全 文 ：第 12卷 第 3期
2 0 0 4年 7月
中 国 生 态 农 业 学 报
Chinese Journal of Eco-Agriculture
Vo1．12 No．3
July， 2004
污染土壤植物修复技术研究进展
闫晓明 何金柱 苗青松
(安徽省农业科学院绿色食品工程研究所 合肥 230031)
摘 要 综述了国内外污染土壤植物修复技术研究进展，植物修复是利用某些植物对土壤重金属的超量吸收挥发
以及对土壤中有机污染物降解等特殊功能，并与根际微生物协同作用，原位修复污染土壤的方法，费用低，效果显
著，环境友好，是极具发展潜力的“绿色产业”。
关键词 土壤 环境污染 植物修复 绿色产业
lrogr~ in the research of phytoremediation technology of poluted soil．YAN Xi~ Ming ，HE Jin-Zhu，MIAO Qing-Song
(Institute of Green Food Engineering，Anhui Acadmay of Agricultural Scimces，Hefei 230031)， ，2004，12(3)：131～133
Abstract The progress in the research of phytoremediation technology of poluted soil in and outside the oauntry is stated
in this paper．Phytoremediation of the polluted soil is a kind of method tO remedy the poluted soil．It uses the plants tO
over—absorb and volatilize the heavy mental in the poluted soil．and uses the collaboration of plants and the microbe around
the root to decompose the organic eontamination in the original place．Phytoremediation is a promising Green Industry，
which is characteristic of low-cost，high-efficiency and friendly-environment．
Key w0rds Soil，Environment polution，Phytoremediation，Green industry
近年来防治土壤污染和对污染土壤修复技术的研究工作日益为人们所重视。土壤污染修复的方法有物
理法、化学法和生物法，通常根据污染物种类的不同而采取不同修复方法，应用植物修复(Phytoremediation)
的原位修复技术是利用植物的特殊功能，并与根际微生物协同作用，具有有效、廉价和环境友好的特点，被称
为“绿色修复”Green remediation)，目前美国等发达国家已开展大规模的试验并证明其有效，1998年全美国
植物修复市场销售额为 1700-3000万美元，2000年达 1亿美元左右，2002年可达 3～5亿美元_1]。植物修
复土壤污染主要有植物提取、植物挥发、植物降解和植物钝化4种类型。
1 植物提取
植物提取(Phytoextraction)是目前研究最多且最具有发展前景的污染土壤植物修复方法，其原理是应
用植物根系吸收 1种或几种污染物质，并将其转移贮藏到植物茎叶，植物衰亡后收割茎叶另作处理。被应用
植物提取修复土壤污染的植物主要分超量积累植物和诱导超量积累植物两大类，前者指一些具有较强的吸
收土壤污染物质并运送至地上部积累能力的植物，后者则指一些本身不具备超量积累土壤污染特殊性，但可
以一些方法诱导出超量积累能力的植物。
超量积累植物。目前已发现 400多种植物能超量积累土壤中CA、Co、Cn、Pb、Ni、Se、Mn和 Zn等重金
属，超量积累植物中最高重金属含量(干物质量)分别为 Cdl80mg／g、Col020mg／g、Cn240mg／g、Cr1350mg／g、
Ni4750mg／g、Pb820mg／g、Mn5180mg／g和Zn3960mg／g_2 J。山览科的渐尖塞贝山榄(Sebetia accmminata)可
在含 Pb量高的土壤中生长，树液内含 250g／kg的 Ni(以干物质量计)。十字花科天蓝遏蓝菜(Thlaspi caer—
ulescens)植株组织内可积累高40g／kg的zn而未表现明显伤害_1]。大多数研究者希望超量积累植物中金属
