重金屬土壤污染的植物修復技術研究進展

張洲遠

摘要：指出了土壤是社會經濟發展重要的物質基礎，土壤污染對生態環境和人類健康都產生了極大的威脅。通過對土地污染治理應用技術方面相關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、植物修復技術的修復機理和優勢特點，并展望了今后植物修復技術在重金屬土壤污染治理方面的研究發展方向。

關鍵詞：土壤污染；重金屬污染；修復技術；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濟發展的一大難題。2014年至今連續三年，國家發布了《土地整治藍皮書》，從2016年5月發布的《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現，物理和化學修復都存在一定的缺點，而生物修復技術以環境友好型的修復方式，逐漸得到青睞。通過對植物修復技術在土地污染治理應用方面相關文獻的閱讀，發現其有廣闊的發展空間。

2 污染土壤修復技術

污染土壤修復是指利用一定的技術措施、工程手段，轉移、吸收、降解和轉化土壤中的污染物，使其濃度降低到可接受的水平，或將有毒有害污染物轉化為無害物質的過程，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

物理修復技術是指通過物理過程的控制或調節，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化為低毒或無毒物的技術。主要的物理修復技術包括客土和換土技術、蒸氣浸提取技術、玻璃化技術、固化/穩定技術、電動力技術、熱處理技術等[2]。雖然其中部分工程措施具有見效快，徹底、穩定修復污染土壤的優點；但也存在工程量大、費用昂貴、實施復雜、易破壞土體結構、易引起土壤肥力降低、不適用于大規模污染土壤修復的缺點。

2.2 化學修復技術

化學修復技術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、轉化、降解成低毒或無毒性物質。典型的化學修復技術有化學淋洗技術、氧化/還原技術、溶劑浸提技術、施入改良劑或抑制劑等[4]?；瘜W修復技術的優勢主要在于簡單易行，短時間內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構的破壞，造成二次污染以及被穩定污染物再度活化的危險。

2.3 生物修復技術

生物修復技術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，使其轉化為低毒或無毒物質進而恢復土壤系統正常生態功能的過程。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，從而實現污染土壤修復的目的[2]。生物修復技術有許多方面的優點： 成本低廉、操作簡單、處理污染物效果良好、無二次污染、能夠大規模推廣應用等。更為重要的是生物修復技術是污染土壤的環境友好型治理技術，是土地整治達到生態文明目標的最佳方法，符合生態發展規律，集中體現了環境保護的基本理念。因此生物修復技術已成為土壤污染修復技術中最活躍的領域，同時具有廣闊的發展前景。

生物修復技術主要包括植物修復、微生物修復技術、動物修復技術以及聯合修復技術。其中植物修復技術應用較為廣泛，治理效果顯著。

2.4 植物修復技術

污染土壤植物修復技術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化為低毒或無毒物質的過程[2]。該技術已經廣泛應用于砷、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重金屬轉化為非束縛態，其次是將重金屬向植物可收獲的部位運輸轉移[5]。超積累植物是植物提取的關鍵之一。目前，已發現超積累植物有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環境的適應性，遵循因地制宜的原則。

（2）植物吸收和揮發機理。植物在吸收營養的過程中，由于某些重金屬元素與營養元素具有相同或相似的化學結構而被植物吸收，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使土壤中重金屬轉化為可揮發態，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合，使污染基質中金屬流動性降低，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有關。

植物修復技術的優點：①植物的提取、揮發、降解作用可有效地解決土壤污染。②植物的穩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對環境擾動小，減少由于土壤清理造成的場地破壞。⑤經植物改良改造的土壤，土壤肥力有機質含量增加，適于農作物種植。⑥可回收植物累計的重金屬，創造經濟價值[2]。

2.5 復合污染修復技術及綜合修復技術

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相結合構成一個復合污染修復技術體系，相互作用，互惠互利，以發揮各自優勢，摒棄各自缺點，構造了一個完整的修復系統，修復效率更高[3]。復合污染修復技術能夠建立起穩定的土壤生態系統，最終做到真正徹底、高效、綠色地修復重金屬污染土壤。

3 植物修復技術在重金屬土壤污染治理方面的研究發展方向

隨著人類對土壤重金屬污染認識的深入，以及對環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的研究現狀，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）盡管目前已發現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，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、季節適應性強的植物體內，培育轉基因植物，提高生物修復的實用性，構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研究進展[J]. 安徽農業科學，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. 污染土壤修復技術研究進展[J]. 水土保持研究，2016（3）：366～372.

[4]環境保護部自然生態保護司. 土壤修復技術方法與應用[M].北京：中國環境科學出版社，2011.

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

[6]李 崇.植物微生物聯合修復土壤重金屬技術綜述[J]. 農業與技術，2016（7）：31，62.