1、淺議土壤重金屬污染中植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用劉準(zhǔn)橋 070106114(南京林業(yè)大學(xué)摘要:土壤重金屬污染在世界范圍內(nèi)廣泛存在并且日益嚴(yán)重,植物修復(fù)技術(shù)作為一低成本,效果好,無二次污染的綠色技術(shù)成為當(dāng)前學(xué)術(shù)界研究的熱點(diǎn)。本文論述了重金屬的概念和土壤重金屬的來源,介紹了植物修復(fù)技術(shù)的概念并從植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定或固化、根系過濾四個(gè)方面闡述了植物修復(fù)技術(shù)在清除土壤重金屬污染方面的應(yīng)用,且進(jìn)一步提出了植物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展建議。關(guān)鍵詞:土壤;重金屬;植物修復(fù)土壤水生態(tài)環(huán)境的重要組成部分,是人類賴以生存的主要資源之一,近年來,隨著現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化,工業(yè)三廢的排放,農(nóng)業(yè)化肥與有機(jī)農(nóng)藥的大量施

2、用,生活污水的不斷排放,城市污泥,礦床的開采等大量的污染物進(jìn)入土壤環(huán)境,土壤污染日益嚴(yán)重。其中重金屬污染在土壤污染中不僅面積大,并且殘留時(shí)間長。當(dāng)土壤中的重金屬含量積累到一定程度,會(huì)對(duì)土壤植物系統(tǒng)產(chǎn)生毒害作用,導(dǎo)致土壤退化、農(nóng)作物的產(chǎn)量和品質(zhì)下降,每年因重金屬污染帶來的糧食減產(chǎn)達(dá)1000多萬噸,被重金屬污染的糧食每年達(dá)1200萬噸,年經(jīng)濟(jì)損失在200億以上1。另外,重金屬可以通過植物的吸附作用進(jìn)入植物體內(nèi),另外還可以通過徑流和淋洗等作用污染地表水和地下水,最終能通過接觸和食物鏈等途徑危害人們的生命健康2。一、重金屬的概念及土壤重金屬的來源1、重金屬的概念重金屬是在工業(yè)生產(chǎn)和生物學(xué)效應(yīng)方面均具有

3、重要意義的一大類元素,在化學(xué)概念上,還沒有明確的的定義,但是目前還是有了廣為接受的概念,那就是元素的密度大于6g/cm3,具有金屬性質(zhì)(延展性、導(dǎo)電性、穩(wěn)定性、配位特性等,且原子數(shù)目大于20的元素。其中常見的重金屬有鎘、鉻、汞、鉛、銅、鋅、銀、錫等。重金屬離子(如Cu2+、Zn2+、Mn2+、Fe2+、Ni2+和Co2+等是植物代謝必需的微量元素,但如果它們過量則具有相當(dāng)毒性。環(huán)境污染方面所涉及的重金屬主要是指生物毒性顯著的汞、鎘、鉛、鉻以及類金屬砷,還包括具有毒性的重金屬鋅、銅、鈷、鎳、錫、釩等。土壤一旦受到外界污染就相當(dāng)難治理,通常具有以下幾個(gè)特點(diǎn):累積性;隱蔽性和滯后性;不可逆轉(zhuǎn)性3。2

4、、土壤重金屬的來源伴隨著工業(yè)化和城市化的發(fā)展,重金屬在土壤中的含量日益增加,重金屬侵入土壤的主要途徑有:1、礦產(chǎn)資源的開采。由于現(xiàn)代化發(fā)展的需要和技術(shù)的發(fā)展,各種礦藏不斷的被發(fā)現(xiàn)、開采、加工和利用,產(chǎn)生了大量的采礦廢棄場地,大量的采礦廢水,廢氣,進(jìn)而引起了土壤的重金屬污染。2、化肥和農(nóng)業(yè)的大量使用。現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中,不節(jié)制的隨意濫用化肥和農(nóng)藥,導(dǎo)致農(nóng)業(yè)土壤中重金屬含量急劇增加,進(jìn)而形成農(nóng)業(yè)土壤的重金屬污染。3、污水灌溉和污泥的利用。城市污泥的農(nóng)業(yè)利用和含有重金屬的污水的農(nóng)業(yè)灌溉都對(duì)是引起土壤重金屬污染的來源。4、汽車尾氣的排放。由于汽車工業(yè)的發(fā)展,越來越多的汽車進(jìn)入家庭,汽車排放的尾氣對(duì)公路兩旁

5、的土壤重金屬污染尤為嚴(yán)重4。二、植物修復(fù)的概念和類型對(duì)土壤重金屬污染的治理,目前常用的有淋濾法、客土法、吸附固定法等物理方法以及生物還原法、絡(luò)合浸提法等化學(xué)方法。但這些方法往往投資昂貴、需用復(fù)雜設(shè)備條件或打亂土層結(jié)構(gòu),對(duì)大面積的污染更是無可奈何。如據(jù)報(bào)道,對(duì)1hm2面積的污染土壤進(jìn)行工程法治理(客土,每1m深度土體的耗費(fèi)高8002400萬美元。如此驚人的代價(jià)迫使人們不得不尋求另外途徑。近年來出現(xiàn)的植物修復(fù)恰恰為人們提供了一種價(jià)廉且有效的土壤重金屬污染治理方法。“植物修復(fù)”是指將某種特定的植物種植在重金屬污染的土壤上,而該種植物對(duì)土壤中的污染元素具有特殊的吸收富集能力,將植物收獲并進(jìn)行妥善處理(

