（环境工程专业论文）灯心草对土壤重金属污染的抗性及其修复潜力研究.pdf

独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在指导老师指导下进行的研究工作及取得 的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含 其他人已发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得湖南农业大学或其它教育机 构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献 均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 研究生签名：剧、健 时i b 7 ：2 。6 年6 月拶日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解湖南农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩放或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同意湖南农业大学可以用不同方式在不同 媒体上发表、传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名：孑扣睫 时 导师签名 时 灯心草对壤重金震污染的拣性疑其修复潜力研究 中文摘要 通过靛栽模拟试验，研究丁c d 、p b 、c u 、z n 、触五种重金属单一与复合 污染对灯心孳生长、生理生他撵标帮重金属积累特憋豹影嚷，并睾刀步羧定了备重 金属对灯心荤鹣生态毒毪效藏漆器傻。同孵骚究7 藏震e d t a 襄不霹敬嶷翔对生 长在铅镩尾矿污染土壤中灯心萆生长及重金属积累特性的影响。最质结合以上研 究通过综合分析，探讨了灯心帮对重金属污染土壤的修复潜力，主要研究结果如 下： 羹惫簇攀一污染条终下，凌壤环境矮蠹爨潦 蓑浓度设嚣蕊嚣瘫，c d 、p b 、 c ：i l 能够刺激灯心草的生长。而a s ( 地上部除外) 、z n 在整个浓度设鬣范围内 对灯心革的生长都表现出抑制作用，且各重金属对灯心草地下部生物鼍影响不 显著。以灯心草生物量减产1 0 为依据，通过试验可得到将土壤中c d 、p b 、c u 三释重金溪瞧赛蕴分裂为l o m g 糖d 、l o o m g k g 1 、l o o m g k 季1 。灯心纂不适合在 z n 污染鹣土壤中罩申檀。壤巾a s 稳界值尚需 乍遴步的研究来确定。各单一重 金属胁迫能够显著减少灯心牮叶绿素含量。灯心革三种保护酶对于不同浓度处 理水平激金属胁迫的响应不同：在土壤环境质爨标准低浓度设置范围内三种酶 有较好的撼同效盛能共嗣抵御霪金属胁追造或龅娥瑾毒害作用，表现如较强的 垂我调节魏力。瑟在离浓发楚壤畚平麓，三耱鹣溪毪至囊不露匏交像憝势。蚕 单一重金属对灯心草生长揶带4 及生理毒害效应大小排序为：z n a s c u p b c d 。 重衾属单一污染条件下，除c d 外，其余四种霪金属均主要积累于灯心草根 部。通过线性回归分析，e d 、p b 在灯心草地上部和地下部以及a s 谯灯心草地 下帮瓣联繁耋与壤孛对纛器重金属添热量之阉存在显著线性关系0 ，5 ) 。 复合污染条件下，五种熬金属对灯心草地上部生长有一定程度的掷制作震， 在土壤环境质量二级标准上限值处灯心草地上部缴物量减产9 1 5 a s c u p b c d t h es o i lc r i t e r i av a l u eo fc d ，p b ，c uc a nb ee s t a b l i s h e da s 1 0m g 。k g ，1 0 0m g 培1a n d1 0 0 2 0 0 m g 。k g qr e s p e c t i v e l yb ym e a n so fr e f e r e n c e i n d e xo fb i a m a s so i lg r o u n do f j u n c u s 忍琢船d c c r e s e d a s c u p b c d i tw a sv a r yi nc d 、p b 、z n 、c ua n da su p t a k ea n dd i s t r i b u t i o ni n j u n c u se f f u s e su n d e rt h ec o n d i t i o no fs i n g l eh e a v ym e t a lp o l l u t i o n i ng e n e r a l l y , t h e i r c o n c e n t r a t i o n sw e r eh i g h e ri nt h er o o t st h a ni nt h es h o o t so t h e rt h a nc d a n dt h e c o r r e l a t i o no fh e a v ym e t a l sb e t w e e nt h el y e g r a s sa n ds o i lh a sb e e na n