重金属污染土壤植物修复技术研究进展

来源:用户上传      作者:

　　摘要：农田中大量施用化肥、农药，工业排放三废，生活污水以及其他人类活动等，都不同程度的增加了土壤中重金属的含量。土壤被重金属污染后重金属会直接通过食物链进入生态系统，危害人们的生命安全和身体健康。本文通过查阅大量相关文献，总结了土壤重金属污染的危害、土壤重金属污染修复技术基本概念和技术指标，分析了不同类型的植物对重金属土壤污染的区别以及植物修复技术的局限性，旨在为重金属土壤污染修复提供参考，改善土壤环境。
　　关键词：重金属;污染;土壤;植物修复
　　中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2019）07-00-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2019.07.043
　　Abstract：A large amount of chemical fertilizers， pesticides，industrial wastes，sewage and other human activities in the farmland have increased the content of heavy metals in the soil to varying degrees.After the soil heavy metal pollution of heavy metals through the food chain into the ecosystem，directly endanger people’s life safety and body health.Through consulting a large number of relevant literature，this paper summarizes the harm of soil heavy metal pollution，soil heavy metal pollution repair technology basic concepts and technical indicators，analyzes the different types of soil pollution of heavy metals by plants and the limitations of phytoremediation technology，the difference between a aims to provide a reference for heavy metal contaminated soil repair，improve the soil environment.
　　Key word：Heavy metals;Pollution;Soil;Phytoremediation
　　隨着社会的不断进步，经济和科技实力不断雄厚，全球面临着严重的环境污染问题[1]。特别是工业和农业的发展，为环境保护工作增添了许多压力，引发了一系列重金属污染问题[2]。土壤重金属污染源主要有Zn、Cu、Cr、Cd、Pb、Ni、Hg、As这8种元素引起的。土壤重金属污染是当前环境保护领域研究的热点问题，多数农作物在土壤中生存，如果土壤被污染，那么重金属会直接通过食物链进入生态系统，危害人们的生命安全和身体健康[3]。因此，寻找重金属污染土壤修复技术对生态文明建设具有十分重要的现实意义。
　　1 土壤重金属污染概述
　　1.1 土壤重金属污染的危害
　　农业领域用到的各类农药、施用化肥以及采矿、冶金、废电池处理、电镀、金属加工等领域均会向外界排放重金属[4]。根据统计资料记载，全球每年平均向外界环境排放重金属量上千万吨，包括汞2万吨，铜400万吨，锰1500万吨，铅500万吨以及约100万吨镍。土壤中重金属污染具有累积时间久、生物可降解性差、生物富集作用显著以及污染面积广阔等特点，被重金属污染后的土壤会对农作物的生长发育具有十分恶劣的影响，进而导致农作物产量下降，甚至造成农作物死亡。此外，土壤中的重金属一旦纳入农作物中，会富集在农作物体内，被食用后进入生物链，危害人们的身体健康和生命安全。
　　1.2 土壤重金属污染修复技术
　　为了最大限度的降低重金属对土壤环境造成的恶劣影响，土壤修复势在必行。重金属污染土壤修复技术要综合考虑多方面的因素，包括成本、技术可行性等。当前重金属污染土壤修复技术主要包括化学修复技术、物理修复技术、生物修复技术等。传统修复技术还包括土壤冲洗、电固定、絮凝以及填埋、挖掘、焚烧等。但传统修复技术对环境造成的危害也比较严重，部分化学、物理及生物修复技术成本高，修复后的土壤性质发生不可逆转的变化，甚至可能引发二次污染。因此，低成本、绿色环保的重金属土壤修复技术研究是治理重金属污染的首选方法。其中，植物修复技术是当前全球环保领域认可的绿色修复技术。
　　2 土壤重金属污染植物修复技术概述
　　2.1 土壤重金属植物修复基本概念
　　植物修复技术指的是以太阳能为驱动，利用植物或与植物有关土壤中的微生物来降低或消除土壤污染物、土壤毒性的技术，属于一类低成本、高效、新型的土壤重金属污染修复技术。植物修复技术所用到的绿色植物必须具备通过生物降解机制来解除提让重金属污染或摄取重金属污染的能力。植物修复技术不会对土壤表层造成恶劣影响，还可以提高土壤肥力，具有因地制宜的特点。
