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土壤重金属污染及其植物修复研究进展

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土壤重金属污染及其植物修复研究进展

摘要：土壤重金属污染是国内外普遍存在的热点问题，中国土壤重金属污染较为严重。玉米等农作物可以吸附土壤中重金属，造成农作物本身的重金属含量超过其背景值，甚至转化有毒的化合物，这些有毒物质通过食物链的方式进入到人体中，严重危害人体健康。因此，修复和治理土壤重金属污染是非常有必要的。基于此，对土壤重金属污染及其植物修复进行研究，以供参考。

关键词：土壤；重金属；植物修复；吸附机理；研究方向

引言

土壤是人类发展的基础,土壤资源的利用和保护与人类的健康发展息息相关。随着工业的快速发展,采矿业和制造业发展迅速,再加上交通的汽车尾气导致大量的重金属也随生产排放到了环境中,不仅影响着土壤系统的物质交换和能量流动,还影响土壤中各种植物、动物和微生物的生长,威胁着人类健康,影响着社会的可持续发展。

1土壤重金属的污染来源

土壤重金属的污染来源广泛，可分为工业、农业、生活污染，以及交通污染和自然污染。工业污染主要为矿产冶炼、电镀、化工等行为排放的重金属；农业污染存在于农业生产；生活污染来源于生活垃圾，家庭燃煤等交通污染来自汽车尾气排放，以及车辆磨损、油料燃烧等。自然资源产生的重金属污染是不可避免的，土壤母质内的重金属含量较高，加上自然排放，如火山喷发而造成的土壤污染等。重金属不易被溶解以及生物降解，并且有生物富集的作用，对植物的危害主要在于影响植物的生长，如影响农作物的产量与品质。土壤重金属污染有着较长的潜伏期，污染表现特点主要为隐蔽性、不可逆性、表聚性、长期性等。土壤重金属含量过高会引起土壤质量下降，降低土壤微生物量，破坏土壤微生物种群结构，造成土壤微生物失衡。受污染土壤一般变现为丧失生物多样性，生物活性减少。大气中含有较多的重金属，大气沉降是土壤重金属的来源。工矿企业的生产、汽车尾气、汽车磨损产出的粉尘，是大气重金属的重要来源。

2重金属离子对植物的影响

（1）重金属离子对植物种子萌发的影响，重金属对植物种子萌发有着促进作用和抑制作用。抑制效果随重金属离子浓度和胁迫时间的增加而增加。研究发现，当用低浓度的重金属溶液胁迫植物种子时，可促使种子的萌发，而当使用高浓度重金属溶液胁迫时，呈现的是抑制萌发。用不同浓度的铜离子溶液对波斯菊种子进行胁迫处理，研究发现，随着铜离子浓度的增加，波斯菊花种子的发芽势、发芽率和发芽指数先升高后降低；并且根和苗高的抑制作用也增强。（2）重金属离子对植物幼苗生长的影响，重金属对植物幼苗生长的影响主要是抑制生长。由于重金属引起植物幼苗生理生化过程的紊乱，导致植物生长所需的物质和能量供应不足，从而抑制植物的生长，其症状变化主要体现在植物的一些营养器官上，如叶片、枝干等。镉进入植物体内其含量超过一定数值后，会出现植株生长发育缓慢、矮小、叶片变绿、产量下降等中毒症状；铜能抑制植物根系生长和养分富集，导致地上部分生长缓慢，偶尔失去绿色；铬可以使叶子变绿变黄，出现褐色斑点，并逐渐扩散到整个叶子，表现出缺铁的症状。

3土壤重金属植物修复机理及植物修复研究

3.1植物修复技术

植物修复是利用一种或多种植物对土壤污染物进行吸收、分解和转化,以减少对环境的破坏,植物修复技术的优点是成本低、环境友好、不破坏土壤结构、经济效益好。植物修复的核心机制包括:植物蒸发、降解、转化、植物提取、钝化、植物刺激技术等。以植物的种类、生物量和生长时间为变量,研究发现3种变量均会影响Cd在植物体内的积累,使富集系数和转运系数出现差异;蜈蚣草可以对As进行超积累,从土壤中吸收更多的有效态As;三七地下部分与土壤中的Cd含量相关关系显著。利用油菜修复重金属污染农田,研究发现,由于关键基因的差异,不同品种的油菜对重金属的吸收和转运的效果也不相同。芥菜型油菜对Cu、Pb较为敏感,甘蓝型油菜对Zn、Cd较为敏感,适合用于修复复合型污染土壤。 3.2适宜的超富集植物筛选与培育

