重金屬土壤污染的植物修復技術(shù)研究進展

張洲遠

摘要：指出了土壤是社會經(jīng)濟發(fā)展重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，土壤污染對生態(tài)環(huán)境和人類健康都產(chǎn)生了極大的威脅。通過對土地污染治理應用技術(shù)方面相關(guān)文獻的閱讀和綜合分析，簡要介紹了重金屬土壤污染修復的方法以及特點、植物修復技術(shù)的修復機理和優(yōu)勢特點，并展望了今后植物修復技術(shù)在重金屬土壤污染治理方面的研究發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：土壤污染；重金屬污染；修復技術(shù)；植物修復

中圖分類號：X53

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2016）20-0077-02

1 引言

近年來，土地污染損毀已成為阻礙我國社會經(jīng)濟發(fā)展的一大難題。2014年至今連續(xù)三年，國家發(fā)布了《土地整治藍皮書》，從2016年5月發(fā)布的《土壤污染防治行動計劃》均可以看出，我國土地污染損毀情況嚴重，其中工礦業(yè)造成的重金屬土壤污染問題尤為突出，土壤污染修復治理已是刻不容緩。重金屬污染物進入土壤后難以被降解，其具有隱蔽性、不可逆性、累積性等特點，繼而通過食物鏈富集，對動植物的生存、人類健康及社會發(fā)展存在極大危害 [1]。自20世紀80年代以來，一些國家開展了污染土壤修復，起初以物理修復和化學修復為主，但是在修復過程中發(fā)現(xiàn)，物理和化學修復都存在一定的缺點，而生物修復技術(shù)以環(huán)境友好型的修復方式，逐漸得到青睞。通過對植物修復技術(shù)在土地污染治理應用方面相關(guān)文獻的閱讀，發(fā)現(xiàn)其有廣闊的發(fā)展空間。

2 污染土壤修復技術(shù)

污染土壤修復是指利用一定的技術(shù)措施、工程手段，轉(zhuǎn)移、吸收、降解和轉(zhuǎn)化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受的水平，或?qū)⒂卸居泻ξ廴疚镛D(zhuǎn)化為無害物質(zhì)的過程，最終使污染土地恢復到未污染的水平[2，3]。土壤污染的修復方法包括物理修復、化學修復、生物修復以及上述方式組合形成的復合修復。

2.1 物理修復技術(shù)

物理修復技術(shù)是指通過物理過程的控制或調(diào)節(jié)，改變土壤的物理性狀，使污染物得到有效的控制，將污染物與土壤分離或轉(zhuǎn)化為低毒或無毒物的技術(shù)。主要的物理修復技術(shù)包括客土和換土技術(shù)、蒸氣浸提取技術(shù)、玻璃化技術(shù)、固化/穩(wěn)定技術(shù)、電動力技術(shù)、熱處理技術(shù)等[2]。雖然其中部分工程措施具有見效快，徹底、穩(wěn)定修復污染土壤的優(yōu)點；但也存在工程量大、費用昂貴、實施復雜、易破壞土體結(jié)構(gòu)、易引起土壤肥力降低、不適用于大規(guī)模污染土壤修復的缺點。

2.2 化學修復技術(shù)

化學修復技術(shù)是指在污染物土壤中加入化學試劑，使其與土壤中的污染物發(fā)生化學反應，如氧化、還原、酸堿、中和、聚合、沉淀等反應，從而使污染物從土壤中分離、轉(zhuǎn)化、降解成低毒或無毒性物質(zhì)。典型的化學修復技術(shù)有化學淋洗技術(shù)、氧化/還原技術(shù)、溶劑浸提技術(shù)、施入改良劑或抑制劑等[4]。化學修復技術(shù)的優(yōu)勢主要在于簡單易行，短時間內(nèi)能夠降低土壤中的污染物的毒性；但也存在明顯的缺點，例如施加化學藥劑造成土壤結(jié)構(gòu)的破壞，造成二次污染以及被穩(wěn)定污染物再度活化的危險。