含量达 10-30g／kg。黄会一等_3 发现杨树对CA、Hg污染有很好的削减和净化功能，熊建平等 研究表明水
稻田改种苎麻后极大地缩短了受污染土壤恢复至背景值水平时间。所有污染环境的重金属中Pb的植物修
复研究最多，且已有公司计划将 Pb污染的植物修复技术商业化。Chaney等(1996年)研究表明植物可大量
吸收并体内积累 Pb，圆叶遏蓝菜(ThlaslA ro-tundifolium)吸收 Pb可达 850mg／g(以茎干物质量计) J。在
含高浓度可溶性 Pb营养液中培养芥菜(Brassica uncea)可使其茎中Pb含量达 15 。芥菜可吸收 Pb并
*安徽省 2002年国际合作项目部分研究内容
收稿 日期：2003—05—31 改回日期 ：2003—06—30
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吸收与积累 Cr、Cd、Ni、Zn和Cu等重金属，美国 1家植物修复技术公司已用芥菜进行野外修复试验，预计 2
年内达到修复 目标 。
诱导超量积累植物修复技术。一些农作物如玉米和豌豆可大量吸收Pb，但达不到植物修复的要求。而
土壤中加人人工合成的螯合剂后可增加芥菜对 Pb的吸收。近年来有多项田问试验证明这种化学与植物综
合修复技术可行。Blaylock M．J．等 研究表明施用螯合剂可使 Brasica inncea地上部 Cd含量达280mg／g，
Pb含量达 1500mg／g。有关诱导植物提取的研究发现，具有高生物量且可用于诱导植物提取的有印度芥菜
(B．juncea)、玉米和向日葵等。印度芥菜可积累中等含量的重金属，水培条件下其植株地上部 Zn和 Cd含
量分别达 2000mg／kg和 40mg／kg；土培时其地上部 Zn和 Cd含量虽低于 T．caerulescen$，但其吸收提取 Zn
总量远大于 T．Ccerulescens。一些人工合成的螯合剂 EDTA、DTPA、CDTA、EGTA及柠檬酸明显促进印度
芥菜对CA和 Pb的吸收，如 lOmmol／kg的EGTA处理印度芥菜地上部 CA含量提高 10倍达 2800mg／kg，地
上部 Pb含量最高达 15 kg，且显著促进 Pb由印度芥菜根系向地上部运输。
超量积累植物资源开发研究。不断扩大寻找其他超量积累植物资源，改良超量积累植物品种，包括常规
育种和转基因育种是近年生物修复技术研究的重要内容，如豌豆突变株是单基因突变，所积累的 Fe比野生
型高 10～100倍⋯，拟南芥属(Arabidopsis)突变株积累Mg比野生型高 10倍。基因工程是获得超量积累植
物的新方法，通过引入金属 S蛋白(Metalothioneins)基因或引入编码 MerA(汞离子还原酶)的半合成基因，
增加植物对金属的耐受性_6]。转基因植物拟南芥属可将汞离子还原为可挥发 HgO，使其对 Hg耐受性提高
lOOp．mol。耐受机制还包括植物合肽(Phytochelatins)和金属结合肽的改变，需要促进金属由根部向地上部转
移，通过发根土杆菌(Agrobacterium rhizogenes)转化作用改变根的形态，可以加强不易迁移的污染物吸收_5 J。
2 植物挥发
植物挥发(Phytovolatilization)是利用植物去除环境中一些挥发污染物的方法，即植物将污染物吸收体内
后又将其转化为气态物质而释放到大气中，一些微生物虽能转化和挥发土壤 Se，但一些植物具有与微生物
相同作用。印度芥菜有较高吸收和积累 Se的能力，在种植该植物第 1年和第 2年土壤中全 Se可分别减少
48％和 13％。一些农作物如水稻、花椰菜、卷心菜、胡萝 卜、大麦和苜蓿等及一些水生植物如My riophy lum
brasiliense Camb Juncus xiphioides Typha latifOlia L等有较强的吸收并挥发土壤(水)Se的能力 引。土壤或沉
积物中离子态汞(Hg2 )在厌氧细菌作用下可转化为毒性很强的甲基汞(MeHg)。利用抗 Hg细菌先在污染
点存活繁殖，然后通过酶作用将甲基汞和离子态汞转化成毒性小的可挥发元素 HgO，已被作为降低 Hg毒性
的生物有效途径之一。目前研究的利用转基因植物转化 Hg⋯，即将细菌体内对 Hg的抗性基因(汞还原酶
基因)转导至拟南芥属等植物中，将植物从环境中吸收的 Hg还原为 HgO使其成为气体而挥发。研究证明
转基因植物可在通常生物中毒的 Hg浓度条件下生长，并能将土壤中离子汞还原成挥发性元素 Hg。
许多植物可从污染土壤中吸收 Se并将其转化成可挥发状态(二甲基硒和二甲基二硒)，从而降低 Se对
