植物对土壤重金属污染修复的研究进展

植物对土壤重金属污染修复的研究进展

作者: 曾冰纯

指导教师: 杜瑞卿

摘要：当前,土壤受重金属污染状况在国内外都很严重,受到了越来越多的关注。

植物修复技术是新近发展起来的一项用于处理土壤重金属污染的生态技术,其机理主

要是通过某些植物对重金属元素的吸收、积累和转化,达到减轻重金属污染土壤的目的。与传统的处理土壤污染方法相比,植物修复技术具有经济、简单和高效等优点。简

要介绍了植物修复的几种类型,论述了当前国内外植物修复技术的研究进展。重点涉及

了其中的植物提取和植物稳定两种修复类型,当它们与其他诸如稳定同位素标记技术、

基因工程技术等相结合时,可以提高植物的修复效果。而超积累植物由于其独有的生理

特性非常适用于大规模应用。最后探讨了植物修复技术在土壤污染治理中的一些不足、

发展趋势和研究重点。

关键词：植物修复; 重金属; 土壤;

引言

土壤是人类赖以生存的重要自然资源之一，也是人类生存环境的重要组成部分．随着城市化、工业化、矿产资源的开发利用以及大量化学产品的广泛使用，土壤重金属污染日趋严重，威胁着人类的生存和发展．土壤中的重金属污染物不仅具有隐蔽性、不可逆性等特点，而且可经水、植物等介质进入人体，最终影响人类健康．因此，如何控制和减轻土壤重金属污染及其危害已成为了一个日益突出的问题．也正由于土壤重金属污染治理和恢复的难度大，迄今仍未找到理想的方法[1]．重金属在土壤中的自然净化过程十分漫长，一般需要上千年时间．采用物理与化学治理技术(如客土法、淋溶法、施用化学改良剂等)，不仅费用昂贵、需要特殊的仪器设备和培训专门的技术人员，而且大多只能暂时缓解重金属的危害，还可能导致二次污染，不能从根本上解决问题．通过种植超富集植物或一些对重金属抗性强、具有一定吸收富集能力且生物量大的特殊植物逐步提取土壤中的重金属元素，进而修复污染土壤的方法——植物修复技术，已成为人们研究的热点，且被认为具有巨大的商品化前景。

1 土壤重金属的来源及污染概述

1.1 土壤重金属污染的特点

随着工业生产的发展，重金属污染日趋普遍，几乎威胁着每个国

家。土壤中的重金属污染物大部分残留于土壤耕层，少移动[2]、难降解、毒性大，导致土壤一旦受污染很难恢复。而且被重金属污染的土壤无色无味，很难被人的感官察觉，一般要通过植物（作物）进入食物链积累到一定程度时才能反映出来[3]，所以重金属是影响生态系统安全的一类重要污染物质。1.2 土壤重金属的来源

土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加入到土壤中，致使土壤中重金属含量明显高于原有含量，并造成生态环境质量恶化的现象。土壤重金属污染主要来自灌水（特别是污灌）、固体废弃物、农药和肥料、大气沉降物等。

1.3 土壤重金属的污染现状

随着工业、城市污染的加剧和农用化学物质种类、数量的增加，土壤重金属污染日益严重。目前，全世界平均每年排放H g 约1.5 万吨，Cu 约340 万吨，Pb约500 万吨，Mn 约1 500 万吨，Ni约100 万吨。据我国农业部进行的全国灌区调查结果显示，在约140 万公顷的污水灌区中，遭受重金属污染的土地面积占污水灌区面积的64.8% ，其中轻度污染土地占46.7% ，中度污染占9.7% ，严重污染占8.4% 。

1.4 土壤重金属污染的危害

以各种化学状态或形态存在的重金属，在进入环境或生态系统后就会存留、积累和迁移，从而造成危害。被重金属污染的土壤会直接影响植物（作物）的卫生品质，导致味道变差、易烂，甚至出现难闻的异味，以致使农产品的贮藏和加工品质也不再能够满足深加工的要求。土壤重金属污染危害人体健康。污染物在植(作)物体内积累，并通过食物链富集到人和动物体中，危害人畜健康，引发癌症等疾病，如水俣病、骨痛病等都是典型例证[4]。且复合污染条件下，不同重金属的协同和加合作用可加剧对农作物的危害[5]。土壤重金属污染也会导致其他环境问题。土地受到污染后，含重金属浓度较高的污染表土易在风力和水力的作用下分别进入到大气和水体中，导致大气、地表

水、地下水污染和生态系统退化等其他生生态环境问题[6]。

2 植物修复技术的概述

植物修复技术是以植物忍耐和超量积累某种或某些污染物的理论为基础，利用植物及其共存微生物体系清除环境中污染物的一门环境污染治理技术。广义的植物修复技术包括利用植物修复重金属污染土壤、净化水体和空气、清除放射性核素以及利用植物与其根际微生物共存体系净化环境中有机污染物等。包括植物净化，通过叶片吸收及根系的滤除作用来清洁污染空气和水体；植物降解，利用植物根系分泌物和特有的酶系的转化和降解作用去除土壤中的有机污染物；根际圈生物降解是利用根际圈内菌根真菌、细菌等微生物的新陈代谢活动来软化和降解有机污染物狭义的植物修复技术主要指利用植物清洁污染土壤中的重金属、放射性核素和有机污染物

植物修复是一种利用自然生长或遗传培育植物修复重金属污染土壤的技

术[7] 。该技术成功与否取决于植物从土壤中吸取金属以及向地上部运输的能力[8]。

2.1 植物修复技术的分类

2.1.1植物提取

植物提取最早是由Chaney提出来的，它是指利用一些对重金属具有较强富集能力的特殊植从土壤中吸取重金属，将其转移、贮存到地上部并通过收获植物地上部而去除土壤中污染物的一种方法[9]。该方法适合于从污染的土壤中去除如Pb、Cd、Ni、Cu、Cr、V或土壤中过量的营养物质如NH4NO3等[10]。植物提取是目前研究最多，最有发展前景的解决重金属污染的技术。植物提取法的关键是寻找一些超积累植物。这些超积累植物需能从土壤中吸取、在体内积累高浓度的污染物；能同时积累多种重金属；生长快、生物量大；抗病能力强[11]。目前已发现400多种植物能超量积累土壤中的Cd，Co，Cn，Pb，Ni，Se，Mn和Zn等重金属，超量积累植物中最高重金属含量(干物质量)分别为Cd l80 mg／g Co1020 mg／g，Cn240 mg／g ，Cr1350 mg／g，Ni4750 mg／g，Pb 820 mg／g，Mn 5180 mg／g和Zn 3960 mg／g。

不断扩大寻找其他超量积累植物资源，改良超量积累植物品种，包括常规育种和转基因育种。这也是近年生物修复技术研究的重要内容，如豌豆突变