a l y z e d i tw a s i n d i c a t e dt h a tc o n t e n t so f t h ea d s o r b e dc d 、p bi nt h es h o o ta n dc o n t e n t so f t h e 镒、 p b 、a sa d s o r b e di nr o o tc o r r e l a t e ds i g n i f i c a n t l yp o s i t i v e l yw i t hc o n c e n to fh e a v y m e t a l sa d d e dt ot h es o i l t r e a t i n gw i t hc o m p o u n dh e a v ym e t a lp o l l u t i o n ，t h eb i o m a s so ng r o u n do f j u n c u s e f f u s e sw a si n h a b i t e dt oac e r t a i nd e g r e e 。w h e nt h ed o s a g e so ft h eh e a v ym e t a l s a d d e dt ot h es o i l sw e r ec l o s e dt ot h es e c o n 建国幽n a t i o n a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t y s t a n d a r df o rs o i l ( g b l 5 6 1 9 - - 9 5 ) ，j u n c u se f f u s e sc a ng r e wn o r m a l l y 论a p p e a r a n c e a n di t sy i e l dd e c r e a s e db yl e s s1 0 a n dt h ey i e l do fb i o m a s so nu n d e r g r o u n dw a sn o t d e c r e a s e di ne v i d e n c e w i t ht h eh e a v ym e t a lc o n c e n t r e a t i o ni n c r e a s i n g ，t h ec o n t e n to f c h l o r o p h y l la n dt h er a t i o so fc h l o r o p h y ba bw e r ed e c r e a s e dr a p i d l yi nc o m p a r a t i o n w i t hc o n r o l 骶越l e v e l ，t h ep o da n ds o da c t i v i t i e si n d u n c u se f f u s e sw e r ei n c r e a s e d f i r s ta n dt h e nd e c r e a s e da f t e r w a r d s ，t h ec a ta c t i v i yd e c r e a s e di nt h el i n e a r i n g e r n e r a l ，t h ee n z y m ea c t i v i t i e sw e r eg r a d u a l l ya c t i v a t e dw i t h i nt h el o w e rd e s i g n c o n c e n t r e a t i o ns c a l eo ft h es o i le n v i r o n m e n t a lq u a n t i t y i ti n d i c a t e dt h er e s i s t a n tt o h e a v ym e t a ls t r e s si nc e r t a i nd e g r e e b u tt h ee n z y m ea c t i v i t i e sw e r ei n h i b i t e di n h i g h e rd e s i g nc o n c e n t r a t i o n t h ey i e l do fb i o m a s so ng r o u n do fj u n c u se f f u s e sg r e w o 蘸t h es o i lp o l l u t e db ym i n et o x i cw a t e ra n dl e a d z i n cm i n i n gt a i l i n g sd e c a r e a s d 2 s 2 3 a n d3 7 1 r e s p e c t l y b u tt h ea c t i v i t yo fp o d 、s o da n dc a tw e r ea l lh i g h e r t h a nt h a to fj u n c u se f f u s e sg r e wo nt h es o