背 景

植物修複技術(shù)是利用超富集植物提取受污染環境中污染物的一項新興技術(shù)，其基本原理(lǐ)是利用植物及其根際微生(shēng)物體(tǐ)系對環境中的污染物進行吸收、降解、揮發及轉化，進而實現對污染環境的修複( Channy et al.,1997; Brooks et al.,1998; 周啓星,2002; Eleni et al.,2011; Dmuchowski et al.,2014) 。

植物修複以其費用低、不破壞場地土(tǔ)壤結構及無二次污染等顯著優勢逐步被采用,并取得(de)良好修複效果( Mackova et al.,1997; Benoit et al.,2010; 周啓星等,2011; 周啓星等,2014; Bell et al.,2014) 。

但(dàn)是,相(xiàng)對其物理(lǐ)、化學等環境治理(lǐ)技術(shù),由于該項技術(shù)存在植物生(shēng)長緩慢(màn) ,生(shēng)物量小 ,修複效率較低 ,修複深度不佳等問(wèn)題,使其難以推廣應用,大(dà)部分(fēn)僅停留在實驗階段。

因此,解決限制植物修複技術(shù)應用的瓶頸問(wèn)題,對于植物修複技術(shù)的健康發展和大(dà)規模應用具有重要的實踐意義( Passatore et al.,2014) 。

污染物理(lǐ)化性質及其交互作(zuò)用的影(yǐng)響

1、污染物理(lǐ)化性質的影(yǐng)響

土(tǔ)壤污染物的植物修複效率受污染物理(lǐ)化性質的影(yǐng)響 。如(rú) 污染物分(fēn)子大(dà)小 、污染物形态 、辛醇 -水分(fēn)配系數( Kow ) 、半衰期、解離(lí)常數、蒸汽壓等。植物對呈吸附态的重金屬吸收能力較強。土(tǔ)壤中疏水性較強,半衰期<10 d,蒸汽壓>10-4 的污染物由于其主要以氣态形式通過葉面氣孔被植物吸收,因而其植物修複效率較低( Ryan et al.,1988; 林道輝等,2003) 。水溶性較強的污染物,即 lgKow <4 的污染物通過根系吸收進入植物體(tǐ)内,水溶性差的有機(jī)污染物,即lgKow >4 的有機(jī)物則易被土(tǔ)壤顆粒吸附,難以被植物吸收。lgKow 處于 1 ~ 3.5 的有機(jī)污染物容易被植物轉運吸收,而 lgKow <1 的污染物則不易通過植物細胞膜被植物吸收( 周啓星等,2011) 。

污染物的分(fēn)子量大(dà)小影(yǐng)響着植物修複效率,分(fēn)子量<500 的污染物一般易被植物根系吸收,分(fēn)子量較大(dà)的污染物難以被植物吸收轉運。

植物修複效率還(hái)受污染物分(fēn)子結構的影(yǐng)響,分(fēn)子結構不同,污染物對植物的毒害性也就(jiù)不同,如(rú)多氯聯苯對農作(zuò)物的危害會随着苯環上氯原子個數的增加而增大(dà)( Tu et al.,2011;Zhou et al.,2014) 。

2、污染物初始濃度及其交互作(zuò)用的影(yǐng)響

污染物的初始濃度對植物修複的效率具有很大(dà)的影(yǐng)響。不同污染物的相(xiàng)互作(zuò)用對植物修複的影(yǐng)響極爲複雜,不僅是拮抗、協同或加和作(zuò)用。

實驗如(rú)下：

Liu 等( 2010) 利用大(dà)白(bái)菜處理(lǐ)土(tǔ)壤中鉛污染的實驗中發現,污染物在初始濃度爲 500 mg&dot;kg-1時的修複效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大(dà)于初始濃度 1500 mg&dot;kg-1 的修複效率。Cai 等( 2010) 利用鳳仙花處理(lǐ)土(tǔ)壤中石油烴的試驗中表明,污染物初始濃度爲 5000 mg&dot;kg-1 的修複效率是初始濃度爲40000 mg&dot;kg-1 的3倍。Liu 等( 2010) 在用鳳仙花修複 Cd 和 Pb 污染土(tǔ)壤時發現,在 Cd 初始濃度較高時可(kě)抑制植物對 Pb 的吸收,而Pb 則促進植物對 Cd 的吸收。