土壤生态系统的毒性。美国加州 Corooran 2级湿地功能区(1hm )种植的不同湿地植物品种显著降低该区
农田灌溉水 Se含量(一些地点 Se含量由25mg／kg降至<5mg／kg)。De Souza等和 Zayed等研究报告植物体
内挥发态 Se产生的限速步骤是 SeO2—4的还原。抗菌素(氨苄青霉素)使印度芥菜的挥发与积累分别减少
35％和 70％，根际微生物(细菌)显著促进 Se的积累和挥发，并认为这与根际细菌促进 Se02—4在植物组织
内积累有关。硫酸盐也显著抑制植物对 Se的挥发。据报道对灭菌植物接种根际细菌后其根内Se浓度增加
5 ’引。
3 植物降解
植物降解(Phytodeyradation)修复可用于石油化工污染、炸药废物、燃料泄漏、氯代溶剂、填埋淋溶液和
农药等有机污染物的治理，如裸麦可促进脂肪烃的生物降解(Gunther et al，1996)，田间试验水牛草可分解
萘(Qiu et al，1997)，Fustuca arundinacea可使苯并[a]芘矿化(Epuri&Sorensen，1997)，冰草属的Agropy—
rOn desortorum可使 PCP矿化(Ferro et al，1994)。美国佐治亚洲 Athens的EPA实验室从淡水沉积物中鉴
定出脱卤酶、硝酸还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶 5种酶，这些酶均来自植物。硝酸还原酶和漆酶能分
解炸药废物(2，4，6一三硝基四苯 rNT)，并将破碎环状结构结合到植物材料或有机物残片中而变成沉积有机
物的一部分。植物来源的脱卤酶能将含氯有机溶剂三氯乙烯还原为氯离子、C02和水。郝林等(1999)将卤
代烷烃脱卤酶基因(djl A)转入拟南芥属中，以期获得 1种对卤代烷烃类污染土壤进行生物修复的工程植株
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系统，利用植物根系去除土壤和地下水的污染。
4 植物钝化
植物钝化(Phytostobilizavtion)是利用植物吸收和沉淀来固定土壤中大量有毒金属，以降低其生物有效
性等，防止其进入地下水和食物链，从而减少其对环境和人类健康的污染风险。Berti和 Cunningharn等
(1995)研究植物对环境中土壤 Pb的固定发现，一些植物可降低 Pb的生物有效性，缓解 Pb对环境中生物的
毒害作用。Cotler-Howels和 Capom研究表明施酸盐可促使 Pb在 Agrostis Capilaris根际土壤中形成磷氢铅
矿，较好地解决了土壤中Pb的磷酸矿物难溶问题。Cotter—Howels和 Capom研究表明施磷酸盐可促使 Pb
在Agrostis capilaris根际土壤中形成磷氯铅矿，但其形成机理尚不明晰。C 具有较高毒性，而 Cr3 非常难
溶且基本无毒性。植物固定并未将环境中重金属离子去除，仅暂时将其固定而使其对环境中生物不产生毒
害作用，这并未彻底解决环境中重金属污染问题。若环境条件发生变化，重金属的生物有效性可能会发生改
变，因此植物钝化并非是理想的去除环境中重金属方法。
综上所述土壤污染的植物修复技术是一项非常有前途的新技术，与其他修复技术相比其费用较低，适于
发展中国家采用。但其理论体系、修复机理和修复技术等方而尚有许多不完善之处，需做大量的基础理论研
究和应用实践工作，如超量积累和耐性去污植物资源的筛选以及植物分解、富集和稳定污染物的机制，污染
物在植物一土壤体系中的作用规律，特定植物的生理特性、栽培特性、生物化学、遗传学、分子生物学和遗传工
程；实际应用方面包括选择植物种类，各种植物搭配，工程设计规范和工程治理标准，提高去除效率和减少费
用，克服生物修复局限性，扩大生物修复应用范围以及如何有效与其他修复技术综合利用等问题。
参 考 文 献
沈德中．污染环境的生物修复．北京：化学工业 出版社，2002．367～510
沈振国，刘友 良．超量积累重金属植物研究进展．植物生理学通讯，1998，34(2)：133～139
黄会一等．土壤一植物污染生态研究．北京 ：中国科学技术出版社 ，1986．123～238
陈晓东，常文越，邵春岩．土壤污染生物修复技术研究进展．环境保护科学，2001(5)：123～128
Blaylock M ．J．，Sait D．E．，Dushenkov S．，et a1．Enhnced accumulation of Pb in Indian mustard by soil—applied chelating ugents．Environ
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