桑树在土壤污染和大气污染修复中的应用潜力

桑树在土壤污染和大气污染修复中的应用潜力

作者：唐翠明等

来源：《广东蚕业》 2014年第3期

唐翠明１王振江１戴凡炜１罗国庆１肖更生２

（１．广东省农业科学院蚕业与农产品加工研究所，广州５１０６１０；２．广东省农业

科学院，广州５１０６４２）

摘要植物修复是土壤污染修复和大气污染修复的主要发展方向，本文通过与其它植物修复

品种比较，分别分析了桑树在土壤污染修复和大气污染修复方面的优势，认为桑树可作为土壤

污染和大气污染的一种优良植物修复品种，并提出了今后应深入开展相关的应用基础研究及其

研究重点。

关键词桑树；土壤污染；大气污染；修复

中图分类号：Ｓ８８８．７文献标识码：Ａ文章编号：２０９５－１２０５（２０１４）

０３－３８－０４

ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．２０９５－１２０５．２０１４．０３．１３

随着工业和农业现代化的发展，由人为因素造成的土壤和大气污染日趋严重，已直接或间

接地威胁着生态系统和人类自身的健康和生存，是当今世界面临的重大环境问题。土壤污染不

仅导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低，而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水，恶化水文环境，并可通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。同样地，大气污染

不仅对生态系统造成不利影响，而且对人类健康也造成了极大威胁，国内外大量流行病学研究

证实大气污染与人群健康效应包括从亚临床症状、发病到死亡一系列变化有明显相关性［１］。其中，大气污染程度与上呼吸道感染、气管炎、哮喘、肺气肿、肺癌等多种呼吸道及心血管疾

病的发病率和死亡率密切相关［２～４］。因此，控制与修复土壤和大气污染是保障生态安全

和人体健康的迫切需要，也是社会经济可持续发展的内在需求。

土壤污染根据污染物的种类不同，主要分为无机物污染、有机物污染、生物污染和放射性

物质污染。其中无机物污染尤为严重，无机物污染中以重金属污染最为突出，其主要原因是土

壤重金属污染物来源广泛，包括采矿、冶炼、金属加工、化工、废电池处理、电子、制革和染

料等工业排放的“三废”及汽车尾气沉降等。目前对重金属污染土壤的修复技术有物理化学修

复技术和植物修复技术，前者主要包括淋滤法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物还原法、络合物浸提法等化学方法。物理化学修复法由于存在二次污染、土壤结构受破坏、土壤生

物活性下降、土壤肥力退化且费用昂贵等缺点，难以用于大规模污染土壤的改良。植物修复是

指利用特定植物对某种化学元素具有强忍耐和超量积累的特性，对污染物进行吸附、吸收、转移、降解、挥发，将有毒有害的污染物转化为无毒无害物质，或将植物收获并进行妥善处理

（如灰化回收）后可将重金属移出土壤，达到治理污染与恢复生态的目的。植物修复技术因具

有安全、成本低、土壤免遭扰动、生态协调及环境美化功能等特点，被作为一种新兴、高效、

绿色、廉价的土壤污染修复途径，得到了广泛认可，是今后土壤污染修复的主要发展方向。

大气污染包括物理性大气污染、化学性大气污染和生物性大气污染。粉尘是主要的物理性

大气污染物；工矿企业废气及汽车尾气是主要的化学性大气污染源，含有多种化学气体（ＳＯ

２、Ｃ１２、ＨＦ、ＮＯＸ等）和重金属离子（Ｐｂ、Ｚｎ、Ｃｕ、Ｃｄ等）；生物性大气污

染物主要是空气中的病原微生物。目前大气污染防治主要包括两种途径：减排和净化修复。研

究表明，绿色植物在近地表大气污染物的清除中起着主要作用。植物通过吸滞粉尘和减少空气

含菌量而起到净化空气的作用［５］，通过吸收、降解、转化、同化和超同化作用对大气中化

学污染物起到清除的作用。

桑树是一种适应性广、生物量大的多年生阔叶木本植物，已有５０００多年的栽培历史。

自然生态环境复杂多样，经过长期的自然和人工选择，形成了极为丰富的桑树种质资源，已探

明我国的桑树有１５个种４个变种［６］，是目前世界上桑种分布最多的国家。我国是蚕业大国，桑叶作为家蚕唯一的饲料来源，长期以来，桑树栽培主要目的是为了饲养家蚕、生产蚕茧

服务，直到上世纪八十年代，国内开始兴起蚕桑资源综合利用研究，尤其近十年来，对桑树开

发利用的研究广度不断扩大，研究深度不断提升，使古老的桑树焕发出勃勃生机，突破了传统

的蚕桑产业，在多个产业上得到应用，如生态环境治理、食品业、饮料业、中药保健、禽畜饲

料等。近年来，在生态环境治理方面，桑树已被用于石漠化治理（水土保持）、风沙防治、盐

碱地治理、矿区周边地区土壤复垦等，显示出了巨大的潜力和良好的生态效益。丰富的种质资

源及其生态类型的多样化，将会使桑树在生态环境修复方面发挥更大的作用。

１桑树在重金属污染土壤修复中的优势

植物修复是一种绿色、廉价、有效的重金属污染土壤修复方法，其修复效率与植物品种密

切相关。目前在重金属富集植物品种的筛选方面研究较多，已发现能够超量积累重金属的植物

有３６０多种，其中大多数为十字花科植物［７］。超量积累Ｎｉ的植物主要是十字花科的庭

荠属（Ａｌｙｓｓｕｍ）植物，约有１５０种，其中体内Ｎｉ浓度超过２０ｍｇ／ｋｇ（干重）的植物有１９种。Ｚｎ超量积累植物主要是十字花科遏蓝菜属（Ｔｈｌａｓｐｉ）植物，其中

体内Ｚｎ最高浓度可达３９６００ｍｇ／ｋｇ（干重）［８］。吴双桃等［８］对冶炼厂污染

地的９种草本植物体内重金属含量的测定结果显示，对Ｃｄ吸收富集能力较强的植物有一年蓬

和白苏，对Ｚｎ富集能力最强的是荨麻，对Ｐｂ富集量最大的是土荆芥，其茎叶Ｐｂ含量为２

１６２．０ｍｇ／ｋｇ，远高于超量积累植物的临界标准（表１），是一种铅超富集植物。

虽然富集植物和超富集植物在修复土壤重金属污染方面表现出很高的潜力，但由于大多数

超量积累植物生长速度较慢，植株矮小，生物量低，干物质积累少，单位面积上植物吸收和积

累重金属的总量并不多，修复效率不高，使这些植物的实际应用受到限制。为提高污染土壤修

复效率，大生物量、富集重金属能力强的修复植物的筛选非常必要，虽然这些植物体内重金属

含量低于超富集植物，但由于其生物量大，根据植物生物量×重金属含量即为去除的重金属总量，其重金属迁移总量仍是可观的，因此这些植物品种对重金属污染土壤的修复是具有实际应

用价值的。