（环境科学专业论文）广东乐昌重金属污染农田土壤植物修复研究.pdf

中文摘要 本特征。香根草具有最高的生物量，并对p b 、z n 和c d 具有较高的耐性，在重金属污 染土壤植物稳定修复技术中具有潜在的利用价值。几种供试植物中，没有发现对p b 具 有吸收富集潜力的植物。 2 研究了化学添加剂e d t a 、( n h 4 ) 2 s 0 4 和n h 4 n 0 3 对宝山堇菜、香根草和杂交酸模 吸收、积累土壤中重金属的影响，评价不同化学添加剂在重金属污染土壤植物修复中的 应用潜力。结果表明，( n u 4 ) 2 s 0 4 和n h 4 n 0 3 提高了三种植物的生物量，而e d t a 轻度降 低了植物的生物量。施加e d t a 后，宝山堇菜地上部对p b 、z n 和c d 的吸收分别达至1 1 6 2 4 、 7 9 5 和2 5m gk g ，均极显著高于香根草和杂交酸模地上部的重金属含量。e d t a 处理能 显著提高p b 和z n 的植物可利用性，对c d 的作用不明显。e d l a 处理后，宝山堇菜、香根 草和杂交酸模的p b 提取率比对照组分别提高了1 9 、2 和1 3 倍。施加e d t a 后，宝山堇菜和 杂交酸模单位面积地上部p b 迁移总量分别达到3 5 媳h a - 1 和2 1 埏h a ，比对照处理分别 提高了1 8 4 和1 0 5 倍。叫h 4 ) 2 s 0 4 和n h 4 n 0 3 处理有效提高宝山堇菜对p b 、z n 的吸收量， 宝山堇菜单位面积地上部z n 迁移总量比对照处理增加2 倍，达n 5 1 8k gh a ，c d 的迁移 总量从0 1 5k gh a 增加到0 1 8 埏h 矿1 。按一年收获三次计算，若利用宝山堇菜将土壤c d 污染浓度9 8m gk g 。修复到3m gk g 1 ，仍需要1 4 年时间。尽管宝山堇菜的生物量是三种 供试植物中最小的，但对于修复c d 污染土壤将具有巨大潜力。 3 研究了“凯勒”、“雷伊”和“意达利”三种品种甜高粱( s o r g h u mb i c o l o r ) 对 重金属的吸收，积累特性，比较e d t a 、( n h 4 ) 2 s 0 4 和n h 4 n 0 3 三种添加剂对重金属吸收 积累的影响，评价甜高粱对重金属污染土壤的修复潜力。结果发现，自然生长情况下， 三种品种甜高粱收割一季的平均总产量高达1 8 7 2 5 8th a ：施加不同氮肥形态的铵盐能 有效提高三种品种甜高粱的笙物量，而e d t a 处理轻度降低了甜高粱的生物量。施加 e d t a 显著提高三种品种甜高粱对p b 吸收，而对z n 、c u 和c d 的吸收积累无显著差异。施 ， 加( n h 4 ) 2 1 0 4 和n h 4 n 0 3 显著增加了甜高粱根部对c d 的吸收，( n i - h ) 2 s 0 4 的作用效果强于 n h 4 n 0 3 。三种品种甜高粱对p b 、z n 和c u 的吸收分别集中于叶或穗，而对c d 的吸收主要 集中于茎秆或根，说明不同重金属在甜高粱不同部位的吸收量各有差异。但由于茎秆占 有整个植株最大比例的生物量，三种品种甜高粱清除z n 、c u 和c d 能力最强的部位是茎 秆，而清除p b 能力最强是甜高粱的叶子。“凯勒”收割一季( 种植1 2 0 天) 对p b 、z n 、 c u 和c d 积累迁移能力最强，分别达n o 3 5 、1 4 4 、0 2 4 和0 0 5k gh a 。研究表明不同氮 肥形态的使用是一种经济有效的植物修复田间改良措施，结合生物量与重金属的吸收特 i i 中文摘要 征来看，甜高粱具有一定的重金属去除能力，“凯勒”品种甜高粱对修复重金属污染土壤 的具有一定的应用价值。 4 采用溶液培养方法和高效液相色谱( h p l c ) 技术，研究了镉和铅处理下c d 超 富集植物宝山堇菜( v i o l ab a o s h a n e n s i s ) 和对照种紫花地丁( v i o l ay e d o n s i s ) 根系分泌 物中有机酸的组成特点，及其与c d 和p b 超量富集的关系。试验结果表明，宝山堇菜和 紫花地丁的根系分泌物中主要有机酸均为乙酸、琥珀酸、柠檬酸、苹果酸和草酸；超富 集植物宝山堇菜根系分泌的草酸、柠檬酸和苹果酸含量是对照种紫花地丁的7 2 3 、6 4 和8 0 倍。两种植物根系分泌物中乙酸的含量远远高于其它有机酸的含量。不同镉处理 浓度对宝山堇菜根系分泌物中草酸、柠檬酸、苹果酸含量没有显著影响，1 0 0 和4 0 0l a m o l l “镉处理时显著降低了宝山堇菜根系分泌物琥珀酸的含量。在镉的胁迫下，紫花地丁 根系分泌物中的草酸、苹果酸和琥珀酸含量比对照显著增加( p 血液( c u 除外) ；p b 、z n 、c u 和c d 四种重金属含 量在雏鸡体内的分布规律是z n c u p b c d 。肝脏中p b 、z n 、c u 和c d 的含量分别为1 2 9 、 1 3 0 0 、1 9 8 和o 0 4m gk g 一；实验组雏鸡肝脏中p b 含量与对照组比较呈极显著差异水平 ( p o 0 1 ) 。斜纹夜蛾幼虫和雏鸡的排泄系统存在重要机制以避免重金属在体内累积。 不同重金属元素在土壤一植物一昆虫一雏鸡系统中分布与迁移存在较大差异，特定动物 器官中重金属过量积累的现象不容忽视。 