土壤重金属污染植物修复技术
摘要：重金属是全球环境最重要的污染物之一，具有毒性强，不能为生物所分解，大多数也不能通过焚烧的方法从土壤中去除；能通过活性氧等的中介作用，导致植物氧化伤害，乃至死亡，而且能通过食物链在生物体内富集，进而危及人类身体健康等。本文概括了土壤重金属的来源和危害，并论述了植物修复技术的研究方向和优缺点以及未来的发展趋势。
关键词：土壤重金属污染植物修复
土壤是自然界赋予人类的宝贵资源，是人类赖以生存的物质基础，也是人类环境的重要组成部分，具有维持系统生态平衡的自动调节功能（1）。但是随着工业的发展和农业生产现代化，土壤重金属污染问题已成为全球各国共同面临的棘手问题。从1973年Wagner KH，Siddiqi 首次发表关于土壤重金属污染问题的文献以来，到现在经过了三十多年的研究历程。近十年来有关重金属在土壤、作物中的迁移、富集及对重金属污染土壤的治理和植物修复等问题引起了全世界学者的高度重视和深入研究（2~3）。
土壤重金属污染不会被微生物降解、迁移性小、很难被清除、易在土壤中富集，一直备受人们的关注。土壤中重金属含量超过其环境容量时，一则对土壤中的微生物起抑制毒害作用。使土壤生产力降低；二则其直接作用于植物，使植物的生长、发育、繁殖受到影响。产量降低，产品质量下降；再则可先通过吸收富集于植物体内，然后通过食物链迁移至动物和人的体内，严重威胁动物、人类的生存健康。重金属不仅以单一元素污染土壤，当多种重金属在土壤中共存时，它们之间还存在协同、拮抗作用，而且随着污水灌溉以及农药、化肥、污泥的大量施用，进一步加剧了土壤的复合污染（4）。因此，研究土壤重金属污染的来源、形态、赋存形态及转化迁移规律，积极探索更有效、经济的污染测定技术和修复技术具有重要意义。
一.土壤重金属污染的现状、来源和危害
1.1土壤重金属污染现状
目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万吨，Cu为340万吨，Pb为500万吨，Mn为1500万吨，Ni为100万吨（5）。例如，日本农田土壤总污染面积为7030hm2，主要受Cd、Cu、As等重金属污染。据1993年中国环境状况公报，我国工业废水排放量为219.5×108t，污灌污染农田面积为3.3×106hm2。特别是Cd污染总面积己达133331hm2（6），如沈阳市张士灌区因污灌使2533hm2农田遭受Cd污染，其中严重污染面积占13%（7）。江西大余县污灌引起的镉污染面积达5500hm2（8），青岛市2.7%-9%的农田土壤分别受到Cr、Hg、Cd、As、Pb、Cu、Zn等7种重金属的轻污染。新疆每年约有2×
103m3废水进入农业环境，全区污灌面积达2. 56×104hm2。因此，如何调控、治理土壤重金属污染对农业持续发展就显得尤为重要。
1.2 土壤重金属污染来源
土壤是人类赖以生存的主要资源之一，因此人类的生产和生活是造成土壤污染的主要原因。土壤作为一个开放体系，每时每刻与环境中其他要素进行着物质和能量的交换，重金属便通过大气沉降、污水灌溉、农药和化肥的施用以及固体废弃物排放等途径进入土壤。土壤重金属污染来源大体可以分为工业污染源、农业污染源和生物污染源。工业生产过程中排放的废气、废水、废渣是土壤中汞、铅、镉、砷等重金属污染的主要来源。在农业生产中，重金属可通过污水灌溉、污泥利用以及化肥、有机肥和农药的不合理施用等途径进入土壤。农业污染是土壤中汞、铬、砷、铜、锌等重金属污染的主要来源。在生物污染源中，主要由于生活污水和被污染的河水均含有各种致病的病原菌和寄生虫等，使用污水灌溉以及垃圾作厩肥，使土壤遭受生物污染，甚至会造成疾病蔓延。
1.3 土壤重金属污染危害
土壤重金属污染具有毒性大、难降解和危害大的特点，是影响生态系统安全的一类重要污染物质，其中尤以镉、铅、铜、汞、锌及其复合污染为突出。土壤重金属污染危害包括对土壤、作物、人和动物的危害。土壤中高浓度的重金属对土壤理化性质及土壤生物学特性(尤其是土壤微生物)和微生物群落结构会产生不良影响，从而影响土壤生态结构和功能的稳定性。藤应（9）等通过核酸陕速提取系统提取了重金属复合污染农田的DNA并进行了分析，得出重金属污染使农田土壤微生物群落结构发生多样化变化的结论。并且微生物在土壤受到重金属污染时为了维持生存需要更多的能量，其代谢活性随之会发生不同程度的反应（10）。
)可以反映单位生物量的微生物在单位时间里作为微生物活性反应指标之一的代谢商(qCO
2
的呼吸作用强度(11)，Fliepbach(12)等也认为代谢商是评价重金属微生物效应的敏感指标，它可以反映出土壤重金属污染程度。Khan(13)等则证明了重金属污染对土壤微生物生物量的影响是很明显的。土壤重金属污染不仅会对作物产量及品质产生不良影响，而且通过食物链最终会影响到动物及人类健康。镉(cd)是土壤中危害性比较大的重金属之一，世界各国对土壤重金属镉污染的治理及植物修复的报道较多。Lagriffoul(14)等通过实验发现镉污染不仅可降低玉米幼苗叶绿素的含量，而且能提高过氧化物酶的活性。在我国的一些地方的污灌区由于镉、铅污染严重使种植的稻谷不能食用。顾继光等研究发现土壤农作物受镉污染导致产生“镉米”的地区。人食用“镉米”后，人尿中镉含量增高，容易得风湿性关节炎、肾炎、溃疡病等疾病，癌症平均死亡率也会增加。人体内酶的正常活动受到镉的影响后，会造成贫血、高血压、骨痛病，其危害有时可达几十年。
二.植物修复技术
植物修复(Phytoremediation)是由美国科学家Chaneyt切于1983年首次提出的，该技术
的核心是利用超富集植物清除土壤重金属污染，即利用植物吸收、富集、降解或固定土壤中重金属离子或其他污染物，以实现消除或降低污染程度，修复环境的综合环境生物技术。而Baker(15)首次称这种修复为绿色修复(Green remediation)。国内外学者对植物修复技术的研究热点主要集中在以下四个方面：植物提取(Phytoextraction)、植物固定(Phytostabilization)、植物挥发(Phvtovolatilization)、植物过滤(Phytoinfiltration)。
2. 1 植物修复技术的研究方向
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物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（17）。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（18）。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（19）。据报道，现已发现Cd、Co、Cu、Pb、Ni、Se、Mn、Zn超积累植物有45科500余种，其中73%为Ni的超积累植物（20）。近年来，各国科学家们对利用这种植物修复Zn、Pb、Cd和Ni污染土壤表现出浓厚的研究和开发兴趣。在欧洲、美国、澳大利亚和东南亚国家都启动了超积累植物积累金属生理生化机理、金属吸收效率和农艺管理等方面的研究项目。
表一.已发现的超富集植物
金属种数科数
砷As 1 1
镉Cd 1 1
钴Co 26 12
铅Pb 5 3
锰Mn 8 5
镍Ni 277 36
锌Zn 18 8
铜Cu 24 11
表二.部分重金属的超累积植物
重金属超累计植物最高含量（干物质）Pb圆叶遏蓝菜Thlaspi.Rotundifolium8200
Cd天蓝遏蓝菜Thlaspi.caerulenscens1800 （茎）
Zn天蓝遏蓝菜Thlaspi.caerulenscens51600（茎）
Cu高山甘薯Ipomoea souarret 12300（茎）
Ni九节木属Psychotria souarrer47500（地上部分）
AS蜈蚣草Pteris vittata L. 5000 （叶）
2.1.2植物挥发
