污染土壤植物修复效率影响因素研究进展_苗欣宇

Key words： contaminated soil； phytoremediation； remediation efficiency； affecting factors； plant additives．
DOI:10.13292/j.1000-4890.2015.0117
植物修复技术是利用超富wk.baidu.com植物提取受污染环
关键词 污染土壤； 植物修复； 修复效率； 影响因素； 植物添加剂
中图分类号 X53 文献标识码 A 文章编号 1000－4890（ 2015） 3－0870－08
Some research progresses in influencing factors for the efficiency of contaminated soil phytoremediation． MIAO Xin-yu，ZHOU Qi-xing＊＊ （ Ministry of Education Key Laboratory of Pollution Processes and Environmental Criteria，College of Environmental Science and Engineering，Nankai University，Tianjin 300071，China） ． Chinese Journal of Ecology，2015，34（ 3） ： 870－877． Abstract： Based on recent results of phytoremediation techniques applied in curbing environmental contamination，various factors influencing the efficiency of phytoremediation of contaminated soils were analyzed and summarized． First of all，three aspects of the main factors of phytoremediation efficiency of heavy metal pollutants and organic pollutants in soil were analyzed． That is，the physical and chemical properties of pollutants and their interaction effects，soil and climate conditions，and plant species，rhizosphere effects and cultivation measures． And then，the influence of additives on the phytoremediation efficiency was elaborated． Finally，issues for further research on phytoremediation of contaminated soil were discussed，including： providing good environment to promote plant growth and development，improving and strengthening the phytoremediation according to the factors that influence the efficiency of phytoremediation，and applying plant additives reasonably to improve the efficiency of phytoremediation．
2 土壤和气象因子的影响
2. 1 土壤因子的影响 植物吸收污染物效率受土壤理化性质的影响。
土壤颗粒的比表面积大小影响着植物对多环芳烃等 有机污染 物 的 吸 附 能 力，进 而 影 响 其 生 物 可 给 性。 同样的植物对壤土、砂土及粘土中的污染物的修复 效率有明显的差异，如砂土中植物修复 Ni 的效率较 低。土壤 pH 值影响植物对有机物的吸收。一般来 说，在酸性条件下可促进有机物在土壤颗粒中的解 吸，植物根系可将其吸收进入植物体中； 而在碱性条 件下，土壤中一些腐殖质提供了大量的结合位点，降 低了其生物可给性。López（ 2000） 研究表明，除 Ni、 As 之外，在碱性条件下，几乎所有的重金属被植物 吸收的能力随土壤 pH 的上升均呈现下降趋势。土 壤中水分可抑制污染物在土壤颗粒表面的吸附，促 进生物可给性，然而水分过多时，植物体会因根际养 分不足抑制生长状况，影响降解能力。土壤的黏粒 与有机质含量是影响植物的吸收效率的另一大重要
