土壤中的重金屬污染源來(lái)源復(fù)雜，一是來(lái)自大氣沉降，大氣中的重金屬主要來(lái)源于能源、運(yùn)輸、冶金和建筑材料生產(chǎn)產(chǎn)生的氣體和粉塵；二是隨污水進(jìn)入土壤的重金屬，利用污水灌溉是灌溉農(nóng)業(yè)的一項(xiàng)古老的技術(shù)，主要是把污水作為灌溉水源來(lái)利用，由于中國(guó)工業(yè)迅速發(fā)展，工礦企業(yè)污水未經(jīng)分流處理而排入下水道與生活污水混合排放，從而造成污灌區(qū)土壤重金屬的含量逐年增加；三是隨固體廢棄物進(jìn)入土壤的重金屬，固體廢棄物種類(lèi)繁多，成分復(fù)雜，不同種類(lèi)及其危害方式和污染程度不同，其中礦業(yè)和工業(yè)固體廢棄物污染最為嚴(yán)重，這類(lèi)廢棄物的堆放或處理過(guò)程中，由于日曬、雨淋、水洗重金屬極易移動(dòng)、以輻射狀、漏斗狀向周?chē)寥?、水體擴(kuò)散；四是隨農(nóng)用物資進(jìn)入土壤的重金屬，農(nóng)藥、化肥和地膜是重要的農(nóng)用物資，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展起著重大的推動(dòng)作用，但長(zhǎng)期不合理施用也可能導(dǎo)致土壤重金屬污染。在現(xiàn)實(shí)中關(guān)注的往往集中于幾種重金屬元素：Hg、Cd、Pb、Cr、Cu、Zn 及As。土壤重金屬污染現(xiàn)在是影響人體健康和環(huán)境的重要問(wèn)題之一，因此找到合適的方法治理重金屬污染迫在眉睫。

中國(guó)重金屬污染現(xiàn)狀

重金屬污染土壤，致使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降、土壤中的污染物通過(guò)各種食物鏈，經(jīng)過(guò)逐級(jí)生物富集最終對(duì)人體健康產(chǎn)生危害。它不僅可以通過(guò)食物鏈對(duì)人體健康產(chǎn)生直接危害，還可以通過(guò)影響水體和大氣環(huán)境質(zhì)量間接對(duì)人類(lèi)健康造成威脅。更值得注意的是許多低濃度有毒污染物屬環(huán)境激素類(lèi)物質(zhì)，其影響是緩慢且長(zhǎng)期的，可能長(zhǎng)達(dá)數(shù)十年乃至數(shù)代人?？梢?jiàn)重金屬對(duì)土壤的持續(xù)污染及土壤中污染物的長(zhǎng)期存在，必將對(duì)人類(lèi)生命安全構(gòu)成巨大的、嚴(yán)重的、潛在的威脅。

土壤重金屬污染具有形態(tài)多變、金屬有機(jī)態(tài)毒性大于無(wú)機(jī)態(tài)、價(jià)態(tài)不同毒性不同、金屬羥基化合物常劇毒、遷移化、形式多、物理化學(xué)行為大多具有可逆性，屬于緩沖性污染、產(chǎn)生毒性效應(yīng)的濃度范圍低、微生物不能降解反而會(huì)毒害微生物或者使之有機(jī)化，增強(qiáng)毒性、對(duì)人體毒性的積累等特點(diǎn)。

中國(guó)土壤重金屬污染中Hg、Cd 污染最為嚴(yán)重，Pb、As、Cr、Se和Cu的污染也比較嚴(yán)重。目前中國(guó)重金屬污染的土壤面積已超過(guò)10萬(wàn)km2，污染的耕地約有1．0×105 km2，約占耕地總面積的10％以上，多數(shù)集中在經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的地區(qū)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國(guó)超過(guò)300 km2土地受Hg的污染，有超過(guò)100 km2土地受Se的污染，每年僅生產(chǎn)鎘米就達(dá)5萬(wàn)t以上，而每年因污染而損失的糧食約1200萬(wàn)t，合計(jì)經(jīng)濟(jì)損失至少200 億元，這不僅對(duì)人體健康產(chǎn)生了威脅，也對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)生一定的影響。因此為了解決這一越來(lái)越嚴(yán)重的問(wèn)題，需要采取方法從源頭治理，只有將土壤中重金屬的量控制住，才能從根本上解決上述問(wèn)題。

