境與經濟緊密結合，既可避免重金屬的二次污染，還能將資源有效回收利用，產生一定的經濟效益。

7? ? 參考文獻

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