王素君，趙立偉，陳 薔，魏立穎

(京藍北方園林(天津)有限公司 天津 300300)

0 引 言

土壤在人類農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中扮演著重要角色，是人類在地球上賴以生存的主要自然資源，也是生態(tài)環(huán)境和生物圈的重要組成部分。隨著工業(yè)的進步、城市的發(fā)展和大量化學物質(zhì)的施用，土壤的重金屬污染、有機污染和質(zhì)地破壞日益嚴重，其中土壤重金屬污染最為嚴重。土壤重金屬污染是指微量金屬元素在土壤中過量沉積而引起的含量超過其背景值。我國僅受Cd污染的土地面積就達 20萬 km2，約占總耕地面積的1/6，面對如此龐大的數(shù)字，農(nóng)業(yè)和土壤研究者正在努力尋找快速、環(huán)保、簡便的土壤重金屬污染修復途徑。同其他重金屬離子一樣，Cd一旦進入土壤中，對土壤造成的污染就是巨大的。因其具有隱蔽性、不可逆性和長期性等特點，單純采用物理、工程和化學的方法很難消除。

因此人們開始把目光轉(zhuǎn)向植物，植物修復作為綠色的修復方式越來越受到人們的認可，它的快速發(fā)展為修復重金屬污染土壤開辟了新途徑。但由于修復土壤重金屬污染的富集植物不僅個體小，而且景觀效果差，不能取得良好的生態(tài)和環(huán)境效益。作為環(huán)境重要因子的園林植物由于其生長速度快、景觀效果好、耐性較強，開始不斷被應用于土壤修復領(lǐng)域。園林植物作為廣泛的適應性很強的一類植物群落，不僅具有很高的抗逆能力，生命力頑強，而且生長迅速，吸收能力強，能快速吸收土壤中的水分和養(yǎng)分等，其特性均有利于園林植物對土壤中重金屬的耐性和積累性[1]。

1 植物修復重金屬污染土壤優(yōu)勢

1.1 植物修復技術(shù)

植物修復通常是指利用綠色植物吸附、降解或圍堵以去除污染土壤中的有害物質(zhì)，主要通過植物的吸收、揮發(fā)、根濾、降解、穩(wěn)定等作用，降低并凈化土壤中的污染物質(zhì)，達到凈化環(huán)境的目的。狹義上的植物修復通常是指將某種特定的植物種植在污染土壤上，通過植物吸收富集其中的污染物，降低土壤中污染物的含量。

1.2 園林植物修復的優(yōu)勢

園林植物因其自身的特點在修復重金屬污染土壤領(lǐng)域中有廣闊的應用前景，除了具有一般植物的特點外，它還具有以下優(yōu)勢。

①園林植物的可利用資源非常豐富，應用研究的潛力巨大，通常可供修復土壤篩選的植物種類繁多。

②在進行土壤修復的同時，園林植物還能夠改善和美化環(huán)境，作用顯著。

③園林植物屬于觀賞性植物，不會進入食物鏈，不會對人類產(chǎn)生危害。

④園林植物通常顏色亮麗，多姿多彩的葉色和花色，景觀效果顯著，能使人心情愉悅，促進人體健康機能，提高人體免疫力[2]。

⑤重金屬污染的土壤不能種植農(nóng)作物，用其代替耕作土栽植園林植物可有效利用污染土壤。

2 園林植物修復污染土壤研究進展

目前，國內(nèi)外在植物修復技術(shù)方面已有許多報道，已發(fā)現(xiàn)的超積累植物有 400多種，既有草本植物，也有木本植物。但超積累植物的種類和數(shù)量有限，對于重金屬超積累的園林植物也沒有相關(guān)報道，只有積累和耐性園林植物的草本花卉的相關(guān)研究[3]。

蔣德明等[4]認為北京楊、加拿大楊、沙蘭楊、健楊、旱柳、寬柳能夠有效吸收和富集重金屬污染土壤中的 Cd，而榆樹、刺槐、紫穗槐和桑樹則對土壤 Cd吸收富集的能力較弱。這些園林植物在富集過程中表現(xiàn)出較強的耐性和較強的重金屬積累能力，對重金屬的轉(zhuǎn)運能力也很強，以上能力也是重金屬超積累植物所具備的特征[5]。雖然在積累量上還達不到超積累植物的標準，但是由于園林植物的個體大，有些是多年生的植物，從吸收和富集重金屬離子的絕對量綜合考慮，園林植物也能從污染的土體中吸收較多的Cd，從而減輕土壤的污染。