关键词：重金属超富集植物植物修复化学添加剂食物链有机酸 1 1 1 英文摘要 p h y t o r e m e d i a t i o no fc o n t a m i n a t e da g r i c u l t u r a ls o i lw i t h h e a v ym e t a l sa tl e c h a n g ，g u a n g d o n gp r o v i n c e n a m e ：p i n gz h a u n g s u p e r v i s o r s ：p r o f w e n s h e n gs h u a b s t r a c t h e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o ni s a n i n c r e a s i n gw o r l d w i d ee n v i r o n m e n t a lc o n c e r n n l e a p p l i c a t i o no fp h y t o r e m e d i a t i o ni nt h et r e a t m e n to fe n v i r o n m e n ti sm o r ea n dm o r ee x t e n s i v e ， a n dh a sb e c o m ea n i m p o r t a n t m e t h o di nr e m o v a lo fe n v i r o n m e n t a l p o l l u t a n t s p h y t o r e m e d i a t i o ni sa ni ns i t u ，c o s t e f f e c t i v ep o t e n t i a ls t r a t e g yf o rr e m e d i a t i o no fs i t e s c o n t a m i n a t e dw i t ht r a c em e t a l s s e l e c t i o no fp l a n tm a t e r i a l si sa n i m p o r t a n tf a c t o rf o r s u c c e s s f u lf i e l dp h y t o r e m e d i a t i o n p l a n t st h a ta r es u i t a b l ef o rp h y t o e x t r a c t i o no fp h y t o m i n i n g s h o u l db ea b l et ot a k eu ph i g hc o n c e n t r a t i o n so fh e a v ym e t a l si nt h e i rr o o t s ，t m n s l o c a t et h e s e m e t a l st ot h es h o o t s ，t og r o wf a s t ，a n dt oa c h i e v eh i g hb i o m a s sp r o d u c t i o n t h ea p p l i c a t i o no f c h e m i c a la d d i t i o nc o u l di n d u e et h ea c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l s e n h a n c et h eb i o m a s s p r o d u c t i o no fp l a n t ，a n di m p r o v et h ep h y t o r e m e d i a t i o ne f f i c i e n c y ；i ti sr e c o g n i z e dt ob ea p r o m i s i n ga p p r o a c h f o rp h y t o r e m e d i a t i o n t h ep r e s e n tt h e s i sw a sl 、t od e t e r m i n et h e p h y t o e x t r a c t i o ne f f i c i e n c yo fs e v e r a lp l a n t s ，i n c l u d i n gh y p e r a c c u m u l a t o r sa n dh i g hb i o m a s s ， n o n a c c u m u l a t o ri nt h ec o n t a m i n a t e ds o i lw i t hp b ，z n ，c ua n dc d ；2 ) e v a l u a t et h ee f r e c to f c h e m i c a la d d i t i o nf o ra s s i s t i n gh e a v ym e t a l ( p b ，z n ，c ua n dc d ) r e m o v a lf r o mc o n t a m i n a t e d s o i l ；3 ) e x p l o r et h e r o l eo fo r g a n i ca c i di nr o o te x u d a t e so fv i o l ab a o s h a n e n s i sf o r p h y t o r e m e d i a t i o n ；4 1e s t i m a t et h eh e a l t hr i s ka n df o o dc h a i nt r a n s f e ro fh e a v ym e t a l s a c c u m u l a t e di nt h ep l a n td u r i n gt h ep h y t o r e m e d i a t i o n n l cr e s u l t si n d i c a t e da sf o l l o w s ： 1 af i e l de x p e r i m e n tw a sc a r r i e do u tt oe v a l u a