土壤重金属污染的植物修复技术

上海农业科技2009-4土壤重金属污染的植物修复技术石磊金玉青金叶华周勤华顾介明(上海市南汇区种植业技术推广中心201300)摘要：土壤重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境问题。因其具有隐蔽、不可逆和后果严重等特点，缺乏理想的治理方法。笔者介绍了土壤重金属污染的植物修复技术，为治理土壤重金属污染展示了一条新的希望之路。关键词：土壤，重金属污染，植物，修复技术土壤是地理环境的重要组成要素，同水、大气、生物等环境要素互为外在条件，相互联系、相互影响。土壤位于地球陆地表面，是一个有机与无机的复合体，介于生物界与非生物之间，并有固、液、气三相共存，因此土壤与人和环境之间关系极为密切，是人类赖以生存的主要资源之一，还是物质生物地球化学循环的储存库，对环境变化具有高度的敏感性。土壤污染可引起和促进水体、大气、生物等环境要素的污染，它们总的表现为环境污染，所以土壤污染是环境污染的重要环节。土壤重金属污染是当今面积最广、危害最大的环境污染问题。目前最引人注意的是汞、镉、铅、铬等重金属所引起的土壤污染，它们具有很强的生物毒性，不仅降低土壤肥力和作物的产量与品质，而且恶化环境，并通过食物链危及人类的生命和健康，即使在浓度很低时仍可对人类及其他生物造成危害。据估计，全球每年释放到环境中的有毒重金属高达数百万吨，其中As为l2．5万t、Cd为3．9万t，Cu为14．7万t、Pb为34．6万t、Ni为38．1万t、Hg为I．2万t。由于重金属污染毒性机制和生物效应的复杂性，故土壤中重金属污染一直是当前研究的热点。又因其污染具有隐蔽、不可逆和后果严重等特点，至今没有找到理想的治理方法，因此需要探索在不破坏土壤生态环境的情况下治理重金属污染的新途径。近年来，植物修复技术的快速发展展示了一条新的希望之路，已引起国际土壤、植物营养学和环境科学界的浓厚兴趣和政府部门的高度重视。有望成为一项治理土壤重金属污染的全新技术，应用前景广阔。1植物修复的相关研究背景1．1植物修复的概念植物修复是指利用绿色植物来去除环境中的污染成分或将其转化为无毒物质的过程。植物修复主要是利用植物来消除由无机废弃物造成的污染，主要包括植物提取、植物转化、植物挥发、植物固定及植物促进，其中运用最广泛的是植物提取，主要通过寻找超高量累积重金属的植物进行播种，将土壤中的一种或几种重金属元素吸收，并将其转移、贮存到植物茎叶，然后收割茎叶，离地处理以达到清除污染的目的。常用的两种方法是螯合物辅助的植物提取技术(又称做诱导的植物提取技术)和连续的植物提取技术，后者主要利用目前缺乏的超富集植物。植物修复技术普遍被认为具有物理、化学修复方法所无收稿日期：2009—06—0324——法比拟的费用低廉、不破坏场地结构、不造成地下水的二次污染、能美化环境、易为社会所接受等优点，是一项很有发展前途的修复技术。有专家估计，未来5年内，国际植物修复市场规模将达2O亿美元。目前国外在利用植物修复卤代烃、农药、汽油、柴油，重金属、放射性物质、废旧炸药、处理污染填土淋滤液．分解处理空气中的污染物质或将氧化氮转化为氮气等多方面的研究已取得重要成果。我国在植物修复技术方面的研究也取得重大成果，如利用凤眼莲修复污水中的某些农药、利用蜈蚣草叶片富集砷，利用印度芥菜对土壤中难溶态镉的吸收等。1．2超富集植物通常，超富集植物的界定可考虑以下两个主要因素：(1)植物地上部富集的重金属应达到一定的量；(2)植物地上部的重金属含量应高于根部。由于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大差异，因此，不同重金属其超富集植物富集浓度界限也有所不同。目前采用较多的是Baker和Brooks(1983年)提出的参考值，即把植物叶片或地上部(干重)中含Cd达到100pg／g，含Co、Cu、Ni、Pb达到1000g／g，Mn、Zn达到10000pg／g以上的植物称为超富集植物。同时这些植物还应满足S／R>1的条件(S和R分别指植物地上部和根部重金属的含量)。目前国际上已报道的超富集植物已有400多种，但具有我国知识产权的超富集植物仍然不多。在这些超富集植物中，大多是Ni超富集植物(约300种)，此外还有Co26种、Cu24种、se19种、Znl6种、Mnl1种，而Cd只有3～4种，且修复效果不理想。1．3cd超富集植物研究进展Cd是一种对植物具有明显毒性的重金属元素，由污水、垃圾或含Cd气体沉降而进入土壤。土壤中的Cd会被植物吸收和积累而对植物造成危害，也可通过食物链，影响人们身体健康。目前对于Cd超富集植物研究最多的是美国农业科学研究院(ARS)的农学家鲁福斯一切尼(RufusChaney)，经过研究发现，一种开白花的小型十字花科菥属植物阿尔卑斯菥(Thlaspicaer~escens)对土壤中的镉具有非常强的吸收能力，该植物叶子中