1、題 目土壤重金屬污染修復方法簡介及土壤重金屬植物修復技術進展姓 名劉暢學 號專 業環境科學班級1102指導教師趙建偉職 稱環境污染生物修復課程論文中國·武漢年 月土壤重金屬污染修復方法簡介及土壤重金屬植物修復技術進展1前言： 土壤與人類生存環境的關系非常密切,重金屬污染不僅會影響土壤的物理、化學、生物性質,同時還會影響到植物的正常生長發育和農產品品質。土壤污染可引起并促進水體、大氣、生物要素的污染1，而重金屬不能被微生物降解,只能在各種形態之間相互轉化。故重金屬污染不僅會影響到環境生態系統中動植物的正常生長發育,更重要的是重金屬會被生物富集并通過食物鏈進入人體，對人體健康造成嚴重影響

2、。 環境污染中所說的重金屬主要指鎘、鉛、鋅、汞、鉻和類金屬砷等幾種生物毒性顯著的元素，以及錳、鉬、鎳、鈷、銅及鋁等常見元素。在過去幾十年，由于人為活動（包括采礦、工業活動、不正當使用重金屬濃縮的化肥和農藥、重金屬污染廢水灌溉等）的影響，土地的重金屬污染已成為一個嚴重的問題，據估計，目前中國受污染的耕地面積已達2000萬hm²，每年出產重金屬污染的糧食約1200萬t，造成的經濟損失超過25億美元2。2土壤重金屬的修復方法 土壤重金屬的修復方法有多種，主要分為非生物和生物修復方法。 2.1非生物修復方法： 非生物修復方法主要包括工程措施和改土劑措施。工程措施是利用物理（機械）、物理化學的

3、方法治理污染土壤而且工程量比較大的一類方法，其基本原理無非是用未污染土壤稀釋或替代污染土壤（如翻土、客土、換土），或將土壤污染部位與未污染土壤及水體隔離（如填埋、隔離、磚化固定），以及直接去除土壤中重金屬（清洗法、電化法、熱處理法）；改土劑措施是利用改良劑、抑制劑等降低土壤污染物的水溶性、擴散性和生物有效性，從而降低其對生態環境危害的方法，現有技術可以通過改土劑使某些重金屬沉淀、被吸附，或者通過離子拮抗來降低植物對某種重金屬的吸收。工程措施效果較為明顯和徹底，適用性強，但投資成本高，適于小面積、重污染的治理；改土劑措施效果和成本則都相對適中，適于中度污染區治理，配合農業、生物措施則效果更好，但

4、治理不徹底，管理不善情況下，被固定、吸附的污染物可能再度活化3。 2.2生物修復方法： 重金屬污染土壤生物修復是利用特定的生物（植物、微生物或原生動物）將重金屬吸收、轉化、降解、富集、轉移，進而恢復土壤系統正常生態功能的方法，主要包括：植物修復、動物修復及微生物修復。植物修復包括植物降解、植物提取、植物揮發、根系鈍化以及植物固定；微生物修復的原理主要包括物富集、生物吸著以及生物轉化3個方面，動物修復是利用土壤動物群直接地吸收、轉化、分解或間接地改善土壤理化性質，提高土壤肥力，促進植物和微生物的生長等作用而修復土壤污染的過程。與傳統的物理和化學方法相比，生物修復技術具有成本低、來源廣、無二次污染

5、的特點，尤其適用于低濃度重金屬的去除。3土壤重金屬植物修復技術進展 3.1植物修復形式： 由于微生物難以從土壤中分離，純微生物修復技術比較難實現，生物修復以植物修復為主，微生物修復常用于輔助植物修復，這樣可以充分發揮微生物和植物的各自優勢，提高修復效率。植物與專性菌株、植物與菌根的聯合修復是目前植物-微生物聯合修復的2種主要形式4。 3.2植物修復局限性： 植物修復作為一種廉價、易于操作且環境友好的修復手段，已成為世界范圍內研究的熱點。但是植物修復技術也有不可回避的局限性5，如：修復周期長；植物對多種重金屬復合污染耐受性不強；超積累植物大多生物量低導致修復量低；中低度重金屬或難溶性重金屬(如P

6、b)污染的土壤中重金屬生物有效性低，制約著植物的修復效率等。為了克服這些不足，學者進行了大量研究。 徐軍6等采用4株植物根際促生菌株在重金屬污染土壤中的田間試驗結果表明供試菌株能促進玉米的生長，菌株在不同程度上增加了玉米根際土壤各交換態Cu的活性來增加銅的生物有效性；EDTA能使油菜的Pb積累量比對照分別增加8.42倍21.53倍，徐軍在土壤盆栽條件下，以生物量大、生長快、具有一定耐性的油菜作為供試植物，施加EDTA輔助促生菌，發現EDTA+菌株的復合處理下，植物對難溶性重金屬Pb吸收量與EDTA處理相當甚至高于EDTA處理，大大提高了植物修復效率。 白雪7等發現螯合劑EDDS（乙二胺二琥珀酸