2.3 生物修復技術(shù)

生物修復技術(shù)主要是指依靠某些生物的代謝活動和具有某些特性功能的微生物，使土壤中的污染物得以降解或清除，使其轉(zhuǎn)化為低毒或無毒物質(zhì)進而恢復土壤系統(tǒng)正常生態(tài)功能的過程。它主要是利用土壤中特定的微生物、根系分泌物、菌根和超積累植物等降解、吸收或固定土壤中的污染物，從而實現(xiàn)污染土壤修復的目的[2]。生物修復技術(shù)有許多方面的優(yōu)點： 成本低廉、操作簡單、處理污染物效果良好、無二次污染、能夠大規(guī)模推廣應用等。更為重要的是生物修復技術(shù)是污染土壤的環(huán)境友好型治理技術(shù)，是土地整治達到生態(tài)文明目標的最佳方法，符合生態(tài)發(fā)展規(guī)律，集中體現(xiàn)了環(huán)境保護的基本理念。因此生物修復技術(shù)已成為土壤污染修復技術(shù)中最活躍的領(lǐng)域，同時具有廣闊的發(fā)展前景。

生物修復技術(shù)主要包括植物修復、微生物修復技術(shù)、動物修復技術(shù)以及聯(lián)合修復技術(shù)。其中植物修復技術(shù)應用較為廣泛，治理效果顯著。

2.4 植物修復技術(shù)

污染土壤植物修復技術(shù)是利用植物具有積累和超積累某種或某些化學元素的特性，或利用植物及其根際微生物體系將污染物降解轉(zhuǎn)化為低毒或無毒物質(zhì)的過程[2]。該技術(shù)已經(jīng)廣泛應用于砷、鎘、銅、鋅、鎳、鉛等重金屬污染土壤的修復與研究。植物修復機理包括以下幾方面。

（1）植物提取機理。通過在受重金屬污染的土壤中種植重金屬積累或超積累植物，植物吸取土壤中一種或幾種重金屬，富集并輸送到植物根部的可收割部分，隨后收割并集中處理，使土壤中重金屬濃度降低到可接受水平或無污染。提取修復包括兩個階段，首先是將土壤中束縛態(tài)重金屬轉(zhuǎn)化為非束縛態(tài)，其次是將重金屬向植物可收獲的部位運輸轉(zhuǎn)移[5]。超積累植物是植物提取的關(guān)鍵之一。目前，已發(fā)現(xiàn)超積累植物有700種以上，且廣泛分布于約50科中[1]。但是，超積累植物長期在重金屬脅迫環(huán)境下，通常生長緩慢、植株矮小、生物量低，使得修復效率變低、修復周期延長[1]。生長的土壤與環(huán)境條件將影響植物對重金屬污染的修復[5]。因此需要掌握植物對土壤條件和生態(tài)環(huán)境的適應性，遵循因地制宜的原則。

（2）植物吸收和揮發(fā)機理。植物在吸收營養(yǎng)的過程中，由于某些重金屬元素與營養(yǎng)元素具有相同或相似的化學結(jié)構(gòu)而被植物吸收，代謝成植物的成分之一，或是利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)使土壤中重金屬轉(zhuǎn)化為可揮發(fā)態(tài)，繼而修復土壤。該機理主要是針對Hg和Se的研究，能夠有效去除土壤中的重金屬，但同時使重金屬揮發(fā)到大氣中，可能造成二次污染。因此如何避免大氣的二次污染是植物吸收和揮發(fā)機理的研究重點。

（3）植物固定機理（又稱植物鈍化）。植物通過吸收、分解、氧化還原和沉淀固定等生化過程與重金屬離子結(jié)合，使污染基質(zhì)中金屬流動性降低，生物可利用性降低，從而減輕有毒金屬對土壤的污染。

