关于植物修复技术在土壤重金属污染中应用的研究进展

关于植物修复技术在土壤重金属污染中应用的研究进展

张漾

湖南恒凯环保科技投资有限公司

摘要：土壤重金属污染是当前全球面临的严峻环境问题之一。不可避免地，各种人类活动导致了大量重金属的释放和积累在土壤中，如工业废水、农药、矿石开采和燃煤等过程中的排放。这些重金属对环境和生态系统产生严重影响，因为它们对土壤、水体和生物都具有毒性和潜在的生物胁迫。目前，全球土壤中的重金属污染已经十分普遍。据统计，我国有超过10%的耕地受到不同程度的重金属污染，其中镉、铅、铬和汞等重金属被普遍发现并超过了安全标准。这种严重污染不仅对人类健康和粮食安全构成威胁，同时也对生态环境产生了巨大破坏。

关键词：植物修复技术；土壤重金属污染；应用；研究进展

1土壤重金属污染与植物修复技术

1.1土壤重金属污染的现状

土壤重金属污染是当前全球环境问题的热点之一。重金属污染源主要包括工业废水、固体废物排放、冶炼、焚烧、汽车尾气等。这些污染源释放出的重金属物质（如铅、铬、镉、汞、铜等），经由不同的途径进入土壤，最终对土壤健康和生态系统造成了严重的危害。

土壤重金属污染的严重性主要体现在以下几个方面：1.毒性和累积性：重金属物质对植物和动物的生长和发育有较强的毒性作用，同时也容易在生物体内逐渐积累。2.生态风险：重金属物质在土壤中的积累会影响土壤微生物及相关的生物地球化学过程，导致土壤质量下降，进而影响植物生长和健康，甚至引发生态系统连锁反应。3.食物安全问题：重金属污染的土壤可以通过植物链和食物链将重金属物质传递给人类，对人体健康产生威胁。

当前，不少地区的土壤重金属污染问题已经引起了广泛关注。在我国，尤其是一些工业城市和农业地区，土壤重金属污染问题更为凸显。因此，开展土壤重金属污染治理及修复研究具有重要意义。植物修复技术作为一种环境友好、经济高效的修复方法，成为近年来的研究热点。下面我们将详细介绍植物修复技术的原理和方法。

1.2植物修复技术的基本原理

植物修复技术是利用植物的自然生长机制，通过植物对土壤中重金属物质的吸收、转运、积累和稳定化等生理生化过程，实现对土壤重金属污染的修复。植物修复技术的基本原理可以归纳为以下几个方面：

1.2.1吸收和蓄积重金属：植物根系可以通过开放式和被动运输两种方式吸收土壤中的重金属离子，其中包括钙、镁、钠、锌等离子。通过根系拓宽、细根的增加和化学物质的分泌等方式，植物能够有效地吸收和蓄积重金属离子。

1.2.2转运和稳定化重金属：植物在吸收重金属后，通过根系和茎、叶的转运过程将其向上转运至地上部分。在转运的过程中，植物会通过特定的蛋白质通道、细胞膜、细胞壁等途径来稳定重金属，以减少对植物自身的毒害。

1.2.3降解和解毒：植物通过根际和根系微生物的共生作用，可以分泌代谢产物来降解和解毒土壤中的重金属物质，从而降低重金属的毒性。

植物修复技术通过植物的吸收、蓄积、转运、降解和解毒等机制，有效地修复土壤中的重金属污染问题。不同的修复植物对不同的重金属具有不同的适应性和修复效果，接下来我们将详细介绍常用的修复植物及其适用性。

1.3植物修复技术的分类与特点

根据植物修复技术在修复过程中的不同作用机制和修复效果，可以将其分为以下几种分类：

1.3.1吸收型修复：这类修复植物主要通过其根系吸收土壤中的重金属离子，并通过生物富集的方式减少土壤中重金属的浓度。常用的修复植物有柳树、蓼科植物等，它们能够通过较大的根系表面积和富含的细根来增加吸收效果。

