土壤重金属污染修复的研究进展
李秀峰+刘敏+王东方+任荣荣+武化民
摘要：随着工业的飞速发展，重金属污染问题成为关注的热点。文中综述了近年来国内外土壤重金属污染修复的途径和技术措施，重点介绍了植物修复的基本类型、修复机理和研究进展，以期为今后重金属污染植物修复工作提供一定借鉴。
关键词：土壤；重金屬污染；修复；研究进展
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0082-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.037
Abstract： With the rapid development of industry， the problem of heavy metal pollution has become a hot issue. In this paper， the approaches and technical measures for remediation of heavy metal contaminated soil were reviewed at home and abroad in recent years， and the basic types of plant restoration ， mechanism and development of phytoremediation were introduced，in order to provide some reference for phytoremediation of heavy metal contaminated in the future.
Keywords： soil； heavy metal pollution； remediation； research progress
土壤中的重金属浓度累积到一定的量，会导致土壤上所种植的农作物减产，生产力下降，还会通过食物链富集，最终在人体组织中累积致癌并危害人类生命和健康[1]。因此，对土壤重金属污染的修复不仅是学术界关注的热点，而且是整个社会关注的热点。
1 修复途径
主要有2种[2]：（1）将土壤中活化态的重金属转变为稳定态，以减弱其对动植物的毒性；（2）将土壤中重金属浓度降低。目前主要有工程措施[3]：包括客土法、固化稳定化方法、电动力修复法、水洗法、热解法；化学治理措施[4]：包括淋溶法、施用改良剂；生物修复措施[5]：包括植物修复、微生物修复、动物修复；还有农业生态修复措施[6]等。
2 重金属污染的植物修复
2.1 类型
植物修复的类型[7-8]主要有：植物稳定、植物降解、根系过滤、植物提取、植物挥发等。
2.2 机理
利用对重金属有足够耐受和累积的的植物，将重金属离子从土壤中转移到植物的特定部位，再将该植物进行无害化处理。 或者利用有针对性的植物将重金属离子固定在一定的土壤空间，以阻止重金属离子的进一步扩散。主要通过以下几种机理去除环境中重金属污染物：植物挥发[9]、植物提取[10]、植物稳定[11]和根系过滤[12]。
2.2.1 植物挥发
利用有针对性的植物，使土壤中的重金属污染物转化为挥发态或毒性较小的物质。此方法具有一定的局限性，仅适合用于治理一些具有挥发性的重金属污染物，但具有挥发性的重金属污染物从土壤转移到大气中，对大气环境又会存在一定的污染风险。挥发性重金属污染物质如硒、汞、砷、铅的去除常常利用植物的这一特性[9]。
2.2.2 根系过滤
使用植物根系吸附或吸收重金属污染物。此方法主要用来处理含重金属污染物质的各种废水[10]。比如向日葵、宽叶香蒲、印度荠菜、水科植物浮萍和水葫芦等[13]。中科院水生所利用美人蕉吸收东湖中水体重金属污染物质。水科植物水葫芦可有效吸收清除水体中多种重金属污染物质，如镉、铜和硒，目前武汉东湖管理员定期将其放入东湖中用于过滤水体中的重金属污染物质。
2.2.3 植物稳定[11]
利用植物将土壤中的重金属污染物转变成无害或毒害程度较小的形态，以达到减轻污染的效果，但该方法并未将土壤中的重金属物质去除，没有真正解决土壤中的重金属污染问题。该技术主要应用于废弃的重金属污染和放射性核元素的治理，可以降低风险，减少异地污染。
2.2.4 植物提取
植物提取[12]指植物通过生长过程逐渐积累重金属污染物质，并在体内输送至植物体的地上部分，储存在植物体内，减小地下重金属污染物质的浓度，同时通过收获植物地上部分达到减少重金属含量的过程。
该方法首要解决的关键问题在于寻找在重金属含量较高的土壤中具有强适应性、超富集并能诱导出超级富集体的植物。由于物种的进化，很多植物在重金属污染物含量较高的土壤中产生了适应重金属胁迫的能力，能够拥有这种能力的植物一般来说不吸收或少吸收重金属污染物质，或者能将吸收的重金属元素钝化在植物的地下部分，不能向上转移，但也不影响植物正常生长，或者能大量吸收重金属元素且不影响其正常生长[14-15]。
植物提取目前研究较多，其发展前景较大。目前已经发现的具备重金属污染物超积累能力的植物多达500种，分属于40多种科。其中对镍具有超积累能力的植物最多，主要为十字花科的庭荠属。研究表明，1986年切尔诺贝利核电站核泄露导致土壤放射性污染，利用红根苋可以有效提取污染土壤中放射性元素。
3 展望
我们要对植物生理学和分子生物学有深入的理解才能深刻了解植物修复的原理，从而更好地利用植物进行重金属污染修复。植物本身能从环境中吸收、积累重金属污染物质，且可以最大限度的降低修复时对环境的扰动，因而植物修复被认为是大有前途的环境修复技术之一。
参考文献
[1] Dong Xiaoqing， Li Chaolin， Li Ji， et al. A novel approach for soil contamination assessment from heavy metal pollution： A linkage between discharge and adsorption[J].Journal of Hazardous Materials， 2010， 175（1-3）： 1022-1030.