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污染物（主要是Hg、Se、As）吸收到植物体内后转化为气态物质，挥发出土壤和植物表面，释放到大气中（17）。如烟草能使毒性大的Hg2+转化为毒性小得多、可挥发的单质汞Hg(O)。海藻能吸收并挥发砷，其机理是把(CH3)2AsO2挥发出体外。洋麻可以使土壤中47%的三价硒转化为可挥发态的甲基硒挥发去除，从而降低硒对土壤生态系统的毒性。也有人研究报导称可利用转基因植物降解物毒性汞，即运用分子生物学技术将细菌体内对汞的抗性基因（汞还原酶基因）转导到植物（如烟草和郁金香）中，进行汞污染的植物修复。但植物挥发法将污染物转移到大气中，对人类和生物具有一定的风险（18），采用此法时其污染物向大气挥发的速度应以不构成生态危害为限（16）。
2.1.3 植物固定
植物固定指利用植物吸收和植物根际的一些特殊物质使土壤中的大量有毒金属转化为相对无害的物质，从而降低土壤中有毒金属的移动性、生物有效性，减少金属被淋滤到地下水或通过空气扩散进一步污染环境的可能性，使其不能为生物所利用的一种方法。其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程。植物稳定只是一种原位降低污染元素生物有效性的途径，而非一种永久性的去除土壤中污染元素的方法（16）。而且重金属的生物有效性随环境条件的变化而发生变化，所以该法在应用中受到一定的限制。
2.1.4植物过滤
植物过滤是利用植物庞大的根系过滤吸收、富集水体中重金属元素的过程（17）。目前用于植物过滤的植物有向日葵、印度芥菜、宽叶香蒲及烟草等。根系过滤主要用于重金属污染的土壤，也可以是放射性核素如U、Cs或Sr污染的水体（18）
2. 2 影响植物修复效率
2.2.1植物的生物学特征
植物的生物学特征对植物蓄积污染物的影响很大，主要是影响因素有：（1）植物自身
的生物学性状。它直接关系到污染环境植物修复的效率。生长速度快、生长周期短、生物量高、个体高而大、叶密、茎粗的植物往往具有较高的修复效率。（2）污染物在植物器官中的分配。不同的植物修复技术，对污染物在植物中的分配特点有不同的要求。如利用植物固化污染土壤中的污染物，应注意选用那些耐性强但对污染物搬运能力差的植物，以确保污染物大多被固定在植物根部。（3）植物抵抗各种自然灾害的能力。多数情况下，植物的耐病虫害、抗洪涝、抗酸雨、遭受自然灾害的复原等能力决定植物修复技术的成功与否。（4）植物对地理气候条件的适应能力。（5）植物对各种施肥措施的敏感性。选用对各种施肥措施敏感的植物可降低土壤植物修复的成本，敏感度高的植物容易获得更多的生物量，修复效率高。（6）与植物共生的微生物体系的发育状况。植物对某些矿质营养如的吸收可在根际微生物作用下得到加强。实验发现，根际微生物影响植物对非必需重金属元素的吸收。水培溶液实验表明，从重金属污染土壤中筛选出来的微生物能刺激植物对重金属的吸收。
2.2.2 污染物本身的物理化学性质
污染物本身的物理化学性质对植物修复效率的影响主要有以下几个因素：（1）污染物的存在形式。植物修复效率在很大程度上取决于植物能否容易得到所需的金属，因此土壤中金属的存在形式直接影响植物能否通过根系吸收到相应的重金属离子。（2）污染物浓度。污染物浓度过高会引发植物毒害，过低会引起生物可获得性低，这两种情况都不利于用植物的方法修复污染场地。
2.2.3 外部环境因素
影响污染环境植物修复技术的外部因素有很多，主要包括有：（1）物理学因素。土壤结构与污染物的赋存状态和生物可获得性有关，不同的土壤类型会影响到根际分泌物的质量和数量，从而影响植物的修复效率。（2）气候学因素。重要的气候因素包括温度、降雨量、干旱状况等，这些因素都可以影响植物的生长速率，进而影响植物修复效率。（3）化学因素。土壤pH 控制土壤中金属离子的溶解度，降低土壤可减少土壤对重金属的吸附，增加土壤溶液中重金属离子的浓度，有利于植物对土壤中污染物的吸收
2. 3 植物修复技术的特点
从世界范围来看，植物资源相当丰富，筛选修复植物潜力巨大，这就使植物修复技术有了较坚实的基础；人类在长期的农业生产中，积累了丰富的作物栽培与耕作、品种选育与改良以及病、虫害防治等经验，再加上日益成熟的生物技术的应用和微生物研究的不断深入，使得植物修复在时间应用中有了技术保障。与物理化学修复方法相比，植物修复有如下特点：
1. 植物修复以太阳能作为驱动力，能耗较低。
2. 植物修复实际上是修复植物与土壤及土壤中微生物共同作用的结果，因而微生物强化重金属污染土壤植物修复的研究，具有土壤-植物-微生物系统所具有的一般特征。
3. 植物修复利用修复植物的新陈代谢活动来提取、挥发、降解、固定污染物质，使土壤
中十分复杂的修复情形简化成以植物为载体的处理过程，从形式上看修复工艺比较简单。4. 修复植物的正常生长需要光、温、水、气等适宜的环境因素，同时也会受病冲草害的影响，也就决定植物修复的影响因素很多，具有极大的不确定性。
5. 植物修复必须通过修复植物的正常生长来实现修复目的，因而，传统的农作经验以及现代化的栽培措施可能会发挥重要作用，从而也就具有了作物栽培学与耕作学的特点。
6. 植物以及微生物的生命活动十分复杂，要使植物修复达到比较理想的效果，就要运用植物学、微生物学、植物生理学、植物病理学、植物毒理学等方方面面的科学技术不断地强化和改进，因而也有多学科交叉的特点。
2.4植物修复技术的优缺点
植物修复技术较其他物理化学和生物的方法具有更多的优点，表现在：
1. 植物修复的成本低。它仅需要传统修复技术1/3-1/10 的成本，投资和运作成本均较低，对环境扰动少，清理土壤中重金属的同时，可清除污染土壤周围的大气或水体中的污染物。
2. 有较高的环境美化价值。生活在污染地附近的居民总是期望有一种治理方案既能保护他们身心的健康，美化其生活环境，又能消除环境中的污染物，植物修复技术恰恰能满足居民的这一心理需求。
3. 植物修复重金属污染物的过程也是土壤有机质含量和土壤肥力增加的过程，被植物修复干净土壤适合多种农作物的生长。
4. 植物固化技术能使地表长期稳定，有利于污染物的固定，生态环境的改善和野生生物的繁衍，而且维持系统运行的成本低。
5. 用植物吸收一些可做微肥的重金属如Cu、Zn等，收割后的植物可用作制微肥的原材料，用这种原材料制成的微肥更易被植物吸收。
6. 植物修复技术能够永久性的解决土壤中重金属污染问题。相比之下，多数传统的重金属处理方法只是将污染物从一个地点搬到另一个地点或从一种介质搬运到另一种介质或使其停留在原地，其结果只能是延误重金属污染土壤的治理，给农产品安全和人类健康埋下“定时炸弹”。
7. 植物既可从污染严重的土壤中可萃取重金属也可以从轻度污染的土壤中吸收重金属。
植物修复是近年来世界公认的非常理想的污染土壤原位治理技术，它具有物理化学修复所无法比拟的优势，但作为一项技术总有他的局限性，尤其对尚未成熟的植物修复技术来说更是如此，主要表现在以下几个方面：
1. 修复植物对污染物质的耐性是有限的。超过其忍耐程度的污染土壤并不适合植物修复。
2. 植物生长缓慢，植物修复过程通常比物理化学过程缓慢，比常规治理需要更长时间，尤其是与土壤结合紧密的疏水性污染物。难以满足快速修复污染土壤的要求。
3. 用于净化重金属的植物器官往往会通过腐烂落叶等途径使重金属重返土壤，因此必须
在植物落叶前收割植物器官，并进行无害化处理。
4. 植物的发育生长需要适宜的环境条件，在温度过低或其他生长条件难以满足的地区就难以生存，因而植物修复受季节变化等环境因素的限制，尤其在北方地区更是如此。
5. 绝大多数超积累植物只能积累一种，最多两种金属，对土壤中其他浓度较高的重金属则往往没有明显的修复效果，甚至表现出某些中毒症状，从而限制了植物修复技术在重金属复合污染土壤中的治理。
6. 成功修复污染土壤需要很多环境因子的配合，包括水分供给、土壤肥力、品种选育与搭配等因素的最佳配合。
三. 植物修复技术未来的发展趋势