植物修復(fù)技術(shù)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)現(xiàn)狀

張學(xué)洪等在廣西發(fā)現(xiàn)了鉻超積累植物李氏禾（Cutgrass）；楊肖娥等在浙江發(fā)現(xiàn)了鋅的超積累植物東南景天（Sedum alfredii Hance）；陳同斌和韋朝陽(yáng)等在湖南發(fā)現(xiàn)了世界上第一種砷的超積累植物蜈蚣草（Pteris vittata L．）和另一種明顯富集砷的植物大葉井口邊草（Pteris cretica）；薛生國(guó)等在湖南湘潭發(fā)現(xiàn)錳的超積累植物商陸（Phytolacca acinosa Roxb），劉威等在湖南發(fā)現(xiàn)了鎘的超積累植物寶山堇菜（Viola baoshanensis）。最近一種超累積植物是在2013年由中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)蘇州研究院硒與人體健康重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室尹雪斌研究組發(fā)現(xiàn)的一種新型硒的超積累植物壺瓶碎米薺（Cardamine hupingshanensis）。

國(guó)外現(xiàn)狀

Baker等首次以田間試驗(yàn)形式研究了Zn 和Cd 的超累積植物Thlaspi caerulescens；Ebbs等通過(guò)實(shí)燕麥對(duì)重金屬Zn 的吸收效果發(fā)現(xiàn)有很好的效果；Blaylock等發(fā)現(xiàn)芥菜（Brassica juncea）可以吸收和積累Pb、Cd、Zn等多種重金屬，并且菥蓂可以有效吸收Z(yǔ)n、Pd、Cd；Antiochia等實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)香根草對(duì)Zn也有著較好的富集作用。此外還發(fā)現(xiàn)庭芥屬（Alyssum bertolonii）可富集Ni；遏藍(lán)菜（Thalspica－reulesences）可以富集Zn 和Cd。幾種超累積植物及其富集重金屬元素如表1所示。

表1 幾種超累積植物及其富集重金屬元素

超積累植物的局限性

1）由上文可見(jiàn)，最近的一種超累積植物發(fā)現(xiàn)于2013年，也就是說(shuō)，超累積植物的發(fā)現(xiàn)仍然是一項(xiàng)值得探究的方面，另外因?yàn)橐寻l(fā)現(xiàn)的超富集植物環(huán)境適應(yīng)性差，具有富集專(zhuān)一性。因此尋找高效低選擇性的超富集植物也具有很好的發(fā)展前景。

2）對(duì)收集的重金屬的后處理。常見(jiàn)的處理方法有集中填埋、焚燒和堆制肥料。由于滲流及其他作用，收集的重金屬仍然可能會(huì)對(duì)環(huán)境造成二次污染，因此對(duì)收集物的處理也是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，現(xiàn)在國(guó)內(nèi)外仍沒(méi)有很好的方法可以處理這個(gè)問(wèn)題。

植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)及其局限性

植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

植物修復(fù)技術(shù)是指利用植物修復(fù)和消除由有機(jī)毒物和無(wú)機(jī)廢棄物造成的土壤環(huán)境污染，是一種利用自然生長(zhǎng)植物或遺傳工程培育植物修復(fù)重金屬土壤環(huán)境的技術(shù)總稱(chēng)，它是通過(guò)植物系統(tǒng)及根際微生物群落來(lái)移去、揮發(fā)或穩(wěn)定土壤環(huán)境污染物。該技術(shù)具有投資少、經(jīng)濟(jì)盈利、對(duì)土壤環(huán)境擾動(dòng)小、治理效果永久、不破壞場(chǎng)地結(jié)構(gòu)、不引起二次污染、美化景觀、重金屬可再循環(huán)和部分回收、應(yīng)用面積大等優(yōu)點(diǎn)。

