1.1 植物修复机制-土壤重金属污染的植物修复研究动态

陈鑫++郑丽

[摘 要]土壤重金属污染不仅会严重影响动植物的正常生长，而且还会通过食物链的富集作用，给人体健康造成严重危害，引发诸如贫血症、肾损伤以及恶性肿瘤等病症，治理土壤重金属污染成为现阶段生态文明建设的重要工作内容。植物修复技术是借助于特定种类的绿色植物，来实现重金属离子的转移、吸收或讲解，从而降低土壤中重金属离子的含量，实现了净化土壤的目的，是一种具有较高潜力的绿色技术。

[关键词]植物修复技术；重金属污染；研究进展；应用前景

中图分类号：TH833 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）29-0151-01

引言：工业废水排放、矿石资源开采、金属冶炼生产等生产活动都会引发土壤重金属污染，鉴于重金属污染所造成的严重危害和恶劣的社会影响，世界各国都开始采取不同的手段进行重金属污染治理。植物修复技术就是其中一种低成本、绿色环保的重金属治理措施。文章首先概述了植物修复技术的治理机制，随后对其实际应用过程中的优缺点进行了辩证分析，最后对植物修复技术的应用前景进行了总结展望。

一、植物修复技术治理土壤重金属污染的现状分析

土壤重金属污染已经成为工业国家面临的主要生态问题之一，但是由于重金属污染具有成因形式复杂、后期治理困难等特点，因此采用何种治理手段，成为世界各国研究的重点。早期的土壤重金属污染治理主要以化学方法和物理方法为主，虽然也能够取得一定的效果，但是治理成本较高，不适用于大面积的推广和应用。

20世纪80年代，生物科技技术取得了突破性发展，尤其是转基因技术和基因移植技术的发展，为培养高耐受性和高聚集性的转基因植物提供了技术支持。在1987年，意大利科研专家将受铜诱发的基因移植到植物体内，并成功在高铜离子浓度的土壤中培育出新植物。在2003年，美国科学家利用真菌诱导抗镉基因，并将抗镉基因转殖到红枫中，同样在受镉污染的土壤中培育出红枫幼苗。我国自1999年开始着手研究植物修复技术，并成果研制出砷超富集植物，在两广地区和云南得到了推广应用。

二、植物修复技术治理重金属污染的机制研究

1、植物转化

部分植物在生长过程中，会分泌出特殊的化合物（比如植物激素、各种功能的酶），这些化合物能够对植物周边土壤中的重金属离子起到聚合、降解作用，从而降低重金属离子的危害。除此之外，还有一部分植物利用自身的新陈代谢功能，也能够吸收土壤中的部分重金属离子。从这一点来看，植物转化的基本原理是通过降解作用，将土壤中的重金属离子进行转移。因此，植物转化只能降解那些疏水性较好的重金属离子，例如农药、化肥、化学试剂等，而对于工业重金属离子，则不能通过植物转化形式进行治理。

2、植物稳定

重金属污染之所以危害性强，很大一部分原因是因为重金属离子在自然状态下难以被降解或转化，进而通过食物链富集、传递，最终进入人体。植物稳定原理就是将土壤中游离的重金属离子进行吸收和固定，从而避免了重金属离子的转移和扩散。例如，有研究表明印度芥菜能够吸收土壤中的六价铬离子，并将其还原为低毒性的三价铬离子，从而消除了重金属污染。

3、植物挥发

许多重金属污染元素的毒性，随着其化学状态的改变也会发生相应的变化，例如钢铁冶炼过程中会产生大量的硫化镍、氧化镍，这些气体具有较高的毒性，并且极易引发鼻腔癌、肺癌等病症，对工程工作的身体健康构成了严重威胁。而氢氧化镍则以固体形式存在，化学性质稳定，且不含有毒性。对于受到镍污染的土壤来说，如果能将高毒性的镍离子转化为固体氧化镍，就达到了污染防治的目的。在高浓度的镍离子培养基中培养的耐镍度细菌、病毒，并利用这些细菌、病毒感染拟南芥，从而使拟南芥的耐镍度性大大提高。