随着人们的日常生活水平不断提高，科技发展日新月异的今天，土壤重金属来源更加趋于多样化、综合化。加上最近几年接连不断爆发的食品安全问题，人们对食品健康也越来越重视，对于人们赖以生存的物质基础--土壤，污染问题更加重视。虽然土壤重金属污染的植物修复有其局限性，但其费用较低、收效显著，具有较高的研究和实用价值，已成为世界科学研究和技术开发的前沿。本文对土壤重金属植物修复技术的未来发展趋势进行展望。
3.1寻找合适的重金属富集植物
目前能应用到工程化修复的超累积植物数量十分有限，所以寻找、筛选自然界中存在的超富集植物是当前植物修复研究的一项重要任务。特别是生物量大、生长比较快的植物，将是今后一段时期内的研究重点。对此我们可以充分利用中国具有广袤的国土面积和复杂多样的植物类型的有利条件，发挥植物资源丰富的优势，寻找和培育新的超富集植物。而且选择的富集植物还要能够适应进行目标修复土地的土壤性状，同时也要考虑不能破坏当地的自然生态环境。
3.2 结合基因工程技术
随着分子生物技术和基因工程技术的迅猛发展，逐步将二者结合起来应用于植物修复中，在提高植物修复的实用性方面必将有突破性进展。运用分子生物学的手段，育种与筛选转基因植物，将有助于深入研究植物富集重金属的机理，并有望通过改良遗传特性提高植物对重金属污染物的耐性、富集能力或提高已有超富集植物的生长速率和生物产量。例如在加深富集植物对重金属的吸收、运输、积累及其解毒机理研究的基础上，可以考虑克隆植物的相关基因，然后转移到生物量较大的植物体内，培养出新的超富集植物品种；也可以将多种需要的基因植入所选植物中，从而提高其对重金属的吸收、运输和富集；或者人工育种与筛选转基因植物，通过改良遗传特性提高植物对重金属污染物的耐性和富集能力。
3.3 与传统的物理、化学的组合技术
面对土壤重金属污染的复杂性、不可逆性和表聚性等特点，单一治理方法很难将其去除干净，组合修复技术是近年来研究比较火热的修复技术。螯合剂一植物修复、电压一植物修
复、表面活性剂一植物修复等方法已有一些研究，这些方法比使用任何单一的方法效果要好。因为它综合了多种方法的优点，如利用含配体的溶液能提高土壤溶液中重金属的浓度，利用电流能有效地将吸附于土壤中的重金属解释，利用植物根系的巨大表面积将溶液中的金属离子或金属配位离子进行吸附、吸收和转移。但将植物修复、微生物修复等技术科学、系统地结合起来，并依据实际的土壤性状及污染状况选择、种植适宜的超积累植物，逐渐建立一个有效的修复体系，走出实验室和大田的试验研究，加强污染土壤的修复实践，这些工作还有待进一步深入，同时也能为今后重金属污染土壤修复产业化奠定基础。
3.4 植物修复技术有效性的研究
土壤重金属的植物有效性是土壤环境保护和污染控制修复中一项重要的基础研究工作，为土壤重金属污染物的生态风险性评价提供基础性数据，为制定土壤重金属安全含量的科学标准和土壤环境的管理提供科学依据。Hall（21）指出重金属的植物有效性是重金属对植物体的供给性，对植物有效性的重金属就是指在植物生长过程中存在于土壤中的且能被植物根吸收的重金属。有关土壤重金属对植物有效性的研究涉及重金属在植物体内的含量、储存、迁移转化等，根际土壤化学，植物有效性的评价，影响土壤重金属植物有效性的因素等。部分研究发现（22）重金属总量的高低并不能表示其对环境影响能力的大小，应将有效态含量与总量结合起来综合分析，才能准确全面的评价土壤中重金属的生态环境效应；植物的重金属含量与土壤中相应的重金属有效态含量之间显著正相关，有效态含量相对于总量来说，更能反映重金属的植物有效性。通过大量的研究，现在基本上明确了影响土壤重金属植物有效性的各种因素，建立了一批适合某些地区土壤重金属的植物有效性评估指标，但是对于复合污染条件下，土壤重金属植物有效性的变化机制；干旱区绿洲土壤的重金属植物有效性研究等，还有待进一步的发展。
四.结语
重金属元素对土壤环境日趋严重的污染和破坏作用，严重威胁着人类健康。土壤的重金属污染，越来越受到人们的关注，也日益成为科学家们研究的热点问题。当前迫切需要有成熟、低价、高效的修复技术并加以市场化应用。相对于传统的重金属污染土壤治理技术，植物修复技术是一项处于迅速发展之中的用于清除土壤重金属污染的绿色生态新技术，费用较低、收效显著，具有较高的研究和实用价值。对于植物修复技术，我们除了重视处理重金属污染的效果外，也要努力开展实用的植物的二次利用价值。特别是对于大面积农田的植物修复，如果能在修复后，那些植物能够给农民带来一定的经济价值。那么能够更好的促进当地的经济发展。相信在不久的将来，。随着理论研究、转基因技术、与传统技术的复合运用等方向的不断进步，重金属污染土壤环境的植物修复潜力必将被进一步挖掘和发挥，得到更加广泛地推广和应用，为环境保护和治理带来更加广泛地实用前景。
植物修复土壤重金属的研究进展 摘要：植物修复技术被认为是治理重金属污染最为绿色的方法，因为此技术成本低、实施方便、无污染。超富集植物的研究是重金属污染植物修复的重点，然而一种植物由具有富集重金属特性到应用于现实的重金 属污染修复并非易事。研究表明，在现实条件下，植物修复技术应用于治理土壤重金属污染中存在一些约束。本文系统地总结了目前超富集植物的研究方法和研究现状，详细叙述了镉、铜、砷、镍的污染现状、危害及最新的植物修复技术究 进展，通过分析超富集植物在现实条件下修复土壤重金属污染的不足，提出土壤重金属污染植物修复的方向。 关键词：植物修复；重金属；土壤污染 前言：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。本文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。主要对超富集植物的概念和特征、成功案例与不足进行了阐述，集中介绍了镉、铜、砷、镍几种重金属污染及其植物修复技术，对土壤重金属污染植物修复的方法和原理以及土壤重金属植 物修复技术的强化措施进行了综述,希望能为植物修复的近期研究工作提供借鉴。 １．土壤重金属污染的严重性及常用治理方法 土壤重金属污染途径包括自然方式和人类 活动。自然方式主要是岩石的分化，人类活动主要是矿山开发、金属冶炼、农药等使用。目前，重金属造成的环境污染已成为世界范围内的严重问题。工业化的发展，干扰了自然平衡的生物地球化学循环，使得这一问题愈发的严重。对于生物来说，超过阈值的重金属浓度会产生不利影响，并干扰正常运转的生物系统。植物在重金属胁迫下，其根系生长受到影响，细胞膜透性增大，植物抗氧化酶系统和光合系统遭到破坏，并对基因产生毒害。与有机物质不同，土壤重金属基本上不可降解，会在环境中不断累积，导致土壤质量下降，农作物减产和农作物品质下降。另外，由于生物的富集作用，土壤重金属最终还可能通过食物链进入人体，其潜在危害极大。因此，重金属污染具有隐蔽性，毒性大，长期性和不可逆性的特点。仅在中国就有2.88×10^6h㎡土地由于矿山开采而遭到污染破坏，并以平均每年46700ｈ㎡的速度在不断增加，最终导致水土流失、异地污染等环境问题，这些遭到污染破坏的土地几乎完全没有植被的覆盖［１］。为了减少重金属污染对生态系统的影响，必须对已经污染的土壤进行治理。治理方法要综合考虑成本以及技术，因此非常具有挑战性。目前不同的物理、化学和生物方法已被用于此。传统的治理方法包括土壤焚烧、挖掘和填埋、土壤清洗、土壤冲洗、凝固和电固定［２－３］。由于物理和化学方法受到成本高、劳动力大、土壤改变的不可逆性、本地菌群等因素的制约，以及可能产生的二次污染，因此有必要研究成本低、效益高、环境友好的治理土壤重金属污染的方法。植物修复被认为是一个可供选择的治理重金属污染问题的新 型的绿色方法。 目前, 重金属污染治理技术主要分为三类: 化学法, 物理化学法, 生物修复法。生物修复法中的植物修复技术具有成本低, 不会造成二次污染, 且具有一定的可行胜等优点, 在土壤重金属污染处理领域得到广泛的研究。 ２. 土壤重金属污染的植物修复技术 ２．１土壤重金属植物修复的概念 植物修复是指利用植物和相关的土壤 微生物来减少土壤中污染物浓度或毒性的 方法，它是一种新型、高效、低成本的土壤重金属污染修复技术，具有就地适用的特点，是一种以太阳能驱动来整治的策略。植
