植物修复重金属污染土壤的研究进展

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　

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

２０１２年２月　热带农业科．学　Ｆｅｂ．２０１２　ＣＨＩＮＥＳＥ　ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＴＲＯＰＩＣＡＬ　ＡＧＲＩＣＵＬＴＵＲＥ　第３２卷第２期　Ｖｏ１．３２，Ｎｏ．２　

施肥措施对重金属污染土壤一植物系统　

影响的研究进展①　

俞花美　，２）②　

（１　

２　

３　

４　焦　鹏。　葛成军　，３）　陈　淼。　陈秋波　宋启道　

中国矿业大学（北京）化环学院　北京１０００８３；　

海南低碳经济政策与产业技术研究院　海南海口５７０２２８；　

海南大学环境与植物保护学院　海南海口５７０２２８；　

中国热带农业科学院　海南海口５７１１０１）　

摘　要　植物修复作为一种原位修复方法，因其投入成本低、拥有良好的经济效益和生态协调性等优点而成为　国内外研究热点．在重金属污染农田实地得到广泛应用。本文综述施肥农艺措施强化重金属污染土壤植物修复　以及对土壤一植物系统影响的研究进展，如土壤重金属含量和生物有效性的影响等，以便进一步提高植物修复　效率．为今后规模化修复重金属污染农田土壤提供参考。　关键词施肥：重金属：土壤污染；植物修复　分类号Ｓ１５８　

Ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　Ｆｅｒｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ　Ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｏｎ　Ｈｅａｖｙ　Ｍｅｔａｌｓ　Ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ　

ｏｆ　Ｓｏｉｌｓ　ａｎｄ　Ｐｌａｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　

ＹＵ　Ｈｕａｍｅｉ　ＪＩＡＯ　Ｐｅｎｇ　ＧＥ　Ｃｈｅｎｇｊｕｎ　・。’ＣＨＥＮ　Ｍｉａｏ。’ＣＨＥＮ　Ｑｉｕｂｏ　ＳＯＮＧ　Ｑｉｄａｏ　’　

（１　Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｃｈｅｍｉｃａｌ　ａｎｄ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｍｉｎｉｎｇ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ　１０００８３，Ｃｈｉｎａ；　２　Ｈａｉｎａｎ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｆｏｒ　Ｌｏｗ－Ｃａｒｂｏｎ　Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，Ｈａｉｋｏｕ，Ｈａｉｎａｎ　５７０２２８，Ｃｈｉｎａ；　３　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｐｌａｎｔ　Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，Ｈａｉｎａｎ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈａｉｋｏｕ，　Ｈａｉｎａｎ　５７０２２８，Ｃｈｉｎａ；　４　Ｃｈｉｎｅｓｅ　Ａｃａｄｅｍｙ　ｏｆ　Ｔｒｏｐｉｃａｌ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈａｉｋｏｕ，Ｈａｉｎａｎ　５７　１　１０１，Ｃｈｉｎａ）　