i lw i t h o u tb e i n gp o l l u t e db yh e a v ym e t a l t h e s em a y p r e d i c tt h a td u n c u se f f u s e sw o u l db er e g a r d e da sag o o dp h y t o r e m e d i a t i o n a p p l i c a t i o np r o s p e c t s i nr e m o v i n gh e a v ym e t a lc o n t a m i n a t i o nf r o ms o i l t h es e c o n d g r a d en a t i o n a le n v i r o n m e n t a lq u a l i t ys t a n d a r df o rs o i l ( g b l 5 6 1 & 棚s ) c a nb e f o r m u l a t e dt h ee c o t o x i c o l o g i c a le f f e c tc r i t i c a lv a l u eo fc u 、c d ，p b 、z n ，a si ns o i l b ya p p l y i n gt ot h ec c o - e n v k o n m e n t a le f f e c tm e t h o d u n d e rt h ec o m p o u n dp o l l u t i o no f c u 、c d 、p b 、z n 、a s ，t h ea c c u l m l a t i o na n dd i s t r i b u t i o no fh e a v ym e t a l si nt h es h o o t a n dr o o te x i s t st h ea p p e a rd i f f e r e n c ea n dh a v ead i r e c tr e l a t i o n s h i pw i t ht h ec o n t e n to f h e a v ym e t a l i ns o i lr e s u l tf r o mt h ei n t e r a c t i o no fd i f f e r e n tk i n d so f h e a v ym e t a l i ns o i l ， t h ea m e n d m e n t s ( c a l c i u m m a g n e s i u np h o s p h a t e 、s e p i o l i t e 、c a l c i u mc a r b o n a t e a n do r g a n i cm a n u r e ) - i n d u c e dc h a n g e so ft h ep hv a l u ea n dc o n t e n to fa v a i l a b l eh e a v y r e c t a li nl e a d z i n cm i n et a i l i n g sc o n t a i m a n t e ds o l lw e r ei n v e s t i g a t e d t h er e s u l t s 4 s h o w e dt h a tf o u rk i n d so fa m e n d e m sc o u l ds i g n i f i c a n t l yi n c r e a s es o i lp hv a l u ea n d r e d u c ec o n t e n to fa v a i l a b l eh e a v ym e t a l si ns o i l i tw a sf o u n dt h a tt h et r a n s p o r t i o no f c u 、c d 、p bf r o mr o o t st os h o o t si nj u n c u se f f u s e sw a sl i m i t e dw h e nt h ea m e n d e n t s w e r ea d d e dt ot h es o i l 。w h i c hr e s u l ti nt h er e d u c t i o no fh e a v ym e t a la c c u m l a t i o ni n s h o o t so f j u n c u se f f u s e s a p p l i c a t i o no fa m e n d m e n t sc o u l ds i g n i f i c a n t l yi m p r o v et h e g r o w t ho fj u n c u se f f u s ea n dt h eb i o m a s so fj u n c u se f f u s ew i t ha p p l i c a t i o no f a m e n d m e n t sw a