植物修复技术 植物修复是直接利用植物把受污染土地或地下水中的污染物（重金属、有机物等）移除、分解或围堵的过程。其对象是重金属、有机物或放射性元素污染的土壤及水体。研究表明，通过植物的吸收、挥发、根滤、降解、稳定等作用，可以净化土壤或水体中的污染物，达到净化环境的目的，因而植物修复是一种很有潜力、正在发展的清除环境污染的绿色技术。 目前普遍认为利用植物修复的方法，来清除受重金属污染的土地，是一种较便宜且方便的作法。透过了解植物在重金属环境下的生存策略，有助于人类利用生物科技制造出可以大量吸收重金属的植物。基本上可以有效清除重金属污染的植物，最好须有下列特征：生长快速、根系能深植土壤、容易收割、能够容忍并累积多样化重金属。 植物修复具有成本低、不破坏土壤和河流生态环境、不引起二次污染等优点。植物修复作用可以具体分为5种： 1、植物转化 原理：植物转化也称植物降解，指通过植物体内的新陈代谢作用将吸收的污染物进行分解，或者通过植物分泌出的化合物（比如酶）的作用对植物外部的污染物进行分解。 2、根滤作用 原理：借助植物羽状根系所具有的强烈吸持作用，从污水中吸收，浓集，沉淀金属或有机污染物，植物根系可以吸附大量的铅，铬等金属.另外也可以用于放射性污染物，疏水性有机污染物(如三硝基甲苯TNT)的治理。进行根滤作用所需要的媒介以水为主.因此根滤是水体，浅水湖和湿地系统进行植物修复的重要方式，所选用的植物也以水生植物为主。 3、植物辅助生物修复 原理：通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态，挥发出土壤和植物表面，达到治理土壤重金属污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通过甲基化挥发，大大减轻土壤的重金属污染 4、植物萃取
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/4311761106.html, 重金属污染土壤的植物修复研究 作者：黄梦华 来源：《绿色科技》2012年第04期 摘要：分析了我国重金属污染现状，从超富集植物、植物挥发、植物积累、植物代谢、植物固定等方面探讨了重金属污染修复技术，阐述了超富集植物修复机型，为重金属污染土壤治理提供参考。 关键词：土壤;重金属;植物修复 1 引言 重金属通常是指一种元素的原子密度大于6 g·cm-1(除了砷之外)［1］。这些元素主要是指Cd、Cr、Cu、Hg等,其中Co、Cu、Cr、Mn、Zn是生物体内所必须的元素,而其它Cd、Hg和Pb则不是生物体内的必须的元素。环境中的重金属的主要来源有两个方面:一是自然环境重金属本底值,二是人为排放到土壤中的重金属。 目前,我国的重金属污染十分严重，据报道［2］,全国耕种土地面积的10%以上已受重金属污染,受重金属污染的土壤面积达到了1 000万hm2。同时国内常有重金属污染事件发生,如血 铅事件、Cd米污染事件、As污染事件和龙江镉污染事件等。 2 重金属污染修复技术 目前对重金属的修复技术主要有物理修复、化学修复和生物修复。物理修复［3］是指利用物理的方法进行污染土壤的修复;化学修复［4］是指加入到土壤中的化学修复剂与污染物发生一定的化学反应,使污染物被降解和毒性被去除或降低的修复技术;生物修复是指以生物为主体,利用生物吸收、降解、转化污染物,治理污染土壤的修复技术。目前研究比较成熟的是物理修复和化学修复,但是它们有容易产生二次污染、工程量大、投资高、引起土壤肥力减弱和修 复成本较高等问题而不能得到广泛的使用;利用生物修复研究目前比较少,将其利用到治理重金属的污染土壤的案例更少。这主要是由于微生物的质量小,累积的重金属难以从污染场地中转 移出来,限制了利用生物修复重金属污染土壤技术的推广。植物修复具有效率高、安全性能 好、费用低、易于管理与操作、不易产生二次污染和环境友好型等优点而备受当前科研工作者的关注。 2.1 植物修复 植物修复是指利用植物对某种污染物(重金属)具有特殊的吸收富集能力,将环境中的污染物转移到植物体内或者将污染物降解(或者使形态改变)而利用,其后对植物,尤其是植物的地上部 分进行回收利用,以达到去除或者消减污染物对环境危害的治理技术。它是一种新兴的绿色生 物修复技术,能在不破坏土壤生态环境、保持土壤结构和微生物的状况下,通过植物的根系直接
土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①2007-05-27 17:08 土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①作者】桑爱云。张黎明。曹启民。夏炜林。王华。【英文作者】 SANG Aiyun1） ZHANG Liming1） CAO Qimin1） XIA Weilin1） WANG Hua2）<1 Tropical Crops Genetic Resources Institute。CATAS。Danzhou。Hainan。 2 College of Agronomy。SCUTA。Hainan 571737）。【作者单位】中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所。华南热带农业大学农学院。海南儋州。【刊名】热带农业科学 , Chinese Journal of Tropical Agriculture, 编辑部邮箱2006年01期 桑爱云1>② 张黎明1> 曹启民1> 夏炜林1> 王华2> (1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州571737。 2 华南热带农业大学农学院海南儋州571737> 摘要重金属污染是土壤污染中危害极大的一类, 重金属污染的防治及其修复是目前国际上研究的热点之一。综述了土壤重金属污染及其植物修复的方法, 概述了超富集植物的概念、植物修复的机制和方式, 系统阐述植物修复的应用前景和今后的研究方向。关键词重金属污染。植物修复。超富集植物分类号X5 3 Resear ch Advances and Development Prospect of Phytor emediation in Heavy Metal Contamination Soil SANG Aiyun1> ZHANG Liming1> CAO Qimin1> XIA Weilin1> WANG Hua2> (1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, CATAS, Danzhou, Hainan 571737。 2 College of Agronomy, SCUTA, Danzhou, Hainan 571737> Abstr act Heavy metal contamination is extremely harmful in soil contamination. It is one of the research priorities in the world to control and remedy heavy metal contamination. Heavy metal contamination in soil and its phytoremediation are reviewed in this paper. At the same time, the definition of hyper-accumulated plants and the mechanism and measures of phytoremediation are described in detail. The perspectives in research and application of phytoremediation were expounded systematically. Keywords heavy metal contamination 。phytoremediation 。hyper-accumulator 热带农业科学CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE 2006 年 2 月第26 卷第 1 期Feb. 2006 Vol.26, No.1 ① 科技基础性工作和社会公益研究专项( 2004DI B3J073> 资助。