植物修復(fù)技術(shù)的局限性

1）因地制宜，對(duì)不同情況的土壤采用不同的植物。按重金屬污染輕重程度選取超累積植物或耐重金屬植物。

2）每種植物能夠積累的重金屬往往只有一種或少數(shù)幾種，對(duì)土壤中其他濃度較高的重金屬則表現(xiàn)出某些中毒癥狀，對(duì)多種重金屬污染土壤的治理存在很大的局限性。

3）用于治理重金屬污染土壤的超積累植物通常生長(zhǎng)緩慢且生物量低、修復(fù)重金屬污染土地需要時(shí)間太長(zhǎng)，經(jīng)濟(jì)上不合理。

4）對(duì)積累重金屬后的植物再處理也是一個(gè)棘手的問(wèn)題，還存在污染物及其降解產(chǎn)物的重新活化問(wèn)題。

除了超累積植物本身的缺點(diǎn)之外，還有其他因素也影響植物修復(fù)的有效性，如土壤微生物活性、土壤本身的理化特性，還有污染區(qū)的氣候地理?xiàng)l件。

植物修復(fù)技術(shù)的分類(lèi)

重金屬的植物修復(fù)通常有2種途徑：一是通過(guò)植物作用改變重金屬在土壤中的化學(xué)形態(tài)，使重金屬固定，降低其在土壤中的移動(dòng)性和生物可利用性；二是通過(guò)植物吸收、揮發(fā)，達(dá)到對(duì)重金屬的削減、凈化和去除的目的。按照植物修復(fù)的作用過(guò)程和機(jī)理的不同，植物修復(fù)技術(shù)可分為4類(lèi)：植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定和根系過(guò)濾。

植物提取

植物提取是目前研究最多并且最有發(fā)展前景的一種方法。1977 年Brooks 提出了超富集植物的概念，1983年Chaney提出了利用超富集植物清除土壤重金屬的思想。植物提取技術(shù)利用的是一些對(duì)重金屬具有較強(qiáng)富集能力的特殊植物，要求所用植物具有生物量大、生長(zhǎng)快和抗病蟲(chóng)害能力強(qiáng)的特點(diǎn)，并具備對(duì)多種重金屬較強(qiáng)的富集能力。重金屬經(jīng)植物根系吸收后，繼而轉(zhuǎn)移、儲(chǔ)存到植物莖葉，然后收割莖葉，從而達(dá)到去除土壤重金屬元素的目的。一般認(rèn)為重金屬含量超過(guò)一般植物100倍的植物屬于超積累植物，具體規(guī)定為植物積累的Cr、Co、Ni、Cu、Pb等含量達(dá)到1 g／kg以上，積累的Mn、Zn含量一般在10000 mg／kg以上，積累的Cd含量一般在0．1 g／kg以上。通常，超積累植物的界定可考慮以下2個(gè)主要因素：1）植物地上部富集的重金屬應(yīng)達(dá)到一定的量；2）植物地上部的重金屬含量應(yīng)高于根部。Li研究了十字花科的超積累植物Alyssum Annrale 和Alyssum orsicum 對(duì)Ni和Cu的吸收，結(jié)果發(fā)現(xiàn)效果顯著。

植物揮發(fā)

植物揮發(fā)是利用植物根系分泌的一些特殊物質(zhì)或微生物使土壤中的污染物（主要是Hg、Se、As）吸收到植物體內(nèi)后轉(zhuǎn)化為氣態(tài)物質(zhì)，揮發(fā)出土壤和植物表面，釋放到大氣中。植物揮發(fā)要求被轉(zhuǎn)化后的物質(zhì)毒性要小于轉(zhuǎn)化前的污染物質(zhì)，以減輕環(huán)境危害。Rugh等將細(xì)菌Hg還原酶基因轉(zhuǎn)導(dǎo)入擬南芥，獲得轉(zhuǎn)基因植物的耐Hg能力大大提高，且能將從土壤中吸收的Hg還原為HgO。同時(shí)表達(dá)MerA 和MerB 轉(zhuǎn)基因煙葉能通過(guò)葉綠體加快對(duì)Hg 的吸收。通過(guò)轉(zhuǎn)基因植物控制重金屬單質(zhì)揮發(fā)、促進(jìn)植物提取效果是今后研究重點(diǎn)。

