土壤镉污染植物修复

土壤镉污染植物修复

摘要：随着我国经济建设的发展，环境问题日益突出。俗话说：“民以食为天，食以土为本”，土壤在人类生活中发挥着不可替代的作用，而目前，我国的土壤污染问题已经越来越严重，其中，土壤重金属污染更是当前亟待解决的问题。目前，常用的土壤污染修复方法有物理法，化学法和生物法（例如客土法、淋溶法、使用化学改良剂等），然而，这些方法都只能暂时缓解污染，而不能从根本上解决问题，有的甚至会导致二次污染的产生，同时，有的在成本上也需要较大花费又不能达到预期的效果。不同的是，植物修复土壤污染以其生产成本低，效果明显，环境友好而受到关注，同时也成为如今环境科学领域研究和开发的热点。在了解以及分析了重金属中镉的相关背景值的情况下，讨论植物修复土壤镉污染的有效生物方法，例如利用某些超富集植物来除去土壤中的镉污染，以及植物修复应用和发展前景。

关键词：镉污染植物修复衡量标准超富集植物

1.引言

1.1讨论背景与目的

1.1.1讨论背景

从20世纪20年代开始，随着电解工业的逐渐发展，生产的镉产量的不断增加，由此镉污染也应运而生。镉是可富集元素，它会随着食物链一级一级不断地积累，越积越多。在1972年，日本富三县神川流域爆发的“骨痛病”，就是由于居民食用了富含镉元素的稻米和河水引起的。这一事件给世界狠狠地敲了一个警钟。

1.1.2讨论目的

镉本身具有生物毒性最强，移动性很强以及极易被植物吸收并积累的特点，因此其产生的污染问题也是目前国内外棘手的问题[19]。目前，常用的土壤污染修复方法有物理法，化学法和生物法（例如客土法、淋溶法、使用化学改良剂等），然而，这些方法都只能暂时缓解污染，而不能从根本上解决问题，有的甚至会导致二次污染的产生，同时，有的在成本上也需要较大花费又不能达到预期的效果。不同的是，植物修复土壤污染以其生产成本低，效果明显，环境友好而受到关注，同时也成为如今环境科学领域研究和开发的热点[1-2,6]。

2.土壤Cd的背景值

土壤土壤背景值的含义是指未受人类污染影响的自然环境中化学元素和化合物的含量[4]。Cd是一种稀有分散金属，土壤Cd的背景值取决于成土的母质[9]。其中，从熊教授的调查结果可以得到：全世界土壤镉含量范围为0.01~2.00mg/kg，中值为0.35mg/kg。我国土壤类型众多，全国41个土类镉背景值差异明显，镉含量变化范围在0.017~0.332mg/kg。一般情况下，土壤中本身存在的镉含量是不会造成对人类的危害的，但由于人类给土壤引入的过量镉，也就造成了如今引起会给人来带来危害的镉污染[1]。

3.植物修复以及作用机理

3.1植物修复概念

在1977年，Brook等人提出了超富集植物一词的概念，随着科技的进步，许多研究者对“超富集植物”这一概念进行了修订，成为如今共同讨论的的热点“植物修复”。它是以植物对土壤污染物的特殊忍耐性和吸收富集的作用，然后将植物进行收获并进行相应的处理已达到除去土壤中镉污染的效果[10]。

3.2植物修复作用机理

植物修复的机理一般包括植物挥发作用、植物根际过滤作用和植物萃取作用。目前主要是以植物萃取作用为主[3,7]。

3.2.1植物萃取作用

利用重金属富集能力较强的植物或者超积累植物通过吸收和转运的过程，将土壤中的重金属提取出来，然后将植物根部可收割部分积累的重金属污染元素进行处理，即植物萃取作用，同时也称为植物提取作用[8,11]。

4.耐镉超富集植物的介绍

4.1 超富集植物衡量标准

对于一些植物来说，其对重金属的富集能力是有限的，若重金属含量超标，会影响植物本身的生长情况，甚至出现不能忍受重金属过量而死亡的现象，这样的植物对重金属污染修复是达不到预期标准的。王红新[12]介绍了衡量超富集植物的3个标准:一是临界含量标准，植物对重金属的吸收主要集中在植物的茎或者叶部位，即指该部位重金属达到临界值；二是富集系数标准，即富集系数大于1.0，有时甚至达50~100mg/kg[13]；三是转移系数标准，植物本身所具有的运输能力，会使植物地上部位积累量大于根部的积累量[15-17]。

