植物修复重金属污染土壤效果研究_精品文档.doc
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不同植物种类修复重金属污染土壤效果分析
摘 要:
关键词：
中图分类号:
S157.433 文献标识码:
A 文章编号:
100523409（2007）0120024205
采矿，冶炼，加工，农业及废弃物处置等一系列人类活动已经产生了严重的重金属环境污染，已逐步成为一个全球性的问题。
重金属污染不仅对农作物的收成与质量产生了重要影响，而且已经影响到了大气及水环境质量，并通过食物链危及人类健康（Cunninghametal.,1995；Chenetal.,2000）。
我国受Hg，Cr，Cd，Pb等重金属污染的耕地面积达2×108hm2，约占总耕地面积的1/5。
广东省翁源县上坝村，由于长期使用富含重金属的污水灌溉农田，使得大部分农田Cd，Cu含量超出国家标准10多倍，成了癌症高发村（周建民等，2004）。
目前国内外采用的重金属污染土壤的修复技术分为物理修复法、化学修复法和生物（植物）修复法。
利用物理和/或化学方法治理重金属污染土壤往往投资昂贵、容易造成二次污染，因此无法大面积应用。
通过植物吸收，转运，积累，从而去除土壤或水体中有害重金属，从而实现土壤修复的技术已引进许多国家和科学界的重视。
植物修复技术是利用植物的吸收和代谢功能将环境介质中的有毒有害污染物进行分解、富集和稳定的过程（Cunningghametal.,1996）。
以植物为基础的植物修复法由于具有其他技术无可比拟的优点：
经济、绿色、环境友好和可以进行原位修复等（McGrathetal.,2002），逐渐成为当今环境科学领域的一个研究热点。
污染土壤的植物修复技术主要包括植物固定法（Phytostabilization）和植物提取法（Phytoextraction）。
植物固定法较适用于重度污染的土壤，但并不去除土壤中的污染物，植物提取法则较适用于低度和中度污染的土壤。
大面积的环境问题与低到中度重金属污染土壤有关，因此植物提取法被认为是植物修复技术中最具有经济市场和发展前景的方法。
进行土壤修复时，根据所选用的不同植物大体上可以分为三类，即利用超积累植物修复，利用高生物量农作物修复和利用农田杂草修复等。
1超积累植物修复效果
植物修复中，超积累植物是进行植物修复中首选要考虑的种类。
植物种类的选择是成功的关键因素之一。
超积累植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的植物。
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，对不同重金属，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100mgkg-1，含Co，Cu，Ni，Pb达到1000mgkg-1，Mn，Zn达到10000mgkg-1以上的植物称为超富集植物。
同时这些植物还应满足转运系数 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）。
表1部分超富集植物种对重金属的富集状况
重金属
植物种
叶浓度/mgkg-1
发现地点
引用文献
Zn
遏蓝菜属Thlaspicalaminare
39600
德国
Brook
遏蓝菜属Thlaspigoesingense
50000
法国
Escarre等
遏蓝菜属Thlaspicaerulescens
25000
德国
Escarre等
碎米荠属Cardaminopsishalleri
21500
法国
Muller等
东南景天Sedumalfredii
4515
中国
杨肖娥等
Cd
遏蓝菜属Thlaspicaerulescens
1800
美国
Robinson等
遏蓝菜属Thlaspigoesingense
15000
法国
Brook
碎米荠属Cardaminopsishalleri
281
法国
Muller等
凤眼莲Eichhorniacrassipes
4000～9300
中国
郭静等
宝山堇菜Violabaoshanensis
1168
中国
刘威等
Ni
叶下珠属Phyllanthusserpentinus
13700
非洲
Collins
庭荠菜属Alyssum
10000
美国
Robinson等
Pb
遏蓝菜属Thlaspicaerulescens
667
英国
Baker和Walker
香蒲属Typhalatifolia
1635
英国
Ye等
遏蓝菜属Thlaspirotundifolium
8200
德国
Baker和Walker
Se
黄芪属Astragalusracemosus
14900
美国
Baker和Walker
Mn
串珠藤属Alyxiarubricaulis
11500
非洲
Brooks等
As
蜈蚣草Pterisvittata
800
中国
陈同斌等
（王松良等，2007）
Baker（1994）等在英国洛桑试验站首次以田间试验研究了在Zn污染土壤（440mgkg-1）栽种不同超富集植物和非超富集植物对土壤Zn的吸收清除效果。
结果表明，超富集植物T.caeulescens富集Zn是非超富集植物Raphnussatinus（萝卜）的150倍，富集Cd相应则是10倍。
其每年从土壤中吸收的Zn量为30kghm-2,，是欧盟允许年输入量的2倍，而非超富集植物萝卜则仅能清除其1%的量。
