朱陽春， 張振華， 鐘小仙， 張 娜， 童 非， 羅永清

(1.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與環(huán)境研究所，江蘇南京 210014； 2.江蘇省凹土資源利用重點實驗室，江蘇淮安 223003； 3.江蘇省農(nóng)業(yè)科學院畜牧研究所，江蘇南京 210014； 4.中國科學院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院，甘肅蘭州 730000)

隨著工業(yè)化和城市化的快速發(fā)展，土壤重金屬污染已成為一個世界性嚴峻的環(huán)境污染問題[1]。據(jù)不完全統(tǒng)計，在20世紀末至21世紀初的50年內(nèi)，排放至全球環(huán)境中的重金屬鉻、銅、鉛、鋅的量分別為2.20×104、9.39×105、7.83×105、1.35×106t，其中大部分污染物最終進入土壤系統(tǒng)[2]。每年被重金屬污染的糧食高達1 200萬t，經(jīng)濟損失達200億元[3]。重金屬對土壤系統(tǒng)的危害主要表現(xiàn)為使土壤肥力下降、降低土壤微生物活性、抑制土壤酶活性等3個方面[4]。對作物而言，主要影響種子萌發(fā)、幼苗生長、根系生長、細胞膜透性、光合作用等，嚴重者甚至引起植株病變死亡[5]。如鎘通過影響植物氣孔功能、細胞壁通透性等，進而影響植物對水分、養(yǎng)分的吸收，它可以造成植株矮小、葉片失綠、質(zhì)量下降、并抑制作物根系的生長[6]；土壤中鋅過量可造成幼苗萎黃病及葉緣壞疽病等病變[7]。污染土壤中的重金屬最終通過食物鏈進入人體，對人體健康也會產(chǎn)生一定的影響，如鉛主要影響人類的中樞神經(jīng)系統(tǒng)及骨骼發(fā)育，尤其是對兒童的影響更為顯著[8]；鉻會損傷人體皮膚、肺功能，嚴重的可能導致肺癌[3]；1931年發(fā)生在日本的痛痛病就是一個典型的鎘中毒案例。因此，土壤重金屬污染的治理刻不容緩。

目前，對土壤重金屬污染的治理途徑按其機制劃分主要有2種：(1)通過改變土壤的pH值等，改變重金屬在土壤中的存在形式，從而降低其在環(huán)境中的遷移性和生物有效性；(2)對土壤中的重金屬進行修復，使其存留濃度接近背景值或達到規(guī)定的安全濃度范圍內(nèi)[9]。國內(nèi)外開展較多的重金屬污染土壤修復技術主要有以客土換土法、熱處理、玻璃化技術等為主的物理修復法，以淋洗、電動、化學固化為主的化學修復法，以植物、動物、微生物為主的生物修復法等三大修復技術[10]。然而，物理和化學修復技術耗費的人力、財力等成本較高，且對土壤結構產(chǎn)生不可逆的破壞，化學技術又易產(chǎn)生二次污染等問題，因此不適宜大面積推廣[10]。相對來說，生物修復技術安全性較高，二次污染問題的可能性小，同時可以產(chǎn)生生態(tài)經(jīng)濟效應，回收的重金屬具有一定的市場價值[11]。其中，最主要的生物修復技術——植物修復具有治理效果永久、治理成本低廉、操作管理簡單、對環(huán)境友好、后期處理簡單等優(yōu)點，已成為重金屬污染土壤修復的主要方法之一[12]。