根据区域土壤特性、气候环境条件，因地制宜筛选超富集植物。同时，针对不同的污染类型、污染程度，着重从本土植物中筛选超富集植物。同时，依据气候环境条件，分区域构建超富集植物种质资源圃或种质资源库。不仅需要强化对现存种质资源的选用，还需要充分利用传统和现代植物育种技术，培育筛选生物量大、生长周期短、修复效率高的重金属修复植物新品种。强化对超富集植物的收集、保育、研究和新品种创制，加强对筛选出的超富集植物区域适种范围及其对不同重金属耐受程度等的研究，构建面向全国大众、数据共享共用的重金属超富集植物数据库，不断加强超富集植物在重金属污染土壤中的应用。

3.3转基因植物对土壤中汞污染的修复

汞（Ｈｇ）在自然界主要以三种形式存在，即有机汞、无机汞和单质汞。其中有机汞的毒性最大，约为无机汞的２００倍，甲基汞的毒性则更大。到目前为止，还没有发现汞的超富集植物。但是，细菌对汞的固定机制和编码生化解毒酶水银抗性基因操纵子已研究清楚了，这就为汞的净化指明了方向。ｍｅｒＡ和ｍｅｒＢ这两个基因分别编码有机汞还原酶和有机汞裂解酶。ｍｅｒＢ可将有机汞还原为离子汞，ｍｅｒＡ再将离子汞转化为毒性较小的单质汞，然后通过叶片会发到空气中，减少对自身的毒性。目前，拟南芥、烟草、杨树、水稻、东方三叶杨等植物物种已经用这些基因进行了转化。转基因植物在被有机汞（约４００μｇ／ｋＰＭＡ）或无机汞（约５００μｇ／ｋｇＨｇＣｌ２）污染的土壤中生长得非常好，根部积累的汞超过土壤中的浓度。

3.4植物对重金属的提取、固定和挥发去

除土壤中重金属的常见方法，分别是植物挥发、植物固着、植物提取。其中植物挥发是利用某些植物特殊的根系对所处位置土壤中的重金属进行吸收或者是植物的根茎产生的物质与重金属反应，使其升华为气态，挥发到空气中，从而起到土壤重金属的净化；植物固着的原理是某些植物在土壤中的部分，可以通过本身吸收养分过程中或者分泌某些物质与土壤中的重金属进行反应，使重金属从分子变成原子甚至高价态离子，从而固着在植物上，随着植物的土壤下部分被清除，土壤或地下水中的重金属含量也会下降，达到将土壤中重金属分离的目的；植物提取与植物固着有着类似的原理，通过某些特定植物的种植，重金属通过植物的根系吸收，源源不断转移到植物的地上部分，随着植物地上部分的清除，相应土壤中的重金属含量会随着下降。

结束语

植物修复技术作为一种低成本、环境友好的修复技术，在治理重金属污染土壤方面具有广阔的应用前景。农田肩负着粮食生产的重要任务，尤其是在我国人口数量众多、粮食需求量大、优质耕地资源短缺与粮食生产需求矛盾异常突出的当下，对重金属污染耕地进行修复治理有特殊性和紧迫性。鉴于此，综述植物修复技术治理农田土壤重金属污染的研究现状，分析影响其作用效果的因素，并对未来受污染耕地植物修复技术研究进行展望，以期为受重金属污染农田土壤的修复和治理提供指导。

参考文献

[1]何雯艳,杜静盛,邱纪侠.土壤重金属污染修复技术研究[J].农家参谋,2018(13):222.

[2]商鲁宁.土壤重金属污染及修复技术探讨[J].现代农业科技,2018(11):197-198.

[3]刘磊.土壤重金属污染问题浅析[J].当代旅游(高尔夫旅行),2018(02):155.

[4]李涵,郭欢乐,柳瑜,曹钟洋,陈松林,李亦文,王艳兰,陈志辉.农田土壤重金属污染及调控措施[J].湖南农业科学,2018(01):40-44.

[5]李才兴,管邢华,丁一峰,陈威.土壤重金属污染及其修复技术的分析[J].世界有色金属,2017(21):192-193.

