基于超富集植物的土壤重金属污染修复技术研究

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

土壤中重金属污染物的来源及治理方式

摘要：随着科技的进步，工农业得到迅速发展，但同时带来的环境污染问题也日益突出。工业“三废”排放、农业投入品滥用，在一定程度加剧了耕地土壤重金属污染。土壤中重金属可向作物转移，污染作物可食部位，从而进入食物链，严重威胁动物和人体生命健康。水稻是我国重要的粮食作物之一，有大约60%的人口以其为主食，过量的重金属富集会影响水稻正常生长发育，甚至致使植株死亡，严重影响产量。由于重金属元素具有不可降解、不可逆转的特性，可以采取农艺措施降低其活性、阻断其向作物可食部位转移。基于此，本篇文章对土壤中重金属污染物的来源及治理方式进行研究，以供参考。

关键词：土壤；重金属污染物；治理方式

引言

土壤是重要的环境介质，为植物生长提供水肥气热，也为动物微生物提供了栖息的场所。而土壤也成为大部分污染物的受体，环境介质中97%的污染物最终归趋于土壤。当下，重金属污染是我国最主要的土壤污染形式，来源主要有废水灌溉、农药使用、工业排放等。20世纪50年代发生于日本神通川流域的痛痛病后经证实是镉元素污染所致；我国沈阳-抚顺石油污灌区发生的严重镉污染也经历几十年的治理；因此利用各种方法技术治理重金属污染是建设生态文明背景下的必要举措。依据固定和去除两种思路进行治理，综合研究运用各类技术，土壤重金属污染修复定将在未来取得更长足的发展。

1重金属污染危害

土壤中重金属浓度超过一定的比例，就会对土壤微生物、植物、农作物，以及动物和人类产生不利影响。研究发现，矿区内土壤中Cu污染对氨氧化微生物的数量有显著抑制作用。在研究中，重金属污染区土壤中蛋白酶的活性为非污染区的19.1%~57.1%。而重金属污染物会通过影响作物生长过程中的原叶绿素酸酯还原酶活性，引起作物光合作用失常，导致作物生长不健康，甚至死亡。而部分重金属污染物会通过植物根系吸收作用累积在作物体内，会通过人类和动物的直接食用或者食物链转移入其体内，一定程度上会破坏人体的神经系统、免疫系统和骨骼系统等。不同的金属元素造成的影响也不尽相同，如体内过量的镉会对肾脏造成较大的伤害。另外，由于重金属元素本身的特质，在自然环境中很难降解或者分解，对环境和人类的影响长期存在，当重金属含量积累到一定程度，就会造成不可挽回的后果。因此，针对土壤重金属污染的修复研究显得特别重要以及刻不容缓。

生物工程学报 Chin J Biotech 2010, May 25; 26(5): 561–568 Chinese Journal of Biotechnology ISSN 1000-3061 cjb@ ©2010 CJB, All rights reserved.

Received: November 17, 2009; Accepted: March 8, 2010 Supported by: National High Technology Research and Development Program of China (863 Program) (No. 2006AA10Z407), Genetically Modified Organisms Breeding Major Projects (No. 2009ZX08009-130B). Corresponding author: Tuanyao Chai. Tel/Fax: +86-10-88256343; E-mail: tychai@ 国家高技术研究发展计划 (863计划) (No. 2006AA10Z407)，转基因生物新品种培育科技重大专项 (No. 2009ZX08009-130B) 资助。 综 述

超富集植物遏蓝菜对重金属吸收、运输和累积的机制

刘戈宇，柴团耀，孙涛

中国科学院研究生院生命科学学院，北京 100049

摘 要: 遏蓝菜Thlaspi caerulescens可以在其地上部累积大量重金属如锌、镉等，是公认的超富集植物。由于该植物生物量小，不宜直接用于重金属污染的土壤植物修复，而被广泛作为一种模式植物来进行重金属富集机制研究。遏蓝菜对重金属离子的累积大致经过螯合剂解毒、地上部长距离运输以及在液泡中的储存等生理过程。已经发现的植物体内的金属螯合剂——有机酸、氨基酸、植物络合素(PCs)、金属硫蛋白(MT) 和尼克烟酰胺NA等，区室化以及长距离运输相关的转运蛋白——ZIP (ZRT/IRT like protein)、CDF (Cation diffusion facilitator)、Nramp (Natural resistance and macrophage protein) 和HMA (Heavy metal ATPase) 等家族，以上各种基因、多肽与蛋白等共同参与了植物对金属累积与耐受过程并发挥各自重要的作用。以下主要介绍了遏蓝菜重金属超富集相关的基因、多肽和蛋白，以及它们在重金属螯合作用和运输过程中的功能。

土壤重金属污染与修复措施研究进展

学生姓名： 王继宇

学 号： 201172136

班 级： 作物(zyxw)S111

学 院： 农学院

课 程： 环境生态学

指导教师： 周建利

二○一二年六月

土壤重金属污染与修复措施研究进展

摘要：本文首先综述了国内外土壤重金属污染的现状，揭示了目前土壤重金属污染问题日益严重，然后论述了土壤重金属污染的内涵、污染物的来源，以及土壤重金属污染的特点和危害，最后阐述了土壤重金属污染的修复措施。

关键字：土壤污染 重金属 来源 特点 修复措施

近年来随着社会经济的快速发展，土壤中重金属含量不断增加，土壤重金属污染已成为普遍的环境问题，越来越受到人们的关注。据统计，1980年我国工业三污染耕地面积266.7万公顷，1988年增加到666.7万公顷，1992年增加到1000万公顷。目前，全国遭受不同程度污染的耕地面积已接近2000万公顷，约耕地面积的1/5。我国每年因重金属污染导致的粮食减产超过1000万吨，被重金属污染的粮食多达1200万吨，合计经济损失至少200亿元[1]。据农业部环监测系统近年的调查，我国24个省（市）城郊、污水灌溉区、工矿等经济发展快地区的320个重点污染区中，污染超标的大田农作物种植面积为60.6万公顷，占调查总面积的20%。其中重金属含量超标的农产品产量与面积约占污染物超标农产品总量与总面积的80%以上，尤其是Pb、Cd、Hg、Cu及其复合污染最为突出。当前我国大多数城市近郊土壤都受到了不同程度的污染，其中Cd污染较普遍，污染面积近1000万公顷，其次是Pb、Zn、Cu、Hg等。有许多地方粮食、蔬菜水果等食物中Cd、Cr、As、Pb等重金属含量超标和接近临界值。