土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①2007-05-27 17:08土壤重金属污染的植物修复研究现状与发展前景①作者】桑爱云。

张黎明。

曹启民。

夏炜林。

王华。

【英文作者】 SANG Aiyun1） ZHANG Liming1） CAO Qimin1） XIA Weilin1） WANG Hua2）<1 Tropical Crops Genetic Resources Institute。

CATAS。

Danzhou。

Hainan。

2 College of Agronomy。

SCUTA。

Hainan 571737）。

【作者单位】中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所。

华南热带农业大学农学院。

海南儋州。

【刊名】热带农业科学 , Chinese Journal of Tropical Agriculture, 编辑部邮箱2006年01期桑爱云1>② 张黎明1> 曹启民1> 夏炜林1> 王华2>(1 中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所海南儋州571737。

2 华南热带农业大学农学院海南儋州571737> 摘要重金属污染是土壤污染中危害极大的一类, 重金属污染的防治及其修复是目前国际上研究的热点之一。

综述了土壤重金属污染及其植物修复的方法, 概述了超富集植物的概念、植物修复的机制和方式, 系统阐述植物修复的应用前景和今后的研究方向。

关键词重金属污染。

植物修复。

超富集植物分类号X53 Resear ch Advances and Development Prospect of Phytor emediation in Heavy Metal Contamination Soil SANG Aiyun1> ZHANG Liming1> CAO Qimin1> XIA Weilin1> WANG Hua2>(1 Tropical Crops Genetic Resources Institute, CATAS, Danzhou, Hainan 571737。

2 College of Agronomy, SCUTA, Danzhou, Hainan 571737> Abstr act Heavy metal contamination is extremely harmful in soil contamination. It is one of the research priorities in the world to control and remedy heavy metal contamination. Heavy metal contamination in soil and its phytoremediation are reviewed in this paper. At the same time, the definition of hyper-accumulated plants and the mechanism and measures of phytoremediation are described in detail. The perspectives in research and application of phytoremediation were expounded systematically.Keywords heavy metal contamination 。

phytoremediation 。

hyper-accumulator 热带农业科学CHINESE JOURNAL OF TROPICAL AGRICULTURE 2006 年 2 月第26 卷第 1 期Feb. 2006 Vol.26, No.1 ① 科技基础性工作和社会公益研究专项( 2004DI B3J073> 资助。

收稿日期: 2005- 07- 25 责任编辑/ 孙继华ht t p: / / r dnk. chi naj our nal . net . cn/ E-mai l : r dnk@chi naj our nal . net . cn ② 桑爱云( 1981～> , 女, 在读硕士研究生。

E-mai l : ayun728@126. com。

随着工业的发展和农业生产的现代化, 土壤污染日益严重, 而重金属污染是其中危害极大的一类。

重金属在土壤中积累到一定限度时, 就会对土壤- 植物系统产生毒害, 它不仅导致土壤退化、农作物产量和品质降低, 而且通过径流和淋洗作用污染地表水和地下水, 恶化水文环境, 并可能通过直接接触、食物链等途径危及人类的生命和健康。

因此, 土壤系统中的重金属污染和防治一直是国际上研究的难点和热点。

目前, 土壤重金属污染的治理技术主要有物理法、化学法和生物法。

但是采用物理方法或化学方法来治理土壤重金属污染, 不仅成本昂贵, 而且还会破坏土壤结构以及土壤微生物, 也可能造成“二次污染”。

而采用植物对重金属的忍耐和超量积累能力并结合共生的微生物体系来实现对重金属污染环境的修复即植物修复技术是一种新兴的绿色生物技术, 能在不破坏土壤生态环境, 保持土壤结构和微生物活性的情况下, 通过植物的根系直接将大量的重金属元素吸收, 收获植物地上部分来修复被污染的土壤[1]。

因此, 自20 世纪90 年代以来, 植物修复成为环境污染治理研究领域的一个前沿性课题。

1 土壤重金属污染土壤重金属污染是指由于人类活动将重金属加到土壤中, 致使土壤中的重金属含量过高, 并造成生态环境质量恶化的现象。

在低浓度时, 土壤中的- 75 - 2006 年2 月热带农业科学第26 卷第 1 期富集植物具有清洁金属污染土壤和实现金属生物回收的实际可能性, 这种植物具有与一般植物不同的生理特性[6] , 在工业废物或污泥使用而引起的重金属污染土壤上, 连续种植几茬超富集植物, 就能去除土壤中的( 有毒> 重金属, 特别是生物有效性部分, 从而复垦和利用被重金属污染的土壤[7] , 也就是我们现在常说的植物修复。