1 重金屬污染土壤的植物修復

植物修復是指直接或間接利用植物在原位去除土壤、大氣、水體等環(huán)境介質(zhì)中如重金屬、有機污染物等有毒有害物質(zhì)，最大程度降低或消除環(huán)境風險的一種環(huán)境友好型修復技術，包括植物提取、植物揮發(fā)、植物穩(wěn)定等修復方式[5]。其中，植物揮發(fā)和植物穩(wěn)定只是利用特定植物將土壤中的重金屬釋放至大氣中或降低土壤中重金屬的遷移率，未從根本上解決環(huán)境中重金屬污染的問題，易產(chǎn)生二次污染，故仍存在較大的潛在生態(tài)風險[13-14]。目前，應用最為廣泛的植物修復方式為植物提取修復，是指植物通過自身根系，從土壤中吸收重金屬，并轉(zhuǎn)運至植物地上部分，通過收割降低土壤中污染物的濃度，達到修復土壤的目的，包括連續(xù)植物提取和螯合劑誘導性植物提取[15]。

植物修復關鍵在于篩選出對重金屬具有超富集能力的植物，然后根據(jù)污染區(qū)域的污染情況選擇合適的植物進行修復[16]。目前，公認的超富集植物為植株地上部中鎘的含量大于100 mg/kg，砷、鉻、鈷、鎳、銅、鉛的含量大于1 000 mg/kg，錳、鋅的含量大于10 000 mg/kg，金的含量大于1 mg/kg，且在污染區(qū)生長未受到明顯抑制，地上部分重金屬含量大于其根部重金屬含量的植物[17]。目前，發(fā)現(xiàn)的超富集植物有400多種，如十字花科天藍遏藍菜(Thlaspicaerulescens)是一種鋅和鎘的超富集植物[18]，蕨類植物蜈蚣草(Pterisvittata)是一種砷的超富集植物[19]。然而，已知的超富集植物數(shù)量較少，絕大多數(shù)生長緩慢，生物量低，生長周期長，且為蓮座生長，不適宜大面積污染土壤修復[15]。一種有效的改良方式是向土壤中添加螯合劑來提高土壤中重金屬的有效性，提高植物對重金屬的吸收量[20]。但螯合劑價格昂貴，又具有生物毒性，在土壤中不易降解，投加劑量過高會使植物的生物量減少；另一方面，重金屬被螯合劑活化后，淋濕的風險增大，對土壤和地下水易造成二次污染，大面積推廣難度較大[21]。因此，研究者尋求新的高生物量或生長迅速的植物應用到植物修復中，如紫穗槐(AmorphafruticosaLinn.)、柳樹、楊樹、毛竹等[12，22-24]。郭艷麗等研究沈陽張士灌區(qū)幾種常見木本植物對鎘的積累特征，結果顯示，不同的木本植物對鎘的積累在植物分類學上表現(xiàn)出明顯的科屬差異，楊柳科植物楊和柳地上及根部積累的鎘遠大于其他木本植物，是較為理想的修復張士灌區(qū)污染土壤的植物種類[25]。與灌木和喬木等木本植物相比，草本植物的生態(tài)適應性及競爭能力較強，具有較高的生長率和生物量，對重金屬具有較強的耐性、排異性等特點[26]。同時，種植草本植物有利于快速改變土壤結構和肥力，是一類較為理想的植物修復資源[27]。其中，草本牧草類植物競爭性更強、生長快速、生物量大，已成為土壤植物修復的研究熱點[28]。一些研究人員利用柳枝稷(Panicumvirgatum)、荻[Triarrhenasacchariflora(Maxim.) Nakai]、蘆竹(Arundodonax)、雜交狼尾草(Hybridpennisetum)、多年生黑麥草(LoliumperenneL.)、葦狀羊茅(Festucaarundinacea)等牧草對不同程度重金屬污染的不同類型土壤進行修復，結果表明，這些草本牧草植物均屬于非超積累植物，但其生物質(zhì)產(chǎn)量較高，吸收的重金屬總量大，無論是復合還是單一重金屬污染的土壤均得到不同程度的修復[29-31]。Teng等采用盆栽的方式研究百喜草(PaspalumnotatumFlugge)、高羊茅、多年生黑麥草和狗牙根[Cynodondactylon(L.) Pers.]等4種牧草對銅尾礦土中重金屬的耐受性及土壤微生物功能多樣性的影響，結果表明，4種牧草均顯著增加了土壤微生物生物量及群落多樣性，其中百喜草的修復效果最佳，可作為礦區(qū)植被恢復優(yōu)良物種[32]。

