2014年我國土壤重金屬植物修復現狀與應用前景分析

　　植物修復重金屬污染土壤現狀及應用

　　1、土壤重金屬修復技術主要有哪幾種類型，植物修復技術的優勢主要表現在那些方面?目前我國在重金屬植物修復的研究與應用情況如何?

　　據宇博智業市場研究中心了解，土壤重金屬污染修復技術有多種，包括物理修復、化學修復、生物修復以及多技術聯合修復。植物修復技術作為生物修復技術的一種，除具有修復成本低、環境友好、無二次污染、對土壤結構不產生破壞等優點外，還能改善土壤生態、減少水土流失、增加碳固定等。我國重金屬植物修復技術興起於上世紀九十年代中後期，在修復植物的篩選、鑑定，植物吸收、富集金屬的機制，修復植物栽培、管理，提高修復效率強化技術與風險，修復植物的無害化處置和資源利用等方面均開展了大量的研究，然而我國植物修復技術的應用還處於初級階段，多為實驗室研究結果或僅小面積的示範，離大面積應用還有不小差距。這與我國的課題資助模式、國家經濟社會需求及發展階段等相關。

　　2、目前比較成熟的重金屬植物修復技術有哪些?能否結合您做過的重金屬污染土壤修復的示範工程談一下，重金屬植物修復技術在實際應用中的問題與解決方案?

　　通常所說的植物修復技術是指植物吸取修復(Phytoextraction)技術，除此之外，土壤重金屬的植物修復技術還包括植物阻隔(低吸收)、植物穩定、植物揮發和植物根際過濾等，但就技術應用來說還是植物吸取修復相對較為成熟。雖然重金屬植物修復技術有眾多優點，具有實際應用的潛力，但也存在一些尚需解決的問題。如，植物修復技術適合於重金屬中低污染土壤的修復，對高污染土壤則因周期過長而難於應用;我國土壤重金屬污染往往呈現多種元素的複合性污染、或重金屬與有機污染物的複合污染，而一種修復植物往往只對部分污染物起作用;與物理工程措施相比，植物修復技術多數情況下耗時較長，這與急需用地矛盾，限制了實際推廣;另一個重要問題是修復費用由誰承擔。我國尚未有「土壤污染防治法」或類似的可依照執行的法律，因而存在實際實施的「無法可依」之困境，對於農田土壤污染修復這樣的公益性工程問題尤其突出。

　　對於植物修復技術上所存在的問題有多種解決方法，如針對實際土壤中污染物選用多種植物進行聯合修復以及物理化學-植物聯合修復，選用或培育大生物量的重金屬高積累植物、向土壤添加藥劑活化重金屬等提高修復效率，對於農田土壤可選用修復植物和農作物進行間套作-輪作等邊生產邊修復模式、利用植物根際阻隔作用和發展低積累作物降低土壤重金屬向植物鏈傳遞風險的植物修復技術等。因國家政策法規及相應的資金來源等問題，農田土壤的修複目前處於技術研發與儲備階段，待條件成熟方可大面積應用的關鍵階段。

　　閱讀中國報告大廳發布的《我國2011-2016年土壤改良劑市場深度調研分析預測及投資風險與營銷策略評估分析報告》

　　我國在土壤機制研究方面的進展與成果

　　您曾說過我國在植物修復原理與技術方面與國外尚存在較大差距，植物修復的土壤機制研究較少，能否談一下現在我國在土壤機制研究方面的進展與成果?

　　這話可能是較早時候說的，且是針對「土壤污染與修復技術」整體，尤其是場地污染與修複方面，我國與國外的差距而言。在植物修復原理和技術方面，應該說是我國起步較晚，但發展迅速，目前在某些方面並不落後於國外。

　　國際上關於土壤重金屬污染與修復的研究，始於上世紀七十年代，最多的是關於植物吸取修復，包括超積累植物的篩選與鑑定，重金屬在植物體內的分布與解毒機制、植物超積累重金屬的生理與分子機制，提高植物重金屬吸取修復效率的調控技術原理、效應及風險，以鋅鎘超積累植物天藍遏藍菜(原拉丁名Thlaspi caerulescens，現名Noccaea caerulescens)的相關研究為代表;大生物量的重金屬高積累植物，則以印度芥菜為主，文獻較多集中於誘導絡合強化植物重金屬吸取修複方面;在修復植物的無害化處置與資源化利用方面，較多的是關於鎳(Ni)，因其經濟價值相對較高，鎳的超積累植物種類多且大多生長較快、生物量較大。在揮發性類金屬污染土壤植物修複方面，則以硒(Se)、汞(Hg)等的報導居多。

　　我國的土壤重金屬污染修復研究與技術研發的從上世紀90年代未開始，但是發展較快，十多年來，不僅有大量我國原生的重金屬超積累植物被報導，在相關機制研究方面迅速跟上國際前沿。另一顯著特點是，由於我國近階段土壤重金屬污染仍處於蔓延與發展期，因而對修復技術的需求明顯強於國外，客觀上也促進了植物修復技術由興起到快速發展，並在修復技術的田間實際應用方面逐漸領先於國外。在元素分布上，以銅、鋅、鎘、砷等金屬或類金屬的研究居多，也基本與我國重金屬污染土壤治理與修復的優控元素相吻合，因而研究經費集中、技術發展迅猛。但也帶來一些階段性問題，表現為集中於修復植物的篩選、報導以及簡單的修復效率與調控技術為主，具明顯的模仿國外早期研究的特徵。