7、）能促進金蓋菊各器官富集土壤中Cd、Hg，促進土壤中重金屬形態比例的轉化，對Cd污染土壤能不同程度增加水溶態和碳酸鹽態比例，對Hg污染土壤能增加水溶態Hg比例。 針對土壤重金屬污染植物修復技術所面臨的植物生物量少、難以推廣商業化、重金屬易返回區域生態系統食物鏈等問題，趙燁8等在陸地棉上看到了問題解決的希望；趙燁等通過采樣調查研究發現，陸地棉（G.hirsutum L.）對土壤耕作層中IB族重金屬元素（Cu、Ag和Au）具有有效吸收和富集的作用，陸地棉根系、莖桿、果殼、籽粒和纖維對土壤耕作層中Cu的生物吸收系數A在1.536.57之間，對Ag的生物吸收系數在2.00519.834之間，對Au的生

8、物吸收系數在0.8822.672之間；趙燁等認為只要嚴格控制運用棉花籽粒制作食用油的違規活動，通過種植陸地棉萃取農業土壤中IB族Cu、Ag和Au元素，也就解決了上述生物量少、推廣難、易返回污染的問題。有理由相信，通過不斷尋找、發現新品種的超積累植物，這些問題也會慢慢得到解決。 對于復合污染土壤修復的研究還比較少，沈莉萍9對苧麻對多種重金屬復合污染的修復作用進行了研究，發現苧麻對鎘-鉛復合污染有較強的耐性機制，對于修復鎘-鉛污染土壤具有一定的潛力，同時發現，螯合劑(EDTA、檸檬酸)和泥炭的配施處理均能促進苧麻對鎘的吸收，并隨著施入量的增加而增加,其中高量泥炭和高量螯合劑的配施均更好的提高了土壤

9、可交換態鎘分配系數，降低了有機結合態和殘渣態的分配系數。 王新10等在草甸棕壤重金屬（Cd、Pb、Cu、Zn）復合污染的條件下試驗研究紫花苜蓿對土壤修復的能力，結果表明在低劑量處理時，苜蓿濕重比對照增加了14.18%，株高增加了6.25%，而高劑量處理時苜蓿濕重比對照減少了5.97%，株高降低了8.75%，苜蓿對重金屬吸收系數大小依次為Cd>Zn>Cu>Pb；Cd元素低劑量、高劑量地上部遷移總量分別是對照的107.59%、1348.7%，紫花苜蓿對Cd污染土壤具有一定的修復能力；苜蓿修復重金屬污染土壤具有良好的發展應用前景。 3.3聯合植物修復技術： 現在被研究的更多的是以植

10、物修復技術為主體，配合物理、化學、生物方法的聯合修復技術。郝秀麗11等發現接種有根瘤菌的刺槐植物，其N含量、生物量及積累的Cu含量比未接菌的植物均有顯著增加，且根中富集的Cu遠遠高于莖葉，顯示了將根瘤菌-刺槐共生體系用于修復重金屬污染土壤的潛力。從枝菌根（Arbuscular Mycorrhizae,AM）是一種植物根系和微生物的共生體，AM真菌能和>90%的陸生維管植物根系組建共生關系，形成“菌根”，菌根能促進植物吸收礦質元素，提高植物產量及產品品質，并能顯著提高植物對重金屬污染的耐受能力。從枝菌根通過改變植物根際的形態和理化條件、產生拮抗物質、調控植物基因表達等12方式保護處在重金屬

11、污染環境中的植物宿主。 黃藝等13采用根墊土法和連續形態分析技術，分析了生長在污染土壤中菌根小麥和無菌根小麥根際Cu、Zn、Pb、Cd的形態分布和變化趨勢，發現菌根結構可通過調節根際中土壤的金屬形態調節土壤中金屬的生物有效性，降低重金屬的毒性。對AM菌根的深入研究對于受重金屬嚴重污染的地區的環境治理具有重要的現實意義14。 不單單是植物與微生物的聯合修復，在植物修復的基礎上，添加活性炭、改良劑、鈍化劑、螯合劑等物理化學手段也是學者們經常研究的方案。 王發園等15證明羥基磷灰石（HA）作鈍化劑能夠降低土壤中Pb、Cd的有效性，促進煙草生長，增加了煙草葉、莖、根中Cd的吸收量和根系中Pb的吸收量，