ss i g n i f i c a n t l yh i g h e rt h a nt h a to ft h ec o n t r o ls o i l o u re x p e r i m e n ta l s o i n d i c a t e dt h a tt h ea p p l i c a t i o no f a m e n d e n t sc o u l di n h a b i t et h ea b s o s p t i o no f t h er o o to f j u n c u se f f u s e st oc d 、p ba n dz n ，b u ti ti n c r e a s e dt h ec o n t e n to fc ui nr o o to f j u n c u s e f f u s e s 。t h e e f f e c t so fa m e n d m e n t s a p p l i c a t i o n o n g r o w t ha n dh e a v y m e t a l a c c u m u l a t i o no fj u n c u se f f u s e sv a r i e dw i t ha m e n d m e n t s a p p l i c a t i o n r a t eo f a m e n d m e n t st h eb e s ta m e n d i n ge f f e c t sw e r ef o u n di nt h et r e a t m e n t sw i t ht h ea d d i t i o n o fh i g hl e v e lo fc a l c i u m m a g n e s i u np h o s p h a t e ( 8 0 9 k g 1 ) o rt h em i d d l el e v e lo f c a l c i u mc a r b o n a t e ( 4 0 9 k g 1 ) o rt h em i d d l el e v e lo fs e p i o l i t e ( 4 0 9 + l 晦1 ) o rt h eh i g l l l e v e lo fo r g a n i cm a n u r e ( 8 0 9 k g 1 ) 。 t h ea d d i t i o no f0 。1 2 5 r e t o o l 。k g 1 2 m m o l 。k 菩1e d t at ol e a d z l n cm i n et a i l i n g s c o n t a i m a n t e ds o i lc a nj n c r e a s et h eb i o m a s sa b o v eg r o u n do ft w ok i n d so fg r a s s g r e a t l y ，w h i c hh a s ar e m a r k a b l ed i f f i r e n tw i t hc o n t r o lt e a m t h ee f f e c ti sm o s t o b v i o u si nt h ee d t at r e a t m e n to fo 5 r e t o o l k g a n d l m m o l k g 1r e s p e c t l y e d t a a d d i t i o nc a ng r e a t l ye n l m n c et h ea b i l i t yo fh e a v ym e t a la c c u m l a t i o no ft w ok i n d so f g r a s s e s p e c i a l l y i np ba n dc u t h ee f f e c to fe d t aa d d i t i o nt oh e a v ym e t a l a c c u m l a t i o nc h a r a c t e ro ft w ok i n d so fg r a s sd i f f e r e n tw i t ht h ek i n d so fh e v ym e t a l e l e m e n ta n dp l a n t t h ej u n c u se f f u s e si ss u p e r i o rt oe u l a l i o p s i sb i n a t ai na s p e c to f h e a v ym e t a la c c u m l a t i o na n dt r a n s l o c a t i o n ，w h i l et h ee u l a l i o p s i sb i n a t ai ss u p e r i o rt o j u n c u se f f u s e si na s p e c to f b i o m a s s 。