t et h ep h y t o e x t r a c t i o na b i l i t i e so fs i xh i 出 b i o m a s sp l a n t s ( v e r t i v e r i az i z a n i o i d e s , d i a n t h u sc h i n e n s i s ，r u m e xk - i ( r u m e xu p a t i e n t i a 足 t i m s c h m i c u s ) ，r u m e xc r i s p u s ，a n dt w op o p u l a t i o n so fr u m e xa c e t o s a ) i nc o m p a r i s o nt om e t a l h y p e r a c c u m u l a t o r s ( v i o l ab a o s h a n e n s i sa n ds e d u md 伽讲f ) t h ep a d d yf i e l d su s e di nt h e e x p e r i m e n tw e r ec o n t a m i n a t e dw i t hp b ，z n , a n dc d o u rr e s u l t si n d i c a t e dt h a t矿 英文摘要 b a o s h a n e n s i sa c c u m u l a t e d2 8m gk g 1c da n dsa l f r e d i ia c c u m u l a t e d6 2 7 9m gk g z nr d r y w e i g h t ) i ns h o o t s ，w i t hb i o e o n e e n t r a t i o nf a c t o r s ( b c f ) u pt o4 8a n d6 3 ，r e s p e c t i v e l y t h e r e s u l t i n gt o t a le x t r a c t i o n so f 矿b a o s h a n e n s 括a n dsa t f r e d i iw e r e0 1 7k gh a - 1f o rc d a n d3 2 7 k gh a f o rz n , r e s p e c t i v e l y , w i t ho n eh a r v e s tw i t h o u ta n yt r e a t m e n t t h ep h y t o e x t r a c t i o nr a t e s ( p r lo f 矿b a o s h a n e n s i sa n dsa l f r e d i if o rc da n dz n w e r e0 8 8 a n d1 15 ，r e s p e c t i v e l y a m o n gt h eh i g hb i o m a s sp l a n t s ，r c r i s p u se x t r a c t e dz na n dc do f2 6 8a n d0 1 6k gh a ， r e s p e c t i v e l y , w i t ho n eh a r v e s tw i t h o u ta n yt r e a t m e n t ，s oi tc o u l da l s ob eac a n d i d a t es p e c i e s f o rp h y t o e x t r a c t i o no fc da n dz nf r o ms o i l n op l a n t sw e r ep r o v e dt oh a v et h ea b i l i t yt o p h y t o e x t r a c tp bw i t hh i g he f f i c i e n c y 2 af i e l dt r i a 【w a sc o n d u c t e dt oe v a l u a t et h ep h y t o e x t r a c t i o ne f f i c i e n c i e so ft h r e ep l a n t s a n dt h ee f f e c t so fe d t a ，( n h 4 ) 2 s 0 4a n dn h 4 n 0 3f o ra s s i s t i n gh e a v ym e t a l s ( p b ，z na n dc d ) r e m o v a lf r o mc o n t a m i n a t e ds o i l t h et e s t e dp l a n t si n c l u d ev i o l ab a o s h a n e n s i s ，v e r t i v e r i a z i z a n i o i d e sa n dr u m e xk 1 ( r u m e xp a t i e n t i a r t i m s c h m i c u s ) i tw a sf o u n dt h a tt h e a p p l i c a t i o no fe d t ac o u l de n h a n c et h ep h y t o a v a i l a b i l i t yo fp ba n dz n ，b u td i dn o th a v e e f f e c to nc d l e a dp h y t o e x t r a c t i o nr a t e so f 矿b a o s h a n e n s 西矿z i z a n i o i d e sa n dr u m e x 嚣 w e r ei m p r o v e db y1 9 - 2 一a n d1 3 一f o l d sc o m p a r e dw i t ht h ec o n t r o lt r e a t m e n t r e s p e c t i v e l y t h e c o n c e n t r a t i o n so fp b z na n dc di nt h es h o o t so f 矿b a o s h a n e n s i st r e a t e dw i t he d t aw e r e 6 2 4 ，7 9 5a n d2 5m gk g 。