不同植物種類對土壤重金屬污染修復及應用前景

劉 兵

（遼寧省遼陽生態環境監測中心，遼寧 遼陽 111000）

土壤是重要的自然資源，其為植物生長提供了必要的物質條件，包括養分、水分、空氣等，是植物和人類賴以生存的必要條件。然而，近些年，由于工業化進程發展較快以及人們缺乏環保意識，大量固體廢棄物亂堆亂放，廢水亂排亂淌，有毒有害氣體及粉塵亂排飄蕩，這些有害物質最終滲入土壤中，造成了嚴重的土壤污染。土壤污染后修復難度大、耗時長、見效慢，土壤修復技術主要分為物理方法、化學方法和生物方法三種手段，其中采用物理、化學方法進行污染修復不僅成本高、施工量大，關鍵是這些方法還會衍生許多環境問題，造成生態環境二次污染。利用生物修復土壤遵循了自然規律，構建了新的生態環境，是一種綠色、經濟、環保的修復技術，被認為是安全可靠的方法。

植物修復是生物修復中重要技術之一，其原理是利用植物根系從土壤吸收，并通過代謝轉移或轉化污染物，消減土壤中有害物的含量。植物修復技術是原位修復技術，即在污染的區域利用植物進行凈化，具有花費低，適應性廣，無二次污染等優點，從而被廣泛關注并應用。土壤中污染主要有重金屬、農藥、石油和有機物、炸藥、放射性核素等。在礦業發展過程中，重金屬污染尤為嚴重，因而，采用植物修復受污染的土壤在國內外廣泛研究，重金屬污染物主要有鎘、汞、砷、銅、鉛、鉻、鋅、鎳等。目前，國內外研究者已發現幾百種具有超富集性質的植物，涉及禾本科、菊科、豆科、景天科、大戟科等。在我國，科研人員已發現蜈蚣草、龍葵、商陸、東南景天等對砷、鋅、鎘、錳、鉛、鉻等超富集。鑒于修復土壤的植物種類繁多，本文將針對植物種屬進行分類，簡要介紹其在土壤修復中的作用及效果，以期為不同污染物及特殊栽植功能的植物品種選擇提供參考依據。

1 不同種類植物對土壤重金屬的修復

1.1 木本類植物對土壤重金屬的修復

木本植物多為多年喬木或灌木，其根系發達，在土壤中延伸范圍更廣闊，生長周期長，生物量大，可以持續對污染物進行吸收修復，并且還可以獲得經濟效益，因此，在土壤修復中優勢顯著。鎘超富集植物：實踐證實，最佳樹種為臭椿、饅頭柳、國槐、春柳及毛白楊；其次忍冬、蔓長春花、海濱木槿為超富集型植物；刺槐、夾竹桃、圓柏、銀杏、樟樹、拐棗等為富集型植物。汞超富集植物：紅樹、楊樹、旱柳、榆樹、冬青、黃楊等。鉛超富集植物：構樹、夾竹桃、楊梅、側柏、拐棗、樟樹等。砷超富集植物：楊柳科的楊屬和柳屬；錳超富集植物：山茶科、杜鵑花、桂花、梔子花；鋅元素的吸附修復木本植物：黑楊、紫丁香、冬青、旱柳；銅超富集植物：楊樹、桑樹、珍珠梅、榆樹、英桐等。鎳超富集植物：黃楊科。

1.2 草本類植物對土壤重金屬的修復

草本植物因生長快、產量高、高耐受性、高富集型等特點，廣泛應用于土壤修復中，根據草本用途，進一步將其分類并介紹在土壤修復中的作用。

雜草類植物：雜草擁有傳播方式多，繁殖和生存能力強，生育周期短，成熟的種子即熟即落，抵御逆境能力強，光合作用效率高等優點而廣泛用于土壤修復。鎘超富集植物：雜交狼尾草、皇草、少花龍葵、百日草、萬壽菊，香根草適用于穩定污染土壤的鎘。汞超富集植物：黑麥草、紫花苜蓿、早熟禾。鉛超富集植物：夏至草、蒼耳、蒲公英、灰綠藜、早熟禾、鴨跖草。砷超富集植物：蜈蚣草、藨草、紙莎草、大葉井口邊草、密蒙花、珠光香青、小米菜、土荊芥、荊條。錳超富集植物：商陸、繁穗莧、酸模葉蓼、東紫蘇、青葙等。銅超富集植物：鴨跖草、蓖麻、黑麥草、玉米草、蘇丹草、狼尾草、紫花苜蓿、白三葉草。

花卉類植物：雖然此類植物生物量低，但吸收量大，能夠極大地改善土壤的質量，有效提升土壤的修復程度。鎘超富集植物：細葉美女櫻、紫茉莉、蜀葵、百日草、萬壽菊、向日葵、紫茉莉、金盞菊、蜀葵、鳳仙，鉛超富集植物：紫茉莉、紫花玉簪、波斯菊、硫華菊、孔雀草、銅超富集植物：菊花（北國之春、紅珍珠、北吉峰）、海蠅子草、檸檬百里香。銫：向日葵。