還有一些花卉植物對重金屬復合污染的土體有很強的修復效果，據(jù)報道劉家女等[6]對紫茉莉、鳳仙、金盞菊和蜀葵進行了重金屬耐性和積累性的研究，這4種植物對重金屬 Cd、Pb單因素污染及 Cd—Pb復合污染均有很強的耐性和積累性，在濃度為100mg/kg的 Cd污染土壤中和 Pb濃度為1000mg/kg情況下，4種花卉均能正常生長且無毒害癥狀發(fā)生，當土壤中Cd濃度達100mg/kg時4種植物地上部重金屬含量都超過 Cd超積累植物的臨界標準值 100mg/kg。以上實例均表明：草本花卉植物對土壤中的 Cd有很強的耐性和積累性，同時還能吸收土壤中的 Cd而不影響自身的生長，在鎘離子污染的土壤中種植能夠降低土壤中鎘離子的含量，是很好的Cd污染土壤的修復植物。

Li等[7]在 Cd污染土壤上，分別栽植柳樹、柳樹用EDTA 處理、柳樹用 EDTA和乳酸乙酯處理，45d后，以上 3個處理分別使土壤中 Cd 含量下降了5%、20%和 29%；其中 EDTA 與乳酸乙酯結(jié)合處理能顯著提高土壤中Cd的去除率，柳樹用EDTA和乳酸乙酯三者結(jié)合處理的植物修復方式對 Cd污染土壤具有較高的修復效果。施辰陽等[8]研究施加一定濃度的外源Si能夠明顯提高刺柏對Cd的耐性，其研究表明，施用400mg/kg的Si影響Cd從刺柏根部向地上部的轉(zhuǎn)運，莖、葉部 Cd含量明顯下降，而 1000/kg的 Si處理會使 Cd毒害刺柏。吳雙桃[9]的研究表明，美人蕉也能吸收土壤中多余的 Cd，土壤中的 Cd在5mg/kg左右時可促進美人蕉生長，經(jīng)過大量的實驗還證明，在Cd污染土壤中當Cd濃度較低時，更有利于美人蕉對Cd的吸收。

通常來說植物地上部的重金屬含量和植物本身的生物量是決定植物修復效果的主要因素，而園林植物自身具有比較大的生物量，為了進一步提高其修復重金屬污染土壤的成效，關(guān)鍵是提高植物地上部對重金屬的吸收量。為此，研究者們在努力尋找解決矛盾的途徑。近幾年來，國內(nèi)外在螯合劑誘導的植物提取技術(shù)方面開展了較多的研究[10-15]。根據(jù)重金屬在環(huán)境中的有效性程度，將土壤中的重金屬分為 5個形態(tài)：可交換態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、鐵錳氧化物結(jié)合態(tài)、有機物結(jié)合態(tài)和殘渣態(tài)，不同形態(tài)的重金屬之間經(jīng)常處于動態(tài)平衡狀態(tài)，而且這種動態(tài)平衡狀態(tài)隨著環(huán)境條件如螯合作用、土壤酸堿度和土壤養(yǎng)分等的改變而不斷變化[16]。

為了提高園林植物對污染土壤中 Cd離子的吸附積累量，根據(jù)以上研究可以借助于輔助手段，如特定的強化措施等來提高其積累能力，通過調(diào)節(jié)土壤環(huán)境來提高植物吸收 Cd的能力，從而增強植物地上部積累 Cd的數(shù)量，提高植物對重金屬離子的轉(zhuǎn)運能力和富集系數(shù)，使其接近并達到園林植物修復重金屬污染土壤的標準。

3 化學方法強化園林植物修復技術(shù)

影響植物修復效果的限制因子主要是重金屬在土壤中的有效性、重金屬離子的濃度和植物將重金屬離子從根部向地上部轉(zhuǎn)移的能力[17]。今后研究的重點為通過基因調(diào)節(jié)、物理、化學和生物方法強化植物修復技術(shù)，提高植物的修復效果，本文著重介紹采用化學方法強化園林植物修復 Cd污染土壤方面的信息，即將化學方法和生物方法相結(jié)合對土壤中的 Cd進行去除。