植物穩(wěn)定

植物穩(wěn)定是利用植物吸收和植物根際的一些特殊物質(zhì)使土壤中的大量有毒金屬轉(zhuǎn)化為相對(duì)無(wú)害的物質(zhì)，從而降低土壤中有毒金屬的移動(dòng)性、生物有效性，減少金屬被淋濾到地下水或通過(guò)空氣擴(kuò)散進(jìn)一步污染環(huán)境的可能性，使其不能為生物所利用的一種方法。植物根系分泌物通過(guò)改變根際環(huán)境（Ph、Eh），使重金屬的形態(tài)發(fā)生化學(xué)改變，降低重金屬的毒性效應(yīng)。該方法適合廢棄礦區(qū)的重金屬污染或者放射性元素的污染的治理。Santibá?ez等研究智利銅尾礦中黑麥草對(duì)Cu、Zn、Mo 和Cd等的修復(fù)作用，發(fā)現(xiàn)其對(duì)重金屬的累積主要集中在根部，向莖葉處轉(zhuǎn)移很少。東方香蒲對(duì)土壤中As、Cd、Pb的累積主要在根部，其累積量可達(dá)31．69、35．12、87．12 mg／kg，莖葉中僅為2．06、2．83、20．18 mg／kg。因此，東方香蒲可作為As、Cd、Pb污染土壤植物穩(wěn)定修復(fù)的潛在目標(biāo)植物之一。目前，利用麻瘋樹(shù)、蘆葦、蘆竹、荻、五節(jié)芒、纖維大麻、芥菜和紅麻等經(jīng)濟(jì)植物，對(duì)重金屬污染農(nóng)田進(jìn)行植物修復(fù)，有利于實(shí)現(xiàn)生態(tài)、環(huán)境效益的統(tǒng)一。

根系過(guò)濾

根系過(guò)濾作用是利用耐性植物龐大的根系過(guò)濾和吸收功能富集水體中的重金屬元素，將植物收獲進(jìn)行妥善處理，達(dá)到修復(fù)水體重金屬污染的目的。或者通過(guò)改變根際的環(huán)境從而使得重金屬形態(tài)發(fā)生改變，然后聚集在根部從而減少其在土壤中的移動(dòng)。此種方法更多的應(yīng)用于水體污染修復(fù)之中。主要用于處理含放射性污染物質(zhì)、重金屬和其他污染物質(zhì)（如N、P、K）的廢水，目前實(shí)際應(yīng)用較多的是人工濕地技術(shù)和生物塘工程。適用于根系過(guò)濾技術(shù)的植物，主要有水生植物、半水生植物，也有個(gè)別陸生植物，例如向日葵、印度芥菜、寬葉香蒲及煙草等。根基過(guò)濾適用于修復(fù)水體中重金屬污染，且具有永久性和廣泛性，研究發(fā)現(xiàn)水浮蓮和浮萍的根都具有將強(qiáng)的吸附能力。Hansen等的實(shí)驗(yàn)表明，舊金山海灣的濕地系統(tǒng)可以很好的吸收通過(guò)煉油廠排放出的含硒廢水，并且流出的濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于流入的濃度，僅為5 μg／L。

結(jié)論與展望

植物修復(fù)技術(shù)是一項(xiàng)處于發(fā)展中的具有廣泛應(yīng)用前景的技術(shù)，對(duì)超積累植物的發(fā)現(xiàn)仍值得探究。雖然植物修復(fù)具有耗費(fèi)低、對(duì)土壤擾動(dòng)小等特點(diǎn)，但在投入量產(chǎn)和使用的過(guò)程中仍然存在很多問(wèn)題，比如修復(fù)周期長(zhǎng)，植物生長(zhǎng)緩慢、需要因地制宜等。

土壤修復(fù)是一項(xiàng)歷時(shí)長(zhǎng)久的系統(tǒng)工程，單一的修復(fù)技術(shù)難以達(dá)到預(yù)期的效果，因此需要尋求以植物修復(fù)為主，同時(shí)結(jié)合微生物修復(fù)和動(dòng)物修復(fù)等進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)，以達(dá)到更佳的重金屬污染土壤修復(fù)效果。因此，聯(lián)合修復(fù)將是未來(lái)最主要的修復(fù)技術(shù)之一。