植物修复重金属-有机物复合污染土壤研究进展

刘易斯

摘 要：目前，复合污染研究是环境科学发展的重要方向之一，重金属和有机物是土壤中的主要污染物，对两者复合污染进行研究，对于解决生态安全问题具有重要意义。本文首先阐述了重金属-有机物复合污染土壤植物修复研究现状，对相关强化措施进行分析，最后针对植物对重金属-有机物复合污染土壤修复研究进展与前景进行总结。

关键词：植物修复;重金属;有机物;复合污染

中图分类号：X592文献标识码：A文章编号：1003-5168（2018）31-0159-02

Advances in Phytoremediation of Heavy metal-organic Complex Soils

LIU Yisi

（Municipal and Environment Engineering Institute， Shenyang Jianzhu University，Shenyang Liaoning 110168）

Abstract： At present， complex pollution research is one of the important directions of environmental science development. Heavy metals and organic matter are the main pollutants in the soil. Studying the combined pollution of the two is of great significance for solving ecological safety problems. This paper firstly described the research status of phytoremediation of heavy metal-organic composite contaminated soil， analyzed related strengthening measures， and finally summarized the research progress and prospects of plant remediation of heavy metal-organic composite contaminated soil.

Keywords： plant repair;heavy metal;organic matter;compound pollution

近些年，重金属和石油烃对土壤环境污染程度日益增加，我国土壤污染总体超标率为16.1%，其中轻微、轻度、中度和重度污染点位比例分别为11.2%、2.3%、1.5%和1.1%。根据相关研究表明，我国很多地区土壤存在重金属-有机物复合污染情况，而目前我国对重金属-有机物复合污染土壤修复研究较少。植物修复作为生物修复的一项重要技术，可以利用植物固有生理能力修复污染媒介，因此对植物修复重金属-有机物复合污染土壤进行研究具有较好的研究前景。

1 植物修复机理概述

1.1 重金属修复机理

植物中有毒金属积累经历了植物吸收、转移和生理耐受多个过程。金属进入土壤溶液方式主要分为三种：第一，根系分泌金属螯合分子;第二，根系分泌金属还原酶;第三，根系分泌有机酸。

首先植物通过某种生化过程，使基质中金属的流动性降低，生物可利用性下降，从而减轻有毒金属对植物的毒性。同时，根系介导的沉淀和吸附过程可以稳定根系区域内的金属，降低其迁移率，减少污染物随土壤液体流动，降低了污染物对土壤的侵蚀。

植物在吸收营养过程中，由于某些重金属元素与营养元素具有相似的化学结构，会被植物误吸收到植物体内，当金属污染物进入到植物表皮层后，或被植物代谢掉，或成为植物的成分之一，或通过气孔发挥到大气中，从而使土壤可以得到修复[1]。

植物根系对重金属的吸收主要与重金属的形态有关。根系活动能活化土壤中的重金属，提高其有效性。研究显示，植物根系在生长过程中可以产生诸如简单酚类及其他有机酸等分泌物，降低土壤PH值，提高金属离子的生物可利用量，从而起到修复土壤的作用。

有研究表明，植物根系与真菌形成的菌根能增加植物对微量元素吸收，在植物根系的影响下，增加微生物数量与活性，保证了根际效应，使植物根系与污染土壤接触更加充分。

1.2 有机物的修复机理

有机化合物能否被植物吸收，并在植物体内发生转移，完全取决于有机化合物的亲水性、可溶性和分子量。植物可吸收有机污染物，然后通过植物组织中的酶将其降解为更简单的分子，达到修复土壤的效果。

植物根对有机物的吸收直接与有机物的相对亲脂性有关，某些化合物被吸收后，有的以一种很少能被生物利用的形式束缚在植物组织中。如胡萝卜吸收二氯二苯基—三氯乙烷，然后收获胡萝卜，晒干后完全燃烧以破坏污染物。

植物分泌物和酶的降解作用。植物分泌物包括氨基酸、脂肪酸、糖类、有机酸、黄烷酮、核苷酸及其他化合物，这些化合物能改变土壤的理化条件。相关试验证明，某些能降解有机污染物的酶类不是来源于微生物，而是来源于植物，如植物根系中的硝基还原酶能对含硝基的有机污染物进行降解。

