植物修复重金属污染土壤现状及应用

　　1、土壤重金属修复技术主要有哪几种类型，植物修复技术的优势主要表现在那些方面?目前我国在重金属植物修复的研究与应用情况如何?

　　据宇博智业市场研究中心了解，土壤重金属污染修复技术有多种，包括物理修复、化学修复、生物修复以及多技术联合修复。植物修复技术作为生物修复技术的一种，除具有修复成本低、环境友好、无二次污染、对土壤结构不产生破坏等优点外，还能改善土壤生态、减少水土流失、增加碳固定等。我国重金属植物修复技术兴起于上世纪九十年代中后期，在修复植物的筛选、鉴定，植物吸收、富集金属的机制，修复植物栽培、管理，提高修复效率强化技术与风险，修复植物的无害化处置和资源利用等方面均开展了大量的研究，然而我国植物修复技术的应用还处于初级阶段，多为实验室研究结果或仅小面积的示范，离大面积应用还有不小差距。这与我国的课题资助模式、国家经济社会需求及发展阶段等相关。

　　2、目前比较成熟的重金属植物修复技术有哪些?能否结合您做过的重金属污染土壤修复的示范工程谈一下，重金属植物修复技术在实际应用中的问题与解决方案?

　　通常所说的植物修复技术是指植物吸取修复(Phytoextraction)技术，除此之外，土壤重金属的植物修复技术还包括植物阻隔(低吸收)、植物稳定、植物挥发和植物根际过滤等，但就技术应用来说还是植物吸取修复相对较为成熟。虽然重金属植物修复技术有众多优点，具有实际应用的潜力，但也存在一些尚需解决的问题。如，植物修复技术适合于重金属中低污染土壤的修复，对高污染土壤则因周期过长而难于应用;我国土壤重金属污染往往呈现多种元素的复合性污染、或重金属与有机污染物的复合污染，而一种修复植物往往只对部分污染物起作用;与物理工程措施相比，植物修复技术多数情况下耗时较长，这与急需用地矛盾，限制了实际推广;另一个重要问题是修复费用由谁承担。我国尚未有“土壤污染防治法”或类似的可依照执行的法律，因而存在实际实施的“无法可依”之困境，对于农田土壤污染修复这样的公益性工程问题尤其突出。

　　对于植物修复技术上所存在的问题有多种解决方法，如针对实际土壤中污染物选用多种植物进行联合修复以及物理化学-植物联合修复，选用或培育大生物量的重金属高积累植物、向土壤添加药剂活化重金属等提高修复效率，对于农田土壤可选用修复植物和农作物进行间套作-轮作等边生产边修复模式、利用植物根际阻隔作用和发展低积累作物降低土壤重金属向植物链传递风险的植物修复技术等。因国家政策法规及相应的资金来源等问题，农田土壤的修复目前处于技术研发与储备阶段，待条件成熟方可大面积应用的关键阶段。

　　阅读中国报告大厅发布的《我国2011-2016年土壤改良剂市场深度调研分析预测及投资风险与营销策略评估分析报告》

　　我国在土壤机制研究方面的进展与成果

　　您曾说过我国在植物修复原理与技术方面与国外尚存在较大差距，植物修复的土壤机制研究较少，能否谈一下现在我国在土壤机制研究方面的进展与成果?

　　这话可能是较早时候说的，且是针对“土壤污染与修复技术”整体，尤其是场地污染与修复方面，我国与国外的差距而言。在植物修复原理和技术方面，应该说是我国起步较晚，但发展迅速，目前在某些方面并不落后于国外。

　　国际上关于土壤重金属污染与修复的研究，始于上世纪七十年代，最多的是关于植物吸取修复，包括超积累植物的筛选与鉴定，重金属在植物体内的分布与解毒机制、植物超积累重金属的生理与分子机制，提高植物重金属吸取修复效率的调控技术原理、效应及风险，以锌镉超积累植物天蓝遏蓝菜(原拉丁名Thlaspi caerulescens，现名Noccaea caerulescens)的相关研究为代表;大生物量的重金属高积累植物，则以印度芥菜为主，文献较多集中于诱导络合强化植物重金属吸取修复方面;在修复植物的无害化处置与资源化利用方面，较多的是关于镍(Ni)，因其经济价值相对较高，镍的超积累植物种类多且大多生长较快、生物量较大。在挥发性类金属污染土壤植物修复方面，则以硒(Se)、汞(Hg)等的报道居多。

　　我国的土壤重金属污染修复研究与技术研发的从上世纪90年代未开始，但是发展较快，十多年来，不仅有大量我国原生的重金属超积累植物被报道，在相关机制研究方面迅速跟上国际前沿。另一显著特点是，由于我国近阶段土壤重金属污染仍处于蔓延与发展期，因而对修复技术的需求明显强于国外，客观上也促进了植物修复技术由兴起到快速发展，并在修复技术的田间实际应用方面逐渐领先于国外。在元素分布上，以铜、锌、镉、砷等金属或类金属的研究居多，也基本与我国重金属污染土壤治理与修复的优控元素相吻合，因而研究经费集中、技术发展迅猛。但也带来一些阶段性问题，表现为集中于修复植物的筛选、报道以及简单的修复效率与调控技术为主，具明显的模仿国外早期研究的特征。

