重金屬污染水體的植物修復技術研究進展

閆大江

（山東建筑大學,山東 濟南250101）

在過去的20 年中，隨著工農業生產的飛速發展，農藥和化肥的過度使用，采礦活動和工業廢水的排放，許多重金屬及其化學物質進入水環境，造成了嚴重的水體污染問題[1]。水體中出現的重金屬元素主要有汞、鎘、鉛、鉻、鋅、銅等。重金屬存在著富集性強、移動性高、中毒濃度低的特點，這使得其滯后性和隱蔽性很強。被排放到水體中的重金屬物質更是能夠經過化學反應變成毒性更強的化合物，通過食物鏈的途徑進行富集，使水生生物的生物環境有巨大改變，導致植被和動物死亡，甚至危害包括人體和其他生命體的生命健康安全。所以，水體重金屬污染問題的處理至關重要。

我國所使用的傳統的水體重金屬污染處理辦法為物理法和化學法，這兩類方法不僅費用高，而且對技術的要求很高，容易對水體形成第2 次的污染，甚至有時候會對生態系統造成破壞，因此人們需要一個更為健康綠色安全的重金屬修復方法。由于其成本低廉，易于操作且不破壞水生生態系統的優勢，植物修復技術現已發展成為十分成熟的處理技術，為水體重金屬污染的修復拓展了道路。

1 超積累植物

植物修復技術利用了經過基因篩選培育或自然生長的植物進行對水體污染的修復，其能夠保證土壤的結構不會破壞，通過固定、吸收、轉移、富集、轉化的一系列過程，達到減少或消除水體中出現的重金屬污染物的目的。

相關人員在使用植物修復后技術的過程中，應當注重選擇可以快速生長，具有強富集能力，具有高金屬耐受性以及高生物量的、超積累或積累植物，人們將以下幾種類型的植物定義為超級類植物：（1）相比于普通植物，超積累植物對于重金屬的富集能力較強，某些植物的葉莖中甚至能夠積累高達幾百倍于普通植物的重金屬量。（2）可以在還有較低濃度重金屬污染的水環境中生存，并且可以大量積累水體中的污染物；國內外學者為超植物判定的標準提出了三種方案，（1）其莖和葉中的重金屬含量應當高于一定的數值，；（2）植物莖、葉中的重金屬含量必須大于其根部；（3）植物對重金屬的富集系數必須大于1[2]。

2 影響植物從水體中吸收重金屬的因素

在被污染的水環境中，影響植物對重金屬進行吸收因素，包括有pH 值、重金屬類型、溫度等。

2.1 重金屬類型

不同類型的重金屬具有獨特的特性，使水生植物對其的積蓄能力各不相同。例如馬來眼子菜（Potamogeton wrightii Morong）及篦齒眼子菜（Potamogeton pectinatus L.）兩類水生植物對五種重金屬Cd、Pb、Mn、Zn 和Cu 的積累能力強弱如下：Cd＞Mn＞Pb＞Cu＞Zn。復合污染指的是兩種不同類型污染同時對同一環境造成污染的狀況。多類重金屬可能存在加和、拮抗及協同效果，復合重金屬毒害了各種各類生物的生命組之后，它們彼此間還會發生相互作用，致使其對水體生態環境的毒害發生變化。

2.2 溫度

溫度使得水生植物在吸收水體中重金屬時的毒害狀況被限制，溫度在10℃（陽光直射）時，在As 污染的培養液中處理2.5h后，鳳眼蓮（Eichhornia crassipes (Mart.) Solms）表現出受毒害現象，但是，當溫度在20 到30℃之間時，在相同濃度As 處理的培養液中，鳳眼蓮在2d 后才表現出受脅迫的癥狀。

2.3 pH 值

水體pH 值也會對重金屬被水生植物積累的過程產生影響。在不同pH 條件下，氫離子或氫氧根離子與重金屬離子間的結合成度不同。弱堿性的環境中，Cu 離子會出現懸濁物，這很大程度上阻止了水生植物對Cu 的積累和吸收。另外，pH 值的變化對植物的生長狀況也有著巨大的影響[3]。有研究體現出，水體pH 值會影響到水浮蓮（Eichhornia crassipes (Mart.) Solms）在積累Cu 過程中的能力。在其pH 為6.0 的狀況下，經過5d 之后對Cu 的吸收和積累作用最佳。這一狀況體現出，水體偏中性的狀態對水浮蓮的繁殖與生有益處，不僅如此，其還可以將Cu 的累積與吸收效率提升。

3 植物修復機理

3.1 植物提取

植物提取，又名是植物萃取，是指基于超積累植物很強的對重金屬富集的作用，實現被污染水體中重金屬被高度吸收掉的目的，然后把重金屬轉移到葉與莖進行存儲，待到一定時間之后，對植物進行收割，實現對重金屬濃度的降低的目標。Baker等人第一次使用阿爾卑斯新（Thlaspi caerulesences）改善了存在許多重金屬積累的土壤，為人們展示了使用植物修復技術治理重金屬污染的可行性。我國相關人員第1 次發現了圓錐南芥（Arabis paniculata L）作為超積累植物，對Cd、Pb 等元素很高水平的積累和吸收作用。植物提取技術耗資較少，很難產生第2次的污染，相對于化學技術和物理技術，這兩個優點十分明顯，這使得國內外研究人員對其研究的熱度不斷提升。

3.2 植物揮發

植物揮發技術是基于植物的蒸騰作用，把積累和吸收的污染物揮發為氣態物質，而后將其直接得釋放到大氣環境中。近年來，對其進行的研究主要集中在非金屬元素Se 及重金屬元素Hg 上。重金屬元素經過微生物的降解作用，在水體中被吸收和積累，通過植物揮發作用，進入到大氣中，并且不會對大氣造成危害。研究表明，洋麻（Abelmoschus moschatus Medicus）能轉化土壤中47%的三價Se 為甲基硒，后將其揮發至大氣。

3.3 植物穩定

植物的很多生理作用（氧化還原、螯合等）可以對許多重金屬污染物進行固定，這對于減輕其遷移性和有效性十分重要，停止了重金屬向食物鏈的流入，在這個角度上來說，可以減輕對環境和生物體的破壞，在還原活性和PH 值發生變化時，不斷的沉淀積累重金屬，實現將其固化的目的，這種技術對較為嚴重的污染非常有用，比如表面積較大的土壤。[3]

3.4 根際過濾

根際過濾多用于重金屬污染水體修復。植物把重金屬吸附或者沉淀到它根部的表面上，或者經過轉移和吸收，把重金屬累積在根的內部，通過這個過程實現修復水體的目標，植物穩定和根際過濾是相似的，他們都需要接觸到重金屬污染物，使用植物根部積累污染物和吸收污染物能力，共同作用將重金屬去除掉。[4]

4 植物修復技術的發展趨勢

植物修復技術的發展突飛猛進，應用前景廣闊。植物修復以太陽能為動力，對于中、低濃度污染的水體來說，具有成本低廉，社會、生態、綜合效應良好等優勢，特別適用于發展中國家。該技術的未來發展趨勢大致在以下幾個方面：（1）對于植物修復研究，尋找、篩選并培育新品種超積累植物，并將其轉化為實際應用成果是重中之重。（2）在植物修復過程中，將超積累植物體內中重金屬實現回收和再利用的思路值得相關人員進行探究，較少研究關注了怎么去處理得到的植物組織，只可以把10%到40%的重金屬從植物組織的灰分中冶煉回收，需要進一步研究如何避免無法處理的植物組織造成二次污染。