　　2.2 不同类型植物对重金属污染土壤修复的差异
　　2.2.1 普通植物重金属污染土壤修复
　　近几年，我国环境领域专家在普通植物重金属污染土壤修复技术上的研究做了很多功课。其中，在采集野外植物中发现我国广西、湖南等南方城市野外生长着面积广阔的蜈蚣草等蕨类植物，温室栽培结果显示该类植物具有较强的汞元素富集能力。对一年生蓬松植物进行重金属富集实验，发现产自北美的蓬松可以有效富集土壤中的重金属，净化植被。 　　2.2.2 花卉植物重金属污染土壤修复
　　花卉植物观赏性深受欢迎，且品种繁多，是当前植物研究领域重点栽培的植物物种之一。科学研究发现，花卉植物不仅体态优美，在富集重金属方面的能力也很强。通过研究小黄杨、鸭脚木等八种花卉类植物发现，小黄杨、鸭脚木等转移重金属能力强弱顺序为锌元素>镉元素>铜元素>铅元素;积累重金属能力顺序为镉元素>锌元素>铜元素>铅元素。其中，金叶假连翘、小葉黄杨、亮叶忍修复重金属锌元素污染土壤的能力较强;细叶鸡爪槭、鸭脚木修复重金属镉元素污染土壤的能力较强。
　　2.3 土壤重金属植物修复选择依据
　　植物在修复重金属污染土壤方面的能力主要受两个因素的制约：生物产生量以及重金属的富集浓度。已有实验研究结果表明，超富集植物在生物量产生上相对较少，但可以积累大量的重金属;其他植物可以产生较大的生物量，但富集重金属的能力有限。超富集植物在生长过程中会富集大量的金属元素，加上体态小，在无公害处理和重金属回收方面具有较强的可行性和经济性。而使用非超富集植物不仅不能有效修复污染的土壤。还会产生较大的生物量，回收处理工作量大，经济可行性较差。因此，与灌木、乔木等类型的植物相比，草本植物生长率较高，环境适应能力较强，且可以在其增长期内实现多次收获，可以将其作为土壤重金属污染修复的首选植物。
　　3 土壤重金属植物修复技术指标
　　选择合理、科学的超富集植物是土壤重金属污染修复技术的关键之处，当前研究专家主要利用温室栽培以及野外取样调查的方式，通过分析和测量植物理化性质来确定所用植物是否为超富集植物。其中，野外取样调查的目的主要是采集植物土壤或选取合适的植物，再在温室中进行栽培，并在其栽培土壤中加入不同浓度梯度的重金属浓度，定期检测植物生长状况及植物体内重金属、土壤中重金属的含量，以确定所选植物是否为超富集植物。
　　土壤重金属植物修复技术指标主要涉及以下几个方面：（1）植物的萌芽率及存活率，在重金属的影响下，不同植物初期生长状态有明显差异。（2）测定植物的生物指标，主要有植物叶绿素的含量、茎秆直径以及植物高度、脯氨酸、丙二醛以及各类生物酶的活性等指标，以掌握植物在重金属的影响下生理活动的差异。（3）重金属的耐受性。超富集植物对重金属的耐受性不是没有限度的，在重金属浓度超过植物耐受性范围时，也会出现重金属毒性反应。对植物重金属耐受性进行测定，有助于将植物应用到被污染的土壤中。（4）植物体内根茎叶中重金属含量。只有确定体内重金属含量，确定富集重金属的组织，才可以为超富集植物的选择提供依据。
　　4 植物修复技术在修复重金属污染土壤中的不足
　　虽然大量科学研究结果证实了超富集植物可以有效修复被重金属污染的土壤，但真正实现植物修复技术的广泛应用还需要更深入的研究调查。因为超富集植物在修复技术上还存在一定的局限性。首先，多数情况下，超富集植物仅仅可以生存在经某一种重金属污染的土壤中，却难以生存在两种或两种重金属污染土壤中。且多数超富集植物生物量较低，生长周期长，生长速度缓慢，导致植物难以和土壤中的重金属离子结合，限制了超富集植物吸收重金属的效率。其次，超富集植物难以在高浓度重金属污染的土壤中生存，选择超富集植物过程中，吸收重金属后，超富集植物若不能得到有效、及时的处理，不可避免的会对生物链造成污染，不利于本地物种的生长繁殖。
　　5 结语
　　土壤重金属污染危害范围极广，涉及人体健康、食物质量、粮食生产、区域可持续发展以及生态安全等方方面面。因此，预防、控制及修复重金属污染土壤迫在眉睫。在土壤修复技术的研究上，我国起步较晚，但也取得了较为显著的成绩。植物修复技术指的是以太阳能为驱动，利用植物或与植物有关土壤中的微生物来降低或消除土壤污染物、土壤毒性的技术，属于一类低成本、高效、新型的土壤重金属污染修复技术。基于此，国内诸多环境保护和生态建设领域的学者们对土壤污染重金属修复技术展开了一系列的研究，取得了一定的成果。但当前此技术主要局限在实验室研究上，实际应用范围比较狭窄。未来还需要不断推进植物修复技术的研究和应用，提高修复效率，降低土壤重金属污染，保障人们的生命安全。
　　参考文献
　　[1]白彦真，谢英荷，张小红.重金属污染土壤植物修复技术研究进展[J].山西农业科学，2012，40（6）：695-697.
　　[2]钟斌，陈俊任，彭丹莉，et al.速生林木对重金属污染土壤植物修复技术研究进展[J].浙江农林大学学报，2016，33（5）：899-909.
　　[3]王兴利，王晨野，吴晓晨，王晶博，穆晓东，杨晓姝，胡小飞，高静.重金属污染土壤修复技术研究进展[J].化学与生物工程，2019，36（02）：1-7+11.
　　[4]王欢.重金属污染土壤修复技术研究进展与现状[J].绿色环保建材，2018（08）：29+32.
　　收稿日期：2019-03-11
　　作者简介：葛佳岷（1995-），男，汉族，本科学历，研究方向为环境工程。
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14994313.htm