3.1 調(diào)節(jié)土壤酸堿度

土壤的酸堿度是影響土壤中 Cd的形態(tài)和有效性的重要因子。眾多實驗表明，適當降低土壤 pH值能夠提高土壤溶液中 Cd離子的濃度，故在土壤重金屬修復過程中施入含銨肥料或土壤酸化劑，為土壤環(huán)境提供適宜的弱酸性條件，可增加 Cd離子在土壤中的濃度并提高其生物有效性，從而進一步促進植物對土壤中多余Cd的吸收。

3.2 螯合劑強化技術(shù)

螯合劑主要通過螯合作用促進重金屬從固相土壤中解析出來，并與重金屬形成螯合物，進一步促進螯合物從植物根部向地上部的轉(zhuǎn)移。植物重金屬形成螯合物的能力與螯合劑和金屬的親和力密切相關(guān)，不同螯合劑對土壤Cd解吸率的大小不同，如EGTA＞EDTA＞HEDTA＞DTPA＞EDHA；但施加螯合劑在活化土壤中重金屬離子的同時，也增強了重金屬對植物的毒性，抑制植物生長，使其生物量減少，甚至死亡。因此，螯合劑的施用時間和施用量很重要，為了避免植物受到螯合物的危害，通常采用在植物收獲前一次性加入高濃度螯合劑的方法，但一次性加入高濃度的螯合劑也會使植物中毒，如高濃度 EDTA會抑制植物蒸騰作用。所以 Gupta等[18]認為在整個修復過程中分次加入低濃度螯合劑效果更好。因此，針對不同重金屬污染土壤和園林植物種類應選擇合適的鰲合劑種類和施用時間。

園林植物雖然體量大，但是對重金屬離子的吸收比較少，修復過程中使用適當濃度和種類的螯合劑，能夠促進土壤固相結(jié)合的重金屬解析出來，在增加土壤溶液中重金屬濃度的同時，還能促進園林植物根系的吸收和對重金屬離子向上轉(zhuǎn)運，有效提高植物的轉(zhuǎn)運系數(shù)和富集系數(shù)[19]。Blaylock等[20]研究表明，一定濃度的EGTA對Cd有很強的螯合作用。

3.3 有機類物質(zhì)強化技術(shù)

施加植物所需的營養(yǎng)元素，能促進植物根系的生長和發(fā)育，提高根系的活動強度，促進園林植物對土壤中重金屬的吸收，同時營養(yǎng)元素還能促進植物地上部的生長，提高園林植物的生長速度和整體生物量，從而促進植物對重金屬離子的吸收[15]。魏樹和等[21]在對超積累植物龍葵的研究過程中，發(fā)現(xiàn)施加雞糞能夠促進植物對 Cd吸收，提取率能夠提高 35.7%～97.0%，在開花期收獲超積累植物能使植物對 Cd的提取率提高 1.43～1.75倍。有機類物質(zhì)已經(jīng)在農(nóng)業(yè)和林業(yè)上得到了廣泛應用，今后將繼續(xù)對有機類物質(zhì)充分利用，并將其與現(xiàn)有的農(nóng)業(yè)高新技術(shù)結(jié)合，促進園林植物在土壤Cd污染修復技術(shù)中得到更大發(fā)展。

4 結(jié) 語

目前，園林植物以其獨特的環(huán)境優(yōu)勢和良好的修復效果已成為土壤重金屬污染修復的重要方法，其與常用的物理化學法相比，具有投資小、施工簡單、修復效果好、環(huán)境友好以及美化環(huán)境等優(yōu)勢，雖然相比于重金屬富集植物吸附量小，但園林植物體量大，多年生，一次種植可永久修復，是今后土壤重金屬污染修復的重要途徑。

將物理化學法與園林植物修復相結(jié)合，更能加強園林植物吸附重金屬離子的效果，增加它們的富集系數(shù)，提高它們的轉(zhuǎn)化率。今后在進行園林植物修復重金屬污染土壤中一定要和其他修復方法相結(jié)合，以突出其在修復污染土壤中的作用。在以后的技術(shù)開發(fā)中也要加強園林植物的研究，將基因工程技術(shù)融入其中以找到最大限度吸收鎘而且環(huán)境美化功能強的園林植物。