1.3.2转运型修复：这类修复植物在吸收重金属离子后，将其转运至地上部分，通过生物转运的方式实现降低土壤污染程度的目的。常见的修复植物有大豆、向日葵等，它们通过茎、叶等地上部分的转运作用，将大部分吸收的重金属稳定化并沉积在茎、叶等地上部位。

2植物修复技术在土壤重金属污染中的应用

2.1植物修复技术在污染土壤治理中的优势

植物修复技术作为一种环境友好、经济高效的土壤重金属污染治理方法，在近年来得到了广泛关注和研究。它通过利用植物的生物学特性和代谢机制，实现对土壤中重金属的修复和去除，具有以下优势。

植物修复技术相对于传统的土壤重金属污染治理方法具有较低成本和操作简便的特点。传统的土壤修复方法如物理治理、化学处理等，需要投入大量的人力、物力和财力，并且操作复杂，难以实施。而植物修复技术则通过种植具有金属超富集能力或耐金属植物种类，在植物的生长过程中吸收和蓄积土壤中的重金属，从而达到治理土壤重金属污染的目的。这种方法相对简单便捷，不但能够降低治理成本，还能够减少对环境的二次污染。

植物修复技术具有广泛适用性。不同的土壤重金属污染程度和不同的污染类型需要采用不同的修复方法，但植物修复技术具有较好的适应性。目前，已经发现了许多具有超富集重金属能力的植物品种，比如油菜、太子参等，它们能够在高浓度重金属环境下正常生长，从而起到修复土壤重金属污染的作用。此外，植物修复技术还能够与其他土壤重金属污染治理方法相结合，形成综合治理措施，提高治理效果。

2.2植物修复技术的应用案例

植物修复技术在土壤重金属污染治理中的应用已经得到了广泛地研究和应用。目前，针对不同种类的重金属污染土壤，研究人员已经开展了大量的应用案例。

对于铅（Pb）污染土壤的修复，常用的修复植物包括饲料作物苜蓿（Medicagosativa）、紫花苜蓿（Trifoliumpratense）和巴西豆（Phaseolusvulgaris）等。研究表明，这些植物能够通过根系吸收土壤中的铅元素，有效地减轻土壤的铅污染程度，提高土壤质量。此外，通过利用微生物共生植物（比如苜蓿和铅菌根真菌）和土壤增强剂（比如添加有机物），还能够进一步提高植物对土壤铅的修复效果。

2.3植物修复技术研究的前景和挑战

植物修复技术在土壤重金属污染治理中的应用前景广阔，但也面临一些挑战。未来的研究可以从以下几个方面进行深入探索。

需要深入研究植物修复机制和影响修复效果的因素。目前，虽然已经发现了一些具有金属超富集能力的植物品种，但对于植物修复过程中的吸收、转运、储存和转化等机制还存在许多未知。此外，土壤环境因素、植物生理特性以及重金属的物化特性也会对植物修复效果产生重要影响，需要进一步探索和研究。这些研究可以为制定更加有效的植物修复方案提供科学依据。

需要开发和应用新的植物修复技术和方法。目前，针对土壤重金属污染的植物修复技术主要集中在植物吸收、富集和蓄积等方面，而对于植物－微生物互作、植物－土壤互作等方面的研究还相对较少。未来可以进一步开展针对植物修复技术的改良和创新研究，以提高修复效果和减少环境风险。

结束语

植物修复技术在土壤重金属污染中的应用具有广阔的前景，但也面临一些挑战。通过深入研究植物修复机制和影响因素、开发和应用新的修复技术和方法，以及加强其在实际工程中的应用和推广，将能够进一步提高植物修复技术的治理效果，为解决土壤重金属污染问题、保护环境和提高土壤质量做出贡献。

参考文献

[1]建英杜.土壤重金属污染来源、现状以及修复治理技术研究进展.工程设计与施工,2020

[2]刘杏梅,赵健等.污染农田土壤的重金属钝化技术研究——基于WebofScience数据库的计量分析.2021

[3]文晓凤,尹令实,张金帆等.植物-微生物联合修复重金属污染底泥/土壤的研究进展.2016,22:82-84