周啓星等( 2011) 利用孔雀草和鳳仙花分(fēn)别處理(lǐ)土(tǔ)壤中 Cd、Pb 與有機(jī)物的複合污染,實驗結果表明,當重金屬初始濃度較低時可(kě)促進植物對有機(jī)污染物的吸收,重金屬初始濃度較高則對植物吸收有機(jī)物有抑制作(zuò)用。實驗還(hái)發現,當有機(jī)污染物初始濃度較低時可(kě)提高植物的生(shēng)物量,對植物修複效率有促進作(zuò)用。

Chen 等(2010)在利用小麥處理(lǐ)土(tǔ)壤中镉-麝香複合污染的試驗中發現,植物對麝香的吸收效果随Cd 的初始濃度的升高而不斷提升,提升幅度最高可(kě)達 36%。

Sun 等( 2011) 在利用孔雀草處理(lǐ)重金屬與苯并芘複合污染的實驗中發現,Cd 對苯并芘的植物吸收有促進作(zuò)用,而 Pb 和 Cu 則抑制了苯并芘的吸收。

Kucerova 等( 1999) 發現,龍葵對初始濃度爲 25mg&dot;L-1 的 PCBs 的代謝率比初始濃度爲 50mg&dot;L-1 的 PCBs 提高了 3 ~ 5 倍。

薛曉磊等( 2013)用蜈蚣草處理(lǐ) As 污染的試驗中發現,植物體(tǐ)内 As的累積量随着 As 初始濃度的提升而增加,當初始濃度由0.1mg&dot;L-1提高到100mg&dot;L-1時,植物對As的轉運系數( TF) 由 1.4提高到了 2.4。

劉京等( 2012) 在狼尾草等 6 種植物對十溴聯苯醚污染土(tǔ)壤的修複試驗中發現,狼尾草随污染物初始濃度增加,其植物體(tǐ)内污染物的累積量相(xiàng)應增加,生(shēng)物量也有所增加; 而龍葵随污染物初始濃度升高,地上部生(shēng)物量大(dà)幅下降。

Conger 等( 1997) 研究證明,除草劑Bentazon 初始濃度過高時會對柳樹(shù)等 6 種植物産生(shēng)毒害作(zuò)用,使植物無法生(shēng)長或衰退。

土(tǔ)壤和氣象因子的影(yǐng)響

1、土(tǔ)壤因子的影(yǐng)響

植物吸收污染物效率受土(tǔ)壤理(lǐ)化性質的影(yǐng)響。土(tǔ)壤顆粒的比表面積大(dà)小影(yǐng)響着植物對多環芳烴等有機(jī)污染物的吸附能力,進而影(yǐng)響其生(shēng)物可(kě)給性。同樣的植物對壤土(tǔ)、砂土(tǔ)及粘土(tǔ)中的污染物的修複效率有明顯的差異,如(rú)砂土(tǔ)中植物修複 Ni 的效率較低。土(tǔ)壤 pH 值影(yǐng)響植物對有機(jī)物的吸收。一般來(lái)說(shuō),在酸性條件(jiàn)下可(kě)促進有機(jī)物在土(tǔ)壤顆粒中的解吸,植物根系可(kě)将其吸收進入植物體(tǐ)中; 而在堿性條件(jiàn)下,土(tǔ)壤中一些腐殖質提供了大(dà)量的結合位點,降低了其生(shēng)物可(kě)給性。