ag o o de c o n o m i c a la n de c o l o g i c a lb e n e f i tc a nb e o b t a i n e di nt h er e m o v a lo fh e a v ym e t a lf r o ml e a d z i n cm i n et a i l i n g sc o n t a m i n a t e ds o i l b yu s i n gt h ec o m b i n e dt e c h n o l o g i c a lm o d eo f0 5 m m o l k g “e d t a + j u n c u se f f u s e s + e u l a l i o p s i sb i n a t k e y w o r d s ：h e a v ym e t a l s ；j u n c u se f f u s e s ；a m e n d m e n t s ；e d t a ： p h y s i o l o g i c a la n db i o c h e m i c a li n d e x ；c r i t i c a lv a l u e ； a c c u m l a t i o na n dd i s t r i b u t i o n ；l e a d z i n cm i n et a i l i n g s ；p h y t o r e m e d i a t i o n s 前言 l 研究的目的和意义 随羲工农业生产的发展和现代能，以及富嚣的认为土壤是一个具有无限净化 容量的簸理系统，忽襁土壤戆环境承载能力，等t 致主壤中重众耩食量逐年增加， 其造成的污染也日益严霪。土壤中黧众属积累到一定程度就会对土壤一植物系统 产生毒骞。不仅导致壤的退化，农乍犍产量和黥质蛉降低，骶且通过经流郄淋 洗 乍焉污染魄表永帮妻彀下水，恶化墩文环境。通避惠接接融食物链等途径筑及人 类的生命和健康。尤为严重的是重众属在土壤系统中的污染过程具有隐蔽性、长 期性鄢不可逆性的特点。因j 匕，重金羼污染不仅绘环境、经济带来了巨大的损失。 两且对入体健康也构成了潜在豹藏胁，后采不餐忽视。困既，修复重金满污染 壤，恢复土壤原有功能，一直是国际上的难点和热点研究课题【1 。3 】。传统的土壤 重金属瓣染治理方法童要分为露类：( 1 基于枫城物理或物毽化学原理的工程措 施，苞括客土换土法、清洗法、热娥理法、电纯举法等；( 2 ) 蒸于污染物壤地 球化学符为的改良措施，如添加改良剂、抑制剂降低土壤污染物的水溶性、扩散 性窝生物毒效性，以减轻污染物对懋态甄境豹熊骞。这两类穷法往往投资翳贵， 需爝复袈的设备，难以应用于大瓣模污染壤鹊改良，大多数只能暂时缓解震金 属危害，而且常常导致土壤结构破坏、生物活性下降和肥力退化等，并有可能造 成二次污染，两限铡了它的大蘑积慰碣 4 l 。因越，寻求一种投入低，又可维持 壤肥力的新的替代方法一直是众人瞩目的焦点润题。经过多年的摸索，科学家们 提出了一种既能实现上述目标又自产生良好生态效应并具经济开发价值的槭物 掺复敬淹方法。星裁，戳成麓当今溪蠹羚学者硪突匏燕点。铡惩超累积攮貔涤理 主壤重众属污染的植物修复方法，熊有效利瘸植物吸收重金满并将其转移刘地上 部，收毅檬物，焚烧飚回收重金属，从而降低土壤中重金属含髓，实现治理圈标。 该技术懿毒浚理效莱豹永久注、滚溪逮程验厦经瞧、港理成零戆低廉缝、磷缓美 学的兼释性、后期处理的简易性等特点，而且逐鼹有技术上的优势，即利用观代 生物技术提高它的修复效果，是一项具有广阔应用前景的治理霪金属污染土壤的 全錾按零译 1 6 1 。 在详细调查土壤激金属污染状况的前提下，哿找和发现邋合当地气候条件和 壤条耱懿重金震瓣矬蓬兹是矿送疆被滚复鼗污染主壤修囊豹翦摄。磐甚摹 u u n c u se f f u s e s ) 别名：野席草、灯革、水灯心，是席草类、莎草科蒲草属、多年 生草本作物。灯心草以其经济、药用价值高而广泛应用于医药和民用工业，在利 爰冀治疆渡枣污本穷甏遣有摇关鞭i 鏊 秘l 。逶邋瓣笈莺毒方塞蘩有色金嚣矽区矮 边优势丰赢物物种调懋和研究发现，灯心草分布较广，同时加上南方大部分地区气 候温和多雨极其适合灯心草的生长。因此，选用灯心草作为矿区重金属污染土壤 修复援秘爨毒一定黪癍臻蘸曩纛瑗实意义。零瓒褥究鎏在深鞠灯心莩对耋众嚣单 一污染和复合污染的抗性及其对黧企属元素的窝集程度，进而研究在不同化学改 良剂和撩合剂调控下壤中重金属污染对供试棱物生长发育的影响和重众属元 素在供试疆撩中龚惫分蠢、迁移、襞纯羧况，力求嚣我弱囊豹怒累积毒壹耪秘耪，并 开发具商实际应用价值的超累积植物综合利用技术模式，为广泛利用超累积植物 治理土壤藿金属污染做好前期技术工作。从而为修复矿区重愈属污染土壤、实现 矿嚣毒缝复鐾、生态穰被滚复及矿嚣生态系统瓣霪建羹定基繇。 2 鬻蠹外研究遴震与动态 2 1 植物修复技术的提出 土壤重金属污染来源广泛，包括冶炼、采矿、金属加工、化工、废电池处理、 电予、象l 革霰染辩等王韭 敬熬三凌及汽车嚣气簿放、农药帮纯艇豹施愆舔。概 括起来主要有4 个方灏：( 1 ) 随污水灌溉进入土壤；( 2 ) 随固体废弃物进入土壤； ( 3 ) 隧赣大气沉降避入壤； ( 4 ) 随农用物资进入土壤【1 0 l 。重金属避入十壤 一檀耪系统焉，霄擎 搴污染遣有鬣会污染，对葵危害程菠静舞定需要一个评价 标准。