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植物修复技术在重金属污染土壤治理中的应用

发表时间：2021/4/20 来源：《城市建设》2021年3月作者：沈贤城司马小峰

[导读] 重金属污染物问题由来已久，对土壤和环境造成了严重危害，如何有效治理成为了全世界的难题。近些年各国都在探索适用于本国的植物修复技术，因其环境友好且成本低。本文着重就目前常用的植物修复技术方法进行了分析，并对其在重金属污染土壤修复中的应用进行探讨。

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摘要：重金属污染物问题由来已久，对土壤和环境造成了严重危害，如何有效治理成为了全世界的难题。近些年各国都在探索适用于本国的植物修复技术，因其环境友好且成本低。本文着重就目前常用的植物修复技术方法进行了分析，并对其在重金属污染土壤修复中的应用进行探讨。
关键词：植物修复；重金属污染；土壤治理
        土壤是生态环境中重要的组成部分。近年来土壤污染问题加剧，土壤遭受重金属污染的面积大、残留时间长，而当土壤中的重金属积累会毒害植物系统，造成农作物产量下降、质量安全无法保证，带来经济损失。植物可以吸附土壤中的重金属，重金属可以食物链的形式通过农作物进入人体，危害人的生命健康。
        植物修复技术是一种环境治理技术，用于对污染物进行回收利用。绿色植物可以将污染物吸收、固定、转移、转化、降解，使其对环境无害。植物修护的技术本质，是利用植物的光合作用，将污染物从土壤和水中抽吸出来，转移到植物体内，再通过对植物的无害化处理来治理环境。
        利用生在重金属含量高的土壤中的超积累植物治理重金属污染的土壤，并将基因工程技术应用于改良超积累植物的生物学性状，以改良植物对重金属的积累特性，来提高治理效率的前景广阔。将分离、克隆的基因导入到生物量大、分布广的易生存常见植物中，使其同时具备累积性和重金属耐受性，可以安全、高效地生长，既能够吸附土壤重金属污染，又不会危害生态安全影响食物链平衡[1]。本文就植物修复技术在重金属污染土壤治理中的应用进行分析讨论，以期更好推动该技术的发展和土壤治理。
        1.重金属及重金属污染土壤
        1.1重金属的概念
        重金属是元素概念，指的是密度大于6g/cm3的元素，包括常见的铅、锌、铜、银、汞、镉、铬、锡等。对于人体来说有害的重金属元素，其以离子形态存在，成为了植物代谢所必需的微量元素。重金属作为一种无机污染物污染土壤，因土壤中的微生物无法将其分解，在长期积累中易转化为毒性较大的甲基化合物，一旦过量就会具有相当毒性。而土壤被重金属污染的过程常具有隐蔽性、累积性、不可逆转性，治理上具有滞后性，治理起来相当困难。
        1.2重金属污染土壤的成因
        重金属污染土壤的成因很多，主要包括以下几种：
        （1）来自矿产开采。在矿产资源开采的过程中会产生大量的废水、废气、废渣，也就是我们俗称的“三废”，或者采矿后的场地遭到废弃，都可能造成重金属污染土壤。
        （2）来自化肥农药。在现代农业生产中大量使用到化肥和农药，有时甚至会滥用，这更加剧了重金属污染土壤的进程。
        （3）来自污水污泥。将城市的污泥和生活污水用于农业生产，这其中含有大量的重金属成分，会引起重金属污染土壤。
        （4）来自汽车尾气。随着生活条件的改善，汽车普及进入更多家庭，汽车尾气的排放使得公路两旁的土壤重金属污染尤为严重。
        2植物修复技术的方法
        利用植物修复技术治理金属污染土壤，是利用植物处理土壤环境污染物的一种，既可以利用自然生长的植物，也可以利用遗传工程培育的植物，其主要原理是通过植物系统及其根际微生物群落，将土壤环境污染物固定、移去或挥发。