Lopez( 2000) 研究表明,除 Ni、As 之外,在堿性條件(jiàn)下,幾乎所有的重金屬被植物吸收的能力随土(tǔ)壤 pH 的上升均呈現下降趨勢。

土(tǔ)壤中水分(fēn)可(kě)抑制污染物在土(tǔ)壤顆粒表面的吸附,促進生(shēng)物可(kě)給性,然而水分(fēn)過多時,植物體(tǐ)會因根際養分(fēn)不足抑制生(shēng)長狀況,影(yǐng)響降解能力。土(tǔ)壤的黏粒與有機(jī)質含量是影(yǐng)響植物的吸收效率的另一大(dà)重要因素,黏粒含量高的土(tǔ)壤對離(lí)子型有機(jī)污染物的吸附能力較強,一些疏水性有機(jī)物會被有機(jī)質含量高的土(tǔ)壤固定或吸附,從(cóng)而降低其生(shēng)物可(kě)給性。

如(rú),Rigol 等( 2002) 發現,棕色森林的有機(jī)層土(tǔ)壤相(xiàng)比其礦物層土(tǔ)壤對 Cs+ 的吸附能力更高,這是由于在前者的礦物層中,由酸侵蝕導緻層狀矽酸鹽釋放(fàng)出了大(dà)量的 Al3+ ,這些自(zì)由 Al3+ 聚合體(tǐ)堵住了 Cs+ 結合到土(tǔ)壤專性吸附位點的入口,從(cóng)而導緻土(tǔ)壤降低了對Cs+ 的吸附能力; 在有機(jī)層中有機(jī)酸複合了 Al3+ ,而Cs+ 仍被吸附于土(tǔ)壤專性吸附位點上,因此吸附效果較好。

Weissenfels 等( 1992) 發現，有機(jī)質含量高的土(tǔ)壤對多環芳烴的吸附強度高,影(yǐng)響了植物對多環芳烴的降解。不過土(tǔ)壤有機(jī)質對污染物吸收的影(yǐng)響程度也與土(tǔ)壤類型、特性和污染物的種類及含量等相(xiàng)關,陳鳳等( 2007) 對昆山(shān)市農田土(tǔ)壤有機(jī)質含量對植物修複重金屬的累積影(yǐng)響實驗中發現,Hg 和Pb 的累積量與有機(jī)質含量呈極顯著相(xiàng)關,但(dàn) As、Cr、Ni 和 Cu 等并未表現出一定的相(xiàng)關性。陳翠紅(hóng)等( 2011) 發現,小麥在褐土(tǔ)中對 Cd 的累積能力要強于潮土(tǔ)。土(tǔ)壤中陽離(lí)子交換量也可(kě)影(yǐng)響植物對重金屬的吸附。郭鵬然等( 2009) 發現,土(tǔ)壤中陽離(lí)子交換量的增加可(kě)使土(tǔ)壤中非殘留态钍含量增加。

此外,在一定條件(jiàn)下,土(tǔ)壤中無機(jī)鹽可(kě)促進一些重金屬被植物體(tǐ)吸收,Manousaki 等( 2009) 發現土(tǔ)壤中含有 3%的 NaCl 可(kě)促進植物對 Cd 的吸收。

2、氣象因素的影(yǐng)響

濕度、風(fēng)度、光(guāng)照(zhào)及溫度等氣象條件(jiàn)均可(kě)影(yǐng)響植物的生(shēng)長發育和生(shēng)物量,進而影(yǐng)響土(tǔ)壤污染物植物修複效率。

普通光(guāng)照(zhào)會促進植物的生(shēng)長發育,并對污染物的降解産生(shēng)促進作(zuò)用。但(dàn)在紫外光(guāng)照(zhào)射下,污染土(tǔ)壤表面的多環芳烴可(kě)發生(shēng)光(guāng)誘導毒性效應從(cóng)而使其毒性增加( 範淑秀等,2007) 。風(fēng)可(kě)擴散植物升騰作(zuò)用産生(shēng)的熱(rè)量,低速的風(fēng)對植物生(shēng)長有促進作(zuò)用。空氣濕度和含水量影(yǐng)響植物的生(shēng)長發育。通常情況下,植物生(shēng)長和開花需要較高的濕度和含水量,土(tǔ)壤修複過程中應保持田間持水量在70% ~80% ,有利于植物葉片伸展,提高花朵的質量。但(dàn)由于潮濕的環境利于一些蟲卵發育,因此在濕度超過90%且通風(fēng)較差的情況下會導緻病蟲害的滋生(shēng)與蔓延 ,嚴重影(yǐng)響植物的生(shēng)長發育 ,甚至會導緻其枯萎 、死亡,使生(shēng)物量下降。溫度可(kě)以影(yǐng)響植物的生(shēng)長速度,進而影(yǐng)響單位時間内的生(shēng)物量。