，r e s p e c t i v e l y ，a n dt h ep h y t o e x t r a c t i o ne f f i c i e n c i e so ft h i ss p e c i e sf o r p b z na n dc dw e r ea l s ot h eh i g h e s ta m o n gt h et h r e es p e c i e s n i ea p p l i c a t i o no fa m m o n i u m h a ss l i g h te f f e c to np h y t o e x t r a c t i o np b z na n dc di ns h o o to f 旷b a o s h a n e n s i s a sc o m p a r e d w i t ht h ec o n t r o lt r e a t m e n t t h ea p p l i c a t i o no fe d t as i g n i f i c a n t l ye n h a n c e dp br e m o v a lo f 矿 b a o s h a n e n s i s ( 3 5 姆h a l ) a n dr e m u x 忌，( 2 1 蝇时。) ，w h i l e ( n n 4 ) 2 s 0 4a n dn 1 4 4 n 0 3 t r e a t m e n t ss l i g h t l yi n c r e a s e dc da n dz nr e m o v a l si ns h o o to f 矿b a o s h a n e n s i s i tc o u l dt a k e 1 4y e a r so f 旷b a o s h a n e n s i s ( 6 5th a 。) t or e d u c es o i lc df r o mt h ei n i t i a lc o n c e n t r a t i o no f 9 8 m gk g t o3m gk g 1b yt h en l - h n 0 3t r e a t m e n t r e s u l t sp r e s e n t e dh e r ei n d i c a t e dt h a t 矿 b a o s h a n e n s i sh a dg r e a tp o t e n t i a li np h y t o r e m e d i a t i o no fs o i l sc o n t a m i n a t e db ym u l t i p l eh e a v y m e t a l sb yo p t i m i z e da g r o n o m i cm e t h o d s ，a l t h o u g ht h ed r yw e i g h ty i e l do ft h ep l a n tw a st h e i o w e s ta m o n gt h et h r e ep l a n t s 3 af i e l dt r i a lw a sl a u n c h e dt oc o m p a r et h et o l e r a n c e ，a c c u m u l a t i o na n dr e m o v a lo f h e a v ym e t a l sw i t ht h ev a r i e t i e so fs o r g h u mb i c o l o rg r o w i n go nt h em e t a l c o n t a m i n a t e ds o i l v 英文摘要 a n de v a l u a t et h ee f f e c t so f e d t a ，( n h 4 ) 2 s 0 4a n dn h a n 0 3f o ra s s i s t i n gh e a v ym e t a l s ( a b ，z n , c ua n dc d ) r e m o v a lo f s o r g h u mb i c o l o rf r o mc o n t a m i n a t e ds o i l t h et e s t e dv a r i e t i e si n c l u d e k a i l e ，l e i y ia n dy i d a l i a f t e rg r o w i n g1 2 0d a y s ，i tw a sf o u n dt h a tt h eb i o m a s sp r o d u c t i o no f t h e r ev a r i e t i e so fs o r g h u mh a de n h a n c e db ya m m o n i u mt r e a t m e n t ，t h eh i g h e s tb i o m a s so f k a i l ew a s2 5 8th a 。