作者简介：戴昊（1998-），男，汉，湖南岳阳人，成都理工大学，资源与环境专业，硕士在读；从事土壤重金属污染修复与治理研究。

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重金属污染土壤植物修复研究进展

重金属污染土壤植物修复研究进展

生态环境２００８，ｌ　７（２）：８５８．８６５　

Ｅｃｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｍ　Ｅ－ｍａｉｌ：ｅｄｉｔｏｒ＠ｊｅｅｓｃｉ．ｃｏｍ　

重金属污染土壤植物修复研究进展　

鲍桐Ｌ。，廉梅花　，孙丽娜　，孙铁珩Ｌ　，苏磊　，雷刚　

１．中国科学院沈阳应用生态研究所，辽宁沈阳１１００１６；２．沈阳大学环境工程重点实验室，沈阳１１００４４；３．中国科学院研究生院，北京１０００３９　

摘要：土壤重金属污染是当今世界面临的主要环境问题之一。植物修复定义为利用绿色植物去除环境中的污染物或使其无害　

化的生物技术。与传统环境修复技术相比，植物修复技术具有治理成本的低廉性，环境美学的兼容性，治理过程的原位性。　

本文主要对超富集植物的概念和特征、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，并对植物修复的近期研究工作进行了展望。　

关键词：植物修复；重金属；土壤污染；超积累植物　

中图分类号：Ｘ５３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７２．２ｌ７５（２００８）０２．０８５８．０８　

２０世纪５０年代后，全球环境问题的出现，迫　

使人类反思已经走过的历程和自己的行为，尤其是　

ｌ９６２年美国海洋生物学家Ｒａｃｈｅｌ　Ｃａｒｓｏｎ出版了划　

时代的科普名著《寂静的春天》，引起世人对环境　

问题的高度关注。随着１３本ｌ９５３一ｌ９５６年水俣病　

（Ｈｇ污染）、ｌ９５５－－１９７２年骨痛病（Ｃｄ污染）以　

及ｌ９６１年四１３市哮喘病（ＳＯ２和重金属粉尘复合污　

染）等事件的发生，重金属污染问题研究被提上了　

议事１３程。目前，重金属引起的土壤污染正１３益成　

为环境、土壤科学家们的研究热点问题。　

重金属是指原子密度大于５　ｇ／ｃｒｎ３的一类金属　

元素，大约有４０种，主要包括Ｃｄ、Ｃｒ、Ｈｇ、Ｐｂ、　

Ｃｕ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｓｎ等。但是，从毒性角度一般把Ａｓ、　

Ｓｅ和Ａｌ等也包括在内。重金属离子（如Ｃｕｎ、ｚｎ　

土壤重金属Cr污染及其治理研究进展_吴泽鑫

土壤重金属Cr污染及其治理研究进展_吴泽鑫

土壤重金属Cr污染及其治理研究进展

吴泽鑫，邢文听，高青环

（河南省化工研究所有限责任公司，河南郑州450052）

摘要：土壤重金属污染的防治与修复是近年来生态环境学科研究的热点。伴随铬工业的发展，土壤铬污染的事件逐渐增多，对农业造成的危害逐渐加大，随着食物链的扩大，对动植物和人造成的毒害也逐渐放大，土壤铬污染、农产品铬超标及其安全性问题已受到国内外广泛关注。本文旨在总结土壤重金属Cr污染现状、土壤中Cr来源、Cr相关化合物生态效应及当前的土壤重金属Cr污染修复机理及措施。关键词：土壤污染；重金属Cr；危害；生物修复中图分类号：X53文献标识码：A文章编号：1003－3467（2011）13－0033－04ResearchProgressofHeavyMetalCrPollutionatSoilandItsTreatment

WUZe－xin，XINGWen－ting，GAOQing－huan

（HenanChemicalIndustryResearchInstitueCo．Ltd，Zhengzhou450052，China）

Abstract：PreventionandrepairmentofsoilheavymetalCrpollutionishotspotofecologicalsciencere-

search．WiththedevelopingofCrindustry，thesoilCrpollutionaccidentincreasinggradually，theharmto

agricultureincreasinggradually；withtheenlargeoffoodchain，thepoisontoanimals，plantsandhuman

alsoamplifiering，thesoilCrpollution，chromiumoverstandardofagriculturalproductsanditssecurty

常见重金属土壤污染及植物修复研究进展

常见重金属土壤污染及植物修复研究进展

２０１１年１２月　绦色科技　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｇｒｅｅｎ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　第１２期　

常见重金属土壤污染及植物修复研究进展　

李开军　

（四川景星环境科技有限公司，四川成都６１００８１）　

摘要：指出了利用超富集植物去除土壤中的重金属已经引起国内外的广泛关注。回顾了国内外土壤重　金属污染的事件，从４个方面论述了土壤重金属的污染来源，从重金属离子的迁移转运、超富集重金属　植物的选择和植物的预警作用等方面探讨了超富集植物修复和应用，并对该领域中存在的问题进行了　

