重金属污染土壤植物修复研究进展

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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。

上海农业科技　２０１ｌ一５　土壤重金属污染物来源及植物修复技术研究进展　张峻（上海市闵行区蔬菜技术服务中心２０１１００）　付蓉蓉（上海交通大学农业与生物学院）　摘　要：随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种途径进人土壤，造成土壤中重金属元素富　集，严重影响到整个人类生存环境的质量。植物修复技术作为一种新兴的绿色、生态、高效的修复技术，在土　壤重金属污染修复中具有良好的发展前景。为给土壤重金属污染治理提供科学依据，在讨论土壤重金属污染物　来源的基础上，论述了植物修复技术的研究进展，以供参考。　关键词：土壤重金属污染物；来源；植物修复技术　土壤是环境的重要组成部分，承担着环境中大约９０％的　污染物…，是农业生产的重要资源。土壤重金属污染是通过　人类活动使重金属进入到土壤中，致使土壤中重金属明显高　于土壤原始含量，并造成生态环境质量恶化的现象　Ｉ。重金　属在土壤中一般不易随水淋滤，不能被土壤微生物分解，相　反，重金属可在土壤环境中富集，甚至某些重金属会转化为　毒性更大的甲基化合物。由于土壤重金属污染的隐蔽性，使　人们不易觉察或注意，但一旦其毒害作用表现出来就难以消　除。随着全球经济的快速发展，含重金属的污染物通过各种　途径进入土壤，造成土壤中重金属元素的富集，这不但影响　农产品产量与品质，而且影响大气和水环境质量，并可通过　食物链危害动物和人类的健康和生命。为控制和治理已被重　金属污染的土壤，利用植物修复技术，将某种特定的植物种　植在重金属污染的土壤上，通过该种植物对土壤中特定重金　属元素的吸收富集，而后将植物收获并进行妥善处理（如灰　化回收），从而将重金属移出土壤，达到治理污染与恢复生态　的目的ｌ３Ｉ。本文在讨论土壤重金属污染物来源的基础上，论　述了植物修复技术的研究进展，以期为土壤重金属污染治理　提供科学依据。　１　土壤重金属污染物的来源　１．１工业污染　随着经济的发展，人们对工业的开发利用越来越重视，　但在一些经济欠发达地区，人们的环保意识较弱，加上我国　目前的科技发展水平低和经济实力差，导致大部分工业废弃　物未经处理，直接排放进自然环境中。如：工矿企业排放的　烟尘、废气中含有重金属，最终通过自然沉降和雨淋沉降进　入土壤；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。据统计，中国　因工业三废污染的农田近７００万ｈｍ：。有报道称　１，南京某合　金厂周围土壤中的Ｃｒ含量大大超过土壤背景值，Ｃｒ污染范　围以工厂烟囱为中心，达ｌ１５　ｋｍ　。　１．２农业污染　为追求高产、稳产，在农业生产中使用了大量的农药、化　收稿日期：２０ｌ０一¨一２９　肥等。含镉、汞的磷肥，含有汞、砷，铜、锌等重金属的农　药，以及利用未经处理的污染水灌溉农田，都会导致土壤的　重金属污染，且对农作物的产量及品质造成极大的不良影　响。同时加上地膜的大面积使用，也使Ｃｄ、Ｐｂ等进入土壤，　加重了土壤的重金属污染程度。此外，畜禽养殖也是导致土　壤重金属污染的重要方面，由于在使用的配方饲料中会添加　适当比例的重金属元素Ｉ５　Ｆ，过量的重金属元素通过动物排泄　进入土壤或水域，或通过有机肥的形式施入农田。　１．３交通运输　道路两侧土壤中的重金属污染物主要来自汽车尾气排　放、汽车轮胎磨损产生的大量含重金属的有害气体、粉尘的　沉降，污染元素主要为Ｐｂ、Ｃｕ、Ｚｎ等ｌ６Ｉ。汽车尾气排放的　主要污染物有一氧化碳、碳氢化合物、氮氧化物、铅等，这　些物质随风飘落，进入土壤，形成污染。它们一般以道路为　中心呈条带状分布，污染强度因距离公路、铁路，城市以及　交通量的大小有明显的差异。　２植物修复技术　植物修复是指将某种特定的植物种植在受重金属污染的　土壤上，利用植物及其根系微生物对污染土壤、沉积物、地　下水和地表水中的重金属进行清除的一种有效的生物技术。　由于这种植物对土壤中特定重金属元素具有特殊吸收富集能　力，种植一段时间后，将其收获后并妥善处理（如灰化回收）　后即可将这种重金属移出土体，从而达到污染治理与生态修　复的目的！’，　。　２．１超积累植物及其吸附重金属机理　超积累植物是植物修复技术的基础，其发现带动了植物　修复技术研究的发展。１９７７年Ｂｒｏｏｋｓ等　ｉ首先提出超积累植　物概念，当时定义为地上部分Ｎｉ含量＞１　０００　ｇ／ｇ（干重）　的植物，后来，随着其他重金属超积累植物的陆续发现，一　些学者对此定义作了修改。通常，超富集植物的界定可考虑　以下因素：（１）超积累植物的生物富集系数（植物地上部分重　金属含量与土壤重金属含量的比值）＞ｌ；（２）植物地上部　分重金属含量与根中重金属含量的比值＞ｌ，这表明植物能　有效地把重金属从根转运到地上部分；（３）超积累植物对重　金属具有耐性能力，能解除重金属对植物造成的毒性ｌ１０】。由　于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存　一

