重金属土壤污染的植物修复技术研究进展

张洲远

摘要：指出了土壤是社会经济发展重要的物质基础，土壤污染对生态环境和人类健康都产生了极大的威胁。通过对土地污染治理应用技术方面相关文献的阅读和综合分析，简要介绍了重金属土壤污染修复的方法以及特点、植物修复技术的修复机理和优势特点，并展望了今后植物修复技术在重金属土壤污染治理方面的研究发展方向。

关键词：土壤污染；重金属污染；修复技术；植物修复

中图分类号：X53

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2016）20-0077-02

1 引言

近年来，土地污染损毁已成为阻碍我国社会经济发展的一大难题。2014年至今连续三年，国家发布了《土地整治蓝皮书》，从2016年5月发布的《土壤污染防治行动计划》均可以看出，我国土地污染损毁情况严重，其中工矿业造成的重金属土壤污染问题尤为突出，土壤污染修复治理已是刻不容缓。重金属污染物进入土壤后难以被降解，其具有隐蔽性、不可逆性、累积性等特点，继而通过食物链富集，对动植物的生存、人类健康及社会发展存在极大危害 [1]。自20世纪80年代以来，一些国家开展了污染土壤修复，起初以物理修复和化学修复为主，但是在修复过程中发现，物理和化学修复都存在一定的缺点，而生物修复技术以环境友好型的修复方式，逐渐得到青睐。通过对植物修复技术在土地污染治理应用方面相关文献的阅读，发现其有广阔的发展空间。

2 污染土壤修复技术

污染土壤修复是指利用一定的技术措施、工程手段，转移、吸收、降解和转化土壤中的污染物，使其浓度降低到可接受的水平，或将有毒有害污染物转化为无害物质的过程，最终使污染土地恢复到未污染的水平[2，3]。土壤污染的修复方法包括物理修复、化学修复、生物修复以及上述方式组合形成的复合修复。

2.1 物理修复技术

物理修复技术是指通过物理过程的控制或调节，改变土壤的物理性状，使污染物得到有效的控制，将污染物与土壤分离或转化为低毒或无毒物的技术。主要的物理修复技术包括客土和换土技术、蒸气浸提取技术、玻璃化技术、固化/稳定技术、电动力技术、热处理技术等[2]。虽然其中部分工程措施具有见效快，彻底、稳定修复污染土壤的优点；但也存在工程量大、费用昂贵、实施复杂、易破坏土体结构、易引起土壤肥力降低、不适用于大规模污染土壤修复的缺点。

2.2 化学修复技术

化学修复技术是指在污染物土壤中加入化学试剂，使其与土壤中的污染物发生化学反应，如氧化、还原、酸碱、中和、聚合、沉淀等反应，从而使污染物从土壤中分离、转化、降解成低毒或无毒性物质。典型的化学修复技术有化学淋洗技术、氧化/还原技术、溶剂浸提技术、施入改良剂或抑制剂等[4]。化学修复技术的优势主要在于简单易行，短时间内能够降低土壤中的污染物的毒性；但也存在明显的缺点，例如施加化学药剂造成土壤结构的破坏，造成二次污染以及被稳定污染物再度活化的危险。

2.3 生物修复技术

生物修复技术主要是指依靠某些生物的代谢活动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，使其转化为低毒或无毒物质进而恢复土壤系统正常生态功能的过程。它主要是利用土壤中特定的微生物、根系分泌物、菌根和超积累植物等降解、吸收或固定土壤中的污染物，从而实现污染土壤修复的目的[2]。生物修复技术有许多方面的优点： 成本低廉、操作简单、处理污染物效果良好、无二次污染、能够大规模推广应用等。更为重要的是生物修复技术是污染土壤的环境友好型治理技术，是土地整治达到生态文明目标的最佳方法，符合生态发展规律，集中体现了环境保护的基本理念。因此生物修复技术已成为土壤污染修复技术中最活跃的领域，同时具有广阔的发展前景。

生物修复技术主要包括植物修复、微生物修复技术、动物修复技术以及联合修复技术。其中植物修复技术应用较为广泛，治理效果显著。

2.4 植物修复技术

污染土壤植物修复技术是利用植物具有积累和超积累某种或某些化学元素的特性，或利用植物及其根际微生物体系将污染物降解转化为低毒或无毒物质的过程[2]。该技术已经广泛应用于砷、镉、铜、锌、镍、铅等重金属污染土壤的修复与研究。植物修复机理包括以下几方面。