f o ru n t r e a t e ds o r g h a mp l a n t t h ea p p l i c a t i o no fa m m o n i u mt os o i l s i g n i f i c a n t l ye n h a n c et h ec o n c e n t r a t i o no fc di nt h er o o to ft h e r es o r g h u mp l a n t s ，b u td i dn o t h a v eo b v i o u se f f e c t so na c c u m u l a t i o no fp b ，z na n dc u t h ea p p l i c a t i o no fe d t at os o i l s i g n i f i c a n t l ye n h a n c e st h ep h y t o a v a i l a b i l i t yo fp bf o rs o r g h u mp l a n t s c o m p a r e dw i t ht h e c o n t r o lt r e a t m e n t ，t h ee d t at r e a t m e n ti m p r o v et h ep bc o n c e n t r a t i o ni nt h e r ev a r i e t i e so f s o r g h u l np l a n t sb y1 - 4f o l d s t h er e m o v a l so fp b ，z n , c ua n dc di nt h es h o o t so fk a i l ew e r e o 3 5 ，1 4 4 ，o 2 4a n do 0 5k gh a 1 ，r e s p e c t i v e l y , w i t h o u ta n yt r e a t m e n t s t h ep h y t o e x t r a c t i o n e f f i c i e n c yf o rk a t i ew a st h eh i g h e s ta m o n gt h et h r e ev a r i e t i e so f s o r g h u mp l a n t s 4 f i v eo r g a n i ca c i d s ( a c e t i ca c i d ，o x a l i ca c i d ，m a l i ca c i d , c i t r i ca c i d ，a n ds u c c i n i ca c i d ) w e r ed e t e r m i n e db yu s i n gh p l c 1 1 l er e s u l t ss h o wt h a tt h ep r e d o m i n a n to r g a n i ca c i d si nr o o t e x u d a t e so fv i e l ab a o s h a n e n s i sa n df i e l ay e d o n s i sw e r ea c e t i ca c i d ，o x a l i ca c i d ，m a l i ea c i d ， c i t r i ca c i d ，a n ds u c c i n i ca c i d n l ec o n c e n t r a t i o n so fo x a l i ca c i d ，c i t r i ca c i d ，a n dm a l i ca c i di n r o o te x u d a t e so f 矿b a o s h a n e n s i sw e r eh i g h e rb y7 2 3 6 4a n d8 0 一f o l d st h a nt h e s ei nr o o t e x u d a t e so f1 4 y e d o n s i s t h ec o n c e n t r a t i o n so fa c e t i ca c i dw e r es i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a no t h e r o r g a n i ca c i d si nr o o te x u d a t e so fi f b a o s h a n e n s i sa n dv y e d o n s i s t h e r ew a sn o tas i g n i f i c a n t i l l c r e a s ei nt h ec o n c e n t r a t i o n so fo x a l i ca c i d m a l i ca c i da n de i t r i ca c i di nr o o te x u d a t e so f 矿 b a o s h a n e n s i sw i t hc do fp bt r e a t m e n t t h ec o n c e n t r a t i o no fs u c c i n i ca c i dw a sd e c r e a s e dw i t h 1 0 0o r4 0 0i - t m o ll c dt r e a t m e n t t h ec o n c e n t r a t i o n so f o x a l i ca c i d ，m a l i ca c i d ，a n ds u c c i n i c a c i di nr o o te x u d a t e so f 矿y e d o n s i sw e r ei n c r e