　　即使这样，我国在重金属污染修复的土壤机制方面也开展了大量的工作，对我国土壤污染植物修复技术的发展起了积极的推动作用。相关研究进展可以概括为以下几个方面：(1)养分调控对修复植物生长与修复效率的影响及表观机制;农艺技术如间套作等对修复效率的影响及机制;(2)物理调控技术如水分状况等对植物修复的影响;(3)拮抗元素对植物修复的影响及调控技术;(4)植物修复的土壤化学、生物学效应。重金属污染土壤植物修复是一个植物和土壤间的相互作用过程;总体而言，我国在目前研究较多关注植物方面，而对土壤研究不多或者说关注得不够。我国幅员广阔及重金属来源千差万别，导致受重金属污染土壤的土壤类型多样，不同土壤类型污染土壤，其中重金属存在的形态、生物有效性不同，进而使植物修复过程也不尽相同。我国土壤重金属以及土壤-植物间的相互作用机制研究多数针对个别类型土壤，缺乏系统性研究不同土壤类型污染土壤的修复研究，探讨土壤对植物修复影响的限制或控制因素;此外，不同区域间气候、生物因素，甚至人类活动、经济与社会发展水平等因素对土壤修复的影响更鲜有报道。

　　采取多种植物联合吸取修复

　　某些重金属对于植物是有毒性的，那么在复杂且污染物浓度大的重金属污染地块，能否采用植物吸取修复技术呢?应该怎样解决重金属对植物的毒害，使植物正常生长达到修复的目的?

　　首先，由于修复时间的限制，一般重金属重度污染土壤不适用植物吸取修复，当然如果没有时间限制的可以使用植物吸取修复;目前我国重金属污染土壤多数为复合型污染，在较低污染程度情形下，目标元素对修复植物的毒性一般不会表现出来，也即对目标元素的修复无显著影响。

　　如污染元素对农作物有显著影响，可采取如下对策：(1)优先针对有环境危害的重金属进行植物吸取修复，对因土壤的吸附、固定作用而不致产生危害或风险较弱的重金属，不予考虑或暂缓修复;(2)可采取多种植物联合吸取修复。对于土壤中某些重金属会毒害普通的植物问题，首先可以优先利用修复植物吸取毒害重金属，随后可采取联合修复的方法，如边生产边修复技术等。

　　面临着严峻的挑战 目前侧重于农田修复

　　植物修复技术是一种低成本的绿色修复技术，但是修复周期长，我国对耕地的需求量大，同时大多污染场地的修复都是应急的修复，这种形势下我国植物修复土壤重金属污染的现状怎么样?植物修复技术的应用前景怎么样?

　　答：大多数场地具有均为多污染物、污染程度高特点，同时要求短时间内修复达标，这导致植物技术较难应用于场地污染修复。推动植物修复技术的应用主要还是应侧重于低污染农田土壤(耕地)的修复。其一，我国污染耕地面积大，且修复后仍需继续进行农业生产，这就决定了工程物理措施不适用于耕地污染修复;其二，对于耕地可利用根圈固定及低积累农作物阻隔，降低重金属食物链风险的植物技术，修复植物与农作物进行间套作-轮作等的边生产边修复模式进行。

　　另一方面，“植物技术修复周期长”可能是技术研发初期大家的认知，个人认为有必要适时纠正这一观念。我国一些原生的重金属或类金属超积累植物，如砷超积累植物蜈蚣草(Pteris vittata)、锌/镉超积累植物东南景天(Sedum alfredii)、伴矿景天(Sedum plumbizincicola)、长柔毛委陵菜(Potentilla griffithii)等植物具有目标元素超积累能力强、生长快速且具有一年收获多次的潜力。因此，如植物联合修复技术应用得当，可实现污染农田土壤的快速吸取修复和农产品安全生产;此外，我国在重金属或类金属低积累吸收植物的筛选方面也已开展了大量工作，已有一些可实际应用的农作物品种被筛选和小面积应用，这些技术进一步优化、改进后将可直接种植重金属低积累粮食或蔬菜作物，实现安全生产。

　　目前我国重金属污染土壤植物修复仍处于研究和小规模的示范阶段，同时也面临着严峻的挑战，即如何提高修复效率、如何降低修复成本及谁为修复买单技术与政策等问题。尽管如此，随着研究的深入，集众多优点的植物修复技术将有广阔的应用前景;除修复土壤重金属污染外，我们还应看到植物修复技术还可应用于人工湿地建设、填埋场地和矿区生态恢复，同时植物技术也是植物固碳技术和生物质能源技术。