成都理工大学 四川成都 610059
摘要：我国土壤污染日益严重，随着经济建设的发展土壤污染面积也在不断扩大，全国约有1.5亿亩的耕地受到Cd、As等重金属元素的污染。雨水淋溶作用使重金属元素向土壤渗透，植物根系吸收后，重金属元素进入食物链，危害动物、人类健康。传统的物理化学方法修复土壤污染成本高、对环境影响大。而植物修复技术效果明显、操作容易，是一种绿色的修复方式，为土壤重金属污染修复提供了一条重要的修复和治理途径，因此对其开展研究具有必要性、特殊性和紧迫性。
关键词：土壤，重金属污染，植物修复
1 引言
土壤，不仅仅保证着陆地生态系统内部的能量流动和物质循环，更是其重要组成结构。当今社会的快速发展以及科技的大步向前，由此产生的污染物可以通过许多方式进入到土壤环境中。这些污染物大肆破坏土壤的环境结构的同时，也严重地损害了土壤功能，最后可引发生态环境的恶化。在这些污染物中，最受到环境生态学家关注的是重金属元素，一种具有容易积累、隐蔽性强、难于降解、毒性危害大等特点的污染物质[1-2]。因为它们造成的污染更加难以治理，因此土壤重金属污染也是现在环境科学领域的重要研究课题。
土壤中的重金属一般来源于自然界或者人为造成的，不可否认的是，人类活动造成的土壤重金属污染危害性甚至大于自然的因素。在如今倡导环境保护与可持续发展的时代主题下，人类有必要对被污染和破坏的土壤环境负起责任，进行综合治理，修复退化土壤生态系统[3-4]。
植物修复技术利用植物及其根际微生物的代谢活动来吸收、积累或降解和转化土壤中的重金属污染物。
2 理论基础
2.1 重金属的赋存形态
土壤中重金属的生物毒性和可利用性主要由其在土壤中的化学性质及赋存形态绝对。目前，没有统一定义、分类重金属形态。Tessier五步连续提取法将重金属赋存状态分为可交换态、碳酸盐结合态、铁锰氧化物结合态、有机结合态和残渣态[5]。欧洲参考交流局提出的BCR法将重金属赋存形态分为4种，即：酸溶态、可还原态、可氧化态和残渣态[6]。
2.2 植物对重金属的抗性机理
一般来说，土壤中的重金属浓度特别高的时候，植物的根部细胞的细胞膜会形成一个屏障，并且可以隔断与外界的环境。每种植物，自身抵抗重金属的能力都不太一致，植物细胞内环境的pH值、Eh值可以由自身分泌的有机酸所改变，并且形成螯合物[7]。这种物质可以让土壤中活态重金属离子含量降低，重金属的跨膜运输受到影响，阻碍重金属进入植物内部。当然，植物自身能够解一定毒性，当根部吸收重金属之后，植物通过内部的一定机制将其排出去。一般排出方法为植物的组织自行脱落。
2.3 植物对重金属的富集机理
植物能在土壤污染区生存的必要条件之一是植物对污染区的重金属是否具有耐性，比如超富集植物具有较强的耐土壤重金属的能力与机理，同时也可以超量地吸收并将重金属积累在体内[8]。当前的研究工作主要集中在植物的吸收作用、运输及累积重金属等方面，对植物的富集机理理解尚不彻底。
2.4 超富集植物
植物修复的关键问题是寻找和筛选适宜的超富集植物。目前，对超富集植物的筛选除了野外调查和田间、盆栽等实验研究外，不少研究者逐渐转向了遗传工程和基因工程的方法。据统计，目前已发现的重金属超富集植物达70种，分布在约50个科[9]。
3 植物修复技术
植物修复技术对土壤重金属污染的作用过程和机理不尽相同，因此可分为植物固定、植物提取和植物挥发和根系过滤四种类型。
3.1 植物固定技术
自然界中某些植物，对土壤中含有的重金属拥有一定耐性，它们的存在并不会影响植物正常生长，植物吸收这些重金属元素时会分泌一些化学物质，进而发生化学变化，如螯合、分解作用、氧化还原等，使重金属的存在形式改变，降低重金属的毒性，但重金属元素浓度并不会明显减少[10]。
3.2 植物提取技术
重金属超富集植物是植物提取技术的关键要素，植物在生长过程中能够自然吸取、运输、累积以及耐受土壤中高浓度的重金属元素。螯合剂起到诱导作用，对植物施加鳌合剂，与土壤固相结合的金属元素得到释放，土壤中重金属的浓度增加，此时植物对重金属的吸收和富集能力可以得到较大幅度的增强[11]。当一些不易转移的重金属元素存在于土壤中时，植物提取技术就可以得到应用。
3.3 植物挥发技术
植物根系可以吸收重金属元素，利用生物化学作用将其转化为气态物质挥发到大气中，土壤重金属浓度以此得到降低[12]。但它有一定的局限性，像Hg和Se这种具有挥发特性的重金属元素，才能使用植物挥发技术。植物的挥发成分还是含有重金属元素，只是换了一种状态从土壤中转移到大气中，因此如果要利用植物挥发技术来治理土壤重金属污染，前提是不破坏大气环境。
3.4 根系过滤技术
根系过滤技术是利用植物根部过滤作用，富集土壤中的污染物[13]。向日葵、印度芥菜、宽叶、香蒲及烟草等植物常被应用于该技术。不仅是重金属污染的土壤可以用根系过滤技术修复，放射性核素如U、Cs或Sr污染的水体也都可以使用水科植物的根系过滤技术进行治理。
4 结论与展望
植物重金属修复技术与物理、化学及工程方面的治理方法相比，其投资和维护成本低、操作简单；应用范围广；对土质有改善作用；集中处理收获物，可以有效地避免二次污染；对周围环境干扰小。
尽管植物修复技术在土壤重金属污染修复中有着不可替代的优势，但其本身也具有一定的局限性：修复植物需要时间生长，植株一般也不大，导致修复周期较长，而且生长受当地的气候、水文等条件影响；对重金属具有选择性，一般一种植物只对某一种或两种重金属具有超富集能力；只能修复植物根系分布的部分土壤，植株富集重金属元素后处置不当也会引起二次污染等。
在未来的研究中，一方面需进一步开发寻找新的生物量大的超富集植物；另一方面可以利用基因工程手段，将植物进行改造，从而产生理想的、合适需求的转基因超富集植物，为环境保护和土壤治理工作带来新的希望。
参考文献：
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