2 牧草修復重金屬污染土壤的主要優(yōu)勢

2.1 牧草抗逆性、耐重金屬性強

牧草因其適應性強，固土力強，具有抗旱性、抗寒性、耐熱性、耐鹽性、耐重金屬等抗逆性，是惡劣環(huán)境中良好的植被恢復物種[33-34]。在我國沙化和鹽漬化比較嚴重的科爾沁沙地，生長著抗逆性較強的蘆葦(Phragmitesaustralis)、羊草(Leymuschinensis)、薹草屬(CarexLinn.)等牧草，在治理沙化和鹽漬化過程中發(fā)揮著重要的作用[35]。Muscolo等采用盆栽試驗模擬高濃度NaCl對東非狼尾草(Pennisetumclandestinum)種子萌發(fā)及幼苗生長的脅迫，結果表明，這種牧草植物具有較強的抗鹽性，可用于干旱半干旱區(qū)鹽堿土土壤的生態(tài)恢復[36]。重金屬可抑制植物種子萌發(fā)和幼苗生長，抑制程度與植物物種和重金屬種類、濃度等有關[37]。李致穎等以陜西省眉縣銅礦污染土壤為基質(zhì)，分析銅脅迫對木本和草本植物種子萌發(fā)和幼苗生長的影響，結果表明，木本植物紫穗槐銅吸附量最多，但在高濃度下發(fā)芽能力、苗木生長和生物量等均出現(xiàn)明顯的抑制作用，耐受能力遠低于草本植物白車軸草(TrifoliumrepensL.)，因此，研究者建議選用白車軸草用于西北地區(qū)銅污染土壤的生態(tài)修復[38]。此外，部分牧草可應用于惡劣環(huán)境中的植物修復中，已有研究利用人工濕地，將蘆葦、杞柳(Salixpurpurea)、牧草等3種植物應用于修復垃圾滲漏液和城市污水中的有毒有害物質(zhì)，結果表明，這3種植物均能利用污水中的營養(yǎng)元素促進自身的生長，同時可以減小滲漏體積，防止?jié)B漏液下滲造成二次污染，對垃圾滲濾液能夠起到較好的凈化效果[39]。尾礦堆放地是一種極端土壤，典型的特征包括重金屬毒性、極端酸堿性、鹽害、干旱和貧瘠等[40]，一般植物在其上自然定居的過程非常緩慢，尾礦復墾已引起國內(nèi)外研究學者高度關注[41]。在尾礦廢棄地的生態(tài)恢復過程中，最有效的手段是篩選出合適的植物，進行植被恢復與植物修復，并消除對周邊地區(qū)的污染，目前應用前景最廣的是雜草類植物和豆科植物[40，42]。龍健等通過盆栽試驗分析銅尾礦對5種牧草生長發(fā)育和重金屬抗性的影響，結果顯示，百喜草、狗牙根、葦狀羊茅等3種牧草具有較強的重金屬抗性，可在銅尾礦上正常生長，被認為是銅尾礦區(qū)恢復和重建的優(yōu)良先鋒草種[42]。據(jù)調(diào)查，鎢礦廢渣地土壤重金屬含量極高，土壤遭到嚴重破壞，植物難以生存。唐歡歡等根據(jù)野外采樣試驗，分析狗牙根、彎葉畫眉草(Eragrostiscurvula)、百喜草、多花木蘭(Indigofersamblyatha)、葦狀羊茅等5種草本牧草對鎢礦廢渣地土壤重金屬砷、鋅、銅的吸收效果，結果表明，5種草本植物水土保持效果較好，對重金屬有一定的耐抗性，在污染土壤上生長良好，且地上部生物量較大，對重金屬污染的鎢礦廢渣地有一定的修復作用[43]。