Eweis( 1998) 認爲,溫度每增加 10 °C ,植物或微生(shēng)物降解污染物的速率可(kě)增加 0.8 ~ 1.2 倍左右。但(dàn)室内溫度長期過高

也會增加發生(shēng)病蟲害的機(jī)率,如(rú)孔雀草連續在超過35 °C 的室溫且通風(fēng)狀況不佳的情況下,1 周左右即會被紅(hóng)蜘蛛蟲害。概括來(lái)說(shuō),氣象條件(jiàn)對植物修複的影(yǐng)響主要有以下幾點: 影(yǐng)響植物的生(shēng)長發育和生(shēng)物量; 影(yǐng)響土(tǔ)壤中污染物的揮發; 影(yǐng)響植物對污染物的葉面吸收作(zuò)用; 影(yǐng)響土(tǔ)壤和植物對污染物的吸附能力( 周啓星等,2011) 。

植物種類、根際效應及其栽培措施的影(yǐng)響

1、植物種類的影(yǐng)響

植物種類的選取對植物修複效率具有關鍵性作(zuò)用。目前世界範圍内已經發現的超富集植物有400餘種,相(xiàng)比 10 年(nián)前提高了數倍。其中多數植物對重金屬具有超累積作(zuò)用,部分(fēn)植物對有機(jī)物吸收能力較強,還(hái)有一些超富集植物可(kě)同時修複重金屬和有機(jī)物的複合污染。針對不同的污染物,選擇最佳的超富集植物是提高植物修複效率的關鍵。不同植物的組織成分(fēn)不同,其累積、代謝污染物的能力也就(jiù)不同。不同植物産生(shēng)的分(fēn)泌物和酶的種類及功效不同,因而其植物修複的效率會有一定的差異。

基因改良對植物提高修複效率有促進作(zuò)用。Kucerova 等( 1999) 發現,龍葵的分(fēn)化組培比未分(fēn)化組培對多氯聯苯的轉化效率相(xiàng)對較高,由于龍葵的毛根組培在形态上與正常的植物根系更相(xiàng)似,因而其轉化效率更高。在此基礎上,魏樹(shù)和等( 2004a) 發現龍葵對镉的超富集能力。不同植物對污染物的吸收方式存在差異。

如(rú)劉京等( 2012) 在植物修複十溴聯苯醚污染土(tǔ)壤的實驗中發現,魚腥草主要依靠根部固定污染物,而狼尾草則通過根部将污染物向地上部轉移。此外,植物修複效率與植物細胞的形态密切相(xiàng)關,同一植物不同組培對污染物的轉化能力存在一定差異。

植物對污染物的吸收與植物根系的類型也有 關聯 ,根系類型不同 ,其根系分(fēn)泌物種類 、菌根菌數量及酶活性等均有較大(dà)差異。土(tǔ)壤表層的污染物含量要大(dà)于土(tǔ)壤深層,而植物須根處于土(tǔ)壤表層且比植物主根有着更大(dà)的比表面積,因此須根對污染物的吸收能力要大(dà)于植物主根。孫鐵珩等( 2001)研究表明,禾本植物吸收污染物的能力大(dà)于木本植物,主要是由于禾本植物根的類型大(dà)部分(fēn)爲須根。但(dàn)有關這方面研究相(xiàng)對較少,有待進一步深化。

Sun等( 2014) 應用 18 種野生(shēng)植物修複土(tǔ)壤中 PAHs,其中根系較爲發達的 Pteris cretica 對污染物的吸收效率最高。周啓星等( 2011) 利用不同花卉處理(lǐ)石油污染土(tǔ)壤,結果表明,鳳仙花和牽牛花的處理(lǐ)效果明顯高于五彩石竹等其他(tā)幾種植物。

