土壤重金属污染现状及其植物修复研究进展

申嘉澍，冯宇佳，王倩倩，杜 欢 ，杨树深

（1.北京林业大学 水 土保持学院，北京100101；2.河北农业大学 资 源与环境科学学院，河北 保 定071000）

1 引言

随着经济和社会的发展，人类的工农业技术不断进步，越来越多的环境问题引起了人们的关注［1］。土壤是不可再生的重要生产资料，是农业和自然环境发展以及人类进步的基础，而当今社会越来越多的污染物进入土壤并富集，其中土壤的重金属污染引起普遍关注［2］。人口的增多，资源的浪费也让我国面临着更多的粮食安全和资源短缺问题。其中水资源匮乏推动污水再生回收利用，预计2030年，我国缺水量将达到130×108m3，再生水可利用量将达到767×108m3［3］。为解决农作物种植中的灌溉水，部分地区采取污灌模式。土壤重金属含量与人类健康息息相关，在土壤中长期残留的重金属循环在食物链中，从而对动植物及人体健康造成危害［4，5］。因此，土壤重金属污染的修复方式也成为一个热门话题，这将是对土壤修复工作的一个严格考验。

2 土壤重金属污染现状

随着社会经济的发展，越来越多的工矿企业被建立。资源的紧张也导致越来越多的污水被灌溉到农田中。污灌区的污水是经过简单处理的日常用水以及工业废水，其中大部分是来自于附近厂区的工业用水。随着我国城镇建设的不断增强，各个大中小城市对污水的处理也得到了进一步的改善。但是其中潜在的污染风险也一直是人们研究的对象，尤其是近年来粮食安全问题层出不穷，长期累计的土壤问题开始显露，并呈现不断加强的趋势。

近年来，在全国土壤调查的基础上我国研究学者对部分地区农用地土壤展开了调查研究。其中天津、沈阳、保定、兰州等工业城市的污灌区表层土壤呈现不同程度的重金属污染［6～10］。张丽红等［11］以国家土壤环境质量标准为标准，采样调查分析了100个河北省清苑县及清苑县附近的农田土壤样品，结果显示：土壤中Cd污染最为严重，超标率65%，达中度污染水平；Pb、Zn、Cu超标率分别为37%、44%和33%，达到轻度污染水平，足以引起各位学者关注。茹淑华等［12］对河北石家庄典型污灌区进行取样调查，结果显示：污灌区Cu、Zn、Pb、Cd和Cr存在不同程度的富集现象，而清灌区仍处于清洁水平。虽然污灌区土壤重金属含量总体上均未超过我国农产品产地土壤环境质量标准，但土壤样品仍有个别样点的Cd出现超标现象。因此，对污灌区土壤重金属修复迫在眉睫。

3 土壤中重金属污染的植物修复措施

针对环境污染，越来越多的污染修复方式被人类利用。其中植物修复是以清除污染，修复或治理为目的利用绿色植物从环境中转移容纳或转化污染物的环境污染治理技术［13～15］。其根据修复植物的特点和功能用于重金属污染土壤等接种的植物修复技术主要有4种类型：植物挥发、提取、过滤以及稳定或固化［16］。

3.1 普通植物对土壤重金属的修复

近年来，我国对植物修复重金属污染土壤作出了很多研究。陈同斌等［17］试验小组分别发现在我国湖南、广西南方等地存在大面积的蜈蚣草等蕨类植物，并指出其具有超富集砷能力，且其植物体内氮磷养分的含量远远低于其叶片含砷量。刘金林等［18］对一年蓬进行实验研究发现，该原产自北美的一年蓬对土壤中重金属的富集能力较强。同时lin等［19］以汞污染的稻田为实验材料，研究了改作苎麻对土壤中重金属的净化作用，研究显示改作苎麻能净化汞污染的稻田，其中年净化率达41%，并连种稻田土壤的自净时间缩短了8.5倍。黄会一等［20］也发现杨树对汞和镉有很好的耐性和净化功能。

3.2 花卉植物对土壤重金属的修复

随着经济和社会的不断发展，越来越多的研究学者也将目光转向花卉植物。花卉植物具有一定的观赏性，而且种类繁多。同时花卉植物对重金属有一定能力的积累转移作用。周霞等［21］对鸭脚木、小叶黄杨等8中花卉植物进行研究发现：花卉植物对重金属的转移能力大小顺序为Zn＞Cd＞Cu＞Cr﹥Pb。对重金属的积累能力大小顺序为Cr＞Zn＞Cu＞Cd＞Pb。其中，亮叶忍冬、小叶黄杨、金叶假连翘对土壤中Cd的修复效果较为理想；鸭脚木、亮叶忍冬、小叶黄杨对土壤中Zn的修复效果较好；鸭脚木、金光变叶木、细叶鸡爪槭、胡椒木、等花卉植物对土壤中Cr的富集能力均较高，且根部积累系数都大于1，这说明对土壤中Cr的修复效果较好。

3.3 草本能源植物对土壤重金属的修复

草本能源植物作为生物生长和人类发展的生物能源基础在社会发展及人类生存过程中占有重要地位［22，23］。同时在倡导低碳经济的当今社会，草本能源植物作为草本植物的一种，其同样具有非常高的应用生态价值及经济价值［24～27］。最重要的是，部分草本能源植物具有较强的生态适应能力使其在污染土地的治理中具有一定的应用潜力。侯新村等［28］对柳枝稷、荻、芦竹、杂交狼尾草、四种草本能源植物的规模化种植并对其积累重金属作用进行研究，研究结果表明：草本能源植物对砷汞铜铬铅镉等重金属的绝对富集量较为可观。对于砷铜铅镉均以杂交狼尾草的绝对富集量最高，柳枝稷、荻、芦竹次之；杂交狼尾草对污染土壤中污染物汞的绝对富集能力最高；芦竹对铬的绝对富集能力最高，最高达1 333.37 g／hm2，这说明草本能源植物可以作为重金属污染植物修复的一类修复植物，其具有一定的修复潜力。

4 结语

土壤的重金属污染危及粮食生产、食物质量、生态安全、人体健康以及区域可持续发展。以预防为主［29］，预防、控制和修复相结合的土壤保护政策迫在眉睫。我国虽然在植物修复上起步较晚，但是仍然发展迅速。植物修复是利用具有修复性能的植物的生命活动对重金属污染土壤进行积累修复的一项新技术。与此同时，我国很多的研究学者也就此问题展开过多种研究且证明植物修复是一种极具有潜力的土壤重金属修复方式。因此接下来仍需要在找到具有较强积累能力的植物之后对其生长发育规律及发育调控措施进行研究从而不断提高植物修复的效率以加快对土壤重金属污染的修复进程。

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