讨论。　关键词：重金属；土壤；超富集植物；植物修复；预警　中图分类号：Ｘ５９３　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７４—９９４４（２０１１）１２一Ｏ１３２一Ｏ４　

ｌ　引言　

１９５３～１９７２年日本熊本县的水俣病（汞一Ｈｇ　

中毒），１９５５～１９７２年富山县的骨痛病（镉一Ｃｄ中　

毒）以及ｌ９６１年四日市哮喘病（ＳＯ。和重金属复合　

污染）的发生　，给人们敲响了重金属污染的警　钟。我国仅２００９年环保部就接报１２起重金属、类　金属污染事件　“］，重金属污染已成为中国社会关　

注的热点问题。　近年来，随着采矿、制革、冶炼、电镀、烧碱制造、　

垃圾焚烧、污水灌溉　。　等行业的发展，大量的　Ｃｄ、Ｐｂ、Ｈｇ、Ａｓ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｃｕ等元素进入土壤，造成　

污染。重金属进入土壤生态系统后，通过与土壤多　介质组分的交互作用对土壤生态系统构成胁迫Ⅲ６］，　

破坏植物及微生物的生存环境，造成土壤质量的下　

降，从而对农作物构成威胁。据统计，１９９８年我国　由于耕地土壤重金属污染而引起的粮食减产达　

１　０００万ｔ＿６　；２００６年因重金属污染的粮食达１　２００　

万ｔ，造成直接经济损失超过２００亿元　；土壤污染　

已对生态环境、食品安全、人体健康和农业可持续发　展构成威胁，土壤重金属污染的治理和研究刻不容　

缓。　

２重金属污染的来源及危害分析　

（１）含重金属的污泥处理不当。污水处理产生　

重金属污染土壤微生物修复技术研究进展

重金属污染土壤微生物修复技术研究进展

重金属污染土壤微生物修复技术研究进展

【摘要】微生物修复是土壤环境生物修复技术的重要组成部分，是最具发展和应用前景的生物学环保新技术。介绍了重金属污染土壤微生物修复的主要原理，及微生物修复技术的现状和进展，分析了目前微生物修复存在的问题，指出了今后的研究方向与发展趋势，为重金属污染土壤微生物修复技术的理论研究和应用提供了参考。

【关键词】污染土壤；微生物；修复原理；修复技术

土壤污染已经成为全球性的重要环境问题之一。由于矿山开采、金属冶炼以及工业污水和污泥的农业应用，大量的有毒有害重金属元素进入土壤系统，在土壤中的滞留时间长，具有难降解性、隐蔽性和不可逆性的特点，不仅导致土壤的退化、农作物产量和品质的降低，而且还可能通过食物链危及人类的健康和生命。

目前，用于土壤重金属污染治理的方法包括物理修复、化学修复和生物修复。物理修复、化学修复虽能达到一定的效果，但是能耗大、二次污染等问题也限制了其应用[1]，尤其对于大面积有害的低浓度重金属污染，更是难以处理。重金属污染土壤的原位生物修复是利用各种天然生物过程而发展起来的一种现场处理土壤环境污染的技术，可利用生物削减土壤中重金属含量或降低重金属毒性[2]。根据修复主体的不同，它主要分为微生物修复、植物修复和植物-微生物联合修复。微生物修复较物理修复、化学修复有着无可比拟的优越性，操作简单、处理费用低、效果好，对环境不会造成二次污染，可以就地进行处理等，具有很大的潜力和广阔的应用前景。

1.微生物修复机理

重金属对人的毒性作用常与它的存在状态有密切的关系。一般地说，金属存在形式不同，其毒性作用也不同。微生物不能降解和破坏重金属，但可以对土壤中的重金属进行固定、移动或转化，改变它们在土壤中的环境化学行为，可促进有毒、有害物质解毒或降低毒性，从而达到生物修复的目的。

1.1 微生物的转化作用

微生物对重金属的转化作用包括氧化还原作用、甲基化与去甲基化作用以及重金属的溶解和有机络合配位降解。土壤中的一些重金属元素可以多种价态和形态存在，不同价态和形态的溶解性和毒性不同，可通过微生物的氧化还原作用和去甲基化作用改变其价态和形态，从而改变其毒性和移动性。