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具体包括以下一些方法[2]：
        2.1植物提取法
        该技术适用于污染程度较低的浅层土壤修复。通过种植一些特殊的植物，利用其特殊根系吸收重金属污染土壤中的重金属和其他污染物，转移至植物的地上部分，最后通过收割植物地上部分的方式带走污染物，实现污染土壤治理。
        2.2植物挥发法
        该技术适用于易挥发污染物的土壤修复。一些植物的根系会分泌特殊物质，利用这种特殊物质可将土壤中的汞、硒转化为挥发形态，实现对污染的去除。植物挥发法的适用范围较小，只有特殊的挥发性污染物才可通过这种方式去除，且是将污染物转移到大气中进行稀释，对人类和其他生物仍存在一定的风险。
        2.3植物固化法
        该技术的治理结果不稳定，较少使用。其原理是利用植物根际的一些特殊物质，暂时固定土壤中的污染物，在这个过程中土壤的重金属含量并不会真正减少，因为无法转移出去，还存在后续分解、螯合、氧化还原等多种过程再次释放污染物。
        2.4根际过滤法
        这是目前适用于水体的最有效的治理方法。将特定植物种植在受到重金属污染的水体中，通过植物巨大的表面积和庞大的根系，将水体中的重金属元素富集、吸收、过滤，再对植物进行收获处理，该方法可以较为彻底地治理水体重金属污染。常用的植物包括水科植物浮萍和水葫芦，主要用于吸收和清除水体中的镉、铜和硒。
        3.植物修复技术在重金属污染土壤治理中的应用
        植物修复中主要会用到超积累植物，这类植物体对重金属元素的积累量很大，超过普通植物的100倍以上。已知的超积累植物约有450种，广泛分布于植物界的45个科，其中以十字花科最多。镍是最容易被超积累植物吸收的金属元素，一些超积累植物可以同时吸收和积累2种或2种以上的重金属元素，就目前的趋势判断，植物修复技术应用于重金属土壤治理的市场潜力巨大。
        国内关于植物修复的研究起步较晚，但也取得了一系列的成果。陈同斌等[3]首次在中国境内发现了砷的超富集植物蜈蚣草，其地上部分对砷的生物富集系数可以达到80，且生长快、分布广、适应性强，在土壤砷污染治理上有良好的应用前景和学术价值，极大推动了我国植物修复领域的发展。
        一些蔬菜对土壤中的重金属也有一定的富集作用[4]。辣椒、四季豆、莴苣、红萝卜对汞元素有一定的富集作用，其中富集能力最强的是辣椒，富集能力最弱的是莴苣。姚会敏等[5]发现，不同品种的蔬菜之间，对重金属吸收和积累的能力有明显的差异，并就蔬菜积累镉的能力做了分析。这些实际应用看似微小，却扎实地走在我国重金属污染土壤治理的路上。
        4.结语
        植物修复技术是重金属污染土壤治理中的绿色环保技术，其有益于整体生态环境，综合效益良好，且该方法的治理费远低于原来的传统技术。该方法的治理成效具有永久性，值得研究和推广。植物修复技术会在很长一段时间继续作为环境领域的研究热点，是大有前景的朝阳产业。
参考文献：
[1]刘彦宏.重金属污染土壤植物修复治理技术[J].环境与发展,2020,32(10):85+87.
[2]赵首萍,叶雪珠,张棋,肖文丹.重金属污染土壤几种生物修复方式比较[J].中国农学通报,2020,36(20):83-91.
[3]陈同斌,韦朝阳,黄泽春,等.砷超富集植物蜈蚣草及其对砷的富集特征[J].科学通报,2002(03):207-210.
[4]马彦.土壤重金属污染及其植物修复研究综述[J].甘肃农业科技,2016(02):69-75.
[5]姚会敏, 杜婷婷, 苏德纯. 不同品种芸薹属蔬菜吸收累积镉的差异[J]. 中国农学通报, 2006, 22(1):291-291.
作者简介：沈贤城（1992.03-），汉族，安徽六安人，硕士，安徽省城建设计研究总院股份有限公司助理工程师，研究方向：重金属污染土壤修复，