基于超积累植物修复技术的土壤环境污染治理研究重金属污染物的来源及治理方式

基于超积累植物修复技术的土壤环境污染治理研究重金属污染物的来源及治理
方式
摘要：在当今社会的发展过程中，土壤的重金属污染已成为一个世界性的环
境问题。

随着矿产资源的开发、农药肥料的过度使用、工业废气废水的排放、金
属矿石的冶炼等，土壤重金属污染问题日趋严重。

重金属在土壤中的扩散和移动
具有很强的隐蔽性，其所产生的危害也更加严重，所以，重金属污染土壤的修复
也成为全球科学界关注的焦点。

植物修复技术由于其操作简单、成本较低、实用
性广等优势，成为目前解决重金属污染土壤的一项重要的修复技术。

关键词：超积累植物修复技术；土壤；污染治理
引言
土壤属于生态系统中重要组成部分之一。

目前工业污染物不断排放，耕地化
肥和农药超标等问题，使得土壤出现不同程度的污染情况。

超级累植物可以有效
吸收和积累污染土壤中的重金属成分，主要依靠体内的微生物，将浓度高的金属
转变成植物可吸收浓度低的金属，提升了其重金属吸收能力和耐受性，对周围污
染土壤进行溶解吸收。

根据这一特性，目前有关专家学者通过研究植物内根系细
菌和内生菌，不断升级和改善超积累植物修复技术，从而实现土壤环境污染治理。

基于上述分析，提出了基于超积累植物修复技术的土壤环境污染治理分析。

采用
超积累植物修复技术，完成土壤重金属治理和微量元素强化，从而有效实现土壤
环境污染治理。

1植物修复技术的原理
现阶段中国土壤环境污染植物修复技术的研究主要集中在治理土壤污染与利
用植物修复等方面。

植物修复的原理是利用植物的耐受性以及超量积累某种化学
元素的理论，构建植物和共存微生物体系，让植物发挥吸收污染物和富集作用，
利用分析微生物和分泌物对污染物进行降解，有效地清理土壤污染物质，修复土
壤环境。

针对污染物质的不同，选择的修复方式也会不同，其中应用最为广泛的
就是针对重金属和有机污染物质治理采用的植物修复技术。

2超积累植物修复技术
超积累植物内生微生物和根系微生物是超积累微生物的核心部分，也是后续
修复技术应用的主体部分。

内生微生物是长期居住在植物组织内部的微生物，与
宿主植物互惠互利，不会产生病虫感染或微生物导致的感染病，是超积累植物进
行土壤治理时自身最重要的生物保护之一。

内生微生物通过居住在植物的质外体
或共质体内，而根系微生物则主要寄聚于根系内，包括根系细菌和真菌。

内生微
生物与根系微生物的菌落相似，都会受到生物和非生物因子的控制，但是内生微
生物其自身的抵抗性，比根系微生物可以更好地保护当前宿主植物不会受到生物
威胁。

植物提取的原理是通过种植超积累植物，利用根系对土壤的吸收功能，将
土壤中的重金属转移到植物体内，从而实现重金属土壤的活化吸收。

该项应用主
要包括以下两个阶段:第一阶段:首先是将污染土壤中包含的束缚性重金属进行金
属活化，转换成非束缚性。

第二阶段:将土壤中重金属有害物质进行运输转移。

应用该项技术除了常规的超积累植物外，还需要添加螯合剂诱导积累植物。

其中，螯合剂诱导植物主要负责辅助超积累植物对土壤进行重金属吸收，并将其运输到
土地表面。

目前超积累植物修复技术在土壤微量元素强化作用中，需要对植物根
尖进行多方位测定，选取超积累植物根系的有益内生菌，促进土壤中微量元素的
运行活性，同时促进植物对微量元素的吸收和积累，从而实现土壤微量元素强化。