其中,牽牛花對石油烴的降解率可(kě)達 70%以上( Zhang et al.,2010) 。Sun 等( 2011) 利用孔雀草提取土(tǔ)壤中的苯并芘,發現根系累積的污染物濃度是莖葉中的 2 倍以上。植物體(tǐ)不同部位吸收污染物的能力不同,實驗證明,絕大(dà)部分(fēn)植物根系累積污染物的能力大(dà)于莖葉和果實。不同種類的蔬菜對有機(jī)農藥的吸收能力也不同,一般遵循以下規律: 根莖類>葉菜類>果實類。但(dàn)葉菜類中的圓白(bái)菜對 Cd 的富集系數很低,甚至比某些莖菜類和果菜類還(hái)要低。

2、植物根際效應的影(yǐng)響

植物根際土(tǔ)與非根際土(tǔ)有着不同的微環境,根際土(tǔ)壤的植物修複效果往往優于非根際土(tǔ)。根際圈内菌根真菌、細菌等微生(shēng)物的代謝活動可(kě)以轉化及降解土(tǔ)壤中的有機(jī)污染物,植物根部分(fēn)泌出的H+ 、HCO有機(jī)碳源,并增加了金屬的可(kě)溶性,形成可(kě)溶的有機(jī)金屬複合物。

植物修複中如(rú)植物提取、植物固定等均可(kě)利用植物的根系分(fēn)泌物質的螯合沉澱作(zuò)用來(lái)去(qù)除及固定重金屬( Ouyang et al.,2002) 。根際分(fēn)泌的酸根離(lí)子及氫離(lí)子可(kě)改變土(tǔ)壤根際環境的 pH值,使得(de)在酸性條件(jiàn)下易解吸的重金屬元素更好地被植物吸收。存在于根際微環境中的與植物根部共生(shēng)的一些微生(shēng)物,如(rú)真菌等可(kě)直接吸收土(tǔ)壤中的放(fàng)射性核素。

Ehlken 等( 2002) 對草原土(tǔ)壤的研究發現,大(dà)量不可(kě)移動的放(fàng)射性元素 Cs 被土(tǔ)壤中的真菌所固定。Sun 等( 2011) 利用孔雀草修複重金屬及有機(jī)物的複合污染實驗中發現根際土(tǔ)的有機(jī)物修複率高于非根際土(tǔ) 20%左右。

3、栽培措施的影(yǐng)響

栽培措施對提高植物修複效率具有積極的作(zuò)用。對修複效率有提高效果的主要栽培措施包括育苗 、翻耕 、種植密 度 、除草 、輪作(zuò) 、間作(zuò) 、套作(zuò)及收割等。

由于超富集植物的生(shēng)長周期較長,因而育苗的方式對于超富集植物的發芽率、成活率及生(shēng)長速率有着至關重要的影(yǐng)響,如(rú)石油烴的超富集植物高羊茅和黑(hēi)麥草,其生(shēng)長季一般需要半年(nián)左右。

陳同斌等( 2002) 通過組織培養方法種植砷超富集植物蜈蚣草,解決了其在植物修複實際應用中快(kuài)速生(shēng)長的難題。除此之外,還(hái)可(kě)以采取育苗移栽的方法來(lái)縮短(duǎn)植物生(shēng)長周期。根據超富集植物各個生(shēng)長階段對于污染物的吸收情況也能夠采取一定的措施來(lái)縮短(duǎn)修複周期,如(rú)某一超富集植物在開花期所提取的重金屬量占全生(shēng)育期總量的比重較大(dà),而從(cóng)花期到成熟期又需要一定的時間,可(kě)以在花期收獲此植物,然後再種植一茬,相(xiàng)對縮短(duǎn)了植物修複的周期。