2.2 牧草生物量大，吸收重金屬總量高

牧草應用至植物修復中最大的優(yōu)點是它的生長速率快、生物量大、能同時吸收多種重金屬元素[44]。雖然牧草對重金屬的富集能力趕不上超富集植物，但其體內(nèi)的重金屬總量卻可以與超富集植物抗衡，有些甚至高于超富集植物[23]。牧草生物量遠高于玉米、向日葵、大麥等農(nóng)作物及東南景天(Sedumalfredii)、寶山堇菜(Violabaoshanensis)等超富集植物，可富集較高的重金屬總量，達到更好的植物修復效果[16]。Zhang等分析牧草修復土壤重金屬鋅和鎘的富集潛力，結果顯示，雜交狼尾草地上部分對重金屬鋅和鎘的富集能力低于超富集植物的標準，但每株雜交狼尾草地上部分吸收鋅、鎘的總量分別為9 039、624 μg，相當于鋅超富集植物東南景天富集鋅的總量，是鎘超富集植物天藍遏藍菜吸收鎘含量的2.6倍，是龍葵(Solanumnigrum)吸收鎘含量的1.2倍[44]。侯新村等研究多年生柳枝稷、荻、蘆竹、雜交狼尾草等4種草本植物對重金屬砷、汞、銅、鉻、鉛、鎘等6種重金屬的富集能力和修復潛力，結果表明，4種非超富集植物生物質(zhì)產(chǎn)量較高，分別為23.23、28.22、47.08、59.22 t/hm2，其對6種重金屬的富集量較高，且不受重金屬輕污染的負面影響[29]。

2.3 牧草可用作生物質(zhì)能源

多數(shù)牧草是優(yōu)良的飼草，如蘇丹草(Sorghumsudanense)為夏季優(yōu)良飼料作物[45]，也可以作為景觀草坪草[46]，同時牧草等草本植物是應用前景廣闊的生物質(zhì)能源植物[39]。生物質(zhì)能源是綠色植物將太陽能以化學能形式貯存在生物質(zhì)內(nèi)的能量，是一種可再生的新型的現(xiàn)代清潔能源。牧草植物是一種木質(zhì)纖維素生物質(zhì)，其體內(nèi)纖維素和半纖維素含量較高，木質(zhì)素含量較低，可作為轉(zhuǎn)化燃料乙醇的原料，其生產(chǎn)力較高，短時間內(nèi)可獲得最大產(chǎn)量，與木本植物相比，更便于管理，可實現(xiàn)機械化生產(chǎn)[47]。已有報道將芒草屬(Miscanthus)、虉草(Phalarisarundinacea)、蘆竹、柳枝稷等牧草作為能源植物進行研究[48-50]。植物修復后續(xù)處理仍是一個重大問題，收獲的植物若得不到妥善處理，則會產(chǎn)生二次污染[23]。利用能源植物開展植物修復可實現(xiàn)生物質(zhì)原料生產(chǎn)與污染治理雙贏[29]。應用于植物修復中的牧草，相比其他可食用超富集植物與農(nóng)作物，不會造成人類直接誤食，在規(guī)定的安全濃度范圍內(nèi)，成熟后的牧草地上部分收割后可直接作為飼料或加工轉(zhuǎn)化成生物質(zhì)能源，積累的重金屬進入灰分，存放于金屬尾礦庫區(qū)，待回收利用，避免對土壤造成二次污染[23，27]。

3 主要牧草品種在重金屬修復中的應用

迄今為止，國內(nèi)外約有10余種牧草可用于修復重金屬污染土壤中，主要代表種類有多年生黑麥草、葦狀羊茅、紫花苜蓿(Medicagosativa)、香根草(Vetiveriazizanioides)、高丹草(Sorghumbicolor)、雜交狼尾草等[23，32]。