超积累植物挥发法就是利用超积累植物根部挥发作用，通过积累和挥发两道工序，改善污染土壤中的微量元素成分，实现对土壤污染环境的改善和治理。

超积累植
物中根系中的麻黄成分，可以通过改变土壤微量元素的活性成分，将土壤中Se
元素转化成甲基硒，甲基硒拥有挥发性，从土壤中挥发到空气中。

除了挥发法以外，为了改善污染土壤的整体土质，还应用了固化法。

超积累植物固化法是利用
活性超积累植物的根际分泌一种微量元素固化活性物质，对当前土壤中的微量元
素进行有序固化，降低微量元素的流失，实现污染土壤的治理。

在这一过程中，
超积累植物通过自身根系的分解、吸收、氧化、还原、沉淀等多项操作，与污染
土壤中的微量元素相结合，降低其流动性和生物可利用性，从而减少因污染引起的土壤微量元素流失。

3植物修复技术特点
在对矿山地区重金属污染土壤进行修复实践中，植物修复技术与物理修复方法和化学修复方法进行比较，具有如下几个显著的特点:(1)植物修复技术的能源主要来自太阳光，太阳光属于清洁能源，获取方式简单，对环境没有污染。

(2)植物修复技术主要是针对受过重金属污染土壤中的微生物和植被进行修复，具有同一个生态系统中的共同特征体系。

(3)植物修复技术是根据植物所具有的新陈代谢过程，来对重金属污染的土壤进行污染物质提取、挥发和降解处理，改变重金属污染物性质，修复形式从复杂化转向简单化。

(4)利用植物修复技术必须根据其修复植物自身正常的生长来完成修复目的，在此过程中运用传统的农作物种植经验和现代化栽培技术进行结合，该技术也就具备了栽培学和耕作学所具有的特点。

植物修复技术之所以受到高度的关注，是因为该项技术主要以太阳能源作为动力系统，获取方式简单，对环境没有污染，能够大大减少对重金属污染土壤修复所需的费用。

4植物的修复作用
在自然界中，水中的水生植物可以减少一定的风浪扰动，还可以降低水流速度以及水面风速，这对于去除水悬浮体的沉淀提供了很大帮助，同时也降低了这些固体重新悬浮的可能。

植物还有一个主要作用就是具有很好的隔热性能，如冬季人工湿地中的水生植物会大量死亡，之后这些植物会被雪覆盖，这样就形成了一个天然的隔热层，这对人工湿地土壤的冻结起到了非常好的预防作用。

植物可以将自身所吸收的污染物进行转化，而经过转化之后，还可以利用挥发作用将这些物质挥发到空气中，从而实现水环境的净化。

而污染物在经过这个过程之后，其毒性会变得非常小，有效降低了环境的污染程度。

比如：Hg、As、Se这些物质都可以借助甲基化的过程实现挥发，以此达到修复水环境的目的。

另外，水生植物还可以利用污水中的营养物质作为成长供给，如一些有根的植物是通过根部摄取营养，一些浸没在水中的茎叶，也可以从水中摄取营养物质。

如水中的植物数量越高，其吸收的污染物也会更多，可使大量的污染物质固定在生物体内，在收
割之后，营养物质就会从系统中清理出来，也实现了废水中有机氮的微生物分解
和转化，而无机氮也可以从废水中转化和分解出来。

由于无机氮是植物生长不可
缺少的物质，当这些物质被植物直接摄取，再将这些植物收割，就可以将其从废
水中清除。

如果在缺氧的情况下，生物是无法进行正常有氧呼吸的，这样一来，
还原态的一些元素以及有机物浓度就会升高，就达到了有毒的标准。

而河道水体
中污染物所需要的氧，大部分都来自于大自然复氧以及植物的输氧。

在相关研究
中发现，水生植物输氧速度率要比空气向液面扩散速度大很多，因此，植物输氧
功能可有效降解水体中的污染物，在降解的过程中，所需要的补充能量则远远高
于空气扩散所获得的氧量。

