土壤“生病”记（下）：土壤解毒术

本文经微信公众号“科学大院”

授权转载，特此感谢！

注：本文版权归科学大院所有，如需转载，请关注科学大院（微信号：kexuedayuan）申请授权,如未申请，严禁转载。

 作者：尹春梅（中国科学院亚热带农业生态研究所）

编者按

在《土壤“生病”记（上）：无处不在的土壤污染》中，大院er和大家一起了解了土壤污染，我们脚下的土壤或多或少都有大大小小的“病痛”。知道了病因和症状，如何修复和治理也是一个重要方面。今天，大院er继续推出《土壤“生病”记》下篇，来说说土壤的解毒“招数”。

近年来，由于工业“三废”的排放、化肥与农药的不合理使用以及污水灌溉和污泥农用等原因，土壤重金属污染日趋严重。我们前面曾提到，重金属污染因其在土壤中一般很难被降解，易富集，对环境和人类健康造成危害，故称为“土壤的毒药”。那么土壤中毒后还有救吗？可有解毒良方？今天我们就来盘点一下治理土壤重金属污染的“土壤解毒术”。

重金属元素一般是指原子密度大于4.59g/cm³的金属元素，普遍存在于环境中，只有当其在生物体内富集到一定量时才会产生毒害作用。目前，重金属元素普遍超标，这对土壤和各种生物体的生存发展带来严峻挑战。治理重金属土壤污染迫在眉睫。

治理重金属土壤污染，目前主要有以下几种方式：

工程修复技术

工程修复以挖掘填埋方式为主，即客土法、深翻耕法和填埋法等。这种技术简单直接，但工作量大，且并不是一个永久措施，只是把环境问题从高危害区转移到低危害区，填埋法还存在占用土地、渗漏、污染周边环境等负面影响，因此在当今的土壤修复中使用较少。

工程修复实例1：易地解毒回填法

工程修复实例2：施用稳定剂+客土法联合修复

电动力学修复技术

电动力学修复是利用土层和污染物电动力学性质对环境进行修复的新兴技术。电动力学修复技术的基本原理类似电池，在施加直流电场后，带正电荷的重金属离子开始向阳极迁移，其迁移速度比同方向流动的电渗析流快得多。一般采用惰性的炭电极，以避免额外物质的导入。重金属离子最终可能沉淀在电极上或者被抽取出来另行处置。

电动修复是一种原位修复技术，近年来发展很快，在一些欧美国家已进入商业化。但事实上，实验室采用一种金属离子的溶液做模拟试验常能有效地去除土壤中的金属离子，有时也得到相反的结果。许多学者在这方面仍在孜孜不倦的努力，并改进了实验装置，相信在不久的将来电动修复将在土壤重金属修复上发挥更大的作用。

电动力学修复过程示意图

除此以外，土壤修复还有物理的淋洗法、化学的表面活性剂清洗法等，把土壤固相中的重金属转移到土壤液相，或者水体，再通过提取剂将液相中的重金属污染物提取出来。工艺较为复杂，对土壤的理化结构可能造成破坏，还有二次污染的可能，可谓“杀敌一千自损八百”，需谨慎使用。

以上这些方法或多或少都会有不少的问题出现，可以说，它们并不是土壤污染治理的良策。

植物修复技术

近年来植物修复技术逐渐被人们所认知和重视，它具有原位修复、价格便宜、还对周边环境影响小等优点。俗话说，“一物降一物”，大自然中就有这样特别神奇的存在，当人们正为被重金属污染的土壤寸草不生而苦恼，却发现某些重金属严重超标的矿山附近，有些植物生长得好好的。这是何解？

原来植物在长期的生长进化中会对环境胁迫产生抗性。就重金属胁迫而言，植物主要通过“避”、“耐”、“吸”3个途径获得对重金属的抗性。

 “避”

“避”是指植物从土壤中吸收水分和养分时，可以限制或者禁止重金属离子进入植株的本领。其原理是植物及其根际微生物的分泌作用螯合、沉淀土壤中的重金属，以降低其生物有效性和移动性，并防止其进入地下水和食物链，减少对环境和人类健康危害的风险。

比如，植物的根系分泌物主要通过改变根际环境的pH值和氧化还原电位(Eh) 值、螯合重金属等途径来控制重金属进入植物体内。而禾秆蹄盖蕨则把进入体内的重金属Cd都限制在根尖细胞壁上。

在这个过程中，植物有着双重功能，一方面可以保护污染土壤不受侵蚀，减少土壤渗漏从而防止重金属污染物的淋移；另一方面，通过在根部积累和沉淀或根表吸收，从而加强了土壤中污染物的固定。

能避Cd而生的禾秆蹄盖蕨

刚开始，人们将这项技术用于矿区重金属污染的治理，后来人们进一步发现，有些花卉品种躲避重金属伤害的能力也非同一般，从而为重金属污染土壤的治理又开辟了一条新路——带毒利用。