蕨類植物：砷超富集植物：粉葉蕨、長夜甘草蕨、斜羽鳳尾蕨、紫軸鳳尾蕨、白玉鳳尾蕨、狹眼鳳尾蕨、琉球鳳尾蕨、粗蕨草等。錳：粉背蕨。

中藥材類：鎘超富集植物：金銀花、滇白前、寶山堇菜、地榆、苦麥菜、白花敗醬等，鉛超富集植物：滇白前、紫茬苜蓿、芥菜、白花敗醬，銅超富集植物：虎杖、地榆等，鋅超富集植物：金銀花，滇白前、苦麥菜等。

2 植物修復技術的優點及應用前景

植物修復技術成本低，植物修復土壤利用陽光為能源，節省人力、物力設施等投資，處理成本低，適合大規模應用。據計算采用植物修復土壤每年每立方米處理費僅為6～10元；植物修復技術更環保，相比于化學處理方法，有利于維持土壤pH值，防止土壤板結等二次污染，更有利于提高土壤透氣性，增加有機質含量，調節土壤微生物菌群結構，保持土壤生態系統的平衡；植物修復土壤技術有利于固定污染土壤中重金屬的遷移，減緩重金屬污染土壤形成的風蝕、水蝕，促進有機物降解等；植物修復土壤技術可充分利用綠化樹種、花卉等植物進行美化環境，一舉兩得，普遍易被公眾接受。

植物修復技術作為綠色、環保、安全的修復技術，憑借卓越的優勢和潛力，已在一些污染土壤中應用。例如，湖南省郴州市稻田發生砷污染，2001年利用蜈蚣草修復砷污染農田，經過3～5年，農田砷含量從4050毫克/公斤降至30毫克/公斤以下，修復后的農田種植農作物，經檢測其農產品質量符合《食品中污染物限量標準》(GB 2762-2005)。環江縣農田遭受尾礦坍塌污染，土壤鋅、鉛、砷和鎘嚴重超標，通過化學修復并種植蜈蚣草、桑蠶和苧麻等，農田污染物濃度顯著下降，土壤pH值從2～3上升到5～6。云南省個舊市農田遭受砷和鉛污染，利用蜈蚣草修復土壤使重金屬砷含量下降40%，鉛含量下降30%。

目前，我國關于植物修復重金屬污染土壤的應用仍處于研究和小規模的試驗示范期，應用效果初見成效，然而，在應用過程中又呈現出新的問題并提出嚴峻的挑戰，即如何提高修復效率、降低應用成本等問題。盡管如此，隨著研究的不斷深入和修復方法的改進，植物修復技術將揚長避短，發揮集中優勢，在重金屬土壤污染修復中將有廣闊的應用前景；除修復土壤重金屬污染外，我們還應看到植物修復技術還可應用于人工濕地建設、填埋場地和礦區生態恢復，同時植物修復技術也是植物固碳技術和生物質能源技術。因此，植物修復技術應用范圍廣泛。

3 存在問題

雖然不同植物對不同重金屬污染土壤具有固定或超富集的作用，但植物修復仍有不足之處，體現在以下幾個方面。

一般超積累植株體積小、質量輕、生長緩慢，吸附土壤中重金屬需要時間較長，在投入、產出經濟方面存在弊端。土壤重金屬污染物復雜，多數呈現多元素的混合型污染或重金屬元素與有機物的復合污染，而種植一種植物通常只對其中部分污染物起凈化作用，與物理工程措施相比，植物修復技術多數情況下耗時較長，這與急需用地矛盾，限制了實際推廣。植物吸附土壤重金屬后，其處理方法也是值得關注的問題，例如，含有污染物的植物處理方式、重金屬混合物的分離、純化回收，以及后續重金屬的再利用等也應納入研究范疇。另外，植物修復也受土壤微生物、土壤理化性狀、區域氣候地理條件的影響。

4 展望

為進一步加快植物修復技術從理論試驗到實際應用，切實發揮植物環保修復土壤優勢，現對植物修復技術提出一些展望。

一是繼續開展科學研究，探尋超富集型植物，并運用常規雜交育種技術及現代分子生物學技術培育生長速度快、生物量大、吸附能力強、吸附范圍廣泛的超富集型植物。

二是開展超富集型植物抗性生理及代謝機理研究，探索兼具吸收多種重金屬污染物的植物品種，構建促進植物吸附重金屬的處理方法。

三是研究植物吸附重金屬后的處理方法，解決吸附重金屬植物回收、分離、純化方法，提高植物的有效利用率，避免對環境造成二次污染。