植物修復技術在重金屬污染土壤中的應用
引言
由于現代工業的快速發展及農藥的廣泛使用，大量的汞、鎘、鉛等重金屬造成土壤污染日趨嚴重。全世界每年排放Hg約1．5萬t，Cu40萬t，Pb500萬t，Mn1500萬t，Ni100萬t。據我國農業部的調查，我國遭受重金屬污染的土地面積占污水灌區總面積的64.8％，一些地方生產的糧食、蔬菜、水果等食物中重金屬含量超標或接近臨界值。這些農產品中的重金屬通過食物鏈富集到人或動物體中，危及人類的生命和健康，同時導致大氣、水體污染和生態系統退化等其他次生生態問題。土壤重金屬污染已引起許多國家的高度重視，各種土壤修復技術陸續出現。植物修復技術是成本低、效果好、無二次污染的綠色技術，較之傳統的修復方法更符合可持續發展污染治理模式，有著很好的發展前景。
1 土壤重金屬污染的植物修復技術
治理土壤重金屬污染的原理大致有兩種，一是改變重金屬在土壤中的存在形態，使其固定，降低其在環境中的遷移性和生物可利用性，二是從土壤中去除重金屬。
為了降低和消除重金屬的危害，常用治理重金屬的方法有物理法，即電化法、玻璃化技術和提取法等；化學法，即添加土壤改良劑、淋洗法等；農業生態工程法，即客土法、排土法和水洗法；植物修復法等。本文主要對植物修復技術進行探討。
2 植物修復技術
植物修復是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上，該種植物對土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力，將植物收獲并進行妥善處理(如灰化處理)后即可將該重金屬從土體中去除，達到治理污染與生態修復的目的。
2．1 植物修復技術分類
2．1．1 植物提取
利用重金屬富集能力較強的植物，通過吸收和運轉將重金屬轉移并儲存在地上部分，最終通過收獲地上部分集中處理來達到減少土壤重金屬含量的目的。植物提取的關鍵要求所用的植物能在體內積累高濃度的污染物；能同時積累多種重金屬；生長快，生物量大，抗病能力強。
2．1．2 植物穩定
利用植物吸收和植物根際作用使土壤中污染物轉化為相對無害物質。土壤重金屬的含量并不減少，但由于降低了在土壤中的有效態，從而達到減輕污染的效果。
2．1．3 植物揮發
通過植物的吸收促進某些重金屬轉為可揮發態并將之揮發出土壤和植物表面。目前這方面研究最多的是類金屬汞和非金屬元素硒、砷。
2．1．4 根際過濾
利用植物龐大的根系和巨大的表面積過濾吸收、富集水體中重金屬元素。
2．2 修復機理
2．2．1 植物固定作用
植物通過生化過程使污染基質中金屬的流動性降低，生物可利用性下降，從而減輕有毒金屬對植物的毒性。S.D.Cunningham等在研究植物對土壤中Pb的固定時發現一些植物可以降低Pb的生物可利用性，緩解Pb對環境中生物的毒害作用。
2．2．2 植物吸收和揮發
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似的化學結構會被植物吸收到植物體內，如As與P相似。進入植物體內的金屬污染物到達表皮層后，或被植物代謝掉，或成為植物的成分之一，或通過氣孔揮發到大氣中。
2．2．3 植物根系活動
植物根系活動能活化土壤中的重金屬，提高其生物有效性。有研究表明：Cd、Pb、Cu、Zn、As5種元素交互作用能促進Cd、pb、Cu的活化，增加植物對它們的吸收。
3 植物修復技術在重金屬污染土壤中的應用
目前，利用植物修復被重金屬污染的土壤在國內外均有成功的應用。湯葉壽等經過野外調查和營養液培養試驗表明，圓錐南芥具有超量富集Pb/Zn /Cd的能力，是國內首次發現的Pb/Zn/Cd多金屬超富集植物。陸引罡等表明車前草對重金屬Ni有忍耐作用，土壤中Ni含量達到近150mg/kg 時，車前草仍然能正常生長，生物量并未顯著下降。印度芥菜是目前篩選出的一種生長快、生物量大的Cd、Zn、Pb忍耐一富集型植物。栽種了印度芥菜的沙地含鉛量只有22ug/mL，而對照沙地竟高達740Dg/mL。C.LP,ugh等成功地把細菌的Hg2+還原酶基因導入擬南芥植株，使植株耐Hg能力大大提高，植株對Hg的耐受性提高到1001zmol/L，且Hg2+被轉基因植物還原可以促進Hg從土壤中的揮發。
4 植物修復技術的發展趨勢
植物修復是一項處于迅速發展之中，具有廣闊應用前景的新技術。植物修復以太陽能為驅動能源，適用于中一低強度污染的治理，成本較低，具有良好的社會、生態、綜合效益。易被公眾所接受，特別適合在發展中國家使用。該技術的發展趨勢大致有以下幾方面：
(1)尋找、篩選和培育超富集植物，進行全國超富集植物資源調查，了解其分布并建立超富集植物的數據庫。
(2)加強植物修復的實踐性環節，創建植物修復重金屬的示范基地，繼續對超富集植物的機理和作用進行研究。
(3)基因工程的應用。目前，基因技術應用于植物修復才剛剛起步，但已有的成果表明基因技術將成為該領域研究的重要方向，有可能導致植物修復的革命性突破。其研究包括有價值基因的篩選、轉基因植物對環境的影響、轉基因植物遺傳性能等。
(4)超富集植物體內重金屬的回收再利用。對于收獲物的處理上，研究的人較少，目前僅對灰分中重金屬含量為10％～40％的植物采用冶煉回收。
(5)植物修復與傳統的物理、化學方法相結合的綜合技術的研究。電化學、土壤淋洗和植物提取法各有優缺點和適用范圍，若能將這些方法綜合應用于重金屬污染土壤的修復中，可能會獲得更好的處理效果。
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