多年生黑麥草為禾本科多年生草本植物，建株速度快、分蘗能力強，能迅速覆蓋地面，對貧瘠地、有機物污染等均表現(xiàn)出較強的抗性，可在生境惡劣、寸草不生的尾礦區(qū)生存[51]。Alvarenga等研究發(fā)現(xiàn)，黑麥草根系發(fā)達，且分布范圍廣，可用于固定植物[52]。黑麥草多次刈割后可再生，常用于修復多種重金屬污染土壤，如鎘、鋅、鉛、鎳等單一或復合污染土壤的修復中，它可以在高濃度污染土壤中生存，隨著重金屬毒性的增加，黑麥草抗氧化酶活性增加，從而對重金屬引起的氧化脅迫產(chǎn)生較強的抵御能力[53]。楊卓等以潮褐土為供試土壤，用溫室栽培試驗研究高羊茅和黑麥草對復合污染土壤中鎘、鉛、鋅的富集特點，結果表明，2種草耐鎘的能力最強，其次是鋅，耐鉛的能力最弱，2種牧草對鋅均表現(xiàn)出較強的吸收能力，可作為鋅污染土壤的修復植物[31]。馮鵬等研究多年生黑麥草對鉛、鎘脅迫的響應，結果顯示，低濃度鉛(<500 mg/kg)和低濃度鎘離子(<10 mg/kg)可以促進多年生黑麥草種子萌發(fā)，高濃度的鉛和鎘則表現(xiàn)為顯著的抑制作用，通過富集效應分析，多年生黑麥草對輕度鉛、鎘污染土壤的修復效果較為明顯[51]。

葦狀羊茅屬于粗葉型禾本科羊茅屬植物，是常見的多年生冷季型草坪草，特別適合在亞熱帶過渡氣候區(qū)生長。它具有生物量大、生長迅速、耐踐踏、綠期長、建坪快、抗逆性強等優(yōu)點，且對重金屬具有一定的吸收和耐受能力，被廣泛應用于城市綠化、水土保持、植物修復中[54-55]。葦狀羊茅可用于同時修復多種重金屬復合污染的土壤或沉積物。吳卿等采用盆栽模擬試驗研究葦狀羊茅對城市排污河道底泥中復合重金屬污染的修復效果，結果表明，葦狀羊茅對重金屬鋅、銅、鎘、鉻、錳、鎳等污染均具有較好的修復效果，尤其適用于對鎘和鋅污染的修復，且其在種植3個月時酶活性最高，修復效果最好[56]。重金屬對葦狀羊茅種子萌發(fā)及幼苗同樣存在低濃度下的促進效應和高濃度下的抑制效應。張震等研究表明，低濃度的鋅、鉛、銅可以促進葦狀羊茅種子的發(fā)芽和芽的生長，高濃度的鋅(20～30 mg/L)、鉛(40 mg/L)、銅(5 mg/L)及復合重金屬污染則抑制葦狀羊茅種子的發(fā)芽和芽的生長[57]。

另一項草本植物修復的研究熱點是利用育種技術培養(yǎng)出理想的重金屬修復草本牧草植物，如人工選育雜交品種——雜交狼尾草[58-59]。雜交狼尾草是美洲狼尾草和象草的雜交種，綜合了父本象草高產(chǎn)和母本美洲狼尾草高品質(zhì)的特點，兩者均是熱帶、亞熱帶草本植物，雜交后的狼尾草植株高大，莖葉繁茂，根系發(fā)達，具有高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、耐高溫、供草期長、生長速度快、抗逆性強、適應性廣等特點，近年來被規(guī)模化種植和廣泛應用[29]。種植雜交狼尾草可以降低土壤蒸發(fā)量，增加土壤有機質(zhì)含量，改善土壤顆粒結構和微生物群落。王殿等的研究結果表明，雜交狼尾草具有一定的耐鹽性，可在鹽堿荒地中種植，改善土壤質(zhì)量[60]。近年來，將雜交狼尾草作為重金屬修復植物越來越受到青睞，其對鎘、砷的吸收富集能力相對較高[61]。趙穎等采用盆栽試驗的方法，研究雜交狼尾草、高丹草、蘇丹草、籽粒莧(Amaranthushypochondriacus)、菊苣(Cichoriumintybus)、早熟禾(Poaannua)、葦狀羊茅、紫花苜蓿、多年生黑麥草和多花黑麥草(Loliummultiflorum)等10種牧草對土壤中多環(huán)芳烴和砷的修復作用，結果表明，生物量最大的為雜交狼尾草，其地上部分的干生物量是早熟禾的3.55倍，其對多環(huán)芳烴富集系數(shù)低于紫花苜蓿，但由于雜交狼尾草生物量較大，生長速度較快，它對多環(huán)芳烴的吸收量顯著高于紫花苜蓿對多環(huán)芳烴的吸收量(P<0.05)，同樣，對砷的吸收量最大的也是雜交狼尾草[62]。Zhang等采用室內(nèi)盆栽模擬雜交狼尾草、黑籽雀稗(Paspalumatratum)、串葉松香草(Silphiumperfoliatum)、柱花草(Stylosanthesguianensis)等4種牧草在不同鋅和鎘污染濃度單一污染土壤中的富集能力，結果表明，雜交狼尾草地上部分吸收鋅和鎘的含量均顯著高于其他3種牧草，是鋅和鎘污染土壤修復的優(yōu)良植物品種[44]。