商代表性的指数有r p e 和c p ( c o m p o s j t ep o l l u t i o ni n d e x ) 。其r p e 包括坏境 质量标准，在一定程度上会反应不同元素在十壤中的相对毒性太小。而c p l 则弥 蓊了弹e 指数豹不是，楚麴叛壤怒器棱污染懿界定值l “】。嚣意苕，重金藩污染 壤的修凝主要有两种途径；( 1 ) 改变藿金属的存在状态，降低萁活性，使其钝化， 脱离食物链，减小其舔性。( 2 ) 利用特殊植物吸收土壤中的熬金属，然后将该檀 耪豫去，或矮工程援求将重金溪变必可溶态、游离态，再经过港洗，然后收集淋 7 洗液中的重众属，从而达到回收重金属和减少土壤中黧金属的双熏目的。国内外 般采用的方法有：工程攒施、物理化举修复、化学修复、农业措施、改良措施 辩生物疆麓。袋焉工程、秘璎佬学黎往攀方法穆复黧衾藩污染壤，蒸骞一定瓣 局限性，难以大规模处理污染土壤，并熙能导致壤绻构破坏，生物活性下降和 土壤肥力退化。农业生态措施又存在周期长，效果不鼹著的特点【1 2 1 。生物措施 中戆穰秘修麓技术与穰绕豹物理、稼学技零程琵，其鸯技术嚣经济上貔双重往势： 是应用范嗣广。在清除土壤中重金属污染物的同时，也可清除土壤周围大气、 z k 体中的污染物；二是污染物在原地去除，使成本大大降低，而且述可从产生的 翟含金藩懿穗物硅俸中霞浚贵重金震，取褥壹接翡经济效蕊；三莛撩耱本身对琢 境的净化和美化作用，曼易被社会所接受；四是植物修复过程也是土壤有机质禽 撼和土壤肥力增加的过程，被修复过的士壤适合多种农作物的生长。植物修复技 术存在懿主要闻透是鲡悸携菇：| 壹魏穆复效率容速率。疆蓊最其舂捻广徐徨静超积 累植物植株矮小生物量低、生长缓慢和生活周期长，阂而修复效菔低，且不易于 槐槭纯操作。同时，一种掇物通常只能l 鼓牧一种或两种重金援，对土壤中共存的 簇德金属忍辩能力差，麸褥羧翻了檀伤修复技术在舞会污染壤治毽方面翡应 用。此外，槭物是一个生命有机体，对壤肥力、气候、水分、熊艘、p h 值等有 一定的要求，蕊这些植物多为野生植物。题前，对其擞活习性和耢种方法还不了 辩，限澍了其在治理壤藏金属污染方瑟酌广泛翻瘸。 植物修笈是近2 0 年来发展起来的环境污染治理技术。它是利用绿色植物的新 陈代谢活动寒固定、降解、提取和挥发污染环境中的污染物质。就像一座“绿色 清洁工厂”一样将污染物蔟加工成可壹矮去除静耪餍形态或转谯为海往小甚至无 簿的物质。从而对环境污染进行彻底的治理i “】。植物修复技术是利用植物根系 熬吸收 乍用以及植物体内发达的酶系绕慰污染的环境介质进行治趣，由于其具有 其它修复技术所不其有酌投入低、效暴好幂茁缝蠡然，及对圭壤功锈的维护帮对 壤生物恢复的积极作用i 1 5 1 。因此植物修复技术被美网环境保护署做为污染物原 位修复的侥先推荐方法之l 插】。特别懋近= 七年来科研人员对污染物在植物纲 脆内生纯反成静大量实骏研究为植物裕嶷技术的商娩推广提供了黧装的技术支 持，也使得避项技术获到了长足的发展。 2 2 植物修复技术的定义 蒺圈s h e f f i e l d 大学b a k e r 博士是介绍植物修复概念的首批科学家之一，提出 越富集植物具有清洁金属浮染壤和实现金鼷生物回收的实际霹熊性，这种植物 其露与觳藿兹不阖豹缴疆特毪【 l 。在工数凌貔或污涎爱矮瑟譬l 怒鹩重金藩污 染土壤上，连续种植几褴超富集植物，就能去除土壤中的( 有毒) 煎金属，特别是 生物有效性部分，从而艇羼和利用被重金属污染的土壤【1 s l ，也就是我们现在常 说的极物修复。植物修复( p h y t o r e 功c d i a t i o n ) 技术是以植物忍耐和超量积累某种或 菜黧健学元素豹理论为蒸旗，剩爱援物及箕获窍微生耱体系渍羧强壤中懿污染戆 鼬一门环境污染治理技术，它是- p 薪兴趋的应用技术i 攒。依攒荧国环保局酌 定义1 2 0 l ：广义上的植物修复是指利用植物吸收、提取、分解、转化或固定土壤、 表l 典鍪l 的毽物修复过程b 1 l 沉积物、污泥或地表、圭| 甄下水中有毒有害污染物的技术的总称。丽狭义的植物修 复技术主要是利用植物清除污染土壤的黧众属。这项技术主擞包括植物提取 ( p h y t o c x t r a c t i o n )、檬物挥发( p h y t o v o l a t i l i z a t ! o n ) 、植物稳定或固化 ( p h y t o s t a b i l i z a t i o n ) 、蒙毅 睾蘑( h y d r a u l i cp u m p i n g ) 、檀物摄系过滤( r h i z o f i l t r a t i o n ) 等。其中最有发展静爨的是植物提取，邵遴常所指的植翻修复。至今，英、美、 德、意、澳等欧美国家融就上述植物修复方式进行了大量的研究。9 0 年代初以来 我豳许多科研机构、大专院校在跟踪国外研究动态的同时，也进行了一些探索性 警 磅究王 睾瓣2 ，2 ，l 。羁焉植物蔽获势遂遭鼗割鞋去昧黧众耩元素瑟薮装蠖棱豢，是治 理土壤、水体中这类污染物的搬本途径。不管是撼物提取、挥发还是穗物稳定、 植物根滤作用，植物本身的特性是决定污染治理效率的关键。因而，累积、超累 积植物对予壤金属污染修复髌有异乎寻常的意义，寻找与筛选适宜的横物始终 建疆鐾掺笺疆究豹一瑗重要殛务。 