土壤重金属污染的植物修复 【摘要】土壤重金属污染是急需解决的环境问题之一，植物修复对于重金属污染土壤的治理修复具有重要意义。本文介绍了植物修复技术的概念、基本原理、研究现状以及优缺点，并展望了该领域今后的研究方向。 【关键词】植物修复；重金属；超积累植物；土壤 随着工业和农业的发展，重金属对土壤的污染越来越严重。土壤中重金属污染不仅直接影响作物的产量与品质，而且会通过食物链危及人类的健康和安全，如日本的痛骨病事件就是典型的例证。由于重金属污染物在土壤中难迁移，又不能被微生物降解，价态变化复杂，使得治理非常困难[1]。目前，常用的土壤污染修复方法有物理法、化学法和生物法(如客土法、淋溶法、施用化学改良剂等)[2]，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。近年来出现的植物修复技术由于成本低、效果良好、环境友好等优点，正成为环境科学领域研究和开发的热点[3,4]。 1.植物修复技术及其机理 植物修复技术是指将某种特定的植物种植在重金属污染的土壤上，该种植物对土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，将植物收获并进行妥善处理(如灰化回收)后即可将该种重金属移出土体，达到污染治理与生态修复的目的[5]。根据机理不同分以下4种：植物萃取、植物稳定、植物挥发和植物转化。 植物萃取又称植物提取技术。重金属经植物根系吸收后，继而转移、贮存到植物茎叶，然后收割茎叶，从而达到去除土壤重金属元素的目的。植物萃取技术利用的是一些对重金属具有较强富集能力的特殊植物，要求所用植物具有生物量大、生长快和抗病虫害能力强的特点，并具备对多种重金属较强的富集能力(即超富集植物)[6]，植物萃取是目前研究最多且最有发展前景的植物修复方式，此技术的关键在于寻找合适的超富集植物和诱导出超级富集体。 植物稳定是耐性植物利用其自身的机械稳定作用和吸收沉淀作用固定土壤中重金属的方式，包括了分解、沉淀、螯合、氧化还原等多种过程，这些过程可降低重金属的生物有效性，防止其进入水体和食物链。然而植物稳定并没有将环境中的重金属离子去除，只是暂时的固定，使其对环境中的生物不产生毒害作用，并没有彻底解决环境中的重金属污染问题。 植物挥发是指利用植物去除土壤中的一些挥发性污染物的一种方法，即植物将污染物吸收到体内后又将其转化为气态物质，释放到大气中。植物挥发只限于挥发性的污染物(如Se，As和Hg等)，应用范围小，且此方法将污染物转移到大气中，对环境有一定的影响。 植物转化是指利用植物的根部及其它部位通过新陈代谢作用等生理过程将
土壤重金属污染植物修复研究进展 土壤学兰兴梅S2******* 摘要：植物修复是一项新兴的绿色环保重金属污染物修复技术。本文在概述我国土壤重金属污染物的种类和污染现状的基础上，阐述了植物修复类型与机理、植物修复影响因素、植物修复的限制因素，并提出提高修复效率的手段，最后对重金属污染物植物修复进行了展望。 关键词: 重金属；土壤污染；植物修复 土壤是人类及众多生物赖以生存发展的物质基础之一。污染物通过水体、大气间接或直接进入土壤中，当其积累到一程度、超过土壤自净化能力时，土壤的生态服务功能将降低，进而对土壤动、植物以及微生物产生影响[1]。在经济全球化的大背景下，工业化和城镇化迅速发展，土壤污染日益严重[2]。重金属是土壤重要污染物之一，它在土壤中迁移转化，易于被植物或微生物吸收利用，继而通过食物链进入人体，引起各种生理功能改变，导致各种急慢性疾病，如慢性中毒、致癌和致畸等。同其他种类的污染物相比，重金属污染具有隐蔽性、毒性大、长期性和不可逆转性等特点[3]。如何防治土壤重金属污染已成为我国乃至全球的研究焦点。 物理、化学及生物的方法都可用于修复重金属污染土壤，但是植物修复长期以来被公认为是净化水土资源的一种绿色环保的方法[4]，它是一种能让土壤免受扰动、绿色、生态友好的生态修复技术。近年来，对重金属植物修复技术的研究，特别是耐重金属和超富集植物及其根际微生物共存体系的研究、根际分泌物在微生物群落的进化选择过程中的作用、以及根际物理化学特性研究方面已经取得了重要进展[1]。鉴于土壤重金属污染严重以及植物修复技术的重大意义，本文将从我国土壤重金属污染现状、植物修复技术以及植物修复技术的限制性因素三个方面进行综述，以期为该领域的深层次研究提供参考。 1我国土壤重金属污染物来源及污染现状 1. 1土壤重金属污染物种类及来源 重金属是指密度在 4. 0 以上的60 种元素或密度在 5. 0 以上的45 种元素，通常可以分为以下 3 类：(1) 具有生物毒性的金属汞( Hg) 、镉( Cd) 、铅
土壤重金属污染的植物修复研究 院系:生命科技学院 专业：农学 班级：农学101 姓名：刘忠臣 学号：20100114103 完成日期：2012-12-29
目录 摘要 (3) 关键词 (3) 引言 (4) 第1章土壤重金属污染的植物修复概念及特点 (5) 1.1 植物修复法定义 (5) 1.2 植物修复技术的特点 (6) 第2章超积累植物及其概念 (6) 第3章重金属污染的植物修复机理 (7) 3.1 植物根系对重金属的吸收 (7) 3.2 重金属由根系向地上部的迁移 (8) 3.3 植物地上部重金属的积累 (8) 第4章提高植物对土壤重金属修复的措施 (9) 4.1 调节土壤pH (9) 4.2 添加螯合剂等添加剂，提高重金属的生物可利用率 (9) 4.3 施加植物营养，促进植物对重金属的吸收 (10) 第5章结论 (10) 参考文献 (10)
摘要：土壤重金属污染越来越严重，对环境安全和农业可持续发展构成了严重威胁。所以，对土壤重金属污染的修复刻不容缓，世界各地的科学家对此的研究也越来越深入。其中，土壤重金属污染的植物修复以其独特的优点越来越受关注。科学家对土壤重金属污染的植物修复技术研究也越来深入，其配套技术也越来越完善。本篇论文主要对土壤重金属污染的植物修复做完整的介绍，并对其技术特点及应用做了详细的描述。对土壤重金属有超积累现象的植物的寻找与培育是今后对土壤重金属污染的植物修复研究的重中之重。 关键词：重金属污染植物修复超积累植物
引言 土壤重金属以其特殊化学性质，对环境污染的持久性以及强烈的生物毒性，一直被世界各国环境科学工作者作为研究的重点。近几十年来，由于农药和化肥的大量使用、废水或污水灌溉、工业废渣与垃圾填埋渗漏和大气沉降等，造成土壤重金属污染日趋严重。土壤重金属污染，改变土壤化学组成，直接或间接地破坏土壤的生态结构，通过土壤—作物系统迁移积累，进而影响农产品安全乃至人体健康。据估算，我国重金属污染的土壤约3亿亩，占耕地总面积的1/6左右，每年因重金属污染的粮食高达数百万吨。土壤重金属污染问题以对我国环境安全和农业可持续发展构成严重威胁，亟须解决。 对于土壤重金属污染的修复方法主要有植物修复技术、工程措施、热解吸法、玻璃化技术、电动修复、电热修复/电磁法修复、土壤淋洗、土壤固化技术、有机质改良法、重金属拮抗作用、微生物修复技术、农业生态修复、联合修复技术。 本文主要研究植物修复技术。土壤重金属污染和防治一直是国际上的难点和热点研究课题。当前，主要的土壤修复技术包括工程治理、化学治理、农业治理和生物治理等四种措施，其中植物修复技术，因其具有效果好、投资省、费用低、二次污染小等优点，被誉为绿色修复技术，日益受到人们的重视，成为污染土壤修复研究的热点。 随着城市化、工业化的进程加速，土壤重金属污染不断加剧。重金属污染已成为全球面临的最大的环境问题，2011年全国环境保护工作会议中明确提出，重金属污染是“十一五”凸显的重大环境问题，国务院已经批复《重金属污染综合防治“十二五”规划》，重金属污染综合防治列为环境保护的头等大事，力争到2015年，进一步优化涉重金属产业的结构，完善重金属污染防治体系、事故应急体系及环境与健康风险评估体系。可见，重金属污染的防治将是未来我国环境保护工作的重点。植物修复技术是重金属污染治理的重要手段。