4 提高牧草修復污染土壤的有效途徑

4.1 刈割

在植物修復過程中，提高植物吸收重金屬的有效途徑主要有降低土壤pH值、提高土壤氧化還原電位、采用植物再生技術如刈割等、應用植物種子包衣技術、施用化肥、合理灌溉及采用一些人工手段縮短修復周期，如采用溫室栽培等[17]。其中，刈割及合理的農(nóng)藝措施被認為是清潔、低風險、無二次污染的提高植物修復效果的理想途徑[16]。已有研究表明，多次刈割可顯著增加植物的生物量，刈割是草地主要的管理方式，適度的刈割能增加牧草的生產(chǎn)力，促進牧草的分蘗和再生，增大牧草生物量進而提高植物修復效果[63]。Li等研究發(fā)現(xiàn)，菊苣、籽粒莧、巴天酸模(Rumexpatientia)、紫花苜蓿、雙色高粱(Sorghumbicolor)、蘇丹草等6種牧草經(jīng)過2次收割后，地上部分生物量均顯著高于單次收割量，生物量的平均值從4.1 t/hm2增加至71.4 t/hm2，相應富集的重金屬總量也明顯提高，如籽粒莧吸收鎘的含量從0.53 g/hm2增加至 0.95 kg/hm2[16]。Gonzaga等通過室內(nèi)盆栽試驗，研究多次刈割對蜈蚣草去除土壤中砷的影響，結果表明，第1次收割后，不同砷污染土壤中蜈蚣草葉片的砷含量為166～6 151 mg/kg；第2次收割后，蜈蚣草葉片中砷含量為110～3 056 mg/kg；第3次收割后，蜈蚣草葉片中砷含量為162～2 139 mg/kg；通過3次刈割后，研究中6種砷污染處理土壤中砷含量減少6.4%～13.0%[64]。過度刈割會抑制牧草地上部分的生長，高永恒等的研究結果表明，在生長季內(nèi)(6—8月)對四川嵩草(Kobresiasetchwanensis)草甸植物刈割2次或3次比不刈割顯著降低了植物地上和地下部分積累的生物量，但明顯增加了植物地上部分的氮含量和貯量[65]。