2 3 超豢识植物的概念麓发展 早猩半个世纪以前，金属矿产的植物劫查方法研究发现，某些植物可以在富 含金属元繁的矿区土壤上生长良好，甚至成为优势物种，具有良好的找矿指示意 义搿】。镄懿1 5 8 3 年c e , s a l p i n o 发瑗在塞太裁踅翳专熬“黑色老矗”上戆够生长 一种穗耪，1 8 1 4 年d e s v a u x 将其食名为a l y s s u mb e r t o l o n n i ( - - 种褒芥瘸植物) ， 1 8 4 8 年m i n g u z z i 和v e r g n a n o 首次测定该植物叶片中( 干重) 含镍髓达7 9 0 0 m g - j 【舀1 。以后经过证明，这嫂植物是一些地方性物种，其地域分布与土壤中某些 重金属蠢爨璺明显捏关性，炎叛靛些指示植物农矿藏魏掇中发挥了定款 乍 霜。与j l ：瓣嚣雩，在中国长、趸下游安霰、灞耗匏一黧键矿医壤分布翡海臻餐蔫，俗 称铜革( e l s h o l t z i ah a r c h o w e n s i ss u n ) 在铜矿勘探中发挥了重要作用。这类植物 在忍耐离含量金属元素的同时往往表现出超乎帮锵的金属元素吸收窝集能力，能 将土壤中菜些重金属元素富袋到植物地上部分并达劐干重0 1 或地上部分重金 藩元素浓浚与其在蓬秘凝枣黪滚整之琵超过1 ，逶露稼之菇累获蓬秘( a c c u m u l a t o r p l a n t ) e 矧。在1 5 8 3 年，意大j q 植物学家c e s a l p i n o 茜次发现了具有怒积累性能的 植物；之后，人们又相继发现了某些能够积累爨焱属的植物。然而，成到1 9 7 7 年，才由b r o o k s 首次提出了翘积累植物( h y p e r a c c u m u l a t o r ) 的概念2 6 1 ；簇下来 在1 9 8 3 年c h a n e y 提出了越羧鬃棱貔潺狳壤熬念羼豹思想l 。褒鼹糖超累积 檀穆只楚糟黻禽名茎中镶禽瓣( 千重 大予1 0 0 0 m g k g 躬植穆。两现程蕊橇念己奏。 大到植物对所有重金属元索的超累积现象，即是指超积累1 种或同时累积几种重 金属元聚的植物。根据c h a n c y 等( 1 9 9 7 、s a l t 等( 1 9 9 5 ) 和b r o o k s 等( 1 9 9 8 ) 的论 述可以精蹈超累积植物应丽辩其套以下3 个基本特征：( 1 ) 植物地上郝( 茎或时) 重金纛含整是普逶植勃褒圈一生长条箨下豹1 0 0 倍，箕整赛鑫量分鬃必簿1 0 0 0 0 m g k g “、铺1 0 0 m g - k f l 、金1m g 砖 19 铅、铞、镶、钴均为1 0 0 0m g k 菇1 。( 2 ) 植 物地上都麓金属含量大于椴部该种重金属含量。撼b a k e r 等1 2 8 】和l a s a t 等【2 9 】的研 1 0 究趣累积植物茎叶与搬中重金属元素浓度比可达1 以上，而酱邋植物一般远低 于1 。( 3 ) 植物的生长没有出现明显的毒害癜状。理想的超累积植物还应具有生 长周期短、抗病虫能力强、地上部生物量大、能同时富集两种或两种以上重金属 款黪轰。毽穆遗上帮分黧携曩没骞显著下辫( 写生长在泰污染爨壤露魏疆锈生 物激糨院) ，同时植物撼上部富集系数大予1 也是必不可少的将程i 】。然两，目 前发现的超累积植物往校植株矮小、生长遗度慢，再加上受气候、土壤环境条件 以及熏金属复合污染的制约的限制，在实际_ ；嗷用中能够去除土壤污染元素的总量 较小，因焉作为壤修笈援物，具有较小鼹经济帮应鼹价僮陬- 3 3 ) 。藤一些普逶 植物虽然对重佥属辩浚低，组织孛重金瘸豢织萋氇不毫，毽毒予箕生长速度诀、 生物爨大，在给定时期内带走的单位面积土壤中重金属总量也大，因而也具有极 大的利用价值。对此，肖人提出仅仅应用植物的生物富集系数和转运系数作为超 累积摭物的评价指标是遮远不足的，还必须考虑植物的生长周期茸蚌生物量。即富 鬃羧爨分数虽亲这藜零平，毽生长交、生物量太瓣砉耋兹遣筑雩筝灸超暴稷疆物 3 4 】。目前，世界上已经缎现c d 、c o 、c t l 、n i 、p b 、m n 、z n 超窝集植物4 0 0 多 种，熟中7 3 为n i 的越富集植物【3 5 】。它们分布在世界少数几个地区，可能有更 多的分布于世界各地的怒窿集植物尚待发现。液1 列出了已经发现的典型的超累 积攘秘物静以及植物髂孛最大重金属含嚣f 3 6 舶l 。 豫表2 典垄羲金弱越蘩积接貔豁，蠢然爨中还有诲多静累积穰物。虽然这类植 物对愈属元素的累积獠度明显低于超累积植物，但由于其生长速度较快、生物量 大、邋虑性强而具有较离的治理效率。在筛选植物时通常还需考虑植物对金属元 素的吸收蛮集能力、生长途度，地上部生物爨，气候适应性，根系发肖糨度，抗病虫害 魏力，秘檀警莲鼗本要袋散裁物螽楚理裁餐瀵技术，弓| a 滚瑾蘑柩嚣弓| 发生凌侵 入的风险性等等。在8 0 举代后期，植物修复作为一种治理污染壤的技术被提出。 很快便得到了广泛的认湖和应用。近2 0 年来，植物修复技术以其与工程实践紧密 结合的特点而逐渐发展成为一个热点研究领域。超富集植物的研究已成为国际学 拳热点霸重大秘技发麓方露。