立志当早，存高远 重金属污染土壤的植物修复 土壤是环境中特有的组成部分，是最宝贵的自然资源之一。在地球表面，土壤处于大气圈、岩石圈、水圈和生物圈之间的过渡地带，是生态系统物质交换和物质循环的中心环节，是连接地理环境各组成要素的枢纽，是人类赖以生存的必要条件。然而，各种人为因素如工业污泥、垃圾农用、污水灌溉、大气中污染物沉降，大量使用含重金属的矿质化肥和农药等等，使土壤遭受不同程度的破坏，致使原有土壤理化性质退化、丧失耕作价值，并危及食物链安全与人类自身健康。 我国城市与工业废水年排出镉、汞等重金属为2700 吨左右，且相当一部分污染物通过灌溉途径进入农牧业生产环境，污染了耕地。灌溉水源中的镉、汞、铜、锌等重金属一旦进入土壤，就会被农作物吸收，从而残留在农产品中。受污染的水源和农作物还会危及畜禽健康，使畜禽产品受到污染。 在造成环境污染的重金属中，危害最大的是汞、镉、铬、铅、砷等，毒性稍低的是镍、铜、锌、钴、锰、钛、钒、钼、铋等。汞进入人体后被转化为甲基汞，有很强的脂溶性，易进入生物组织，并有很高的蓄积作用，在脑组织中积累，破坏神经功能，无法用药物治疗，严重时能造成死亡。镉进入人体后，主要贮存在肝、肾组织中，不易排出，镉的慢性中毒主要使肾脏吸收功能不全，降低机体免疫力以及导致骨质疏松、软化，引起全身疼痛、腰关节受损、骨节变形，如八大公害之一的骨痛病，有时还会引起心血管疾病等。铅对人体也是累积性毒物，铅能引起贫血、肾炎，破坏神经系统和影响骨骼等。砷是一种类金属，也是传统的剧毒物。 植物修复是一门新兴的环境治理技术。广义的植物修复就是利用植物提取、吸收、分解、转化或固定土壤、沉积物、污泥或地表、地下水中有毒有害
土壤重金属污染植物修复技术 摘要：重金属是全球环境最重要污染物之一，具备毒性强，不能为生物所分解，大多数也不能通过焚烧办法从土壤中去除；能通过活性氧等中介作用，导致植物氧化伤害，乃至死亡，并且能通过食物链在生物体内富集，进而危及人类身体健康等。本文概括了土壤重金属来源和危害，并阐述了植物修复技术研究方向和优缺陷以及将来发展趋势。 核心词：土壤重金属污染植物修复 土壤是自然界赋予人类宝贵资源，是人类赖以生存物质基本，也是人类环境重要构成某些，具备维持系统生态平衡自动调节功能（1）。但是随着工业发展和农业生产当代化，土壤重金属污染问题已成为全球各国共同面临棘手问题。从1973年Wagner KH，Siddiqi 初次刊登关于土壤重金属污染问题文献以来，到当前通过了三十近年研究历程。近十年来关于重金属在土壤、作物中迁移、富集及对重金属污染土壤治理和植物修复等问题引起了全世界学者高度注重和进一步研究（2~3）。 土壤重金属污染不会被微生物降解、迁移性小、很难被清除、易在土壤中富集，始终备受人们关注。土壤中重金属含量超过其环境容量时，一则对土壤中微生物起抑制毒害作用。使土壤生产力减少；二则其直接作用于植物，使植物生长、发育、繁殖受到影响。产量减少，产品质量下降；再则可先通过吸取富集于植物体内，然后通过食物链迁移至动物和人体内，严重威胁动物、人类生存健康。重金属不但以单一元素污染土壤，当各种重金属在土壤中共存时，它们之间还存在协同、拮抗作用，并且随着污水灌溉以及农药、化肥、污泥大量施用，进一步加剧了土壤复合污染（4）。因而，研究土壤重金属污染来源、形态、赋存形态及转化迁移规律，积极摸索更有效、经济污染测定技术和修复技术具备重要意义。 一.土壤重金属污染现状、来源和危害 1.1土壤重金属污染现状
土壤重金属污染的植物修复 3 屈 冉1,2 孟 伟1 李俊生 133 丁爱中2 金亚波 3 (1中国环境科学研究院,北京100012; 2 北京师范大学水科学研究院,北京100875; 3 广西大学农学院,南宁530005) 摘 要 土壤重金属污染的危害范围广泛,使用传统的物理和化学修复方法成本高,对环 境扰动大,而利用植物修复的效果较为明显,易于操作。本文论述了土壤重金属污染的单一植物、植物与微生物联合、植物与化学方法相结合的修复方法,着重介绍了重金属超富集植物的研究和植物体内螯合肽(PCs )的合成。生物螯合剂的应用及土壤重金属污染的动物、植物和微生物的联合修复将是未来研究的热点。关键词 土壤污染;重金属;植物修复中图分类号 X131.3 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2008)04-0626-06Research progress on phytore m ed i a ti on of heavy m et a l con t am i n a ted so il 1QU Ran 1,2 , ME NG W ei 1,L I Jun 2sheng 1,D ING A i 2zhong 2,J IN Ya 2bo 3(1 Chinese R esea rch A cade m y of En 2 vironm ental Sciences,B eijing 100012,Ch ina;2 College of W ater Sciences,B eijing N or m al U niver 2 sity,B eijing 100875,Ch ina;3 A g ricultu ral College of Guangxi U niversity,N anning 530005,Chi 2na ).Ch inese Journal of Ecology ,2008,27(4):626-631.Abstract:The conta m inati on har m by s oil heavy metals is extensive .The cost of traditi onal phys 2ical and che m ical re mediati on methods is expensive .Moreover,the disturbance of traditi onal methods on envir onment is severe .It has been p r oven that phyt ore mediati on ismore effective than other methods and easily operated .This paper discussed the phyt ore mediati on technique of single p lants,co mbinati on of p lants and m icr obes,as well as combinati on of p lants and che m ical treat 2ment,and e mphatically intr oduced the research of hyperaccumulati on p lant and the synthesis of phyt ochelatin (PCs ).It is f orecasted that future disquisitive e mphases are the app licati on of bi o 2chelat or al ong with co mbinati on re mediati on of ani m als,p lants and m icr obes .Key words:s oil conta m inati on;heavy metal;phyt ore mediati on . 