1、植物營養學課程論文土壤重金屬污染與植物修復技術綜述摘要：土壤是人類賴以生存的最主要資源之一，但隨著我國工業和農業生產的不斷發展， 越來越多的污染物通過城市廢水和工業廢水灌溉農作物、農藥和肥料的使用進入到土壤之 中，進而累積到農作物中通過食物鏈危害動物和人類的健康。本文對土壤重金屬污染的來 源、特點等進行了簡要的介紹和分析。闡述了植物修復的基本概念、主要作用方式.分析 了植物修復技術的主要存在問題。最后結合當今土壤污染的具體情況對今后的研究重點進 行展望.提出了植物修復技術的發展趨勢。關鍵詞：土壤 重金屬 污染 植物修復 超富集植物 展望前言：土壤是人類生態環境的重要組成部分，但是在礦產資源的大

2、規模開采、冶煉，化肥、農藥的不當使用以及各種人類生產等活動中，人們忽視了土壤的環境承載能力，造成 土壤中重金屬污染日趨嚴重。其不僅造成農作物的產量和品質下降，也對人類的健康造成 嚴重的危害。2008年以來我國相繼發生了貴州獨山、廣西河池等神污染事件、陜西鳳翔兒 童血鉛超標、湖南瀏陽鎘污染等多起事件。因此目前有必要深入研究土壤重金屬污染的來 源、作用機理及其特點。提出和找到最有效的土壤重金屬污染修復技術。目前，土壤重金 屬污染的治理途徑按使用手段的不同分為物理修復、化學修復和生物修復三種類型，具體 包括固化、穩定、化學處理、土壤洗滌、電動修復、生物瀝濾和植物修復等多種方法。 本文將著重介紹植物修

3、復技術在土壤污染治理中的應用及對其優缺點進行討論。重金屬和土壤重金屬污染來源1.1重金屬重金屬是指把相對密度大于5.0的金屬，在元素周期表中大約有60種。由于神等元素 在毒性和其他性質上與重金屬類似，一般也列入重金屬范疇。某些重金屬元素如銅、鋅等 是動植物代謝必需的微量元素，但當它們超過一定的閾值后就會有相當的毒性。還有一些 元素如Cd、Pb等，則被認為是動植物的非必需元素，由于它們能與氨基酸側鏈上的s原子 和N原子發生作用，具有很高的毒性。在環境污染方面所說的重金屬則主要是指Hg、Cd、Cr、Pb、和類金屬As等生物毒性顯著的元素，其中以Hg的毒性最大，俗稱為“五毒”元素。目前，全世界平均每

4、年排放Hg約1. 5萬t，Cu 340萬t，Pb 500萬t。1.2 土壤重金屬污染來源土壤污染是指污染物通過各種途徑進入土壤中，其數量和速度超過了土壤的容納和凈 化能力，從而使土壤性質、組成和性狀等發生改變，破壞土壤的自然生態平衡并導致土壤 自然功能失調、質量惡化的現象2 土壤重金屬污染主要是由于采礦、冶煉、電鍍、化工、 電子、制革等工業產生含重金屬的廢棄物進入土壤，以及污灌、農藥、化肥、垃圾、粉煤 灰和城市污泥的不合理施用引起的。主要有以下途徑進入土壤。1.2. 1隨污水灌溉進入土壤由于我國是一個水資源緊缺的國家，部分灌區常把污水作為灌溉水源來利用。污水按 其來源可分為城市生活污水、石油化

5、工污水、工業礦山污水和城市混合污水等5。城市污 水中所含有的重金屬比較少，主要是富含N、P等營養物質的污水。近年來由于我國工礦企 業的迅猛發展，其污水未經處理就直接排放或者是沒有進行分流處理而用來灌溉土壤。造 成土壤重金屬不斷累積。根據資料顯示，淮陽污灌區土壤Hg、Cd、Cr、Pb、As等重金屬在 1995年已超過警戒線。1.2.2隨農用物資進入土壤農藥、化肥和地膜是重要的農用物資，對農業生產的發展起到重大的作用。由于長期 過量的使用化肥和農藥。化肥和農藥之中含有大量有機污染物和無機污染物質，有些就哈 有汞、銅、鋅等重金屬。地膜之中也含有各種重金屬元素。地膜在使用后由于降解作用使 重金屬等污染

6、物質進入土壤之中。從而造成土壤重金屬污染。另外，各種固體廢棄物的堆 積也會造成土壤的重金屬污染的重要來源。這類廢棄物在堆放或處理過程中，由于日曬、 雨淋、水洗等，重金屬極易移動，以輻射狀、漏斗狀向周圍土壤、水體擴散。通過對武漢 市垃圾堆放場銘渣堆放區附近及其土壤中重金屬含量研究表明，重金屬含量顯著高于其背 景值m土壤重金屬污染的特點2.1隱蔽性和潛伏性土壤污染時污染物在土壤中長期積累的過程，土壤重金屬污染由于其無色無味，很難被 人的感覺器官察覺。一般需要通過植物進入食物鏈后.到一定程度進才反映出來。2.2不可逆性和長期性重金屬污染物進入土壤中后，其自身在土壤中遷移、轉化，同時與土壤組成物質發生

7、一 系列吸附、置換、結合作用。由于重金屬在土壤中積累到一定程度時.便引起土壤結構和 功能的變化，且由于重金屬很難降解。因此，一旦污染很難恢復原狀。2.3巨大的危害性土壤中的重金屬不僅會影響作物的生長發育，導致作物減產與品質的下降。而且可以積 累在作物的可食部分而造成中毒。更重要的是它是一種潛在的二次污染源，它可以通過徑 流、入滲而污染地表水與地下水.也可以通過風蝕而使污染面積進一步擴大，對生物體具 有巨大的危害性。2.4重金屬的形態多變大多數重金屬元素處于過渡區，多有變價，有較高的化學活性，能參與多種反應過程。 隨著環境的Eh、PH、配位體不同，常有不同的價態。而且形態不同重金屬的穩定性、活性