美罄来采攀家杂志警将“翻瘸镶魏净诧污染土 壤”捌为全球科技+ 大趋势之一。美国国家环凌保护竭、农韭部、国茨部都开展 了檬物修复技术的工程试验研究，并对这一技术的发展前景进行了乐观的评价。 美网的一些植物修复公间也积极致力于这类研究成果的开发和商业化，例如 e d e n s p a c e 公司己成功地歼展了铅、锌、诵、铺_ 和砷污染的植物修复工作。植物 修复技术具有巨大的市场潜力，据美国d g l a s s 公司估测，到2 0 0 5 年美国植物修 复技术市场可达3 7 亿美张1 4 n 。耳前，美国、英匿、德国、荷兰等阑家已经把治 理壤污染淹鼷摆在与大气污染寒拳污染溺越霹等重要费逮霞，露燕己默政庭燕 魔割您了相关的修复工獠计划，德嚣莰1 9 9 5 簪就投资6 0 多亿美嚣进行土壤修复， 表2 一些典型擞众属超累积植物伴中最大重金属含量( m g 酶1 ) 金满元索 典型的趣累积植物静名 茎或叶片中羹众属含量( 于物质) c d 天蓝逶蘩襞- ( 1 7 d a s p i c a e r u l e n s c e n s ) 1 8 0 0 星香荤( i l a um a n i a s t r u r ar o b b e r t i t ) 1 0 2 0 0 异叶柔7 1 邕( a e o t l a n t h e sb t f o r m f o l t u s ) 2 8 2 0 高山甘捌l f ( 1 p o m o e a 却如0 1 2 3 0 0 c u异叶柔花“e o l l a n t h e sb i 洳r m f o t i u s ) 1 3 7 0 0 星香革( h a u m a n i a s t m mr o b e r t i i ) 2 0 7 0 糕炭畸澳瓣坚暴 5 1 8 1 蛭m ( m a c a d a m i an e u r o p h y l l o ) 红茎率璩黼掘话r u b r i c a u l i s ) 1 1 5 0 0 九节术属( p s y c h o t r i ad o u a r r e t ) 4 7 5 0 0 匍匐叶下株( 1 猢t l a n t h u ss e r p e n t i n e s ) 3 8 1 0 0 n l 庭花菜( b o r n m u e u e r a , m p h a c e a ) 3 1 2 0 0 贝托纛莽( a l y s s u mb e r t o l o n i 0 1 3 4 0 0 b e r k h e y ac o d d i i 7 8 8 0 嚣蹄遥蘸榘( t h l a s p l r o t u n d i f o l i u m l 8 5 0 0 p b 高山漆始萆( m i n u a r i t i av e r n a ) 1 1 4 0 0 a m e i c am a r t i t i m av a k b a l l e r i 1 6 0 0 天蓝遏嫱浆( t h t a s p ic a e r u l e n s c e n s ) 5 1 6 0 0 自铜线( d i c h a p e t a l u m g e l o n i o l d e s ) 3 0 0 0 0 荣天时遏莛菜 l 嚣 。g r o t u n d i f o l i ms u b s p c e p a e i f o l i u m ) 短瓣道薤浆( i n t a s p jb r a c h y p e r a l u m ) 1 5 3 0 0 巴丽芥菜( c a r d a m i n o s s i sb a l l e r i ) 1 3 6 0 0 芦苇堇巢( c a r d a m i n o s s i sb a l l e r i ) 1 0 0 0 0 东南嫩天( s e d u ma l f r e d i i ) 1 9 6 7 4 s o 总状黄氏( d i c r a n o p t e r i s d l c h o d o m a ) 1 4 9 0 0 铁芒箕( d i c r a n o p t e r i sd i c h o d o m a ) 3 0 0 0 蝼赊萃( p t e r 赶v i t t a t a ) 5 0 0 0 。” 犬时并翻边草( p t e r i sc r e t i c a ) 6 9 4 线簇( s u t e r a f o d i n a ) 2 4 0 0 一 尼科菊( o i c o mn i c c o l i f e r a ) 1 5 0 0 1 2 美国融投入1 0 0 亿美元资助一万多个政府超级麟金项目，其中上千个资助项目是 开展对土壤及地下水修复的技术研究。与国外相比，我国对土壤污染的严重性和 治理工作的紧迫性还来弓l 起足够的重视。典溅地区调查结果表明，我国土壤污染 闷鼷纛楼当严重，著量瓣零骂凌窝农产品震鬟擒戏了明显懿威验，我髓怠嚣热强 这方瓣的研究。两且我随擒物修复的研究起疹较晚，研究内容较少，特别是应用 研究不多，对重金属污染土壤的植物修复研究：i 履几年才展开，取得了一定的进展。 这些研究主要集中在以下墨个方厩：一是寻找熬金属富集植物，发现了一些超积 累檬物。二是通过实验室麓葵液培养试