翻耕在植物修複過程中起到重要作(zuò)用,播種或移栽前進行翻耕有利于增加土(tǔ)壤中的空氣含量,有利于土(tǔ)壤團粒結構的形成。值得(de)注意的是,翻耕的深度要視植物根系生(shēng)長狀況、土(tǔ)壤污染深度以及土(tǔ)壤的理(lǐ)化性質等因素而定,污染較輕時,采用常用的機(jī)耕用具在表層翻耕即可(kě),但(dàn)當污染深度過深時,就(jiù)要采用特殊裝置深翻。種植密度的選擇對單位面積植物地上部的生(shēng)物量有着重要影(yǐng)響,種植密度适宜,可(kě)提高其植株的光(guāng)合作(zuò)用及營養吸收,提高植物的生(shēng)物量,促進植物對污染物的吸收效率。

Liphadzi 等( 2003) 在不同種植密度條件(jiàn)下對向日(rì)葵修複重金屬污染土(tǔ)壤進行研究 ,結果表明 ,在稀植條件(jiàn)下 ,植物提 取的重金屬含量明顯高于密植條件(jiàn)下的處理(lǐ)。雜草現象在植物修複過程中經常出現,與超富集植物形成競争關系,影(yǐng)響植物的正常生(shēng)長,減少植物量。

Li 等( 2003) 将除草劑應用于 Alyssum murale 和 A. corsi-cum 的修複過程,顯示有 4 種除草劑對控制雜草具有很好效果,然而有 12 種除草劑卻對修複植物産生(shēng)嚴重的毒害作(zuò)用,這說(shuō)明應用除草劑有利有弊,合理(lǐ)利用除草劑可(kě)在一定程度上提高植物修複效率。輪作(zuò)、間作(zuò)及套作(zuò)等種植方式可(kě)以減少植物生(shēng)長過程中遇到的病蟲害及雜草等現象。收割可(kě)以縮短(duǎn)育苗時間,提高單位時間的生(shēng)物量,從(cóng)而提高植物修複效率。廖曉勇等( 2004) 發現,蜈蚣草每年(nián)收割 3 次,每次收割後所留高度在 7.5 cm,其對土(tǔ)壤污染物的修複效率是每年(nián)收獲 1 次的 1.9 倍左右。

植物添加劑的影(yǐng)響

單純用植物修複土(tǔ)壤中的污染物在一些特殊土(tǔ)質中難以達到預期的效果,在植物中加入一些添加劑有助于提高污染物的生(shēng)物有效性,進而提高植物對污染物的修複效率。螯合劑能夠打破重金屬在土(tǔ)壤中液-固相(xiàng)之間的平衡,使平衡狀态向有利于重金屬解析的方向傾斜,土(tǔ)壤溶液中重金屬濃度提高了,進而有助于植物對土(tǔ)壤中重金屬的提取。有機(jī)螯合 劑可(kě)促進重金屬從(cóng)植物根系向地上部分(fēn)的轉移,還(hái)能夠活化其離(lí)子活性,提高其生(shēng)物有效性( Jiang etal.,2003) 。如(rú)土(tǔ)壤中水溶性的鉛離(lí)子在添加有機(jī)螯合劑後可(kě)增加 100 倍,這樣就(jiù)能大(dà)幅提高植物對其修複效率(Huangetal.,1996)。Pickering等( 2000) 對印度芥菜添加二巯基丁二酸時發現,金屬砷吸收總量影(yǐng)響不明顯,但(dàn)其形成的螯合物卻提高了砷在植物體(tǐ)内向地上部的轉運系數。

Liu 等( 2010) 利用 EDTA 強化金盞菊修複土(tǔ)壤中 Cd 的試驗中發現,EDTA 的添加使 Cd 的修複效率提高了217%。Cui 等( 2007) 将螯合劑 EDTA 應用于百日(rì)菊( Zinnia elegans Jacq)處理(lǐ)土(tǔ)壤中 Pb 污染的實驗中,結果表明,施加螯合劑後植物中 Pb 的累積濃度增加了 2.5 倍。Bay 等( 1997) 将 EDTA 和 EGTA 分(fēn)别施加到含 Pb、Cd 污染的土(tǔ)壤中,使得(de)印度芥菜植物體(tǐ)内 Pb、Cd 的濃度分(fēn)别上升 400 和 1900 mg&dot;kg-1 。Liu 等( 2008) 發現,在蜀葵修複土(tǔ)壤中Cd 污染的試驗中施加 EGTA 可(kě)以提高重金屬在植物體(tǐ)内的累積量。