a s e dw h e nt r e a t e dw i t hc d a l t h o u g ht h eh i g h c o n c e n t r a t i o no fo r g a n i ca c i de x c r e t e db yh y p e r a c c u m u l a t o r 矿b a o s h a n e n s i sm a ym o b i l i z e t h ec da n dp ba n dt r a n s l o c a t et os h o o t ，t h em e c h a n i s mo fr o o te x u d a t e sa f f e c t i n gh e a v y m e t a l sb i o a v a i l a b i l i t yf o r 矿b a o s h a n e n s i si sn e c e s s a r yt os t u d yf u r t h e r 5 t h ed e c r e a s e so fh e a v ym e t a l sa l o n gt h es o i l p l a n t i n s e c t - c h i c k e nf o o dc h a i nw e r e d e m o n s t r a t e dh e r e ，b u tm o b i l i t yd e p e n d e do nm e t a - s p e c i f i c c a d m i u ma n dp bs t e a d i l y d e c l i n e dw i t hi n c r e a s i n gt r o p h i cl e v e la l o n gt h ef o o dc h a i n , b u tc o n c e n t r a t i o n so fz na n dc u s l i g h t l yi n c r e a s e df r o mp l a n tt oi n s e c tl a r v a m e t a lc o n c e n t r a t i o n si nl i v e r , m u s c l ea n db l o o d v i 三苎! 堕一一 o fc h i c k e n sw a sh i g h l yv a r i a b l e ，b u tw e r eh i g h e s ti nt h el i v e ra n dl o w e s ti n b l o o d t h e c o n c e n t r a t i o n so fp b ，z n ，c u ，a n dc di nl i v e ro r g a nw e n 1 2 9 ，1 3 0 0 ，1 9 8a n d0 0 4m gk g r e s p e c t i v e l y t h ec h i c k e nf e dw i t hi n s e c t - l a r v aa c c u m u l a t e ds i g n i f i c a n t l yh i g h e rp bi nt h e i r l i v e r s ( p 0 0 1 ) ，s u g g e s t e dt h a tt h ea c c u m u l a t i o no fh e a v ym e t a l si ns p e c i f i ca n i m a lo r g a n c o u l dn o th en e g l e c t e d a ni m p o r t a n tr o u t et oa v o i db i o a c c u m u l a t i o nw a se l i m i n a t i o no f 山e f o u re l e m e n t si ni m e e ta n dc h i c k e nf e c e s k e yw o r d s ：h e a v ym e t a l ，h y p e r a c c u m u l a t o r ，p h y t o r e m e d i a t i o n ，c h e m i c a la d d i t i o i lf o o d c h a i n , o r g a n i ca c i d 第1 章重金属植物修复技术研究现状及本研究的提出 1 1 引言 第1 章重金属植物修复技术研究现状 及本研究的提出 土壤污染是当前人类面临的一个极为重要的、全球性、公众普遍关注的环境问题之 一( 陈怀满等，1 9 9 6 ) 。污染土壤的重金属主要有h g ，c d 、p b 、c r 、a s 、z n 、c u 、c o 和n i 等污染物，其中h g 、c d 、p b 和a s 的污染是比较严重与突出的。由于重金属在土 壤中难以被分解、转化或吸收，所以有效治理土壤中重金属的污染一直都是国内外研究 的热点与难点。土壤是人类赖以生存的自然条件，如果土壤被重金属污染将导致粮食、 蔬菜、瓜果等的重金属含量增加，然后通过食物链进入人体而危害人类身体健康，同时 也影响国民经济发展( 孙铁珩等，2 0 0 4 ) 。 表i - i 世界各国土壤重金属含量的环境标准和最大允许浓度( 周启星等，2 0 0 4 ) t a b l e1 - 1e n v i r o n m e n t a lc r i t e r i o na n dt h em o s tp e r m i t t e dc o n c e n t r a t i o n so fs o m e h e a v ym e t a l sf o rs o m ec o u n t r i e s 广义的植物修复是指利用植物( 包括草、灌、乔) 去除或固定污染土壤中重金属的 技术。