重金属复合污染植物修复的研究进展

［收稿日期］　２０１１－０３－２８；２０１１－０９－１５修回　［基金项目］　国家自然科学基金项目“洞庭湖复合污染环境下蒌蒿对重金属镉（Ｃｄ）的富集机理研究”（３０９７０５５１）；国家环保公益性行业科研专项项目“洞庭湖环境及生态事件实时监测与预警体系研究”（２０１００９０２２）　［作者简介］　刘孝敏（１９８６－），男，在读硕士，研究方向：修复生态学。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｘｉａｏ１７２２４９＠１２６．ｃｏｍ　＊通讯作者：赵运林（１９５９－），男，教授，博士生导师，从事生态修复研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｙｌ８２９１２９０＠１６３．ｃｏｍ［文章编号］１００１－３６０１（２０１１）１０－０６５５－０２１４－０５重金属复合污染植物修复的研究进展刘孝敏１，赵运林１，２＊，庹瑞锐１（１．湖南农业大学生物科学与技术学院，湖南长沙４１０１２８；２．湖南城市学院，湖南益阳４１３０００） ［摘　要］为重金属复合污染领域的深层次研究提供参考，对近年来植物及土壤中重金属复合污染影响的研究、复合污染交互作用类型以及交互作用机理的研究进展进行了综述。

总结了重金属复合污染的交互作用的影响因素，讨论了新的研究方法及其研究的意义，并对复合污染研究的方向进行展望。

［关键词］重金属；复合污染；交互作用；机理；植物修复［中图分类号］Ｓ１５４．４［文献标识码］ＡＲｅｓｅａｒｃｈ　Ｐｒｏｇｒｅｓｓ　ｉｎ　Ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｓｏｉｌ　Ｐｏｌｌｕｔｅｄ　ｂｙ　Ｈｅａｖｙ　ＭｅｔａｌｓＬＩＵ　Ｘｉａｏ－ｍｉｎ１，ＺＨＡＯ　Ｙｕｎ－ｌｉｎ１，２＊，ＴＵＯ　Ｒｕｉ－ｒｕｉ　１（１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｕｎａｎ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ，Ｈｕｎａｎ４１０１２８；２．Ｈｕｎａｎ　Ｃｉｔｙ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｙｉｙａｎｇ，Ｈｕｎａｎ４１３０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ａｕｔｈｏｒｓ　ｒｅｖｉｅｗｅｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｓｔａｔｕｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ　ｉｎ　ｐｌａｎｔｓ　ａｎｄｓｏｉｌｓ，ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ａｎｄ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ　ｔｈｅ　ｆａｃｔｏｒｓ　ａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ．Ｔｈｅ　ｎｅｗ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ａｎｄ　ｍｅａｎｉｎｇ　ｗｅｒｅ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｄａｎｄ　ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｗａｓ　ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌ；ｃｏｍｐｌｅｘ　ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ；ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ；ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｐｈｙｔｏｒｅｍｅｄｉａｔｉｏｎ 近年来，随着我国经济的快速发展，生活污水的大量排放，矿产资源的开发利用以及各种各样杀虫剂、除草剂、化肥等农业污染物的过度使用，土壤受到了极为严重的污染，并通过各种与人类的直接接触，与水、大气的交换以及通过各种食物链等直接或间接地对人类的健康产生了极其严重的影响，也引起了社会的广泛关注。

重金属是具有潜在危害性的重要污染物［１］，其在环境中所产生的污染效应具有隐蔽性、长期性以及不可逆性［２］，且在土壤－植物系统总中迁移，伴随着转移的介质具有积累和放大作用，对环境生物产生更大影响。

国内外有关植物修复重金属污染的研究较多［１］，但在复合污染环境中对重金属修复的研究报道还较少。

在自然界中，多种污染物对同一介质的污染是同时的，复合污染中元素或化合物之间对生物效应的综合影响是一个十分棘手的问题［３］，其复合污染与修复的规律尚缺乏深入研究。

随着环境中污染物的复杂多样化以及人类对环境质量要求的不断提高，重金属复合污染的植物修复研究将会成为环境科学研究的热点。

笔者等对重金属复合污染植物修复作用效应进行综述，以期为该领域的深层次研究提供参考。

１国内外对重金属复合污染的定义及类型１．１重金属复合污染定义随时代发展而不断丰富Ｂｌｉｓｓ（１９３９）最早提出了复合污染定义，即复合污染有拮抗作用、加和作用以及独立作用。

