土壤中铅污染及其植物修复技术综述

土壤中铅污染及其植物修复技术综述

作者：王丽华唐容刘尉

来源：《南方农业·上旬》2017年第08期

摘要铅是土壤中一种常见的重金属污染物，对动植物生长及人类健康具有极大的潜在隐患，土壤中的铅不易被清除且难以被微生物分解。一些植物对重金属的耐性及积累特性对于修复土壤中铅的污染具有十分重要的作用。综述铅作为土壤重金属的危害，简述植物修复技术的优缺点。介绍植物修复技术之一——草坪草的修复作用，草坪草作为修复植物的优劣，草坪草作为修复植物的应用情况。结合国内外的实际情况，对未来重金属污染中植物修复技术的发展趋勢作了展望。

关键词铅；重金属污染；植物修复技术；草坪草

中图分类号：X53 文献标志码：A DOI：10.19415/ki.1673-890x.2017.22.033

知网出版网址：http：///kcms/detail/50.1186.S.20170818.1911.012.html 网络出版时间：2017/8/18 19：11：00

近年来，由于工农业的迅速发展，含有重金属的污染物通过各种途径不断进入土壤，造成了土壤大规模的重金属污染，对生态环境造成了不可估量的损失。重金属污染具有隐蔽性、长期性、不可逆转和难处理等特点，受重金属污染的土壤治理和修复成为当下急需解决的生态与环境问题[1]。高浓度或长时间的重金属污染会导致植物光合作用减弱，细胞内酶的活性降低，细胞膜受损，种子发芽率降低，生长迟缓，产量降低，根系生长受阻等实质性伤害，严重时可造成植株死亡[2]。土壤中重金属对植物的影响可通过食物链间接影响动物及人体的健康，从而引起各类疾病。

铅是土壤重金属污染中常见的污染源，其来源广泛，长期积累后对动植物及人类的影响较大，其引发的危害成为亟待解决的问题之一。

1 铅的危害

铅是一种有毒性重金属元素，严重影响人类健康及动植物的生存。铅可通过植物的根、茎或者叶进入植物体内，并在其内部积累，当积累量达到一定程度时，将对植物的生长发育和生理生化指标造成不同程度的影响[3-5]。

1.1 对植物生长的影响

土壤中的铅浓度是影响植物生长的主要因素，低浓度的铅对植物的生长具有一定的促进作用，不同植物对铅的需求量不同，例如400 mg·L-1的铅离子溶液能够提高白三叶种子发芽率，而800 mg·L-1的铅离子溶液则对马蹄金种子的发芽率具有一定的刺激作用[6]。然而，铅

处理对山芋和茄子的生长并无显著影响[7]。因此，铅对植物生长发育的影响不仅与铅浓度有关，同样与植物的种类甚至是土壤的类型有关。

1.2 对植物光合作用和呼吸作用的影响

铅进入植物细胞后，可通过破坏光合作用机制及光合过程中电子传递链进而影响植物的光合作用。研究表明，铅对植物叶绿素的合成具有十分显著的影响，随着铅浓度升高叶绿素含量降低。铅离子浓度高低同样对植物的呼吸作用具有一定的影响，如铅能抑制水稻种子的呼吸作用，降低呼吸强度，从而阻碍其内部储藏物的分解和生长所需物质的合成，造成水稻幼苗受到迫害，进而发育畸形，影响产量[8]。

1.3 对植物抗氧化酶系统及细胞膜的影响

植物内部的抗氧化酶系统对于植物抵御逆境伤害具有十分重要的作用。其中超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化物酶（POD）和过氧化氢酶（CAT）作为植物内部3种重要的保护酶，对抵御铅胁迫的伤害具有一定的保护功能。在一定的铅浓度范围内，SOD、POD和CAT相应地被诱导合成，参与降低或消除植物体内活性氧的消除，并防止膜脂过氧化伤害，提高植物对逆境的适应能力。但长时间或高浓度的铅胁迫则会破坏植物体内活性氧的保护酶防御系统，因而导致体内酶活性的降低，因而在长期低浓度的铅胁迫下会出现酶活性先增后降的变化趋势。例如，在研究沿阶草受铅胁迫时，发现SOD、POD和CAT的活性随着土壤铅浓度的增加表现出先增加后降低的趋势[9]。