然而,有機(jī)螯合劑的添加也存在一定的風(fēng)險,如(rú)果沒有完全被植物利用,就(jiù)很可(kě)能形成二次污染,因此,在使用有機(jī)螯合劑時盡量采用易降解的螯合劑。

酸堿調節劑可(kě)影(yǐng)響土(tǔ)壤中污染物的活性及生(shēng)物有效性( Robinson et al.,1999) 。對于絕大(dà)多數重金屬來(lái)說(shuō),pH 的降低有助于提高土(tǔ)壤溶液中重金屬的濃度。pH 值降低,H+ 增加,吸附在土(tǔ)壤顆粒表面上的重金屬陽離(lí)子與 H+ 交換量增大(dà),打破重金屬離(lí)子溶解-沉澱平衡,從(cóng)而促進了重金屬離(lí)子在土(tǔ)壤顆粒表面的解吸。如(rú) Co 的超累積植物 Berkheya coddii在土(tǔ)壤施加酸堿調節劑将 pH 值由 7 降低至 5.5 時,其植物體(tǐ)内的 Co 累積量提高了 5 倍之多。Zn 的超累積植物Thlaspi caruelesences 的盆栽試驗結果表明,在施加酸性調節劑将土(tǔ)壤變成酸性的情況下,其吸收的 Zn 遠(yuǎn)高于堿性土(tǔ)壤條件(jiàn)( Brown et al.,1994) 。也有少數重金屬如(rú) Ni、As 等适宜在偏堿性土(tǔ)壤中修複,應用酸堿調節劑即可(kě)實現 pH 的改變,提高植物對其修複效率( Lopez et al.,2000) 。

有研究發現,超富集植物與菌根真菌等微生(shēng)物聯合修複土(tǔ)壤污染物在一定程度上促進了植物對污染物的吸收,這也是目前植物修複領域中最爲重要的研究方向之一。篩選特效微生(shēng)物制成某種微生(shēng)物菌劑,在植物根部接種與其結合能夠促進菌根真菌與植物根系的共生(shēng),提高真菌浸染的成功率和植物修複效率( 表 1) 。

Tak 等( 2013) 提出将植物根際促生(shēng)菌聯合植物修複土(tǔ)壤中重金屬可(kě)提高植物修複的效率,可(kě)以進行深入研究。Weyens 等( 2014) 應用楊樹(shù)幼苗修複土(tǔ)壤中Ni-TCE複合污染的實驗中發現,接種假單胞菌的修複效率比不接種的修複效率高45%。黃(huáng)藝等( 2000) 研究污灌土(tǔ)壤中菌根小麥與無菌根小麥根際 Cu 的變化趨勢,結果表明,菌根小麥中交換态 Cu 的量顯著增加,可(kě)有效促進植物對 Cu的吸收。楊柳等( 2010) 對土(tǔ)壤中 Pb 用黑(hēi)麥草進行處理(lǐ),在其根系接種菌根真菌後,植物中 Pb 的累積量提高了50%。Kong 等( 2014) 應用植物修複處理(lǐ)珠江三角洲一帶電子垃圾污染土(tǔ)壤的實驗中發現,植物與微生(shēng)物聯合對修複土(tǔ)壤中 Pb、Cd 及 PCBs 均有很高的修複效率。

除了上述 3 種添加劑外,施加生(shēng)長調理(lǐ)劑可(kě)調控植物體(tǐ)内的激素水平,并使其更好地适應重金屬的脅迫。如(rú)生(shēng)長素可(kě)增加植物中 Pb 的濃度,提高植物的生(shēng)物量。當生(shēng)長素與 EDTA 聯合使用時,植物葉片中 Pb 的濃度顯着增高( Monni et al.,2001) 。施加乙烯等生(shēng)長調理(lǐ)劑還(hái)能夠提高印度荠菜适應Cd 的脅迫能力( Salt et al.,1995) 。所以合理(lǐ)地利用生(shēng)長調理(lǐ)劑可(kě)在一定程度上抵抗重金屬脅迫植物正常發育,減輕污染物對植物量的影(yǐng)響,提高植物對重金屬的吸收能力,進而提高植物修複的效率。