4、植物辅助修复

通过植物的吸收促进某些重金属转移为可挥发态，挥发出土壤和植物表面，达到治理土壤重金属污染的目的。有些元素如Se、As和Hg通过甲基化挥发，大大减轻土壤的重金属污染。这一方法只适用于挥发性污染物，植物挥发要求被转化后的物质毒性要小于转化前的污染物质，以减轻环境害。由于这一方法只适用于挥发性污染物，应用范围很小，并且将污染物转移到大气和异地土壤中对人类和生物又一定的风险，因此，它的应用将受到限制。

三、植物修復治理土壤重金属污染的优缺点

1、应用优势

植物修复治理与传统的化学、物理治理方法相比，其优势主要体现在三方面：第一是整体经济成本低。不可否认，植物修复治理在前期基因诱导、耐受细菌培养以及基因转殖方面的工作需要花费较多资金，但是一旦取得科研成果，后期只需要进行简单的植物栽培即可，属于“一劳永逸”式的重金属治理手段。而传统治理措施则需要不断的投入资金、设备和人力，从长远来看，植物修复治理的成本较低。第二是适用性较广。早期的植物修复技术只能针对单一的重金属元素进行治理，但是随着转基因技术的成熟发展，目前已经研究出两种甚至是多种耐受细菌融合的植物，可以根据受污染土壤重金属成分的不同，进行广泛推广。第三是不会对土壤造成二次污染。以化学方式治理重金属污染土壤，其根本原理是利用化学反应，降低重金属毒性。但是反应后的重金属元素仍然残留在土壤中，很容易产生二次污染。植物修复技术则能够避免此类问题。

2、应用不足

从耐受植物的定向培养，到试验种植、观察效果，再到最后的全面推广应用，这一过程短则需要一两年，长则需要数年或十几年，治理周期较长。除此之外，由于各地区气候条件、地质状况以及水文特点存在较大差异，因此一些耐受性植物可能不适用当地环境，不能正常生长，也就难以发挥重金属污染治理的效果。

四、植物修复技术的应用前景

1、植物修复技术在治理土壤重金属污染中的地位

经过近几年的技术发展，我国在治理土壤重金属污染方面取得了显著成果，其中试点应用效果良好且应用范围较广的有生物炭吸附技术、丛枝菌根真菌（AMF）富集技术、黄青霉菌F1浸出技术等。这些新型技术手段都是利用生物、化学、物理等方面的相关知识，实现对土壤重金属污染的治理。但是与植物修复技术相比，这些新型治理手段往往具有适用面窄（例如AMF只能富集Cd、Pb、Zn等重金属元素）、治理成本高、推广度不够等劣势，因此植物修复技术仍然是现阶段治理重金属污染土壤的主要手段。

2、植物修复技术的应用前景

我国经济建设一直沿用“先发展，后治理”的模式，但是在经济持续发展的背后，各种污染问题也集中出现。土壤重金属污染在我国东北、华北、东南等地均有出现，植物修复技术以其成本低、适用广等优势成为重金属污染治理的首选技术。在“十三五”规划中，国家表明了治理重金属污染的决心，这也为植物修复技术的研发和优化提供了必要保障。因此，植物修复技术未来发展潜力巨大，应用前景良好。

结语

植物修复技术治理土壤重金属污染是一种可行性较高的办法，但是由于受污染土壤中常常含有多种重金属离子，因此要想取得较好的修复效果，还必须不断进行技术创新。经过近二十年的发展，国内初步建立起了超级累植物资源数据库，对于重金属污染土壤的综合治理能力也有了进一步提升。需要注意的是，土壤重金属污染的治理，一方面是要运用植物修复技术进行事后治理，另一方面则是要尽量减少重金属污染物的排放，实现事前防控。

参考文献

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