植物与根际微生物的转化试验表明，植物能以多种方式刺激微生物对有机污染物进行转化，根际微生物在生物降解中起着重要作用。土壤由于植物根系的存在，增加了微生物活动和数量。根际是已知的维持大量不同微生物的环境，植物通过从根部释放大量不同类型的碳来刺激根际微生物的生长。

2 植物修复复合污染的现状

植物修复通常需要较长周期。相关研究数据显示，黑麦草能够有效地去除土壤中的混合污染物，铜-芘复合物使混合污染土壤中最常见的污染物，它对植物生产及铜吸收产生不良影响，利用黑麦草可以修复此类污染土壤。在复合污染土壤中，玉米草能够对五氯酚和Cd污染土壤起到良好的修复作用。此外，重金属和石油烃类污染土壤直接影响植物生理，利用苜蓿植物能够修复上述污染土壤。同时，黑麦草、何首乌等植物可以作为有毒金属积累和多环芳烃清除的生物指示植物;紫花苜蓿與向日葵联合种植可修复复合污染土壤[2]。

3 強化植物修复复合污染的研究

3.1 添加化学试剂

3.1.1 表面活性剂。以茶皂素为例，对添加后的植物修复情况进行观察，可知添加茶皂素后，根系伸长，并且茶皂素能够刺激微生物活性，加速污染物的去除。经过多次试验，黑麦草种植过程中添加适量茶皂素，能够更好实现植物修复重金属-有机物复合污染土壤功能。

3.1.2 环糊精及衍生物。相关技术人员通过盆栽试验研究了丛枝菌根真菌和表面活性剂处理下龙葵成长情况。结果显示，经过处理的龙葵枝条生物量和芽中Cd的含量明显升高，证明该浓度土壤中植物消散和脱溴效率均显著提高。

3.1.3 螯赘合剂。螯合剂对有机污染物去除通常表现为间接促进作用，如通过添加谷氨酸、苹果酸、草酸、柠檬酸以及酒石酸等天然鳌合剂，提升土壤微生物代谢速度，从而强化修复效果。研究发现，向复合污染土壤中添加组氨酸和水杨酸，会使生物降解作用明显增强。

3.2 联合其他技术

3.2.1 联合电动修复技术。在芜菁修复污染土壤实验中施加适量电位梯度，发现交流电是最合适的电场。此外，电极空间配置也会影响土壤中电场分布，并得出土壤表面上阴阳两极平行分布最适合应用于现场规模。

3.2.2 联合微生物修复技术。有研究发现，以铜绿假单胞菌为主的生物修复技术对苜蓿生物量有显著促进作用，此90天的试验，发现以铜绿假单胞菌为主的生物修复技术有效降低了土壤中TPH含量。

3.2.3 联合基因工程技术。据研究，对比谷胱甘肽-转移酶和CYP2E1共同作用下的紫花苜蓿植株生长状况，发现转基因组的植株对重金属和有机污染物混合污染物的抗性明显增强;另外，利用转基因紫花苜蓿与色素基因P450 2E1基因联合技术，可以有效提高植物修复重金属-有机污染物效果。

3.3 升级农艺措施

在研究调查中，笔者发现在植物修复复合污染土壤中用堆肥方法进行改造，金属硫蛋白成为影响紫花苜蓿对重金属耐受机制的重要因素，即植物细胞中金属结合配体可阻止金属与重要植物器官结合。因此，可以通过农艺升级方法，提高污染土壤修复效率，如向日葵与紫花苜蓿联合种植，其根系金属吸附率与单种紫花苜蓿处理效果有明显改善。

4 结语

目前，我国对于植物修复重金属-有机物复合污染土壤的研究还处于初级阶段，对于复合污染条件下污染物质迁移、转化和积累规律有待进一步研究，植物对重金属存在形态、修复效果以及与重金属之间的相互作用都需要更加清晰的理论框架。文中提出的添加螯合剂、小分子有机酸与表面活性剂等技术，也需进一步摸索，相关技术人员需要找到适宜的植物组合，鉴定根际释放的植物酶降解烃类的功能，更好实现污染土壤修复目标。

参考文献：

[1]李韵诗，冯冲凌，吴晓芙，等.重金属污染土壤植物修复中的微生物功能研究进展[J].生态学报，2015（2）：6881-6890.

[2]刘秀梅，聂俊华，王庆仁.植物修复重金属污染土壤的研究进展[J].甘肃农业大学学报，2001（1）：8-13.