这是有关复合污染相互作用的启蒙思想，是复合污染最初的定义，对日后的复合污染研究奠定了坚实的基础。

到了２０世纪初复合污染研究有了快速的发展，其中，Ｔｒｏｃｏｍｅ（１９５０）就报道过重金属相互作用能影响植物的吸收；２０世纪８０年代有关重金属复合污染研究有了长足的发展，在我国最早使用复合污染这一个定义的是任继凯［４］；到了１９８５年，联合毒性效应（ｊｏｉｎｔ　ｔｏｘｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ）以及复合毒性效应（Ｃｏｍ－ｂｉｎｅｄ　ｔｏｘｉｃ　ｅｆｆｅｃｔ）这几个概念在Ｍａｃｎｉｃａｌ污染生态效应一文中有体现，Ｆｉｎｎｅｙ提出了复合污染物联合作用的数学表达式：Ｐｃ＝Ｐ１＋Ｐ２＋Ｐ１Ｐ２，其中，Ｐ１为污染物１单独作用效率，Ｐ２为污染物２单独作用效率，Ｐ１Ｐ２为两者污染物同时作用产生的效果。

２０世纪末，重金属复合污染研究在我国有了很快的发展：何勇田［５］对复合污染的概念进一步进行了丰富和发展，指出重金属复合污染主要是指２种或者２种以上的污染物在同一个环境中同时对环境产生污染效应。

而周启星［６］在研究重金属Ｃｄ和Ｚｎ对水稻复合污染与复合效应一文中指出，重金属Ｃｄ和Ｚｎ在土壤－植物系统环境复合污染中所产生的复合生态效应是不同的，同一生态环境下重金属污染其复合效应也不尽相同［７］。

后来对重金属复合污染这一概念得到了进一步扩展，周启星认为，复合污染的效应并不是简单的重金属单个污染效应的加　贵州农业科学　２０１１，３９（１０）：２１４～２１８　Ｇｕｉｚｈｏｕ　Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ　Ｓｃｉｅｎｃｅｓ和，它们之间起作用需要一定的条件，并指出有以下几个条件：一方面，１种或者２种以上重金属污染物必须先后进入重金属环境介质中或者生态系统同一分室中；另一方面，在重金属之间需要有加和、协同、拮抗等交互作用，进入环境中的重金属需经历一系列土壤中复杂的物理、化学、生理生化环境效应过程。

１．２重金属复合污染的类型按污染物来源划分为同源复合污染和异源复合污染。

同源复合污染是由处于同一环境介质如大气、水体或土壤中的多种污染物所形成的复合污染，异源复合污染由不同环境介质来源的同一污染物或不同污染物所形成的复合污染现象。

２重金属复合污染交互作用的类型２．１类型划分由于不同重金属污染物进入土壤－植物系统中要交互作用［１］，所以其对环境产生的影响可能会产生变化，交互作用对污染物化学行为的影响十分明显，其交互作用的类型涉及阴离子与阳离子、阳离子与阳离子、阴离子与阴离子、离子和化合物与土壤组成部分之间的交互作用等［４］。

对于重金属复合污染物之间的交互作用类型，长期以来很多研究者提出了不同的分类方法和标准，但目前为人们所认同的是１９３９年Ｂｌｉｓｓ提出的复合污染作用类型，即加和作用、拮抗作用以及协同作用（表）。

表重金属相互作用的类型Ｔａｂｌｅ　Ｔｈｅ　ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ　ｔｙｐｅ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ作用类型Ｔｙｐｅ重金属组合Ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｈｅａｖｙ　ｍｅｔａｌｓ对象或介质Ｏｂｊｅｃｔ　ｏｒ　ｍｅｄｉｕｍ协同作用Ｓｙｎｅｒｇｉｓｍ　ＺｎＣｄ春小麦８／金针菇９／紫花苜蓿１０Ｚｎ／Ｃｄ酸性土壤［１１］Ａｓ／Ｎｉ／Ａｓ／Ｚｎ／Ｃｕ土壤砂粒［１２］拮抗作用Ａｎｔａｇｏｎｉｓｍ　Ｚｎ／Ｃｄ玉米／小麦／莴苣［１３］Ｆｅ／Ｃｄ小麦［１４］Ｚｎ／Ｃｄ　Ａｓ／Ｚｎ／Ｎｉ草甸褐土［１１］有机质／粉粒／黏粒含量［１２］加和作用Ａｄｄｉｔｉｖｅ　Ｚｎ／Ｃｄ水稻［８］２．２各类型的毒理作用２．２．１协同作用（Ｓｙｎｅｒｇｉｓｍ）协同作用产生的毒理作用大于各个重金属污染物对环境毒理单独效应之和，∑Ｔ＞Ｔ１＋Ｔ２＋…＋Ｔｎ，式中：∑Ｔ为复合污染综合效应，Ｔ１，Ｔ２，…Ｔｎ为各污染物单独污染效应（下同）。