3国家自然科学基金项目(30440036)和中国环境科学研究院中央级公益性科研院所基本科研业务专项资助项目(30770306)。33通讯作者E 2mail:meng wei@craes .org .cn 收稿日期:2007206224 接受日期:2007212203 土壤是人类及众多生物赖以生存繁衍发展的物 质基础之一。污染物通过水体、大气间接或直接进入土壤中,当其积累到一定程度、超过土壤自净化能力时,土壤的生态服务功能将降低,进而对土壤动、植物以及微生物产生影响。重金属是土壤重要污染物之一。粗略统计,在过去的50年中,排放到全球环境中的Cr 212×104 t 、Cu 9139×105 t 、Pb 7183×105 t 和Zn 1135×106t,其中大部分进入土壤,致使 世界各国土壤出现不同程度的重金属污染(Singh,2003),中国土壤的重金属污染也十分严重(王新和周启星,2004)。土壤中的重金属离子可以作为中 心离子与土壤中的水、羟基、氨以及一些有机质中的某些分子形成螯合物,并在土壤中迁移转化,易于被植物或微生物吸收利用,继而通过食物链进入人体,引起各种生理功能改变,导致各种急慢性疾病,如慢性中毒、致癌和致畸等。因此,有必要开展土壤重金属污染的生态修复。 传统的土壤重金属污染修复技术有排土填埋法、稀释法、淋洗法、物理分离法和化学法等。在20世纪80年代初期,土壤重金属污染的植物修复开始起步,目前关于这方面的研究比较多,是一项有发展前景的修复技术。与传统的处理方式相比,植物修复的主要优点是成本低,处理设施简单,适合大规模的应用,利于土壤生态系统的保持,对环境扰动小, 具有美学价值等特点。植物修复是生物修复(bi ore 2 生态学杂志Chinese Journal of Ecol ogy 2008,27(4):626-631
土壤重金属污染的现状及植物修复研究进展 《环境生物技术》结课论文 学院：生命科学学院 专业：生物工程 年级：三年级 姓名：郑洪胜 学号： 0809030311 教师：白宁宁 2011-6-22
土壤重金属污染的现状及植物修复研究进展 【摘要】：本文在评述了金属污染物来源和分布的基础上,概括了植物修复的 核心——超积累植物的研究现状，并分析了它的优缺点及技术发展方向，旨在为重金属污染土壤的有效修复提供科学的依据。 【关键词】：重金属污染土壤植物修复超积累植物 土壤是人类及众多生物赖以生存繁衍发展的物质基础之一。污染物通过水体、大气间接或直接进入土壤中，当其积累到一定程度、超过土壤自净化能力时，土壤的生态服务功能将降低，进而对土壤动、植物以及微生物产生影响。 重金属是土壤重要污染物之一。重金属系指密度4.0以上约60种元素或密度在5.0以上的45种元素。砷、硒是非金属，但是它的毒性及某些性质与重金属相似，所以将砷、硒列入重金属污染物范围内。环境污染方面所指的重金属主要是指生物毒性显著的汞、镉、铅、铬以及类金属砷，还包括具有毒性的重金属锌、铜、钴、镍、锡、钒等污染物。目前，世界各国土壤存在不同程度的重金属污染，全世界平均每年排放Hg约1.5万t、Cu为340万t、Pb为500万t、Mn为1500万t、Ni为100万t。土壤中进入的重金属不能被土壤微生物所分解，而易于积累，转化为毒性更大的甲基化合物，甚至有的通过食物链以有害浓度在人体内蓄积，严重危害人体健康。 重金属对土壤的污染基本上是一个不可逆转的过程。许多重金属物质一旦进入土壤造成污染, 光靠土壤本身的自净功能需要数百年时间才能降解或者转化。某些重金属土壤污染靠土壤稀释、自净化作用是无法消除的。土壤污染一旦发生, 仅仅依靠切断污染源的方法往往很难恢复, 必须靠人工主动修复方法才能解决问题。治理污染土壤通常成本较高、治理周期较长。 （一）土壤重金属污染现状 土壤中重金属的来源是多途径的，首先是成土母质本身含有重金属，不同的母质、成土过程所形成的土壤含有重金属量差异很大。此外，人类工业、农业生产活动和交通等也造成土壤重金属污染。以下主要就受人为作用影响的土壤重金属污染来源进行介绍。 1.1 不同工矿企业对重金属积累的影响 工业过程中广泛使用重金属元素，工矿企业将未经严格处理的废水直接排放，使得它们周围的土壤容易富集高含量的有毒重金属。企业排放的烟尘、废气中也含有重金属，并最终通过自然沉降和雨淋沉降进入土壤。矿业和工业固体废弃物在堆放或处理过程中，由于日晒、雨淋、水洗等，重金属极易移动，以辐射状、漏斗状向周围土壤扩散，固体废弃物也可以通过风的传播而使污染范围扩大。 1.2 农业生产活动影响下的土壤重金属污染 农业生产，尤其是近代农业生产过程中含重金属的化肥、有机肥、城市废弃物和农药的不合理施用以及污水灌溉等，都可以导致土壤中重金属的污染。重金属元素是肥料中报道最多的污染物质，化肥中品位较差的过
Research Progress of Phytoremediation Technology on Soils Polluted by Heavy Metals in Mining Areas Ying WANG,Zhun XIANG,Hongzao HE,Chunguang REN,Chao SUN * Institute of Biology,Guizhou Science Academy,Guiyang 550009,China *Corresponding author.E -mail:chao_sun2000@https://www.doczj.com/doc/4311761106.html, Received:September 25,2012Accepted:October 8,2012 A Agricultural Science &Technology,2012,13(10):2133-2136 Copyright 訫2012,Information Institute of HAAS.All rights reserved Soil and Fertilizer Abstract Phytoremediation is an efficient and economic ecological technology.It in -cludes phytostabilization,phytovolatilization,and plant absorption.In the research,status quo and progress of Phytostabilization and plant absorption in soils polluted with heavy metals in metal mines were summarized,including the characteristics and status quo of phytoremediation and selection method of hyperaccumulator.In addition,further research was proposed as well. Key words Heavy metals;Polluted soils;Phytoremediation;Hyperaccumulator R ecently,soil pollution with heavy metals is increasingly serious in mining areas and neighboring regions,threatening eco -environment,food security and peo -ples ’health.It is urgent to develop economic and high efficient soil restoration technology for environment improvement,which