不同植物种类对土壤重金属污染修复及应用前景

刘 兵

（辽宁省辽阳生态环境监测中心，辽宁 辽阳 111000）

土壤是重要的自然资源，其为植物生长提供了必要的物质条件，包括养分、水分、空气等，是植物和人类赖以生存的必要条件。然而，近些年，由于工业化进程发展较快以及人们缺乏环保意识，大量固体废弃物乱堆乱放，废水乱排乱淌，有毒有害气体及粉尘乱排飘荡，这些有害物质最终渗入土壤中，造成了严重的土壤污染。土壤污染后修复难度大、耗时长、见效慢，土壤修复技术主要分为物理方法、化学方法和生物方法三种手段，其中采用物理、化学方法进行污染修复不仅成本高、施工量大，关键是这些方法还会衍生许多环境问题，造成生态环境二次污染。利用生物修复土壤遵循了自然规律，构建了新的生态环境，是一种绿色、经济、环保的修复技术，被认为是安全可靠的方法。

植物修复是生物修复中重要技术之一，其原理是利用植物根系从土壤吸收，并通过代谢转移或转化污染物，消减土壤中有害物的含量。植物修复技术是原位修复技术，即在污染的区域利用植物进行净化，具有花费低，适应性广，无二次污染等优点，从而被广泛关注并应用。土壤中污染主要有重金属、农药、石油和有机物、炸药、放射性核素等。在矿业发展过程中，重金属污染尤为严重，因而，采用植物修复受污染的土壤在国内外广泛研究，重金属污染物主要有镉、汞、砷、铜、铅、铬、锌、镍等。目前，国内外研究者已发现几百种具有超富集性质的植物，涉及禾本科、菊科、豆科、景天科、大戟科等。在我国，科研人员已发现蜈蚣草、龙葵、商陆、东南景天等对砷、锌、镉、锰、铅、铬等超富集。鉴于修复土壤的植物种类繁多，本文将针对植物种属进行分类，简要介绍其在土壤修复中的作用及效果，以期为不同污染物及特殊栽植功能的植物品种选择提供参考依据。

1 不同种类植物对土壤重金属的修复

1.1 木本类植物对土壤重金属的修复

木本植物多为多年乔木或灌木，其根系发达，在土壤中延伸范围更广阔，生长周期长，生物量大，可以持续对污染物进行吸收修复，并且还可以获得经济效益，因此，在土壤修复中优势显著。镉超富集植物：实践证实，最佳树种为臭椿、馒头柳、国槐、春柳及毛白杨；其次忍冬、蔓长春花、海滨木槿为超富集型植物；刺槐、夹竹桃、圆柏、银杏、樟树、拐枣等为富集型植物。汞超富集植物：红树、杨树、旱柳、榆树、冬青、黄杨等。铅超富集植物：构树、夹竹桃、杨梅、侧柏、拐枣、樟树等。砷超富集植物：杨柳科的杨属和柳属；锰超富集植物：山茶科、杜鹃花、桂花、栀子花；锌元素的吸附修复木本植物：黑杨、紫丁香、冬青、旱柳；铜超富集植物：杨树、桑树、珍珠梅、榆树、英桐等。镍超富集植物：黄杨科。

1.2 草本类植物对土壤重金属的修复

草本植物因生长快、产量高、高耐受性、高富集型等特点，广泛应用于土壤修复中，根据草本用途，进一步将其分类并介绍在土壤修复中的作用。

杂草类植物：杂草拥有传播方式多，繁殖和生存能力强，生育周期短，成熟的种子即熟即落，抵御逆境能力强，光合作用效率高等优点而广泛用于土壤修复。镉超富集植物：杂交狼尾草、皇草、少花龙葵、百日草、万寿菊，香根草适用于稳定污染土壤的镉。汞超富集植物：黑麦草、紫花苜蓿、早熟禾。铅超富集植物：夏至草、苍耳、蒲公英、灰绿藜、早熟禾、鸭跖草。砷超富集植物：蜈蚣草、藨草、纸莎草、大叶井口边草、密蒙花、珠光香青、小米菜、土荆芥、荆条。锰超富集植物：商陆、繁穗苋、酸模叶蓼、东紫苏、青葙等。铜超富集植物：鸭跖草、蓖麻、黑麦草、玉米草、苏丹草、狼尾草、紫花苜蓿、白三叶草。

花卉类植物：虽然此类植物生物量低，但吸收量大，能够极大地改善土壤的质量，有效提升土壤的修复程度。镉超富集植物：细叶美女樱、紫茉莉、蜀葵、百日草、万寿菊、向日葵、紫茉莉、金盏菊、蜀葵、凤仙，铅超富集植物：紫茉莉、紫花玉簪、波斯菊、硫华菊、孔雀草、铜超富集植物：菊花（北国之春、红珍珠、北吉峰）、海蝇子草、柠檬百里香。铯：向日葵。