Baker同时也发现，尽管T.caeulescens吸收重金属能力很强,但由于其生物量小,需13～14a的连续栽种才能将试验地的重金属含量修复到欧共体规定的临界标准（300mgkg-1）。
而Brassicajuncea（印度芥菜）对重金属的富集能力虽不如T.caeulescens，但其生物量至少是它的20倍,因而显示B.juncea在植物修复上具有更大的潜力。
Robinson等（1998）在法国南部利用盆栽和田间试验结合进一步研究了T.caerulescens修复污染土地的潜力,通过施肥，Thlaspicaerulescens的生物量增加了两倍，而其地上部Zn，Cd含量没有下降，但修复<500mgkg-1Zn污染土地仍需8.13a。
但目前具有推广价值的超积累植物通常只能吸收一种或两种重金属，特别是超积累植物植株矮小、生物量低、生长缓慢和生活周期长，使其对某些重金属提取效率偏低。
Keller等（2003）综合有关文献后认为，超积累植物T.caerulescens对土壤某些重金属的提取效率没有农作物高，如B.juncea对Cu提取效率为146gha-1，N.tabacum为474gha-1，Z.mays为163gha-1，T.caerulescens仅为50gha-1；对于Zn，B.juncea可以提取894gha-1，N.tabacum为1834gha-1，Z.mays为1998gha-1，但是T.caerulescens竟高达5052gha-1；对于Cd，则B.juncea可以提取6.95gha-1，N.tabacum为41.7gha-1，Z.mays为9gha-1，T.caerulescens为179gha-1。
超积累植物进行原位修复污染土壤时，在某些条件下，并不能充分发挥它的修复潜力。
如McGrath等（2006）在原位修复中发现，圆叶南芥A.halleri仅从土壤中提取出了0.02%的Cd和0.066%的Zn。
T.caerulescens的生物产量变化很大，在不同条件下生态型条件下，其生物量在0.5~13.4tha-1变动，相差26倍，严重影响到了其提取效率。
Clemente等（2005）观测到，在田间条件下，印度芥菜（B.juncea）对土壤中Zn，Cu，和Pb的吸收量很低，对土壤中共存的其他金属忍耐能力差，限制了植物修复技术在复合污染土壤治理方面的应用，表明了利用植物提取对清除多金属污染的土壤修复仍有一定的问题。
超积累植物修复时产生的直接经济效益偏低。
如田旋花（Convolvulusarvensi）可以积累1500mgkg-1的Cd（Gardea-Torresdeyetal.,2004），但其经济价值非常的低。
使用超积累植物如十字花科菥冥属（Thlaspi）芸薹属（Brassica）时同样也存在这样的问题。
这不符合我国当前污灌区土壤修复的现实情况。
应该是有可行的并且有一定经济效益的才能考虑。
具有一定的经济效益且没有可食用部分。
如植树造林，切花植物，植草可以使污染物不进入食物链。
生长迅速间伐林（shortrotationcoppice）如桉树，柳树等
许多超积累植物种群仅零星分布，一般在偏远地带，植物种子较小，繁殖体的收集较为困难。
不易于机械化操作，修复效益低，达到土壤重金属标准含量的时间长。
同时利用野生的，非本地的超积累植物环境风险性较高，有些可能不适合超积累植物的生长。
2高生物量农作物的土壤修复效果
高生物量作物对重金属积累的含量一般比较低，但其生物量较大，所以有较高的重金属积累量。
利用高生物量作物修复土壤已引起广泛的关注（Lingeretal.,2002；Meersetal.,2005；DiezLazaroetal.,2006）。
植物生物量可以作为生长在重金属污染土壤里植物健康的一个标志（Fayigaetal.,2004）。
对高生物量作物的研究一般集中在白杨木，向日葵，大麻，芒草（Miscanthusfloridulu（Labnll.）Warb），柳树等经济和能源植物上，高生物量植物重金属富集能力通常情况下远比超积累植物低，但对污染物的最终移除取决于生物产量和金属的浓度（Chaneyetal.,1997；Sebastianietal.,2004）。
具有高生物量，有一定的耐性，有一定的积累能力的作物在植物修复具有广阔和前景（Arduinietal.,2005）。
通过种植和收获农作物来提取修复中轻度多金属污染土壤是一个有希望的技术（Bouwmanetal.,2005）。
作物原位修复效果对土壤重金属污染的清除十分重要。
植物修复是否成功决定于以下几个因素：
对某种高浓度的重金属提取过程中，要保持较高的生物量；可以采用农艺措施重复种植和收获富含重金属的组织。
在现有高生物量农作物中，不降低其生物量而提高重金属的积累是进行植物修复最为可行的策略（Cuietal.,2004）。
苏德纯等（2002）对油菜作为超富积植物修复Cd污染土壤的潜力进行了研究，结果发现，油菜溪口花籽有较强的吸收Cd的能力，其地上部分生物量、地上部吸Cd量和对Cd污染土壤的净化率均明显高于目前公认的参比植物印度芥菜（B.juncea）。
Moussa等（2003）研究发现了一种生物量大，生长迅速的Zn的累积植物－山芋（Alocasiamacrorrhiza），
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