汞污染土壤的植物修复研究进展

文献标识码：Ａ
文章编号：１６７４－０９８Ｘ（２０１０）０１（ａ）－０１２６－０２
汞是在常温下唯一呈液态的金属元 素 ，在 自 然 界 大 部 分 汞 与 硫 结 合 成 硫 化 汞 （ＨｇＳ），广 泛 地 分 布 在 地 壳 表 层 。汞 在 化 工 业 、造 纸 业 、采 矿 业 和 国 防 工 业 应 用 广 泛 。 近年来，由于含汞农药的施用，加之污灌和 工 业 废 水 、废 气 、废 渣 的 排 放 等 ，通 过 不 同 途 径 进 入 土 壤 中 的 汞 经 过 复 杂 的 物 理 、化 学 反 应 ，大 部 分 以 各 种 形 态 滞 留 在 土 壤 中 ， 经 作 物 富 集 进 入 食 物 链 ，对 人 体 健 康 构 成 严 重 威 胁 。我 国 每 年 产 生 污 染 环 境 的 汞 达 １．９×１０８ｋｇ，被 汞 污 染 的 耕 地 面 积 有３．２× １０４ｈａ 。因 此 ，汞 污 染 造 成 的 环 境 危 害 越 来 越 受 到 人 们 的 关 注 ，汞 污 染 土 壤 的 修 复 问 题 一 直 是 国 内 外 研 究 的 热 点 。本 文 着 重 归 纳 总 结 汞 在 土 壤 中 的 赋 存 形 态 、迁 移 规 律 、 生物有效性及土壤汞污染的修复技术研究 进展。
郭翠花等研究了不同农作物对汞的富 集 行 为 ，发 现 土 壤 中 汞 与 农 作 物 中 汞 的 含 量 具 有 显 著 相 关 性 ，不 同 农 作 物 对 汞 的 吸 收 能 力 有 较 大 差 异 ，以 水 稻 吸 收 最 强 ，谷 子 、玉 米 和 小 麦 次 之 ，高 粱 中 未 检 出 。瞿 爱
2 土壤中汞的迁移 土壤中的汞部分能被土壤迅速吸附或
固 定 ，还 有 部 分 可 通 过 土 壤 侵 蚀 、淋 溶 、植 物 吸 收 及 零 价 汞 的 挥 发 形 式 在 水 、大 气 和 生 物 之 间 循 环 。汞 污 染 土 壤 的 植 物 修 复 就 是 基 于 生 物 迁 移 ，本 文 重 点 介 绍 土 壤 中 汞 的生物迁移。
２．２．２ 化 学 法 化 学 法 是 常 用 的 、通 过 加 入 化 学 试 剂 破坏ＥＰＳ或消除ＥＰＳ黏合作用的分离方法。 值 得 注 意 的 是 ：化 学 法 处 理 应 尽 量 选 择 温 和 ，对 细 胞 损 伤 较 小 的 试 剂 。纵 观 已 见 报 导 的 化 学 分 散 剂 ，主 要 集 中 在 如 下 方 面 。 焦磷酸钠即是应用较早并且到目前为 止最常用的一种对细胞损伤较小的分散剂， 早 在 １９７９年 Ｎｉｅｐｏｌｄ等就采用了ｐＨ７．５的 焦 磷酸钠缓冲液提取土壤样品中的氢细菌；表 面 活 性 剂 也 是 十 分 常 用 的 细 菌 分 散 剂（ 如 Ｔｗｅｅｎ－８０等 ），国 家 标 准 海 洋 生 物 调 查 规 范 中 对 海 洋 底 泥 微 生 物 计 数 中 采 用 １０ｃｍ ３／ ｄ ｍ ３的 Ｔ ｗ ｅ ｅ ｎ － ８ ０ 水 溶 液 处 理 样 品 制 成 悬 液 ， 然 后 再 进 一 步 处 理 ；甲 醇 也 被 用 来 处 理 样 品 ，如 Ｌｕｎａｕ等 采 用 甲 醇 作 为 去 垢 剂 ，取 得 了 满 意 的 实 验 结 果 ；生 理 盐 水 、六 偏 磷 酸 钠、纯 水 等 也 有 所 应 用 。 ２．２．３ 酶 处 理 法 酶处理法是一种比较温和的处理方