２０１３年第５期　环境与可持续发展　

ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ＳＵＳＴＡＩＮＡＢＬＥ　ＤＥＶＥＬＯＰＭＥＮＴ　Ｎｏ．５，２０　１　３　

重金属污染土壤的植物修复研究　

卫三平　李永杰　

（１．山西省吕梁市水利局，山西吕梁０３３０００；２．山西水利职业技术学院，山西运城０４４００４）　

【摘要１本文在论述土壤重金属污染来源及危害的基础上，综述了植物修复原理、植物修复分类、植物修复的优点和　局限性，提出了今后的重点研究方向。　【关键词１重金属；土壤污染；植物修复　中图分类号：Ｘ５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—２８８Ｘ（２０１３）０５—００７０—０３　

植物修复集永久性和广域性于一体，是一种新兴的　

绿色生物技术，能在维护土壤结构和微生物活性的情况　

下对重金属污染土壤进行修复，因此越来越受到世界各　

国的高度重视和青睐。２Ｏ世纪９Ｏ年代以来，植物修复　

已成为土壤环境重金属污染治理研究领域的一个前沿性　

课题。　

１　土壤重金属污染来源及危害　

土壤重金属污染物的来源途径主要包括：采矿、冶　

炼、化工、电子、制革、燃料等工业产生的“三废”；　

城镇建设等排放的固体废弃物，城乡生活垃圾、污水　

等；农业污水灌溉、化肥和农药的不合理施用；重金属　

以气溶胶的形态进入大气，经过自然沉降和降水进入土　

壤等。　

某些重金属元素（如ｚｎ、ｃｕ）对植物而言是必需元　

素，但重金属在土壤中积累到一定限度时，就会对土壤　

一植物系统产生毒害作用，不仅导致土壤退化、土壤生　

态结构和功能紊乱、植物的生长发育异常、农作物产量　

和品质降低，而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地　下水而恶化水文环境，更为严重的是这些重金属物质可　

以在土壤中留存几十年、几百年，通过植物可食部分的　

富集吸收进入食物链危害人畜生命和健康。研究表明：　

受重金属污染的土壤，其微生物生物量比正常使用粪肥　

的土壤低得多，并且减少了土壤微生物群落的多样　

性…。随着工业的发展和农业的现代化，重金属污染问　

文章编号:10002694X(2009)0520859207植物修复技术在土壤重金属污染中应用的研究进展

收稿日期:2008210207;改回日期:2008210223 基金项目:国家“973”项目(2009CB421306);国家自然科学基金项目(40671195,40771004);国家科技支撑计划林业项目(2006BAD26B08203)和国家科技支撑计划项目(2007BAD46B08)共同资助 作者简介:刘小宁,男(1984—),河南安阳人,在读研究生,研究方向为植物生理生态及干旱环境变化。Email:liuxn___601@ 3通讯作者:马剑英(Email:jyma@)刘小宁1,马剑英13,张慧文2,崔永琴1,段争虎1

(1.中国科学院寒区旱区环境与工程研究所敦煌戈壁荒漠生态与环境研究站,甘肃兰州730000;2.兰州大学西部环境教育部重点实验室,甘肃兰州730000)

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;超积累植物;基因工程中图分类号:X53文献标识码:A

土壤是人类赖以生存发展所必需的生产资料,也是人类社会最基本、最重要的自然资源之一。随着各国工业化的深入和人类不合理活动的加剧,多