而植物输氧是植物通过光合作用产生氧气，之后再将
产生的氧气通过气道输送到植物的根部，且在植物根部区域还原介质中形成的氧
化态微环境。

5土壤重金属污染的主要来源
我国拥有丰富的矿产资源，随着社会经济的不断发展，对于各种矿产资源的
开发和冶炼也更加频繁。

矿山的开采和冶炼过程中，资源开采、矿石堆积、尾矿
处理都会产生大量废弃物，而这些废弃物中往往含有大量的有毒、有害重金属，
对于这些废弃物人工处置不合理，很容易导致重金属泄露和释放，对周围的土壤、空气、水资源等造成严重的污染和破坏，对当地的生态环境和人民的生产生活也
会造成不同程度的影响。

矿产资源的开发和冶炼是目前造成土壤重金属污染的一
个非常重要的原因。

工业三废是指“废水、废气、废渣”，生活三废是指“粪便、垃圾、污水”。

随着工业化进程的不断加快和城市化进程的发展，工业企业在生
产过程中所产生的三废越来越多，而且这些三废中大多都含有有害、有毒的重金属，如果不妥善处理，就会渗透到土壤当中，对周围土壤环境造成各种污染和破坏，不仅影响土壤质量，导致各种植物、作物产量下降，对人们的生活用水也产
生各种污染，威胁到人们的生命健康。

很多化肥和农药当中都含有超标的重金属，即使是比较传统的人类、动物粪便等也不可避免地会含有重金属，长期使用这些
农药、化肥、粪便，都会使其中的重金属在土壤中不断积累和沉淀，长此以往，
土壤质量必定会降低，农作物产量也会降低，对周围人们的生产环境也会产生极
其负面的影响。

6土壤污染治疗中植物修复技术
6.1菌根真菌的作用
菌根真菌是另一类重要的影响植物修复重金属污染土壤过程的微生物，在改
善处于重金属胁迫下的植物的生长发育方面表现出巨大的潜力。

在自然条件下，
土壤中的菌根真菌会与植物根系形成一个共生体结构———菌根。

菌根真菌除为
它们的寄主植物提供无机营养以交换有机营养外，也在寄主植物对重金属的富集
过程中发挥重要作用。

最近，如何利用菌根真菌与寄主植物之间的共生关系提高
植物修复重金属污染土壤的效率逐渐成为研究热点。

菌根对植物修复重金属污染
土壤能力的改善是通过其对植物营养吸收、重金属耐受能力、激素水平、重金属
的吸收和转运能力的影响而实现的。

在研究菌根对植物营养吸收能力的影响过程
中发现，菌根植物的营养状况大多优于非菌根植物，这是因为植物通过菌根菌丝
扩大了根系吸收的有效面积。

菌根对植物应对重金属胁迫能力的影响主要表现为
菌根可以刺激寄主植物合成多种具有抗逆作用的代谢产物，如谷胱甘肽、脯氨酸
和酚类化合物等，并可以提高寄主植物体内超氧化物歧化酶、谷胱甘肽过氧化物
酶等抗氧化酶活性，清除过量活性氧从而提高寄主植物对重金属的耐受性在研究
思路上可以进一步打破物种界限，将动物、植物、微生物之间的相互促进关系应
用于植物修复重金属污染土壤中。

6.2利用植物根系释放出的分泌物和酶进行治理
根系分泌物是植物向土壤归还有机物质的承载，同时也是联系植物，土壤和
微生物的载体，在促进土壤的养分循环，加速能量流动的过程中发挥着重要作用。

有实际研究表明，植物根系自动分泌物质是为了适应环境的改变，经过根系的分泌，植物与土壤环境相互交流营养物资和能量。

根系分泌物组成物质的变化能够
直接体现出植物新陈代谢与生长发育的状态。

根系微生态学逐渐建立和完善，根
系分泌物已然成为植物营养学与微生态学研究中的重点，根系分泌物中具有广泛
的生物活性物质，在特殊的土壤环境当中直接影响着同样类型以及类型各异植物
的生长和繁殖，同时，在营养丰富的土壤中，根系分泌物与微生物的激发具有直
接的关联性。