蕨类植物：砷超富集植物：粉叶蕨、长夜甘草蕨、斜羽凤尾蕨、紫轴凤尾蕨、白玉凤尾蕨、狭眼凤尾蕨、琉球凤尾蕨、粗蕨草等。锰：粉背蕨。

中药材类：镉超富集植物：金银花、滇白前、宝山堇菜、地榆、苦麦菜、白花败酱等，铅超富集植物：滇白前、紫茬苜蓿、芥菜、白花败酱，铜超富集植物：虎杖、地榆等，锌超富集植物：金银花，滇白前、苦麦菜等。

2 植物修复技术的优点及应用前景

植物修复技术成本低，植物修复土壤利用阳光为能源，节省人力、物力设施等投资，处理成本低，适合大规模应用。据计算采用植物修复土壤每年每立方米处理费仅为6～10元；植物修复技术更环保，相比于化学处理方法，有利于维持土壤pH值，防止土壤板结等二次污染，更有利于提高土壤透气性，增加有机质含量，调节土壤微生物菌群结构，保持土壤生态系统的平衡；植物修复土壤技术有利于固定污染土壤中重金属的迁移，减缓重金属污染土壤形成的风蚀、水蚀，促进有机物降解等；植物修复土壤技术可充分利用绿化树种、花卉等植物进行美化环境，一举两得，普遍易被公众接受。

植物修复技术作为绿色、环保、安全的修复技术，凭借卓越的优势和潜力，已在一些污染土壤中应用。例如，湖南省郴州市稻田发生砷污染，2001年利用蜈蚣草修复砷污染农田，经过3～5年，农田砷含量从4050毫克/公斤降至30毫克/公斤以下，修复后的农田种植农作物，经检测其农产品质量符合《食品中污染物限量标准》(GB 2762-2005)。环江县农田遭受尾矿坍塌污染，土壤锌、铅、砷和镉严重超标，通过化学修复并种植蜈蚣草、桑蚕和苎麻等，农田污染物浓度显著下降，土壤pH值从2～3上升到5～6。云南省个旧市农田遭受砷和铅污染，利用蜈蚣草修复土壤使重金属砷含量下降40%，铅含量下降30%。

目前，我国关于植物修复重金属污染土壤的应用仍处于研究和小规模的试验示范期，应用效果初见成效，然而，在应用过程中又呈现出新的问题并提出严峻的挑战，即如何提高修复效率、降低应用成本等问题。尽管如此，随着研究的不断深入和修复方法的改进，植物修复技术将扬长避短，发挥集中优势，在重金属土壤污染修复中将有广阔的应用前景；除修复土壤重金属污染外，我们还应看到植物修复技术还可应用于人工湿地建设、填埋场地和矿区生态恢复，同时植物修复技术也是植物固碳技术和生物质能源技术。因此，植物修复技术应用范围广泛。

3 存在问题

虽然不同植物对不同重金属污染土壤具有固定或超富集的作用，但植物修复仍有不足之处，体现在以下几个方面。

一般超积累植株体积小、质量轻、生长缓慢，吸附土壤中重金属需要时间较长，在投入、产出经济方面存在弊端。土壤重金属污染物复杂，多数呈现多元素的混合型污染或重金属元素与有机物的复合污染，而种植一种植物通常只对其中部分污染物起净化作用，与物理工程措施相比，植物修复技术多数情况下耗时较长，这与急需用地矛盾，限制了实际推广。植物吸附土壤重金属后，其处理方法也是值得关注的问题，例如，含有污染物的植物处理方式、重金属混合物的分离、纯化回收，以及后续重金属的再利用等也应纳入研究范畴。另外，植物修复也受土壤微生物、土壤理化性状、区域气候地理条件的影响。

4 展望

为进一步加快植物修复技术从理论试验到实际应用，切实发挥植物环保修复土壤优势，现对植物修复技术提出一些展望。

一是继续开展科学研究，探寻超富集型植物，并运用常规杂交育种技术及现代分子生物学技术培育生长速度快、生物量大、吸附能力强、吸附范围广泛的超富集型植物。

二是开展超富集型植物抗性生理及代谢机理研究，探索兼具吸收多种重金属污染物的植物品种，构建促进植物吸附重金属的处理方法。

三是研究植物吸附重金属后的处理方法，解决吸附重金属植物回收、分离、纯化方法，提高植物的有效利用率，避免对环境造成二次污染。