权等指出汞在水稻各器官的分布为根＞ 茎 ＞叶 ＞壳 ＞糙 米 。程 英 等 研 究 了 几 种 蔬 菜 对 汞 的 富 集 作 用 ，发 现 其 富 集 能 力 依 次 为 ： 白 菜 ＞萝 卜 ＞辣 椒 ＞豆 角 。刘 汝 海 等 分 析 了 三 江 平 原 典 型 植 物 中 的 总 Ｈｇ浓 度 ，结 果 表 明 ，各 种 植 物 中 总 Ｈｇ浓 度 差 别 较 大 ，苔 藓 ＞ 藻 类 ＞苔 草 ＞禾 草 ＞灌 木 ，且 湿 地 植 物 总 Ｈｇ 浓 度 高 于 水 稻 和 玉 米 等 旱 地 作 物 。由 此 可 见 ，汞 的 生 物 迁 移 与 土 壤 中 汞 的 赋 存 形 态 和 植 物 类 型 密 切 相 关 ，同 种 植 物 的 不 同 部 位 汞 的 分 布 呈 现 差 异 。因 此，对 于 汞 污 染 土 壤区域，在未加以汞污染治理前，尤应重视 农作物作为食用部份的汞的监控。
在 植 物 修 复 基 础 上 ，通 过 向 土 壤 施 用
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１２６ 科技创新导报 Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
科技创新导报 ２０１０ ＮＯ．０１wk.baidu.comＳｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ
田吉林等研究发现大米草具有较强的 抗汞性，可以吸收有机汞，并将有机汞部分 地 转 化 为 无 机 汞 ，具 有 修 复 汞 污 染 土 壤 的
潜 力 。韩 志 萍 等 通 过 湿 土 盆 栽 的 方 法 研 究 了 芦 竹 对 汞 的 富 集 能 力 ，结 果 表 明 芦 竹 对 汞 的 富 集 量 较 大 ，汞 在 地 上 部 叶 内 富 集 量 为 ２１．５～ １１．８ ｍｇ／ｋｇ，地 上 部 茎 内 富 集 量 为 ３０．０～ １９．４ ｍｇ／ｋｇ，植 物 茎 富 集 系 数 大 于 １。龙 育 堂 等 将 Ｈｇ污 染 的 稻 田 改 种 苎 麻 后 ，对 汞 的 净 化 率 达 ４１％，土 壤 的 自 净 恢 复 年 限 比 种 植 水 稻 缩 短 ８．５倍 ，而 苎 麻 的 产 量 和 质 量 不 会 受 到 影 响 。Ｓ ｈ ｉ ｙ ａ ｂ 等 通 过 水 培 试 验 研 究 汞 对 印 度 芥 菜 的 毒 性 时 发 现 ，当 溶 液 中 汞 浓 度 ＞２ｍｇ／Ｌ时 ，印 度 芥 菜 的 生 物 量 虽 然 有 所 降 低 ，但 仍 能 正 常 生 长 ，而 且 表 现 出 较 强 的 汞 的 富 集 能 力 。此 外，大 量 研 究 表 明 树 木 对 汞 也 具 有 富 集 行 为 。