12、有利于Pb、Cd的鈍化和植物修復；劉華等16研究證明，有機酸改良劑的添加，起到了活化猛礦區土壤中Mn、Cd的作用，提高了短毛蓼地上部分對重金屬的累積，提高了生物可利用性，有利于利用植物修復。有多種工藝被學者提出。生物炭不僅對土壤中的重金屬有強烈的吸附作用，還可作為活性微生物的良好載體，應用到微生物-植物聯合修復過程中。王婷等17利用枯草芽孢桿菌的紫外誘變菌作為活性菌，以玉米秸稈和豬糞為原料制備的2種生物炭為載體，研究了上述材料對土壤中鎘(Cd)、鉻(Cr)、汞(Hg)和鉛(Pb)4種典型重金屬污染的修復能力；結果表明，誘變菌和生物炭不論單獨施加還是復合施加，均能不同程度降低植株對重金屬的積累，

13、且混合施加效果最好，不僅能發揮誘變菌活性，還能能促進土著微生物繁殖、增加植株生物量以及降低土壤重金屬生物有效性。4.超積累植物與植物修復發展趨勢： 超積累植物是能夠超量吸收累積重金屬的植物，目前發現的超積累植物已超500種，仍不時有新的超累積植物被發現，1983年，有人提出用超積累植物來吸收富集污染土壤中重金屬的想法，并將其應用于環境領域，形成了土壤重金屬污染的植物修復概念。張治國18等采集某一煤礦塌陷復墾區6種常見的菊科植物進行研究，雖沒有篩選出超積累植物，但意外發現洋姜（Helianthus tuberosus）和一年蓬（Erigeron annuus）對于Cd具備超積累植物的特性。超積累

14、植物仍在不斷地被發現。 植物修復技術是新興高效的生物修復途徑，有良好的經濟和生態綜合效益，應用前景廣闊。但因技術不成熟，仍處于實驗開發和探索階段，能夠應用于田間試驗的植物更是少之又少。雖然目前土壤重金屬污染的植物修復技術還不是很成熟，但可以預料，隨著研究的不斷深入，植物修復技術必將成為改善和提高環境質量的重要修復途徑。5.思考和展望 對于植物修復技術，還需要研究的內容很多，個人認為集中在以下幾個方面：1.單純的植物修復存方法在很多弊端，學者應集中各方法的優勢，繼續研究物理物理、化學、生物、農業工程（如套種）聯合治理的措施；2.目前對土壤重金屬復合污染植物修復技術的研究還不夠多；3.AM真菌的作

15、用機理仍有爭議，AM真菌促進污染物的降解、遷移、轉化、累積等過程的作用機理以及重金屬生物有效性的影響因子等基礎理論問題均有待深入研究；4.還需要尋找更為迅速有效的篩選超積累植物的方法等。6參考文獻：1陳晶中,陳杰,謝學儉.土壤污染及其環境效應.土壤,2003,35(4):2983032李飛宇.土壤重金屬污染的生物修復技術J.環境科學與技術,2011,34(12H):148-1513吳啟堂,陳同斌. 環境生物修復技術J.2007,1:77-83）4牛之欣,孫麗娜.重金屬污染土壤的植物-微生物聯合修復研究進展.J生物學雜志,2009,28(11):2366-23735張芳芳,趙立偉.城市土壤重金屬

16、污染的大生物量植物修復技術研究進展.J天津農業科學,2014,20(3):47-516徐軍.植物促生細菌和EDTA對植物生長與富集土壤重金屬的影響及機制研究.D南京農業大學2012,57白雪.EDDS強化金盞菊修復重余屬污染土壤及環境風險分析.D西南大學,2014,68趙燁,李強.通過種植陸地棉修復土壤中重金屬污染的實驗研究.J北京師范大學學報(自然科學版),2008,44(5),545-5499沈莉萍.重金屬污染土壤上苧麻的修復作用及組合修復效果研究.D中國優秀碩士學位論文全文數據庫.2011(S1).B027-277-1210王新,賈永峰.紫花苜蓿對土壤重金屬富集及污染修復的潛力.J土壤通報,2009,40(4),932-93511郝秀麗.刺槐內共生細菌的重金屬抗性機制及其與植物的聯合修復作用.D西北農林科技大學.2013.512羅巧玉,王曉娟.AM真菌對重金屬污染土壤生物修復的應用與機理,J生態學報,2013,33(13).3898-390613黃藝,陳有鍵,陶澍.菌根植物根際環境對污染土壤中Cu、Zn、Pb、Cd形態的影響J.應用生態學報,2000,11(3): 431-434.14白淑蘭