6.3土壤改良剂的应用
土壤改良剂可显著提高植物的重金属污染土壤修复能力。

农作物残渣、家禽
粪便等燃烧产生的生物炭是一种很好的土壤改良剂，不仅能够吸附土壤重金属，
而且可以提高土壤肥力。

重金属污染土壤中加入玉米秸秆生物炭后，甜菜（Ｂｅ
ｔａｖｕｌｇａｒｉｓｖａｒ.ｃｉｃｌａＬ．）对Ｃｄ的积累量提高到２０６％。

同样，在种植紫花苜蓿（ＭｅｄｉｃａｇｏｓａｔｉｖａＬ．）的Ｃｄ污
染土壤中添加生物炭后发现，土壤中的Ｃｄ含量显著降低。

海泡石因其表面具有
丰富的官能团、矿物质等可显著降低重金属对植物的危害，也可作为土壤改良剂。

研究海泡石对土壤中Ｃｄ溶解度的影响，发现海泡石投加质量分数为５％时，可
溶性Ｃｄ减少了４２．８％，而残渣态Ｃｄ增加了３０．８％，在一定程度上缓
解了重金属对修复植物的危害。

利用海泡石和生物炭对Ｃｄ、Ｐｂ污染的玉米田
土壤进行处理，增加了农田土壤的有效养分含量和玉米产量。

大量研究成果已经
表明，土壤改良剂不仅可以吸附重金属，同时可以为植物提供营养成分或促进植
物生长，在改善修复植物初期生存率低问题上有明显效果。

6.4植物直接吸收有机污染物的方式
土壤中的微量金属元素在土壤中大量地沉积，从而引发土壤的重金属污染。

土壤出现重金属污染会导致土壤的生长状态发生变化。

采用植物修复技术治理土
壤中的重金属污染是最具经济性，绿色环保的方法，根系是植物与土壤进行密切
接触的部位，不同的根系对于重金属的吸收具有不同的特点，因此研究植物根系
吸收重金属的活性，选择具有耐受性的植物能够有效地提高重金属元素吸收的效率，优化土壤环境的治理效果。

植物吸收有机污染物后，自身的形态和性质不会
发生明显地转变，并且污染物储存在植物组织中。

7土壤污染治理中植物修复技术的应用前景
植物修复技术是近些年来刚刚兴起的一项有效治理土壤污染的新型技术，具
有安全性和经济性的特点，逐渐在环境保护研究工作中被广泛地关注和应用。

但
是这项技术在实际应用的过程中还存在着一定的局限性，首先植物修复技术无法
修复所有被污染过的土壤，因此在应用这项技术之前需要针对被污染的土壤进行
检测，保证土壤符合应用条件才能投入使用。

另外修复植物主要是为了吸收土壤
中的污染元素，但是一旦被昆虫或是草食性动物误食，就会对食物链造成严重的
污染。

同时，适用于治理土壤污染，修复土壤环境的植物种类不多，还需要继续
进行深入地研究和开发。

植物修复技术的部分产物需要通过植物释放到大气当中，因此污染物在大气环境中很有可能引发其他的环境污染，所以当前的土壤环境污
染治理状况还不容过早乐观，需要相关方面的专家继续进行深入地研究和探索，
将强化根系微生物降解和吸收污染物所用作为研究的重点，另外，在选择修复植
物时需要尽量避免选择能够食用的植物，尽可能选择不可食用的花草树木进行种植。

结束语
现阶段超积累植物大多为重金属富集植物，因为中国目前土壤最严重的问题
就是重金属污染，但是对于复合污染问题，超积累植物治理效果并不理想，所以
应该着手培育更丰富的超积累植物。

土壤重金属修复是一项浩大的工程，利用超
积累植物虽然可以在很大程度上避免污染，但是依然需要保证各环节牢牢衔接，
以及稳妥处理，提高修复效率。

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