纸 皮 桦 、加 拿 大 杨 （ Ｐ ｏ ｐ ｕ ｌ ｕ ｓ ｃ ａ ｎ ａ ｄ ｅ ｎ ｓ ｉ ｓ ） 、红 树 （ Ｒ ｈ ｉ ｚ ｏ ｐ ｈ ｏ ｒ ａ ａｐｉｃｕｌａｔａ）、小 叶 黄 杨 等 树 木 对 土 壤 Ｈｇ的 吸 收 及 储 存 能 力 强 ，如：纸 皮 桦 可 富 集 １０ｍｇ／ ｋｇ汞 ，加 拿 大 杨 每 株 体 内 最 大 汞 吸 收 积 累 量约为７ｍｇ，小叶黄杨叶片中的汞含量占根 部 土 壤 汞 含 量 的 ８．６％；瑞 典 学 者 Ｗａｎｇ和 Ｇｒｅｇｅｒ研 究 发 现，柳 树 的 根 部 能 积 累 大 量 的 汞 ，而 且 和 其 它 植 物 如 豌 豆 、小 麦 、苜 蓿 以 及 油 菜 等 相 比 ，其 叶 面 未 有 向 大 气 释 汞 的现象。
基因工程可整合其他生物的基因修复 能 力 ，提 高 植 物 的 修 复 能 力 。Ｍｅａｇｈｅｒ等 将 汞离子还原酶基因（ｍｅｒＡ）和有机汞裂解酶 基 因 （ｍｅｒＢ）转 导 到 拟 南 芥 ，结 果 发 现 该 植 株 对 Ｈｇ的 抗 性 明 显 增 高 ，且 Ｈｇ２＋被 转 基 因 植 物 还 原 可 以 促 进 Ｈｇ的 挥 发 。Ｈｓｉｅｈ等 将 ｍｅｒＰ基 因 转 导 到 拟 南 芥 后 ，利 用 其 产 生 的 螯 合 机 制 ，使 转 基 因 拟 南 芥 的 抗 汞 能 力 显 著 提 高，植 株 在１０μ ｍｏｌ／Ｌ的 ＨｇＣｌ２条 件 下 仍 能 正 常 生 长 。Ｈｅａｔｏｎ等 将 ｍｅｒＡ转 导 到 水 稻 ，转 基 因 水 稻 的 抗 汞 能 力 为 ２５０μ ｍｏｌ／Ｌ， 远 远 高 于 野 生 型 的 １５０μ ｍｏｌ／Ｌ。Ｈｕｓｓｅｉｎ等 将 ｍｅｒＡ基 因 和 ｍｅｒＢ基 因 导 入 烟 草 叶 绿 体 ， 发现转基因烟草根部富集汞的浓度高达 ２０００μ ｇ／ｇ，植 物 无 受 毒 害 现 象 ，且 转 基 因 烟 草叶片吸收积累汞的量为未经处理烟草的 １ ０ ０倍 。我 国 科 学 家 用 经 人 工 改 造 的 ｍｅｒＡ 基 因和ｍｅｒＢ基 因 分 别 转 化 烟 草 ，获 得 了 能 够 将离子汞挥发和高抗有机汞的的转基因烟 草。 3. 2 化学物质强化修复
小 于 １００ｇ的 低 速 离 心 能 够 提 取 ４５％的 土 壤 细菌。
物 理 法 的 是 最 直 接 、最 初 级 的 分 离 方 法 ，但 分 离 效 率 较 低 ，究 其 原 因 主 要 是 由 于 ＥＰＳ与 细 胞 壁 的 连 接 十 分 紧 密 ，致 使 镜 下 往 往 呈 现 菌 落 聚 集 的 图 像 ，对 观 察 和 计 数 极 为 不 利 。因 此 ，物 理 法 往 往 需 与 其 它 方 法 联 用。
植物修复技术主要包括：（１）植物提取： 利用植物将土壤中的重金属富集到体内， 通 过 收 获 植 物 来 达 到 修 复 土 壤 的 目 的 ；（２） 植 物 挥 发 ：植 物 将 污 染 物 吸 收 到 体 内 后 将 其 转 化 为 气 态 物 质 释 放 到 大 气 中 ；（３）植 物 稳 定 ：利 用 植 物 降 低 重 金 属 的 毒 性 及 活 性 ， 但不会将重金属从土壤中清除；（４）根系过 滤 ：指 植 物 根 系 范 围 内 呈 溶 解 态 的 金 属 元 素被植物的根系吸收或在植物根系的影响 下 沉 淀 在 根 系 外 表 面 ，根 系 过 滤 主 要 是 用 于 处 理 水 污 染 。由 于 植 物 稳 定 修 复 仅 具 暂 时 性 ，并 没 有 达 到 从 土 壤 中 清 除 去 重 金 属 的 目 地 ，因 此 国 内 外 的 学 者 大 的 研 究 多 集 中在植物提取和植物挥发方面。