is a research hots -pot in environmental sciences,geological sciences and agricultural sciences [1-6].Heavy metals in soils in -clude Chromium (Cr),Lead (Pb),Mer -cury (Hg),Znic (Zn),Stannum (Sn),Cadmium (Cd)and Arsenic (As).Some of the heavy metals would have a direct effect on environment,such as Cd,Pb,Hg and As and some,as necessary microelements,would pol -lute environment if the contents ex -ceed a certain value,such as Zn and Cu.Presently,Cd,Pb,As,Pb and Hg are most studied [7]. The restoration methods of soils contaminated by heavy metals are physical method,chemical method and biological method,among which the first two,expensive and complicat -ed,usually destroy soil structure or biodiversity and are not suitable for soils polluted in large area [8-10].Biore -mediation technique,especially for phytoremediation,enjoys many ad -vantages,such as safeness and low cost,eco -balance and environment -friendliness.However,some condi -tions should be satisfied,as follows:Plants tolerant to heavy metals or hy -peraccumulator should be selected;the theories and operation technolo -gies for optimal restoration effect should be obtained [11-12].Phytoremedi -ation on soils polluted by heavy metals can be observed from phytostabiliza -tion,phytovolatilization and plant ab -sorption.The researches available concentrate on the plants which would remove heavy metals efficiently (hy -peraccumulator)and plants which would prevent heavy metals being ab -sorbed (hyper -tolerant plants). Characteristics of Phytore -mediation Exploitation of metal mine is characterized with pollution by heavy metals.Hence,pollution reduction of heavy metal should be considered in treatment of soil erosion in mining ar -eas.Although the methods of heavy metal treatments are multiple,at home and abroad,phytoremediation proves optimal,which is economic,high -effi - cient and safe.It has been an emerg -ing technology in restoration of soils polluted by heavy metals. Phytoremediation refers to the natural ability of certain plants called hyperaccumulators to bioaccumulate,degrade,or render heavy metals in soils and can be classified into phy -toextraction,phytovolatilization,rizofil -tration,and phytostabilization.The first three are usually called removing pro -cess and the last one is called stabi -lization period.Phytoextraction is quite popular in research field.For restora -tion of heavy metals in metal mines,the plants with ability of hyper -collec -tion are mainly made use of.There -fore,soil erosion would be reduced and heavy metals in soils would be transferred into plants which would be processed together to be raw materi -als of industry production. Status quo of Phytoreme -diation Research Hyper -tolerant plants can make use of root absorption and collection a -bility to fix heavy metals in plant roots and rhizosphere soils,further reducing transferring ability of heavy metals in soils.Hence,bioavailability and bio -toxicity of heavy metals would drop ac -cordingly [13-14].With this kind of plants,vegetation coverage in mining area can be enhanced and erosion condi -tions would be improved.It is of practi -cal significance for ecological restora -tion and soil pollution restoration to grow the plants in metal mines. Agrostis tenuis and Festuca rubra ,discovered by Smith and Brad -shaw [15],have been applied in heavy metal stabilization,such as Pb,Zn and