[2] Nwachukwu M. A.， Feng H.， Alinnor J. Assessment of heavy metal pollution in soil and their implications within and around mechanic villages[J]. International Journal of Environmental Science and Technology， 2010， 7（2）： 347-358.
[3] Lin Yu-Pin， Cheng Bai-You， Shyu Guey-Shin， et al. Combining a finite mixture distribution model with indicator kriging to delineate and map the spatial patterns of soil heavy metal pollution in Chunghua County， central Taiwan[J]. Environmental Pollution， 2010， 158（1）： 235-244.
[4] Kotrba Pavel， Najmanova Jitka， Macek Tomas， et al. Genetically modified plants in phytoremediation of heavy metal and metalloid soil and sediment pollution[J]. Biotechnology Advances， 2009， 27（6）： 799-810.
[5] Stefanowicz Anna M.， Niklinska Maria， Laskowski Ryszard. Pollution-induced tolerance of soil bacterial communities in meadow and forest ecosystems polluted with heavy metals[J]. European Journal of Soil Biology， 2009， 45（4）： 363-369.
[6] Coskun Mahmut， Steinnes Eiliv， Frontasyeva Marina Viladimirovna， et al. Heavy metal pollution of surface soil in the Thrace region， Turkey[J]. Environmental Monitoring and Assessment， 2006， 119（1-3）： 545-556.
[7]周启星.污染土壤修复的技术再造与展望[J].环境污染治理技术与设备，2002，3（8）： 36-40.
[8]周启星，林海芳.污染土壤及地下水修复的PRB技术及展望[J].环境污染治理技术与设备，2001，2（5）：48-53.
[9] Rafati M.， Khorasani N.， Moattar F， et al. Phytoremediation Potential of Populus Alba and Morus alba for Cadmium， Chromuim and Nickel Absorption from Polluted Soil[J]. International Journal of Environmental Research， 2011， 5（4）： 961-970.
[10] Liu Weitao， Zhou Qixing， Zhang Zhineng， et al. Evaluation of Cadmium Phytoremediation Potential in Chinese Cabbage Cultivars[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2011， 59（15）： 8324-8330.
[11] Guala Sebastian D， Vega Flora A， Covelo Emma F. Development of a model to select plants with optimum metal phytoextraction potential[J]. Environmental Science and Pollution Research， 2011， 18（6）： 997-1003.
[12] De Paolis M. R.， Pietrosanti L.， Capotorti G.， et al. Salicaceae Establishment in a Heavy Metal-contaminated Site Revealed by Eco-physiological Characterization of the Culturable Soil Bacterial Fraction[J]. Water Air and Soil Pollution， 2011， 216（1-4）： 505-512.
[13] Zhao F J， Lombi E， McGrath S P. Heavy metal hyeraccumulating plants： physiology and potential for phytoremediation[J]. Proceedings of Soil Rem， 2000，（05）： 161-165.
[14] JING Yan-de， HE Zhen-li， YANG Xiao-e. Role of soil rhizobacteria in phytoremediation of heavy metal contaminated soils.[J]Zhejiang Univ Sci B， 2007， 8（3）： 192-207.
[15] YANG Yuan-Gen， JIN Zhi-Sheng， BI Xiang-Yang， et al. Atmospheric Deposition-Carried Pb， Zn， and Cd from a Zinc Smelterand Their Effect on Soil Microorganisms[J]. Pedosphere， 2009， 19（4）： 422-433.
作者簡介：李秀峰，女，本科，高级工程师，研究方向为环境工程。
摘要：随着工业的飞速发展，重金属污染问题成为关注的热点。文中综述了近年来国内外土壤重金属污染修复的途径和技术措施，重点介绍了植物修复的基本类型、修复机理和研究进展，以期为今后重金属污染植物修复工作提供一定借鉴。
关键词：土壤；重金屬污染；修复；研究进展
中图分类号：X53 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2017）04-0082-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.037
Abstract： With the rapid development of industry， the problem of heavy metal pollution has become a hot issue. In this paper， the approaches and technical measures for remediation of heavy metal contaminated soil were reviewed at home and abroad in recent years， and the basic types of plant restoration ， mechanism and development of phytoremediation were introduced，in order to provide some reference for phytoremediation of heavy metal contaminated in the future.