3 汞污染土壤的植物修复 传统汞污染土壤修复技术包括热解
法、客 土 法 、固 汞 法 、微 生 物 法 等 方 法 ，但这 些方法往往有许多缺陷，如成本高，难于管 理 ，易 造 成 二 次 污 染 ，对 环 境 扰 动 大 等 。美 国科学家Ｃｈａｎｅｙ２０世纪８０年代首先提出了 使 用 能 够 大 量 积 累 重 金 属 的 植 物 ，选 择 性 地 消 除 和 回 收 土 壤 中 重 金 属 。植 物 修 复 技 术 具 有 成 本 低 、治 理 持 久 且 绿 色 环 保 、可 二 次 回 收 重 金 属 ，修 复 过 程 一 般 无 二 次 污 染 等 优 点 ，美 国 等 发 达 国 家 已 经 对 植 物 修 复 技 术 开 展 了 大 规 模 的 试 验 ，并 证 明 是 一 种 修 复 重 金 属 污 染 土 壤 的 有 效 方 法 。因 此，植 物原位修复技术一直是国内外研究的热 点。 3.1 植物修复
1 土壤中汞的赋存形态及生物有效性 土壤中汞按化学形态可化分为零价
汞 、无 机 化 合 态 汞 和 有 机 化 合 态 汞 。土 壤 中 汞 的 重 要 特 点 是 汞 能 以 零 价 状 态 存 在 ，但 其 含 量 甚 微 ，性 质 活 泼 ，易 挥 发；有 机 化 合 态 汞 以 有 机 汞 （ 如 甲 基 汞 、乙 基 汞 等 ） 和 有 机 络 合 态 汞 普 遍 存 在 ，土 壤 中 的 甲 基 汞 易 被 植 物 吸 收 ，而 无 机 化 合 态 汞 则 很 少 被 植 物 吸收；进 入 土 壤 中 的 汞 易 与 土 壤 发 生 吸 附 、 络 合 、沉 淀 反 应 ，形 成 不 同 的 稳 定 形 态 ，由 于 形 态 不 同 ，其 被 植 物 吸 收 的 生 物 有 效 性 也 不 尽 相 同 。侯 明 等 研 究 了 种 植 蔬 菜 后 的 盆 栽 土 壤 ，发 现 水 溶 态 和 腐 殖 酸 络 合 态 汞 明 显 减 少 ，而 强 有 机 质 结 合 态 汞 明 显 增 加 ， 盆栽蔬菜导致土壤中汞的生物有效性增 大。
科技创新导报 ２０１０ ＮＯ．０１ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ Ｈｅｒａｌｄ 汞污染土壤的植物修复研究进展
环 境 科 学
蒋大猛1 邓天龙1.2.3 赖冬梅1 郭亚飞1.3
(1 .成都理工大学材料与化学化工学院 成都 6 1 0 0 5 9 ;2 .中科院盐湖研究所 3.天津科技大学海洋科学与工程学院 天津 300 45 7)
西宁
810008;
摘 要： 汞污染土壤造成的环境危害越来越受到人们的关注， 汞污染土壤的修复技术一直是国内外研究的热点。本文着重归纳总结了土
壤中汞的赋存形态、生物有效性及其汞污染土壤的植物修复技术， 指出了植物修复技术存在的问题和未来的发展趋势。
关键词： 土壤 汞污染 植物修复
中图分类号：ＴＱ １３１．１＋１