铅离子对植物细胞膜的伤害主要体现在对细胞膜透性的破坏上，其破坏程度与铅离子浓度及作用时间有关。铅胁迫下的植物，其细胞膜透性增加，有毒物质进入细胞后会造成细胞内离子和有机物质外渗，最终使植物体内一系列的生理生化反应发生紊乱，致使正常的新陈代谢活动遭到破坏，使植物的生长发育受到影响，严重时甚至会死亡[10]。

2 植物修复技术简介

植物修复技术是由超积累植物演变而生的一种技术[11-12]。主要是指利用植物自身的生理特性，从环境中吸收或富集一种或多种污染元素及化合物，并在其内部进行正常代谢活动，以达到去除环境中污染物为目的的一种新兴的处理技术[13]。对土壤中重金属的植物修复技术，则是指利用超积累植物去除污染土壤中的重金属。

植物修复技术可以主要归纳为3种类型：植物稳定、植物挥发和植物吸收。

植物稳定是指通过耐重金属植物及其根系微生物的分泌作用进而螯合、沉淀土壤中的重金属，以降低其生物有效性和移动性，达到固定、隔绝、阻止其进入水体和食物链的途径和可能性，减少对环境和人类健康危害的风险，但该方法并未彻底解决土壤重金属污染问题，后续需进一步对该法进行研究和完善。植物挥发是利用植物根系分泌的一些特殊物质或微生物使土壤中的某些重金属转化为挥发形态，或者植物将某些重金属吸收到体内后将其转化为气态物质

后，释放到环境空气中，但是该法会使重金属从土壤转移到空气中，可能会造成二次污染，因此对人类健康和生态系统具有一定的污染风险。植物提取则是利用专性超积累植物通过根系从土壤中吸取重金属，并将其转移、贮存到植物的地上部分，然后进行收割处理，该法具永久性和广域性，但是地上植物的处理较为麻烦。总而言之，各法都存在可行性，但是都不完善，其处理后很可能造成二次污染，因此均需要进一步的研究和改善[14]。

3 植物修复技术的优点和缺点

3.1 优点

植物修复技术的优点主要有：1）治理成本低，效果永久。植物不需重复栽培，降低了成本，且植物进行吸收和富集的过程是不可逆的，因而效果永久。2）治理过程属于原位修复，对土壤环境的扰动小。种植超积累植物时，是在受污染地区进行正常栽种，对周边的环境并无太大改动，进而造成的扰动也小。3）修复过程一般无二次污染，甚至可以回收某些金属。只要在处理过程中，严格把关各个环节，或者改进处理方法，就有可能减少再次污染的发生。且植物富集金属后，对植物进行后期处理，还可提炼出重金属。4）对美化环境具有一定的作用。因是采取的栽培超积累植物的方法，植物有绿化效果，故可起到美化环境的作用。

3.2 缺点

植物修复技术的缺点主要有：1）已知的超积累植物有限，极其稀少，无法满足大多的需求。土壤重金属污染的种类繁多，现今发现的超积累植物有限，且大多因受各种不利因素的影响，使其吸附效率低，根本无法满足需求。2）修复植物的根系浅，无法吸取土壤深层的重金属，即作用局限。修复植物大多属于草本植物，其根系无法像乔木的根系一样伸到更深层的土壤中，因而吸收和富集重金属的量仅限于表层。3）大多超积累植物只可富集一种重金属，即效果单一；且在富集过程中，植物的各项生理生化特性均会影响其吸收效果，进而降低修复效率。4）对超积累植物的后续处理问题，暂时还未研究出更为科学环保的方法，很可能会造成二次污染。

4 植物修复技术之一：草坪草的修复作用

草坪作为生态环境中的重要组成部分，不仅是城市绿化的美容师，同时也担任着减尘、减噪等功能的保卫者，还可作为修复植物。

4.1 草坪草作为修复植物的优劣势

草坪草作为应用较广的绿化植物，具生长快、适应性强、生物量大、抵抗力和固土力强的特点。因而对重金属污染地区的污染修复，可以比之其他物种更易达到去除效果，且吸收的重金属更多，处理效率更高。同时，草坪草具有较好的生态恢复与水土保持能力，可以克服土壤贫瘠、干旱、盐渍化等恶劣环境而正常生长，达到理想的修复效果。此外，其具易于栽培和管