Keywords： soil； heavy metal pollution； remediation； research progress
土壤中的重金属浓度累积到一定的量，会导致土壤上所种植的农作物减产，生产力下降，还会通过食物链富集，最终在人体组织中累积致癌并危害人类生命和健康[1]。因此，对土壤重金属污染的修复不仅是学术界关注的热点，而且是整个社会关注的热点。
1 修复途径
主要有2种[2]：（1）将土壤中活化态的重金属转变为稳定态，以减弱其对动植物的毒性；（2）将土壤中重金属浓度降低。目前主要有工程措施[3]：包括客土法、固化稳定化方法、电动力修复法、水洗法、热解法；化学治理措施[4]：包括淋溶法、施用改良剂；生物修复措施[5]：包括植物修复、微生物修复、动物修复；还有农业生态修复措施[6]等。
2 重金属污染的植物修复
2.1 类型
植物修复的类型[7-8]主要有：植物稳定、植物降解、根系过滤、植物提取、植物挥发等。
2.2 机理
利用对重金属有足够耐受和累积的的植物，将重金属离子从土壤中转移到植物的特定部位，再将该植物进行无害化处理。 或者利用有针对性的植物将重金属离子固定在一定的土壤空间，以阻止重金属离子的进一步扩散。主要通过以下几种机理去除环境中重金属污染物：植物挥发[9]、植物提取[10]、植物稳定[11]和根系过滤[12]。
2.2.1 植物挥发
利用有针对性的植物，使土壤中的重金属污染物转化为挥发态或毒性较小的物质。此方法具有一定的局限性，仅适合用于治理一些具有挥发性的重金属污染物，但具有挥发性的重金属污染物从土壤转移到大气中，对大气环境又会存在一定的污染风险。挥发性重金属污染物质如硒、汞、砷、铅的去除常常利用植物的这一特性[9]。
2.2.2 根系过滤
使用植物根系吸附或吸收重金属污染物。此方法主要用来处理含重金属污染物质的各种废水[10]。比如向日葵、宽叶香蒲、印度荠菜、水科植物浮萍和水葫芦等[13]。中科院水生所利用美人蕉吸收东湖中水体重金属污染物质。水科植物水葫芦可有效吸收清除水体中多种重金属污染物质，如镉、铜和硒，目前武汉东湖管理员定期将其放入东湖中用于过滤水体中的重金属污染物质。
2.2.3 植物稳定[11]
利用植物将土壤中的重金属污染物转变成无害或毒害程度较小的形态，以达到减轻污染的效果，但该方法并未将土壤中的重金属物质去除，没有真正解决土壤中的重金属污染问题。该技术主要应用于废弃的重金属污染和放射性核元素的治理，可以降低风险，减少异地污染。
2.2.4 植物提取
植物提取[12]指植物通过生长过程逐渐积累重金属污染物质，并在体内输送至植物体的地上部分，储存在植物体内，减小地下重金属污染物质的浓度，同时通过收获植物地上部分达到减少重金属含量的过程。
该方法首要解决的关键问题在于寻找在重金属含量较高的土壤中具有强适应性、超富集并能诱导出超级富集体的植物。由于物种的进化，很多植物在重金属污染物含量较高的土壤中产生了适应重金属胁迫的能力，能够拥有这种能力的植物一般来说不吸收或少吸收重金属污染物质，或者能将吸收的重金属元素钝化在植物的地下部分，不能向上转移，但也不影响植物正常生长，或者能大量吸收重金属元素且不影响其正常生长[14-15]。
植物提取目前研究较多，其发展前景较大。目前已经发现的具备重金属污染物超积累能力的植物多达500种，分属于40多种科。其中对镍具有超积累能力的植物最多，主要为十字花科的庭荠属。研究表明，1986年切尔诺贝利核电站核泄露导致土壤放射性污染，利用红根苋可以有效提取污染土壤中放射性元素。
3 展望
我们要对植物生理学和分子生物学有深入的理解才能深刻了解植物修复的原理，从而更好地利用植物进行重金属污染修复。植物本身能从环境中吸收、积累重金属污染物质，且可以最大限度的降低修复时对环境的扰动，因而植物修复被认为是大有前途的环境修复技术之一。
参考文献
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[10] Liu Weitao， Zhou Qixing， Zhang Zhineng， et al. Evaluation of Cadmium Phytoremediation Potential in Chinese Cabbage Cultivars[J]. Journal of Agricultural and Food Chemistry， 2011， 59（15）： 8324-8330.
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[14] JING Yan-de， HE Zhen-li， YANG Xiao-e. Role of soil rhizobacteria in phytoremediation of heavy metal contaminated soils.[J]Zhejiang Univ Sci B， 2007， 8（3）： 192-207.
[15] YANG Yuan-Gen， JIN Zhi-Sheng， BI Xiang-Yang， et al. Atmospheric Deposition-Carried Pb， Zn， and Cd from a Zinc Smelterand Their Effect on Soil Microorganisms[J]. Pedosphere， 2009， 19（4）： 422-433.
作者簡介：李秀峰，女，本科，高级工程师，研究方向为环境工程。