（4）植物根系活動及根際微生物的作用機理。根系活動能活化土壤中的重金屬，提高其生物有效性，植物根系對重金屬的吸收主要與重金屬的形態(tài)有關(guān)。

植物修復技術(shù)的優(yōu)點：①植物的提取、揮發(fā)、降解作用可有效地解決土壤污染。②植物的穩(wěn)定作用可防止污染物因風蝕或水土流失而帶來污染擴散問題，同時還具有防風固沙，減少水土流失和土地荒漠化。④對環(huán)境擾動小，減少由于土壤清理造成的場地破壞。⑤經(jīng)植物改良改造的土壤，土壤肥力有機質(zhì)含量增加，適于農(nóng)作物種植。⑥可回收植物累計的重金屬，創(chuàng)造經(jīng)濟價值[2]。

2.5 復合污染修復技術(shù)及綜合修復技術(shù)

由于土壤復合污染的普遍性、復雜性和特殊性，表明污染土壤的修復治理是一個綜合過程，復合污染土壤的修復依靠單一修復措施必然受到制約，影響修復效果，所以需要多途徑、多方式的修復手段，將兩種或兩種以上修復技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成一個復合污染修復技術(shù)體系，相互作用，互惠互利，以發(fā)揮各自優(yōu)勢，摒棄各自缺點，構(gòu)造了一個完整的修復系統(tǒng)，修復效率更高[3]。復合污染修復技術(shù)能夠建立起穩(wěn)定的土壤生態(tài)系統(tǒng)，最終做到真正徹底、高效、綠色地修復重金屬污染土壤。

3 植物修復技術(shù)在重金屬土壤污染治理方面的研究發(fā)展方向

隨著人類對土壤重金屬污染認識的深入，以及對環(huán)境保護和人類健康要求的提高，對土壤修復也提出了更高的要求。同時基于植物修復技術(shù)的研究現(xiàn)狀，污染土壤的植物修復的前景廣闊，可從以下幾個方面開展研究。

（1）盡管目前已發(fā)現(xiàn)700多種重金屬超積累植物，當前的研究也已取得了一定的成果，但仍不能應對復雜的重金屬土壤污染環(huán)境。我國野生植物種類豐富，因此從植物的生理和遺傳的角度進行探索，超積累植物的尋找和培育工作仍然非常有潛力。同時繼續(xù)深入開展植物修復的機理研究。

（2）運用分子生物學與基因工程技術(shù)，鑒定和克隆出影響重金屬積累的基因，將其復制到生物量大、生長速率快、季節(jié)適應性強的植物體內(nèi)，培育轉(zhuǎn)基因植物，提高生物修復的實用性，構(gòu)建高效降解去除污染物的植物。

（3）增加實踐與檢驗。當前的植物修復研究主要集中在實驗室條件，而實際的自然環(huán)境條件則十分復雜，因而研究成果還需實際的污染土壤中實踐與檢驗[6]。

參考文獻：

[1]羅 輝，朱易春，馮秀娟. 重金屬污染土壤的生物修復技術(shù)研究進展[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學，2015（5）：224～227.

[2]韓霽昌. 土地工程概論[M].北京：科學出版社，2013：187～220.

[3]周際海，黃榮霞，樊后保，等. 污染土壤修復技術(shù)研究進展[J]. 水土保持研究，2016（3）：366～372.

[4]環(huán)境保護部自然生態(tài)保護司. 土壤修復技術(shù)方法與應用[M].北京：中國環(huán)境科學出版社，2011.

[5]李飛宇.土壤重金屬污染的生物修復技術(shù)[J].環(huán)境科學與技術(shù)，2011（S2）：148～151.

[6]李 崇.植物微生物聯(lián)合修復土壤重金屬技術(shù)綜述[J]. 農(nóng)業(yè)與技術(shù)，2016（7）：31，62.