4.2 小白菜对镉污染的修复

4.2.1 超富集重金属镉植物的标准

从相关信息了解到，一般普通的植物茎叶中的镉浓度不超过1mg/kg,若茎业中的镉浓度超过100mg/kg时，却不会出现毒害症状的植物则可作为超累积植物[20]。从朱雅兰关于小白菜的实验结果中可知道小白菜是完全符合超富集植物标准的[19]。

4.2.2小白菜对镉的富集

从朱雅兰的实验1结果可知：小白菜地上部和根部的Cd积累量均表现出随着土壤Cd 处理浓度的增加而增加的趋势,且根部的Cd积累量显著高于地上部。同时也看出，地上部和根部的Cd积累表现却存在较大的差异,根部的Cd含量基本呈直线上升趋势,与土壤Cd含量呈显著正相关；而地上部的Cd含量在土壤Cd添加量为2～10 mg/kg时上升较快,之后则逐渐平缓且趋于饱和，其原因可能是随着土壤Cd含量的增加,Cd的毒性也不断增强,抑制了小白菜根系对Cd的吸收和向地上部的转运,从而使Cd的富集系数（富集系数=植株地上部Cd 含量/土壤Cd总量）一直呈下降趋势[19,22-23]。

4.3 鱼腥草对镉的富集

侯伶龙,黄荣,周丽蓉[24]等人通过实验得出：鱼腥草根部经过微生物处理，地上部（土壤

含镉200 mg·kg-1）有最高的含镉浓度和最大的富集量。可见鱼腥草也是超富集重金属镉植物，对突然镉污染植物修复具有较好的效果[19]。实验说明镉污染能促进生长于其上的鱼腥草的生物量，且鱼腥草对高镉污染(200 mg·kg-1）的土壤有很强的耐性。同时从实验3中可以看出，生长于200 mg·kg-1的鱼腥草生物量要低于生长于50 mg·kg-1的鱼腥草生物量[24]。说明生物量过高对鱼腥草的生长情况是有影响的。但对于其在土壤镉污染的修复是依然有意义。

5.植物修复土壤镉污染发展前景及存在问题

5.1发展前景及研究动态

自20世纪70年代以来，随着经济科和科技的不断发展，期间产生的污染也不断增加。其中，我国土壤镉污染由局部的点源污染扩展为流域性的环境污染，镉污染土壤修复逐渐成为当前和今后一段时间土壤污染治理亟待解决的重点问题。同时，由于植物修复所具有环保、成本低等特点，被称为真正意义上的“绿色修复技术”，植物修复技术在镉污染土壤修复过程中将发挥越来越重要的作用[2,10]。

5.2存在问题

同时，在大量的实验结果中，我们也可了解到植物修复所存在的不足：（1）镉超富集植物植株矮小，生长周期短，生长缓慢，而且受环境因素的限制；（2）超富集植物对于重金属污染元素的吸收种类有选择性，仅吸收某些重金属污染元素，有可能被其他元素抑制其吸收；（3）修复植物的体内镉含量较高，则修复植物能源利用过程中镉的去向和最终处置却是如今不能解决的问题，因为吸收重金属的植物器官往往会通过腐烂、落叶等途径使重金属元素重返土壤，容易造成二污染；（4）超富集植物修复土壤只能到达根系所能延伸的范围，即只对浅层污染土壤的修复有效，而对于深层土壤污染则无能为力，治标不治本；（5）用于修复的植物有可能与本土地的植物进行竞争,最终可能威胁到本地的生物多样性[1-2,12,25]。

6.结束语

植物修复是随着社会经济发展的必然产物，植物修复技术以其绿色、生态、高效的修复技术得到了各界学者、专家的认可。与传统的污染土壤修复技术相比，植物修复技术成本低，并且在工程中可以进行原位修复，减小了对土壤性质的破坏和对周围生态环境的影响，可称得上是真正意义上的“绿色修复技术”。然而，它也存在着诸多不足，这也是目前国内外亟待解决的问题。相信在不久的将来，植物修复技术被广泛应用以解决环境问题。