陈桂葵认为，高氯酸盐与铬复合处理对水稻的损伤和毒害作用比单一处理更严重［１５］。

从土壤学的角度研究，可能是由于锌与镉竞争土壤胶体上的吸附位点，Ｚｎ的加入可使土壤中有效态Ｃｄ含量明显增加，促进植物对镉的吸收，从而提高植物体内镉的含量［１６］。

很多研究表明，协同作用的作用效应大于单个重金属污染效应之和，由此可见，协同效应对生态安全的威胁更大。

２．２．２拮抗作用（Ａｎｔａｇｏｎｉｓｍ）拮抗作用对环境产生的毒理效应小于各重金属污染物对环境毒理单独效应之和，∑Ｔ＜Ｔ１＋Ｔ２＋…＋Ｔｎ。

大量试验研究证明，向土壤中施Ｚｎ可抑制植物对Ｃｄ的吸收。

对于Ｚｎ－Ｃｄ拮抗的原理，有研究表明，Ｃｄ２＋与Ｚｎ２＋具有相同的核外电子构型，具有相似的化学性质，可相互取代、发生竞争。

Ｚｎ与Ｃｄ一起竞争植物表面的吸收位点，从而影响植物组织对Ｃｄ的吸收［１７］。

付宝荣［１８］等研究表明，在Ｃｄ污染的土壤中，适量施Ｚｎ可提高小麦的光合作用、ＰＯＤ的活性，增强质膜的稳定性，降低小麦体内脯氨酸的含量，从而提高小麦对Ｃｄ污染胁迫的抵御能力，减少对Ｃｄ的吸收［１９］。

秦天才等［２０］在含Ｃｄ的培养液中施入Ｐｂ后，加强了Ｃｄ对植物的生理生化指标的作用，使Ｃｄ对植物毒害的阂值降低。

２．２．３加和作用（Ａｄｄｉｔｉｖｅ）加和作用对环境产生的毒理效应等于各重金属污染物对环境毒理单独作用效应之和，∑Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２＋…＋Ｔｎ。

目前，加和作用可以分为浓度加和与效应加和。

３重金属复合污染交互作用的影响因素重金属复合污染对于不同作用类型可能会产生不同的结果，这与重金属污染的类型、浓度、植物吸收时间以及植物生理生化指标各异有关，也与生物所处的土壤生态环境有关。

３．１生物因素植物中的生长状况、部位、物种以及年龄都影响着重金属在植物体中生理生态效应。

Ａｂｅｄｅｌ－ｓａｂ－ｏｕｔ［２１］等认为，Ｚｎ／Ｃｄ比例变化直接影响着Ｚｎ和Ｃｄ在土壤中的生物有效性，并且与植物的种类有关，如作物的种类不同，Ｚｎ／Ｃｄ的交互作用有差别，在大豆籽实中Ｚｎ／Ｃｄ具有协同作用；而在玉米中，Ｚｎ／Ｃｄ作用效应为拮抗作用。

同时与植物的不同部位也有关系，周启星认为，Ｚｎ／Ｃｄ之间的交互作用和水稻的叶、根、茎积累重金属量有显著相关性，在水稻根的吸收积累中，Ｚｎ／Ｃｄ加和效应；而水稻叶组织吸收中表现为拮抗作用［２２］。

不同生态型东南景天（Ｓｅｄｕｍ　ａｌｆｒｅｄｉｉ）对Ｐｂ－Ｚｎ复合处理的反应也不一样，Ｚｎ处理能抑制矿山生态型东南景天（Ｓｅｄｕｍ　ａｌｆｒｅｄｉｉ）对Ｐｂ的吸收，却促进了Ｐｂ在非·５１２·　第１０期刘孝敏等　重金属复合污染植物修复的研究进展矿山生态型中的积累［２３］。