２０１０年第２１期　ＳＣＩＥＮＣＥ＆ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ　ＩＮＦＯＲＭＡＴＩＯＮ　ｏ科教前沿。　科技信息　矿山重金属污染及植物修复研究进展　杨先伟张满满王润沛陈龙雨　（中国矿业大学环境与测绘学院江苏徐州　２２１　１　１６）　【摘要】矿山的开采对我国的经济与社会的发展起推动作用，但同时破坏原山体的生态环境，造成水土流失、地质变化、景观破坏等生态　环境问题。这些环境问题又影响着经济与社会的发展，针对矿山重金属污染，可通过一些植物修复方法，解决生态环境问题，促进矿业健康发　展。　【关键词】矿山生态；植物修复　矿业是我国的一个基础性行业，同时也是一个高污染的行业。随　着我国社会经济的高速发展，对矿山的开采的量也相应的增长，大量　的矿山开采造成环境污染，严重的破坏了自然生态环境，其中矿业废　水中含有大量的重金属，对环境污染严重。还可能通过对水源的污染，　对人体健康构成威胁。　１　矿山开发中引起的环境问题［１】　１．１水污染　主要是由于开采和加工矿过程中产生的矿山污水。这些污水的不　合理的排放将对周边江河湖海，甚至破坏整个区域的水系，影响周边　生活用水和工业用水。其中矿业废水中含有大量的重金属，对环境污　染严重。还可能通过对水源的污染，对人体健康构成威胁。　１．２空气污染　矿山开采过程中形成的有害气体，粉尘，以及矸石等，在干燥气候　与大风作用下会产生尘暴等，都会造成周边环境的大气污染。　１．３土地破坏及土地污染　矿山开采造成大面积的土地破坏．矸石等废弃物侵占大量土地，　地表塌陷时有发生等均破坏了大量的土地。并且矿业开采产生的固体　废物和液体废物乱排放对土地产生严重的污染，造成无法再利用。　我国矿山环境问题主要表现为：破坏山体植被：在开采过程中，特　别是露天开采，首先要剥除表层土，既而破坏山体植被，间接造成山体　滑坡和水土流失等：地面塌陷：在地下开采中，采煤沉陷就是地面塌陷　的一种：地面沉降：在开采过程中使用大量的地下水。过量开采地下水　将引发地面沉降；矿业废水：在开采和加工过称中产生的废水，对周边　的环境造成严重污染。特别是其中有大量的重金属，对周边的用水造　成隐患，危害周边人们的身体健康。　２矿山重金属污染植物修复技术　２．１植物修复技术概念　依据美国国家环保局的定义，广义上的植物修复技术是利用植物　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　毒有害污染物技术的总称日。也就是将某种特定的植物种植在重金属　污染的土壤上，而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目。　２．２植物修复技术方法　植物修复技术包括：植物提取修复、植物挥发修复、植物固定修复　和植物根系过滤。　２．２．１　植物固定（ｐｈｙｔｏｓｔａｂｉｌｉｚａｔｉｏｎ１　植物固定指通过植物根系的吸收、螫合、沉淀或还原作用，使金属　污染物惰性化，转变为低毒性形态，降低其生物有效性和移动性，从而　固定于根系和根际土壤中，并防止其进入地下水和食物链，减少其对环　境和人类健康危害的风险　。在修复过程中，重金属以另一种形态存　在，其含量并未发生改变。植物固定技术适用于土壤质地黏重，有机质　含量高的污染土壤的修复，对矿区土壤重金属污染物固定特别有效。　２．２．２植物提取（ｐｈｙｔｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ１　植物提取是目前研究最多并且最有前景的方法。植物提取利用植　物从土壤中吸收金属污染物，并在植物地上部分富集对植物体收获后　进行处理，从而降低了土壤中重金属的含量　。　超积累植物应同时具备以下三个基本特征　：　①植物地上部（茎或叶）重金属含量是普通植物在同一生长条件　４４　Ｆ的１００倍。　②植物地上部重金属含量大于根部该种重金属含量。　③植物的生长没有出现明显的毒害症状。　目前发现的具有超累积能力的植物约４００多种。植物提取技术首　先要筛选出超累积植物，这是最关键的一步，然后才能实施其它步骤　和措施。　２－２－３　植物挥发（ｐｈｙｔｏｖｏｌａｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ）　植物挥发是利用植物的吸收、积累和挥发功能而减少土壤中一些　挥发性污染物，即植物将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质，释　放到大气中，从而减轻土壤污染。现在主要研究是针对易挥发的有毒　元素Ｓｅ和Ｈｇ。许多植物可以从污染的土壤中吸收有害的Ｓｅ，将其转　化为可挥发态的ｓｅ，从而将污染土壤的元素从土壤中去除。　２．２．４根系过滤（ｒｈｉｚｏｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ）　根际过滤是指污染物被植物根系吸附或在根系上沉淀并富集，其　中的污染物主要是重金属。这一技术主要用于水渍环境下的重金属元　素提取，对亲脂性物质污染也可应用。　３植物修复技术存在的问题　植物修复技术只是针对表层土壤及浅层地下水的污染物进行治　理，过高或过低的污染物浓度都会对植物修复技术的效果产生影响，　怎样有效的将污染物吸收或在植物根部过滤降解，这还是一个很重要　的、值得研究的问题。植物修复技术是一个漫长的过程，Ｓｃｈｎｏｏｒ和　Ｔｒａｐｐ的研究表明植物修复通常需要超过１０年的时问才能完全达到　修复目的［７，８１。　但是有的植物对某些污染物的去除不能达到彻底。还会产生残留　浓度，若残留浓度大于环境承载力，这将污染环境，影响周边包括人类　在内的生物的健康发展。所以这也是一个较大的挑战——如何有效的　改善植物修复技术的修复效果。　植物修复技术目前已经广泛地应用于对土壤重金属污染的治理，　但是在运用的过程中产生了很多的问题，比如植物修复技术并不能从　根本上消除重金属污染的问题，而是将重金属从土壤中吸收或吸附到　植物体内或根部．然而如何防止富集在植物中的重金属重新流入到环　境和食物链中，怎样有效的处理植物中的重金属以及防止产生二次污　染，将是一个新的科研课题　４对植物修复技术展望　植物修复技术成本低，不会破坏土壤的生态环境，还可以增加土　壤的有机质含量和提高土壤的肥力，并激发微生物的活动，集中处理　的污染物，可有效避免二次污染，还可以从富含重金属的植物残体中　回收贵重金属获得直接的经济效益。植物修复技术由于以上的优点受　到广泛的运用　在植物修复技术中，植物提取是目前最有前景的方法，植物提取　的关键在于寻找和培育超富集植物．所以要投入大量的资金研究寻找　和培育超富集植物以及其超富集机理。并运用现代科技手段制造超富　集植物．解决超富集植物难寻问题。现在单单运用植物修复技术需要　很长的时间，可以运用多种技术方法与植物修复技术结合，缩短植物　修复技术所要时间。在处理植物中重金属是，将其回收利用，减小再次　污染。　【参考文献】　［１］吴和政，郑薇．我国矿山生态环境及生态修复技术的现状　．（下转第９２页）