　　即使這樣，我國在重金屬污染修復的土壤機制方面也開展了大量的工作，對我國土壤污染植物修復技術的發展起了積極的推動作用。相關研究進展可以概括為以下幾個方面：(1)養分調控對修復植物生長與修復效率的影響及表觀機制;農藝技術如間套作等對修復效率的影響及機制;(2)物理調控技術如水分狀況等對植物修復的影響;(3)拮抗元素對植物修復的影響及調控技術;(4)植物修復的土壤化學、生物學效應。重金屬污染土壤植物修復是一個植物和土壤間的相互作用過程;總體而言，我國在目前研究較多關注植物方面，而對土壤研究不多或者說關注得不夠。我國幅員廣闊及重金屬來源千差萬別，導致受重金屬污染土壤的土壤類型多樣，不同土壤類型污染土壤，其中重金屬存在的形態、生物有效性不同，進而使植物修復過程也不盡相同。我國土壤重金屬以及土壤-植物間的相互作用機制研究多數針對個別類型土壤，缺乏系統性研究不同土壤類型污染土壤的修復研究，探討土壤對植物修復影響的限制或控制因素;此外，不同區域間氣候、生物因素，甚至人類活動、經濟與社會發展水平等因素對土壤修復的影響更鮮有報導。

　　採取多種植物聯合吸取修復

　　某些重金屬對於植物是有毒性的，那麼在複雜且污染物濃度大的重金屬污染地塊，能否採用植物吸取修復技術呢?應該怎樣解決重金屬對植物的毒害，使植物正常生長達到修復的目的?

　　首先，由於修復時間的限制，一般重金屬重度污染土壤不適用植物吸取修復，當然如果沒有時間限制的可以使用植物吸取修復;目前我國重金屬污染土壤多數為複合型污染，在較低污染程度情形下，目標元素對修復植物的毒性一般不會表現出來，也即對目標元素的修復無顯著影響。

　　如污染元素對農作物有顯著影響，可採取如下對策：(1)優先針對有環境危害的重金屬進行植物吸取修復，對因土壤的吸附、固定作用而不致產生危害或風險較弱的重金屬，不予考慮或暫緩修復;(2)可採取多種植物聯合吸取修復。對於土壤中某些重金屬會毒害普通的植物問題，首先可以優先利用修復植物吸取毒害重金屬，隨後可採取聯合修復的方法，如邊生產邊修復技術等。

　　面臨著嚴峻的挑戰 目前側重於農田修復

　　植物修復技術是一種低成本的綠色修復技術，但是修復周期長，我國對耕地的需求量大，同時大多污染場地的修復都是應急的修復，這種形勢下我國植物修復土壤重金屬污染的現狀怎麼樣?植物修復技術的應用前景怎麼樣?

　　答：大多數場地具有均為多污染物、污染程度高特點，同時要求短時間內修復達標，這導致植物技術較難應用於場地污染修復。推動植物修復技術的應用主要還是應側重於低污染農田土壤(耕地)的修復。其一，我國污染耕地面積大，且修復後仍需繼續進行農業生產，這就決定了工程物理措施不適用於耕地污染修復;其二，對於耕地可利用根圈固定及低積累農作物阻隔，降低重金屬食物鏈風險的植物技術，修復植物與農作物進行間套作-輪作等的邊生產邊修復模式進行。

　　另一方面，「植物技術修復周期長」可能是技術研發初期大家的認知，個人認為有必要適時糾正這一觀念。我國一些原生的重金屬或類金屬超積累植物，如砷超積累植物蜈蚣草(Pteris vittata)、鋅/鎘超積累植物東南景天(Sedum alfredii)、伴礦景天(Sedum plumbizincicola)、長柔毛委陵菜(Potentilla griffithii)等植物具有目標元素超積累能力強、生長快速且具有一年收穫多次的潛力。因此，如植物聯合修復技術應用得當，可實現污染農田土壤的快速吸取修復和農產品安全生產;此外，我國在重金屬或類金屬低積累吸收植物的篩選方面也已開展了大量工作，已有一些可實際應用的農作物品種被篩選和小面積應用，這些技術進一步優化、改進後將可直接種植重金屬低積累糧食或蔬菜作物，實現安全生產。

　　目前我國重金屬污染土壤植物修復仍處於研究和小規模的示範階段，同時也面臨著嚴峻的挑戰，即如何提高修復效率、如何降低修復成本及誰為修復買單技術與政策等問題。儘管如此，隨著研究的深入，集眾多優點的植物修復技術將有廣闊的應用前景;除修復土壤重金屬污染外，我們還應看到植物修復技術還可應用於人工濕地建設、填埋場地和礦區生態恢復，同時植物技術也是植物固碳技術和生物質能源技術。

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