4.2 施肥

施肥是作物種植過程中重要的農(nóng)藝措施之一，施肥一方面可以降低土壤pH值，改變土壤溶液中重金屬的生物有效性，促進植物對土壤重金屬的吸收；另一方面提高土壤肥力，增加植物地上部分生物量，提高植物修復效果[17]。Humlin等研究施用氮肥對印度芥菜(Brassicajuncea)生長及富集鋅能力的影響，結果表明，氮肥可以顯著增加芥菜地上部分生物量并提高芥菜對鋅的富集量[66]。施肥有效提高牧草產(chǎn)量和改善牧草品質(zhì)，豆科牧草如苜蓿、紅車軸草(Trifoliumpratense)等可利用自身根瘤菌來固氮，因此無需額外施入氮肥，但仍需一定量的磷肥[67]。如紫花苜蓿，其產(chǎn)量的主要決定因素為磷，氮磷配施與純氮肥相比能顯著增加苜蓿株高、節(jié)間數(shù)、植株分枝數(shù)、葉莖比等[68]。禾本科牧草，如黑麥草、蘇丹草等沒有固氮能力，因此高產(chǎn)栽培中須要施入氮肥和磷肥[67]。不同的牧草品種不同的施肥期其產(chǎn)量差異顯著，如羊草、垂穗鵝觀草(Roegnerianutans)和扁穗冰草(Agropyroncristatum)在返青期施肥具有最高的產(chǎn)量，無芒雀麥(Bromusinermis)在抽穗期施肥產(chǎn)量最高[69]。此外，肥料和重金屬的相互作用可以影響土壤對重金屬的吸附解吸過程，改變土壤重金屬的形態(tài)，影響作物對重金屬的吸收和積累，土壤施入氮、磷、鉀和有機肥后，土壤重金屬的吸附和解吸過程會受到外源加入陰離子、陽離子的影響，如施入磷肥帶入Ca2+、Mg2+等陽離子與重金屬離子競爭吸附位點，抑制土壤對重金屬的吸附[70]。然而，無論施入有機肥還是無機肥均可在一定程度上增加土壤重金屬的含量，如磷肥中重金屬鋅、銅、鎘、鉛的含量分別為50～600、10～60、9～100、0.5～40.0 mg/kg[71]，對土壤系統(tǒng)產(chǎn)生潛在的生態(tài)危害，更有甚者，施肥已成為土壤中某些重金屬的主要來源[17，72]。

4.3 微生物-植物聯(lián)合修復

微生物通過多種機制促進植物生長及提高植物在重金屬脅迫下的耐性，其與植物聯(lián)合修復污染土壤，可以提高植物修復的效率，達到高效修復土壤的目的，是目前國內(nèi)外污染土壤修復技術的研究熱點[73]。微生物的作用機制主要有2條途徑：(1)通過分泌吲哚乙酸、細胞分裂素等植物生長激素促進根系發(fā)育；產(chǎn)生Fe載體、固氮溶磷等促進植物對營養(yǎng)元素的吸收；分泌1-氨基環(huán)丙烷羧酸脫氨酶、有機酸等重金屬螯合物等，降低重金屬對植物的毒害作用[74]。(2)通過改變土壤中重金屬的生物有效性，增加植物對重金屬的吸收作用[75]。Chen等的室內(nèi)盆栽研究結果表明，龍葵接種假單細胞(LK9)后，LK9可產(chǎn)生Fe載體、并具有溶磷作用、促進植物生長，龍葵莖的干質(zhì)量提高了14%，其地上部分積累總鎘、鋅、銅的量分別提高了46.6%、16.4%、16.0%[76]。郝希超將膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillusmucitaginosus)、枯草芽孢桿菌(Bacillussubtilis)、檸檬酸桿菌(CitrobacterWerkman and Gillen)、蠟樣芽孢桿菌(BacilluscereusFrankland)和蘇云金芽孢桿菌(Bacillusthuringiensis)以不同的組合接至多花黑麥草、多年生黑麥草和鴨茅(DactylisglomerateL.)中，用于研究不同鈾脅迫下牧草生長及富集能力的差異性，結果表明，微生物以促進牧草根際生長發(fā)育為主，間接促進地上生物量的增大，提高了牧草的抗病能力，在牧草株高、干質(zhì)量、根長等方面具有較好的促進效果，使其對鈾的富集總量得到提升，同時不同組合微生物均可分泌有效物質(zhì)提高牧草修復效率[77]。然而，目前微生物與牧草等植物聯(lián)合修復污染土壤的研究多半在實驗室使用人工污染土壤，與實際污染土壤有較大的不同，要想實現(xiàn)微生物-植物聯(lián)合修復模式工程化的應用仍存在一些實際困難[78]。