狭义的植物修复技术，又称植物提取或富集技术，即是利用植物从污染土壤中超 量吸收、积累一种或几种重金属元素，之后将植物地上部或整体( 包括部分根) 收获并 集中处理，然后继续种植超富集植物以使土壤中重金属含量降低到可接受的水平 ( c h a n e y e t a l ，1 9 8 3 ：k u m a re t a l ，1 9 9 5 ) 。植物提取( 富集) 修复是目前研究最多且最 有发展前途的一种植物修复技术。植物修复能在不破坏土壤环境和生态系统、保持土壤 第1 章重金属植物修复技术研究现状及本研究的提出 结构和微生物活性的情况下，通过植物根系直接将大量污染金属元素吸收，从土壤中清 除出去，从而修复重金属污染的土壤。这种技术在土壤污染治理方面具有很大的应用潜 力，己引起世界各国相关领域科学家的广泛关注。 植物修复技术的应用有两个前提，一是植物组织能积累高浓度的某种元素，二是单 位丽积植物的生物产量大( c u n n i n g h a m & o w , 1 9 9 6 ；l a s a t ，2 0 0 0 ) 。根据实施的策略不 同，植物提取( 富集) 技术可分为连续植物富集和诱导植物富集。连续植物富集依赖于 植物的一些特殊生理、生化过程，使植物( 主要指重金属超富集植物) 在整个生命周期 中都能吸收、转运、积累和忍耐高含量的重金属，并能循环收割( m c g r a t h ，1 9 9 8 ：g a r b i s u & a l k o r t a , 2 0 0 l ：m c g r a t he t a l ，2 0 0 2 ) 。但有些植物只能在生命期中的一段时期内才吸 收重金属元素或整个生命期中吸收量微弱，施用络合剂、改良剂等理化措施诱导植物积 累更高量的金属元素，即为诱导植物富集( b l a y l o c ke t a l ，1 9 9 7 ：s a l te t a l ，1 9 9 8 ：n o w a c k e t 以，2 0 0 6 ) 。植物体对重金属的绝对积累量即一株植物累积重金属元素的总量是一个很 重要的指标。因为即使植物体内重金属含量没达到超富集植物的含量标准，但因该植物 生物量远远大于超富集植物的生物量，此时所积累的重金属绝对含量反而比超富集植物 积累的绝对量大，在这种情况下，对污染土壤中重金属的提取作用更大。自然种群中存 在着对重金属耐性较强的植物，虽然其体内重金属含量尚达不到超富集植物体的定义， 但其重金属迁移总量仍是可观的，这部分植物对重金属污染地的修复作用不可忽视。植 物修复技术能否取得成功，关键在于富集植物能持续有效提取土壤的重金属、生长快速、 生物量高、易于收割处理及后期处置、及其对土壤条件有一定耐受性，这些特征是作为 商业用途修复植物的共同点。 1 2 超富集植物一富集修复技术 超富集植物早在一个世纪以前就被人们所发现，但利用植物修复污染土壤则是近三 十年的工作。1 9 7 6 年j a f f r 6 在“s c i e n c e ”上发表的文章“s e b e r t i aa c u m i n a 陀：a h y p e r a c c u m u l a t o r o fn i c k e lf r o mn e wc a l e d o n i a ”中，首先引用“超富集植物 ( h y p e r a e c u m u l a t o r ) ”这一术语。随后，b r o o k s 提出了超富集植物的概念( b r o o k s ，1 9 7 7 ) c h a n e y 提出了利用超富集植物清除土壤重金属污染的思想( c h a n e y , 1 9 8 3 ) 。目前，围 绕超富集植物积累重金属机理、性能改进及应用技术等方面，在世界范围内展开了研究， 也取得了一定进展，工程性的试验研究以及实地应用效果显示了植物修复技术商业化的 巨大前景。 第1 章重金属植物修复技术研究现状及本研究的提出 1 2 1 超富集植物特征及常见种类 植物修复技术的基础在于超富集植物对重金属的超量积累能力。根据c h a n e y 等 ( 1 9 9 7 ) 、s a l t 等( 1 9 9 5 ) 和b r o o k s ( 1 9 9 8 ) 的论述以及m c g r a t h 等( 2 0 0 3 ) 的修订， 超富集植物应同时具备以下三个基本特征：植株地上部重金属含量是普通植物在同一 生长条件下的1 0 0 倍，其l 临界含量分别为锌和锰含量超过1 0 0 0 0m gk g 1 ，钴、铜、镍、 砷和硒含量超过1 0 0 0m gk 分1 或镉含量超过1 0 0m gk g i ；植物地上部重金属含量大于 根部该种重金属含量；植物的生长没有出现明显的毒害症状，且地上部生物富集系数 大于1 。富集系数( b i o c o n c e n t r a t i o nf a c t o r ) 和转运系数( t r a n s f e rf a c t o r ) 可以作为一种 植物是否对某种重金属具超积累性的参考( m o y u k he ta 1 ，2 0 0 5 ) ，重金属迁移总量用以 评价植物修复重金属污染地的潜力，是一个非常重要的指标( m o r t a le t a l ，2 0 0 0 ) 。以上 重要指标可通过下式计算： 富集系数c b c f ，= 呈麦莘蓑豢 转运系数c t f ，= 蔫矗凳篡黼 重金属迁移总量= 该植株地上部重金属含量该植株地上部生物量 目前己发现对c d 、c u ，p b 、z n 、c o 、s e 和n i 有富集作用的超富集植物达4 0 0 多 种，其中镍超富集植物最多。下表列举了常见重金属及其对应超富集植物( 刘小梅等， 2 0 0 3 ：b a k e r e t a ，2 0 0 4 ) 。 第1 章重金属植物修复技术研究现状及本研究的提出 表1 - 1 部分常见超富集植物