6、如灰化回收后即可將該種重金屬移出土體,達(dá)到污染治理與生態(tài)修復(fù)的目的5。植物修復(fù)技術(shù)主要包括四種類型植物穩(wěn)定、植物提取、植物揮發(fā)、根系過濾,這四種類型的主要介紹如下:1、植物提取植物提取最早是Chaney提出的,即利用重金屬富集能力較高的植物的吸收和轉(zhuǎn)運(yùn),將土壤中的一種或幾種重金屬轉(zhuǎn)移并儲(chǔ)存在地上部分,隨后收獲地上部分并集中處理。能應(yīng)用于植物提取的植物往往是一些超積累植物。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)超積累植物500多種,廣泛分布于45個(gè)科,其中Ni的超積累植物最多, 主要是十字花科的庭薺屬,據(jù)報(bào)道,紅根莧可富集137Cs,對(duì)切爾諾貝利核電站1986年泄露后大面積土壤的核污染放射性進(jìn)行植物修復(fù)有較大潛力。植物提

7、取的關(guān)鍵要求所用的植物生長快、生物量大、抗病蟲能力強(qiáng)的特點(diǎn),并具備較強(qiáng)的多種重金屬的富集能力。2、植物揮發(fā)植物揮發(fā)指通過植物的吸收促進(jìn)某些重金屬轉(zhuǎn)移為可揮發(fā)態(tài),揮發(fā)出土壤和植物表面,達(dá)到治理土壤重金屬污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通過甲基化揮發(fā),大大減輕土壤的重金屬污染。如煙草能使毒性大的二價(jià)汞轉(zhuǎn)化為氣態(tài)的汞,洋麻可以使土壤的47%的三價(jià)硒轉(zhuǎn)化為甲基硒揮發(fā)去除,海藻能吸收并揮發(fā)砷,其機(jī)理是把(CH32AsO3揮發(fā)出體外。現(xiàn)代分子生物技術(shù)和基因工程的介入,使得植物揮發(fā)技術(shù)有了更大的發(fā)展,如Meagther等將細(xì)菌中的Hg還原酶修飾基因轉(zhuǎn)入擬南芥中發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)基因植物所表現(xiàn)出來的Hg還原酶可

8、以從溶液或介質(zhì)中產(chǎn)生揮發(fā)態(tài)的Hg。這一方法只適用于揮發(fā)性污染物,所以應(yīng)用范圍小,并且將污染物轉(zhuǎn)移到大氣中對(duì)人類和生物有一定的風(fēng)險(xiǎn)。3、植物固化植物固化指的是利用植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中污染物轉(zhuǎn)化為相對(duì)無害物質(zhì)的一種方法,從而減少其對(duì)環(huán)境和人類健康的風(fēng)險(xiǎn)。在這過程中土壤重金屬的含量并不減少,只是暫時(shí)將其固定,其中包括分解、螯和、氧化還原等多種過程。植物在植物穩(wěn)定中主要有兩種功能:一是保護(hù)污染土壤不受侵蝕,減少土壤滲漏來防止金屬污染物的淋移;另一種是通過金屬根部的積累和沉淀或根表吸持來加強(qiáng)土壤中污染物的固定。如植物能使六價(jià)鉻變?yōu)槿齼r(jià)鉻,使其固化。植物固定技術(shù)對(duì)廢棄的重金屬污染和放射性核元素污

9、染物尤為重要,原地固定這兩類污染物是上策,可以降低風(fēng)險(xiǎn),減少異地污染,目前這項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)在礦區(qū)污染修復(fù)中使用。4、根際過濾根際過濾指將特定的植物種植在重金屬污染的水體中,利用植物龐大的根系和巨大的表面積過濾、吸收、富集水體中重金屬元素后,將植物收獲處理,達(dá)到治理水體重金屬污染的目的。例如:水科植物浮萍和水葫蘆可有效吸收清除水體中鎘、銅和硒,目前用于根系過濾的植物有印度芥菜,鹽地鼠尾粟,寬葉香蒲等等。此技術(shù)主要用來處理石油天然氣生產(chǎn)中產(chǎn)生的廢水,及含重金屬的各種廢水6。三、植物修復(fù)技術(shù)的展望植物修復(fù)技術(shù)是一種支持可持續(xù)性發(fā)展的環(huán)境修復(fù)技術(shù),并以其高效、經(jīng)濟(jì)、清潔、美觀等優(yōu)勢解決了環(huán)境中的持久性污染

10、物問題,占領(lǐng)了世界重金屬污染土壤的修復(fù)市場。植物修復(fù)技術(shù)雖然也存在一些諸如生物量小、影響因素較多等不足。但通過適當(dāng)?shù)膹?qiáng)化措施可以使其揚(yáng)長避短,更好地為修復(fù)重金屬污染土壤服務(wù)。今后很長一段時(shí)間植物修復(fù)的研究熱點(diǎn)仍將集中在超富集植物的篩選與優(yōu)化上。為提高植物修復(fù)效率可以嘗試將植物修復(fù)技術(shù)和其它修復(fù)技術(shù)聯(lián)合以發(fā)揮各自的優(yōu)勢。例如:化學(xué)試劑加強(qiáng)、電刺激、磁感應(yīng)等,這將有助于拓展植物修復(fù)的實(shí)施領(lǐng)域和應(yīng)用前景。我國土壤重金屬污染的來源更加廣泛,污染形態(tài)日趨多樣。重金屬污染土壤的面積在逐漸擴(kuò)大,程度在不斷加深,急切需要有成熟高效的植物修復(fù)技術(shù)加以市場化應(yīng)用。雖然我國對(duì)植物修復(fù)的研究起步較晚,但我國是一個(gè)植物資源豐富的國家,植物類型眾多,通過大量的篩選工作肯定能找到適合本土推廣種植的超富集植物。加上豐富的農(nóng)業(yè)經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)的精耕細(xì)作,對(duì)重金屬污染土壤植物修復(fù)的大規(guī)模使用將會(huì)起到更大