度不佳等问题，使其难以推广应用，大部分仅停留在 实验阶段。因此，解决限制植物修复技术应用的瓶 颈问题，对于植物修复技术的健康发展和大规模应 用具有重要的实践意义（ Passatore et al．，2014） 。考
苗欣宇等： 污染土壤植物修复效率影响因素研究进展
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虑到一些报道多针对个别影响植物修复效率的因素 进行研究，系统性与全面性不强，为此，本文在总结 分析影响污染土壤的植物修复效率主要因素的基础 上，就植物添加剂对植物修复的影响进行分析评价， 为提高污染土壤的植物修复效率提供参考。
植物修复以其费用低、不破坏场地土壤结构及无二
境中污染物的一项新兴技术，其基本原理是利用植 次污染等显著优势逐步被采用，并取得良好修复效
物及其根际微生物体系对环境中的污染物进行吸 果（ Mackova et al．，1997； Benoit et al．，2010； 周启星
收、降解、挥发及转化，进而实现对污染环境的修复 等，2011； 周启星等，2014； Bell et al．，2014） 。但是，
生态学杂志 Chinese Journal of Ecology 2015，34（ 3） ： 870－877
污染土壤植物修复效率影响因素研究进展*
苗欣宇 周启星＊＊
( 南开大学环境科学与工程学院，环境污染过程与基准教育部重点实验室 / 天津市城市生态环境修复与污染防治重点实验室， 天津 300071)
污染物的初始浓度对植物修复的效率具有很大 的影响。不同污染物的相互作用对植物修复的影响 极为 复 杂，不 仅 是 拮 抗、协 同 或 加 和 作 用。Liu 等 （ 2010） 利用大白菜处理土壤中铅污染的实验中发 现，污染物在初始浓度为 500 mg·kg－1 时的修复效 率远远大于初始浓度 1500 mg · kg－1 的修复效率。 Cai 等（ 2010） 利用凤仙花处理土壤中石油烃的试验 中表明，污染物初始浓度为 5000 mg·kg－1 的修复效 率是 初 始 浓 度 为 40000 mg · kg－1 的 3 倍。Liu 等 （ 2010） 在用凤仙花修复 Cd 和 Pb 污染土壤时发现， 在 Cd 初始浓度较高时可抑制植物对 Pb 的吸收，而 Pb 则促进植物对 Cd 的吸收。周启星等（ 2011） 利 用孔雀草和凤仙花分别处理土壤中 Cd、Pb 与有机 物的复合污染，实验结果表明，当重金属初始浓度较
1 污染物理化性质及其交互作用的影响
1. 1 污染物理化性质的影响 土壤污染物的植物修复效率受污染物理化性质
的影响。如污 染 物 分 子 大 小、污 染 物 形 态、辛 醇-水 分配系数（ Kow） 、半衰期、解离常数、蒸汽压等。植物 对呈吸附态的重金属吸收能力较强。土壤中疏水性 较强，半衰期＜10 d，蒸汽压＞10－4 的污染物由于其主 要以气态形式通过叶面气孔被植物吸收，因而其植 物修 复 效 率 较 低 （ Ｒyan et al．，1988； 林 道 辉 等， 2003） 。水溶性较强的污染物，即 lgKow ＜4 的污染物 通过根系吸收进入植物体内，水溶性差的有机污染 物，即 lgKow ＞4 的有机物则易被土壤颗粒吸附，难以 被植物吸收。lgKow 处于 1 ～ 3． 5 的有机污染物容易 被植物转运吸收，而 lgKow ＜ 1 的污染物则不易通过 植物细胞膜被植物吸收（ 周启星等，2011） 。污染物 的分子量大小影响着植物修复效率，分子量＜500 的 污染物一般易被植物根系吸收，分子量较大的污染 物难以被植物吸收转运。植物修复效率还受污染物 分子结构的影响，分子结构不同，污染物对植物的毒 害性也就不同，如多氯联苯对农作物的危害会随着 苯环上氯原子个数的增加而增大 （ Tu et al．，2011； Zhou et al．，2014） 。 1. 2 污染物初始浓度及其交互作用的影响
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生态学杂志 第 34 卷 第 3 期