花卉作为重金属治理的新秀，优势也非常明显，既能保证污染土壤的植被覆盖，还有观赏价值，通过食物链富集对人体的危害也几乎可以忽略不计，简直太完美了有没有！这项技术已经开始应用于城市中重金属污染土壤的治理了。

可以在锰污染土壤中生长的紫茉莉

“耐”

“耐”是指植物可以将吸收到植物体内的重金属重新排出体外。有些植物耐重金属污染的本领很“魔性”，它们可以将污染物吸收到体内后将其转化为气态物质释放到大气中，也就是将土壤中的污染物转移到大气中——主要是易挥发的非金属元素硒和金属元素汞。

烟草、香蒲等植物都有将土壤中的汞吸收转化释放入大气中的能力。尽管这种方法无需人们再动手就可去除土壤中的污染物，但是将污染物转移到大气中，对人类和其他生物具有一定的风险，也要小心为之。

能将汞挥发的香蒲

 “吸”

“吸”是指植物的根系可从土壤中吸取一种或多种重金属，并将其转移、贮存到地上，然后人们通过收割从而去除土壤中重金属。这类植物我们称之为富集或超富集植物，这项技术称为植物提取修复。

植物提取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，可以说是目前土壤重金属污染修复的明星方法，具有原位修复、价格便宜、还对周边环境没有伤害等优点。很多时候人们谈及植物修复的时候，实际上指的就是植物提取修复。

超富集植物，一般生长在重金属污染比较严重的区域，如采矿区附近等。它们仿佛练就了针对某些重金属元素的“吸星大法”，其体内的重金属含量一般达到设定的临界点( 如Cd 达到100 mg /kg，Ni、Pb、Co、Cr、Cu 达到1 000 mg /kg，Mn 和Zn 达到10000 mg /kg) 以上，且植物地上部分的重金属含量应高于根部，植株生长良好。

至今，国内外研究发现的超富集植物达700多种，其中大多数为Ni的超富集植物，并且主要是十字花科植物。我国对超富集植物的筛选研究虽然起步较晚，但已取得较大进展，陆续发现了一系列超富集植物，如As的超富集植物蜈蚣草和大叶井口边草，Cd的超富集植物宝山堇菜和龙葵，Cr的超富集植物李氏禾，Cu的超富集植物海州香薷和鸭跖草，以及Zn的超富集植物东南景天等。

As的超富集植物蜈蚣草（蜈蚣草对土壤As有超富集作用，地上部积累量是一般植物的20倍，蜈蚣草中的砷含量可以达到其自身干物质重量的1%-2%，而且多集中于地上部分，一年可以收割三次之多，是典型的超富集理想植物。）

除此以外，不同的植物组合使用效果更佳：比如将重金属超富集植物与低累积作物玉米套种，超富集植物提取重金属的效率比单种超富集植物明显提高，同时玉米能够生产出符合卫生标准的食品或动物饲料或生物能源，是一种不需要间断农业生产、较经济合理的治理方法。

另外，随着生物科技的发展，将一整套外来的，参与重金属代谢、吸收及累积途径的所有酵素，利用转基因等技术送进植物体内，我们就可以得到耐重金属污染的作物、对重金属污染吸收效率更高、吸收种类更多的超富集植物，甚至可以控制污染物进入植株的部位等等。

虽然植物在重金属污染修复方面的应用越来越广，但其缺点也很明显：植物修复需要的时间长，去除效率不高，对富集重金属的植物需要进行及时收割且对收割植物需要妥善处理，否则会造成二次污染。同时，若使用螯合剂等辅助修复，需要注意化学试剂本身的环境风险。

结语：不论污染修复技术如何发展，人类也不该推卸自己的责任，土壤中的污染物排放来自于我们的工业化发展，保护土壤资源，是我们每个人的责任，而治理污染本身，就是减少排放。

参考文献

[1]ＲAI P K. An eco-sustainable green approach for heavy metalsmanagement: two case studies of developing industrial region［J］．Environmental Monitoring and Assessment，2012，184( 1) : 421-448.

[2] 刑艳帅，乔冬梅，朱桂芬，等. 土壤重金属污染及植物修复技术研究进展［J］.中国农学通报，2014，30( 17) : 208-214.

[3] 杨学军1 陈凯进2. 花卉植物对重金属污染土壤修复能力的研究[J/OL]. 河南农业,2017,(20):1

[4] 孙鹏轩. 土壤重金属污染修复技术及其研究进展[J]. 环境保护与循环经济，2012,32（11）：48-51,75

[5] 仲灿,葛晓敏,倪云,唐罗忠. 植物对土壤Cd、Pb污染的修复与抗性机理研究进展[J/OL]. 世界林业研究,2017,30(01):37-43.

（文章首发于科学大院，转载请联系[e-mail]）

推荐阅读

-END-

来源：科学大院 公众号

编辑：言五

注:加下图小编微信入微信群