（1）植物提取机理。通过在受重金属污染的土壤中种植重金属积累或超积累植物，植物吸取土壤中一种或几种重金属，富集并输送到植物根部的可收割部分，随后收割并集中处理，使土壤中重金属浓度降低到可接受水平或无污染。提取修复包括两个阶段，首先是将土壤中束缚态重金属转化为非束缚态，其次是将重金属向植物可收获的部位运输转移[5]。超积累植物是植物提取的关键之一。目前，已发现超积累植物有700种以上，且广泛分布于约50科中[1]。但是，超积累植物长期在重金属胁迫环境下，通常生长缓慢、植株矮小、生物量低，使得修复效率变低、修复周期延长[1]。生长的土壤与环境条件将影响植物对重金属污染的修复[5]。因此需要掌握植物对土壤条件和生态环境的适应性，遵循因地制宜的原则。

（2）植物吸收和挥发机理。植物在吸收营养的过程中，由于某些重金属元素与营养元素具有相同或相似的化学结构而被植物吸收，代谢成植物的成分之一，或是利用植物根系分泌的一些特殊物质使土壤中重金属转化为可挥发态，继而修复土壤。该机理主要是针对Hg和Se的研究，能够有效去除土壤中的重金属，但同时使重金属挥发到大气中，可能造成二次污染。因此如何避免大气的二次污染是植物吸收和挥发机理的研究重点。

（3）植物固定机理（又称植物钝化）。植物通过吸收、分解、氧化还原和沉淀固定等生化过程与重金属离子结合，使污染基质中金属流动性降低，生物可利用性降低，从而减轻有毒金属对土壤的污染。

（4）植物根系活动及根际微生物的作用机理。根系活动能活化土壤中的重金属，提高其生物有效性，植物根系对重金属的吸收主要与重金属的形态有关。

植物修复技术的优点：①植物的提取、挥发、降解作用可有效地解决土壤污染。②植物的稳定作用可防止污染物因风蚀或水土流失而带来污染扩散问题，同时还具有防风固沙，减少水土流失和土地荒漠化。④对环境扰动小，减少由于土壤清理造成的场地破坏。⑤经植物改良改造的土壤，土壤肥力有机质含量增加，适于农作物种植。⑥可回收植物累计的重金属，创造经济价值[2]。

2.5 复合污染修复技术及综合修复技术

由于土壤复合污染的普遍性、复杂性和特殊性，表明污染土壤的修复治理是一个综合过程，复合污染土壤的修复依靠单一修复措施必然受到制约，影响修复效果，所以需要多途径、多方式的修复手段，将两种或两种以上修复技术相结合构成一个复合污染修复技术体系，相互作用，互惠互利，以发挥各自优势，摒弃各自缺点，构造了一个完整的修复系统，修复效率更高[3]。复合污染修复技术能够建立起稳定的土壤生态系统，最终做到真正彻底、高效、绿色地修复重金属污染土壤。

3 植物修复技术在重金属土壤污染治理方面的研究发展方向

随着人类对土壤重金属污染认识的深入，以及对环境保护和人类健康要求的提高，对土壤修复也提出了更高的要求。同时基于植物修复技术的研究现状，污染土壤的植物修复的前景广阔，可从以下几个方面开展研究。

（1）尽管目前已发现700多种重金属超积累植物，当前的研究也已取得了一定的成果，但仍不能应对复杂的重金属土壤污染环境。我国野生植物种类丰富，因此从植物的生理和遗传的角度进行探索，超积累植物的寻找和培育工作仍然非常有潜力。同时继续深入开展植物修复的机理研究。

（2）运用分子生物学与基因工程技术，鉴定和克隆出影响重金属积累的基因，将其复制到生物量大、生长速率快、季节适应性强的植物体内，培育转基因植物，提高生物修复的实用性，构建高效降解去除污染物的植物。

（3）增加实践与检验。当前的植物修复研究主要集中在实验室条件，而实际的自然环境条件则十分复杂，因而研究成果还需实际的污染土壤中实践与检验[6]。

参考文献：

[1]罗 辉，朱易春，冯秀娟. 重金属污染土壤的生物修复技术研究进展[J]. 安徽农业科学，2015（5）：224～227.

[2]韩霁昌. 土地工程概论[M].北京：科学出版社，2013：187～220.

[3]周际海，黄荣霞，樊后保，等. 污染土壤修复技术研究进展[J]. 水土保持研究，2016（3）：366～372.

[4]环境保护部自然生态保护司. 土壤修复技术方法与应用[M].北京：中国环境科学出版社，2011.

[5]李飞宇.土壤重金属污染的生物修复技术[J].环境科学与技术，2011（S2）：148～151.

[6]李 崇.植物微生物联合修复土壤重金属技术综述[J]. 农业与技术，2016（7）：31，62.