不過有些調理(lǐ)劑僅能促進污染物從(cóng)植物根部到地上部的轉移,不能提高對污染物的降解率,因此需要配合螯合劑使用才可(kě)達到理(lǐ)想的效果。此外,Varanasi 等( 2007) 應用納米零價鐵、V2 O5/TiO2 修複土(tǔ)壤中PCBs，PCBs 的總體(tǐ)被破壞程度達到 95%以上,納米零價鐵還(hái)可(kě)将三氯乙烯在1.5 h 内完全脫氯,納米鐵聯合植物修複土(tǔ)壤技術(shù)也成爲當今植物修複領域中的另一熱(rè)點。

高園園等( 2013) 利用不同表征的納米鐵強化孔雀草及鳳仙花處理(lǐ)重金屬與 PCBs 複合污染土(tǔ)壤,提高了植物吸收土(tǔ)壤中 PCBs 的含量。Chen 等( 2010) 利用環糊精強化多種植物修複 PCBs污染土(tǔ)壤的試驗中發現,環糊精的使用對植物吸收PCBs 有明顯的促進作(zuò)用。還(hái)有學者發現,利用活性 炭修複土(tǔ)壤中 PAHs 和 PCBs,修複效率最高可(kě)達90%以上( Vasilyeva et al.,2010; Hale et al.,2012) 。

展望

植物修複效率受多種因素影(yǐng)響,而在研究過程中,人(rén)們往往隻側重于單因素進行實驗。

因此,針對以上論述的 3 個方面的影(yǐng)響因素,并輔以施加植物添加劑,對植物修複技術(shù)進行改良是今後植物修複技術(shù)應當加強的研究。

改變土(tǔ)壤性質、控制氣象條件(jiàn)及栽培措施等在實施過程中具有一定的困難,需耗費大(dà)量的人(rén)力物力且具有很大(dà)的不确定因素。植物添加劑對植物修複的影(yǐng)響十分(fēn)明顯,可(kě)操作(zuò)性強,能提高植物對污染物的提取和累積能力,但(dàn)植物添加劑的使用勢必會提高修複成本,甚至會帶來(lái)二次污染且對工程的操作(zuò)制造一定的困難。

因此,今後應從(cóng)以下 3 個方面開展深入研究:

深入研究：

( 1) 對影(yǐng)響植物修複各種因素的機(jī)理(lǐ)進行研究,尤其是機(jī)理(lǐ)尚不明确的因素,如(rú)污染物初始濃度交互影(yǐng)響的機(jī)理(lǐ),從(cóng)機(jī)理(lǐ)方面入手改善植物修複的條件(jiàn)。

( 2) 繼續開發經濟節約型、環境友好型且效果顯著的植物添加劑,對微生(shēng)物菌劑可(kě)進行重點研究,并通過實驗針對不同的植物确定各種植物添加劑乃至幾種添加劑聯用的合理(lǐ)投加範圍。

( 3) 因地制宜并有針對性地篩選超富集植物處理(lǐ)污染土(tǔ)壤中各類污染物。如(rú),鳳仙花、孔雀草、紫茉莉等對重金屬及有機(jī)物複合污染土(tǔ)壤具有較強超累積作(zuò)用的植物。結合上述幾種影(yǐng)響因素,采用盆栽與田間實驗相(xiàng)結合,分(fēn)析實驗數據的顯著性差異,探索污染土(tǔ)壤植物修複的最佳條件(jiàn),摸索出一套合理(lǐ)的植物栽培管理(lǐ)措施; 将基因工程技術(shù)和分(fēn)子生(shēng)物學理(lǐ)論應用于超累積植物的改良,并通過調節外界環境因素最大(dà)限度地促進植物的生(shēng)長發育,進而達到提高修複效率的目的。