5 展望

牧草生物量大、生長速率快，目前關于牧草在重金屬污染土壤植物修復中的應用已有不少研究，但多集中于牧草品種的選擇、修復效果的對比、富集量、生理生化等一些表觀現(xiàn)象方面。為了更有效地將牧草應用于植物修復工程中，今后研究的重點應是牧草對重金屬的耐受性機理、吸收重金屬的機制及微生物-牧草聯(lián)合修復的修復機理等方面，包括牧草生理指標的響應、根系分泌物組成與含量變化及微生物強化牧草吸收重金屬的促生機制和強化機制等方面的研究。

迄今為止，牧草中尚未有效篩選出重金屬的超富集品種，利用人工雜交育種技術培育出的雜交品種，可以顯著提高牧草的生物量，但富集能力未得到明顯提升。今后仍須繼續(xù)篩選出對重金屬具有更強富集能力的牧草品種或利用一些聯(lián)合修復的手段提高富集能力。已有研究將牧草與其他植物(如木本植物)或與土壤動物(如蚯蚓、微生物等)，用于聯(lián)合修復重金屬污染土壤，利用生態(tài)位差異和土壤動物的活動提高修復效率，但目前這些技術仍處于實驗室研究階段，未能大面積應用到植物修復工程中?？梢圆捎貌煌霓r(nóng)藝措施，如刈割、施肥、灌溉等，使修復效果達到更佳，但適度刈割可以提高牧草地上部分生物量，過度刈割反而抑制牧草地上部分的生長，對于如何量化適度刈割，目前尚無明確定論，亟待解決；過度施肥和灌溉會增加土壤重金屬污染，對地下水造成二次污染，因此，須明確植物水肥需求，避免過量施肥、過量灌溉。另一項牧草修復的新思路是采用內(nèi)生菌聯(lián)合牧草用于修復重金屬污染土壤，內(nèi)生菌生存環(huán)境較穩(wěn)定，與植物聯(lián)系更密切，可有效促進牧草生長，并可以提高牧草的修復潛力。通過生物學技術從超富集植物根系分離提純出含高重金屬耐性基因的內(nèi)生菌，現(xiàn)已成功定植于其他植物體用于植物修復，若能成功定植于牧草根部，或許能通過分子生物學和基因技術將超富集植物的優(yōu)良基因直接轉(zhuǎn)移至牧草植物中，構建超積累重金屬的牧草品種，既可獲得高生物量，又可以提高牧草的富集能力，以達到理想的修復效果。

牧草修復的另一個關鍵問題是修復后期如何處理牧草的問題。牧草是一種良好的飼料，同時又是一種主要的生物質(zhì)能源植物，但目前關于牧草修復后如何安全去除牧草體內(nèi)重金屬并妥善保管利用的后續(xù)處理研究較少，相關的技術尚未成熟，有待于進一步提高。有些重金屬為動植物生長所必需的營養(yǎng)元素，如鋅、銅、鐵等，回收后可以加工利用，加入飼料或肥料中，達到變廢為寶的目的，體現(xiàn)牧草的經(jīng)濟價值。而對于毒性重金屬元素，如鉛、鎘等，封存于尾礦，暫時可以避免二次污染，后續(xù)處理有待于進一步研究。如江蘇省農(nóng)業(yè)科學院通過10多年的產(chǎn)、學、研聯(lián)合攻關，目前雜交狼尾草草木、草塑復合人造板已實現(xiàn)批量產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量優(yōu)，而產(chǎn)業(yè)化應用的難點在于規(guī)?；N植土壤租賃成本高，重金屬污染土壤不僅為雜交狼尾草人造板規(guī)?；a(chǎn)提供了可能，而且還是一種全新的土壤重金屬修復方法，因此，應加強重金屬高積累的牧草非食用性利用技術和人造板中試生產(chǎn)方法研究，形成牧草修復重金屬后的綜合利用技術體系。

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