因素，黏粒含量高的土壤对离子型有机污染物的吸 附能力较强，一些疏水性有机物会被有机质含量高 的土壤 固 定 或 吸 附，从 而 降 低 其 生 物 可 给 性。 如， Ｒigol 等（ 2002） 发现，棕色森林的有机层土壤相比其 矿物层土壤对 Cs+ 的吸附能力更高，这是由于在前 者的矿物层中，由酸侵蚀导致层状硅酸盐释放出了 大量的 Al3+ ，这些自由 Al3+ 聚合体堵住了 Cs+ 结合到 土壤专性吸附位点的入口，从而导致土壤降低了对 Cs+ 的吸附能力； 在有机层中有机酸复合了 Al3+ ，而 Cs+ 仍被吸附于土壤专性吸附位点上，因此吸附效果 较好。Weissenfels 等（ 1992） 发现，有机质含量高的 土壤对多环芳烃的吸附强度高，影响了植物对多环 芳烃的降解。不过土壤有机质对污染物吸收的影响 程度也与土壤类型、特性和污染物的种类及含量等 相关，陈凤等（ 2007） 对昆山市农田土壤有机质含量 对植物修复重金属的累积影响实验中发现，Hg 和 Pb 的累积量与有机质含量呈极显著相关，但 As、 Cr、Ni 和 Cu 等并未表现出一定的相关性。陈翠红 等（ 2011） 发现，小麦在褐土中对 Cd 的累积能力要 强于潮土。土壤中阳离子交换量也可影响植物对重 金属的吸附。郭鹏然等（ 2009） 发现，土壤中阳离子 交换量的增加可使土壤中非残留态钍含量增加。此 外，在一定条件下，土壤中无机盐可促进一些重金属 被植物体吸收，Manousaki 等（ 2009） 发现土壤中含 有 3%的 NaCl 可促进植物对 Cd 的吸收。 2. 2 气象因素的影响
低时可促进植物对有机污染物的吸收，重金属初始 浓度较高则对植物吸收有机物有抑制作用。实验还 发现，当有机污染物初始浓度较低时可提高植物的 生物 量，对 植 物 修 复 效 率 有 促 进 作 用。 Chen 等 （ 2010） 在利用小麦处理土壤中镉-麝香复合污染的 试验中发现，植物对麝香的吸收效果随 Cd 的初始 浓度的升高而不断提升，提升幅度最高可达 36%。 Sun 等（ 2011） 在利用孔雀草处理重金属与苯并芘复 合污染的实验中发现，Cd 对苯并芘的植物吸收有促 进作 用，而 Pb 和 Cu 则 抑 制 了 苯 并 芘 的 吸 收。 Kucerova 等 （ 1999 ） 发 现，龙 葵 对 初 始 浓 度 为 25 mg·L－1 的 PCBs 的 代 谢 率 比 初 始 浓 度 为 50 mg·L－1的 PCBs 提高了 3 ～ 5 倍。薛晓磊等（ 2013） 用蜈蚣草处理 As 污染的试验中发现，植物体内 As 的累积量随着 As 初始浓度的提升而增加，当初始浓 度由 0. 1 mg·L－1提高到 100 mg·L－1 时，植物对 As 的转 运 系 数 （ TF） 由 1． 4 提 高 到 了 2． 4。 刘 京 等 （ 2012） 在狼尾草等 6 种植物对十溴联苯醚污染土 壤的修复试验中发现，狼尾草随污染物初始浓度增 加，其植物体内污染物的累积量相应增加，生物量也 有所增加； 而龙葵随污染物初始浓度升高，地上部生 物量大幅下降。Conger 等（ 1997） 研究证明，除草剂 Bentazon 初始浓度过高时会对柳树等 6 种植物产生 毒害作用，使植物无法生长或衰退。
（ Channy et al．，1997； Brooks et al．，1998； 周 启 星， 相对其物理、化学等环境治理技术，由于该项技术存
2002； Eleni et al．，2011； Dmuchowski et al．，2014 ） 。 在植物生长缓慢，生物量小，修复效率较低，修复深
* NSFC-广东联合基金项目（ U1133006） 、国家自然科学基金面上项 目（ 31170473） 和国家高技术研究发展计划项目（ 2012AA101403-2） 资助。 ＊＊通讯作者 E-mail： zhouqx523@ 126．com 收稿日期： 2014-07-30 接受日期： 2014-11-13
摘 要 为提高植物修复技术对污染土壤的修复效率，根据当今植物修复技术在污染土壤 修复中的应用现状及发展趋势，对近年来国内外植物修复技术的各种影响因素进行分析。 首先从污染物的理化性质及其交互作用、土壤与气象因子、植物种类及其根际效应以及栽 培措施等方面，系统论述影响土壤中重金属污染物及有机污染物植物修复效率的主要因 素，阐述植物添加剂对植物修复效率的影响。最后指出植物修复今后研究的重点： 营造促 进植物生长发育的环境，针对影响植物修复效率的各个因素对植物修复技术进行改良及强 化，并合理应用植物添加剂，提高植物修复效率。