植物修复的前提是找到对某种( 些> 重金属具有特殊吸收富集能力的植物种或基因型, 即重金属的“超富集植物”。

超富集植物是指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 2 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, 其超富集植物富集质量分数界限也有所不同。

目前采用较多的是Baker 和Br ooks 提出的参考值, 即把植物叶片或地上部( 干质量> 中Cd 含量达到100 mg/ kg, Co、Cu、Ni 、Pb 含量达到 1 000 mg/ kg, Mn、Zn 含量达到10 000 mg/ kg 以上的植物称为超富集植物。

同时, 这些植物的转运系数S/ R( S 和R 分别指植物地上部和根部重金属的含量> 应大于1[6]。

目前, 世界上共发现有400 多种超富集植物[8]。

已发现的部分典型的超累积植物物种以及植物体中最大重金属含量见表1。

2. 2 植物修复重金属污染的机制植物可通过根部直接吸收水溶性重金属。

重金植物, 这是有关超富集植物的最早报道。

1814 年, Desvaux 将其命名为Alyssum bertolonii Desvaux ( 贝托庭芥> 。

1848 年, Mi nguzzi 和Ver gnano 发现, 该植物叶片中Ni 含量达7 900 mg/ kg。

1977 年, Br ooks 提出超富集植物的概念[4] 。

1983 年, Chaney 提出利用超富集植物清除土壤中的重金属污染[5] , 即植物修复。

英国Shef f i el d 大学Baker 博士是介绍植物修复的概念的首批科学家之一, 提出超植物物种名称干茎叶中重金属文献中文名称学名( 拉丁名> 种类含量来源高山薯Ipomoea alpina Rendle Cu 12 300 9 天蓝遏蓝菜Thlaspi caerulescens J. & C. Presl Cd 1 800 9 高山漆姑草Minuartia verna (Linnaeus> Hiern Pb 11 400 10 天蓝遏蓝菜Thlaspi caerulescens J. & C. Presl Zn 51 600 9 毒鼠子Dichapetalum gelonioides (Roxburgh> Engler Zn 30 000 10 短瓣遏蓝菜Thlaspi brachypetalum Linn. Zn 15 300 10 芦苇堇菜Viola calaminaria Linn. Zn 10 000 10 东南景天Sedum alfredii Hance Zn 19 674 12 铁芒萁Dicranopteris dichotoma ( Thunberg> Bernhardi Re 3 000 11 蜈蚣草Pteris vittata Linn. As 5 000 13 大叶井口边草Pteris cretica Linn. As 694 14 线蓬Sutera fodina Wild Cr 2 400 10 尼科菊Dicoma niccolifera Wild Cr 1 500 10 表 1 一些典型的超富集植物体中最大重金属含量单位: mg/ kg 某些重金属元素( 如Zn、Cu> 对植物而言是必需元素,但过量时就会对生物产生毒害作用。

常见的对土壤造成污染的重金属包括Zn、Cu、Cr 、Ni 、Pb、Cd、Hg、As 等元素。

在我国, 土壤重金属污染主要由采矿、冶炼、电镀、化工、电子、制革、燃料等工业产生的“三废”以及污灌、农药化肥的不合理施用等农业措施引起的。

尤其是近年来由于城市和工业的迅速发展, 工业废弃物、城市固体废弃物、农业灌溉水污染、肥料和农药的施用, 和城市污水处理厂污泥及大气污染物的沉降, 使污染从城市向周围蔓延。

据估测, 目前中国受污染的耕地近 2 000 万hm2, 约占耕地总面积的1/ 5, 其中工业“三废”污染达 1 000 万hm2, 农田污染面积已达130 多万hm2。

每年因土壤污染而造成粮食减产 1 000 万t , 直接经济损失达100 多亿元[2]。

2 植物修复植物修复( Phytoremediation> 是指将某种特定的植物种在受重金属污染的土壤上, 而该种植物对土壤中的污染元素有特殊的吸收和吸附能力, 将植物收获并进行妥善处理( 如灰化回收> 后即可将该种重金属移出土体, 达到污染治理与生态修复的目的。