8、、 毒性都會不同。通過控制土壤環境不容易去除大多數的重金屬污染物。超富集植物及植物修復技術3.1超富集植物1977年.Brooks等首先提出了超富集植物概念，即把植物葉片或地上部(干重)中含Cd達 到 100mg / kg，含Co、Cu、Ni、Pb達到 1000mg / kg，Mn、Zn達到 10000mg / kg以上的植物稱 為超積累植物。一般情況下超富集植物需具備以下2個條件。植物地上部富集重金屬的 量要達到一定臨界標準，在較低污染水平下也有較高的吸收速率，且植物應有較強的轉運 能力；與一般植物相比超富集植物能夠忍耐較高濃度的重金屬毒害，一般植物則會發生 毒害甚至死亡。最重要超富集植物主

9、要在十字花科。世界上研究最多的植物主要是蕓苔屬 (Brassica)，庭芥屬(a lyssuns)和遏藍菜屬(Thlaspi)。自從提出超富集植物修復土壤重金屬污染之后，人們逐漸將重金屬污染治理研究重點轉向了植物修復技術。3.2植物修復技術概述3.2.1植物修復技術簡介植物修復(Phytoremediation)是指利用綠色植物從環境中清除污染物或將其轉變為無 害形式的過程io。植物修復技術是以植物忍耐和超量積累某種污染物的理論為基礎，利用 植物及其共存微生物體系清除土壤環境中污染物的一門環境污染治理技術ii。主要分為以 下幾個方面：植物提取作用：是指通過植物根系和吸收污染物并將污染物富集于植

10、物體內，而后將 植物體收獲再集中處置的過程；：根際降解作用：是指土壤中的有機污染物通過根際微生物的活動而被降解的過程，是 一個植物輔助的并促進的降解過程；植物穩定化作用：植物通過根系的吸收和富集，根系表面的吸附或植物根圈的沉淀作 用而產生的穩定化作用；植物揮發作用：利用植物從土壤中抽提可揮發的重金屬，并通過其地上部分將其揮發 除去的技術；植物降解作用：利用與植物相關的微生物將土壤中的有機污染物分解除去的技術。3.2.2植物修復技術優點及存在問題優點：植物修復技術可以將污染物從土壤中去除，永久解決土壤重金屬污染問題； 其對修復場地的破壞小，而且還有綠化環境的作用；植物修復可以提高土壤肥力，而一般

11、 的物理化學修復技術會降低土壤肥力，甚至使土壤肥力完全喪失；而且植物修復具有成 本低、不破壞土壤和河流生態環境、不引起二 次污染等優點。存在問題：目前最具有推廣價值的超積累植物植株矮小、生物量低、生長緩慢和生 活周期長，因而修復效益低，且不易于機械化操作12；同時，一種植物通常只能吸收一種 或2種重金屬，對土壤中共存的其他金屬忍耐能力差，從而限制了植物修復技術在復合污 染土壤治理方面的應用。此外，植物是一個生命有機體，對土壤肥力、氣候、水分、鹽度、 pH值等有一定的要求，而這些植物多為野生植物，目前對其生活習性和耕種方法還不了解， 限制了其在治理土壤重金屬污染方面的廣泛利用。而且超富集植物的根

12、系比較淺，只能吸 取淺層的重金屬污染物，對土壤中深層的污染物則無能為力。植物修復技術是一個漫長的 過程，Schnoor和Trapp的研究表明植物修復通常需要超過10年的時問才能完全達到修復目 的13,14。建議與展望目前，土壤重金屬污染修復技術的重點研究領域是超累積植物篩選與培育。針對已知 的絕大多數超富集植物生物量小、生長緩慢和修復率低等缺點。以我國豐富的雜草資源為 對象進行篩選15,將會取得一定的突破。超累積植物是在重金屬脅迫條件下的一種適應性 突變體，往往生長緩慢，生物量低，氣候環境適應性差，具有很強的富集專一性。因此， 篩選、培育吸收能力強，同時能吸收多種重金屬元素，且生物量大的植物是

13、生物修復的一 項重要任務。同時，土壤重金屬污染大部分是屬于復合污染。需要進一步深入研究其作用 機理.更好地發揮植物修復技術在土壤重金屬污染修復中的優勢。由于生物修復是一項新興的高效修復技術，具有良好的社會、生態綜合效益，且易被 大眾接受，因此，具有廣闊的應用前景。而且重金屬污染土壤的修復是一個復雜的系統工 程，單一的修復技術很難達到預期效果，在以后的研究中著重以植物修復為主，輔以化學、 微生物及農業生態措施，以求更加有效快速無副作用的去除土壤污染物。另外，隨著基因 工程的不斷快速發展，逐步運用分子生物學和分子遺傳學的技術手段.加強對不同植物重 金屬耐性型和敏感型突變體篩選的研究。相信在土壤污染

14、修復技術中，會有多種轉基因植 物應用到土壤修復中，基因工程將上升到一個新的高度，將會開拓出一個新的植物修復污 染土壤的新型技術。參考文獻：Tandy S,Ammann A， Schulin R， et a /. Biodegradation and speciation of residual S,S一ethylenediaminedisuccinic acid(EDDS) in soil solutionJI. Environ Pollut， 2006. 142： 191199.洪堅平等.土壤污染與防治M.北京：中國農業出版社，2005.40-41.Wei zG， Wong JwC， Che

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