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摘要简要介绍了国内外土壤重金属的污染现状，分析了土壤重金属污染的危害、来源和当前国内外土壤重金属的污染现状，重点分析了植物修复的工作机理、应用现状，探讨了植物修复技术在今后的发展中亟需解决的关键问题。
关键词土壤污染；重金属；植物修复；应用现状
中图分类号S158.4文献标识码A文章编号0517-6611（2015）26-088-02
AbstractThis paper briefly introduces the soil heavy metal pollution status at home and abroad， and the soil heavy metal pollution harm， source and the current pollution status quo were analyzed， especially on the current application status of phytoremediation technology. Finally the key problems of phytoremediation technology that need to resolve in the future development were discussed.
Key wordsSoil pollution； Heavy metal； Phytoremediation； Application status
土壤是农业生产的基础。土壤环境的恶化直接威胁到人类的粮食安全。随着采矿冶技术的迅速发展，土壤重金属污染问题越来越突出。自日本 “水俣病”、“骨痛病”出现后，重金属污染问题受到强烈的关注，并逐渐成为研究热点[1]。近两年国内出现的广西龙江镉污染、广东大米镉超标、湖南血铅事件等更是引起政府和社会各界人士的高度关注。可见，土壤重金属污染修复问题已成为环境科学研究日益活跃的领域，也是世界性的难题[2]。土壤重金属污染植物修复是一种快捷、有效、可持续的修复手段。笔者对近期国内外土壤重金属污染现状、植物技术在土壤重金属污染修复上的研究及应用情况做简单介绍。
1土壤重金属污染现状
1.1土壤重金属污染的危害
重金属元素具性质稳定、迁移性差等特点，一旦进入人体很难被移除出来，威胁人类的身体健康。土壤重金属还会破坏土壤微生物结构多样性，影响土壤环境生态平衡[3]。重金属污染会迅速降低土壤肥力，并通过作物吸收累积到可食部位，进入食物链，还可以通过径流和淋洗作用污染地表和地下水，恶化水环境，影响食品安全，危及人类的生命和健康[4]。
1.2耕地土壤重金属污染来源
自然因素和人为因素是造成土壤重金属污染的主要途径。自然因素主要包括成土母质、成土过程及大气沉降作用[5]；人为因素主要有三条途径：①污水灌溉，即矿业采集生产废水的灌溉，尾矿渣的淋溶和地表径流等[6]；②大气沉降，即空气中的重金属颗粒经过雨水沉降进入土壤；③化肥、农药的使用，如含Cd磷肥的大量施用，含高Zn、Cu有机肥的施用以及含Hg、Cu、Zn、As等重金属农药的使用[7] 。
1.3国内外耕地土壤重金属的污染状况
据统计，全世界约年均排放Hg 1.5万t、Cu 340万t、Pb 500 万t、Mn 1 500万t、Ni 100万t[8]。Huang等[9]在美国调查1 200个水稻土壤样点，发现63%左右的样点受Pb、Cr、Cd、Cu 不同程度的污染。日本约有47.2万hm2农田受Cd污染，约占重金属污染农田总面积的82%[10]。
据农业部调查，我国当前有2 667万hm2的耕地受到不同程度的重金属污染，污灌区约有64.8%的农田受重金属污染，污染面积达到330万hm2以上，每年粮食损失达到1 200万t，合计损失至少200亿元[11]。其中，Cd和Hg污染最严重。据统计，我国Hg污染耕地面积达到3.2万hm2，Cd污染耕地面积达到1.33万hm2[12]，污染涉及11个省25个地区，其中西南地区（云南、贵州、广西），华中地区（江西、湖南），珠三角、长三角地区污染相对严重，Pb 和Cd 在西南地区含量明显高于背景值；辽宁省Cd含量超出背景值约23.02倍；广东省Cu含量达到背景值的2.92倍[13]。
2土壤重金属污染植物修复研究进展
2.1土壤重金属污染植物修复技术的提出
1977 年Brooks首先提出超积累植物的概念[14]。USEPA（美国国家环保局）认为，植物修复技术（Phytoremediation）是指利用植物的吸收富集、分解转化、螯合稳定特性以达到清除或减少污染物危害的目的。
2.2土壤重金属污染植物修复的机理
当前，通过去除和减少土壤中重金属的总量，通过钝化减少重金属在土壤中移动性、降低其生物有效性是土壤重金属污染修复的重要手段。植物修复即利用植物吸收富集、分解转化、螯合稳定的特性，通过吸收富集集中处理、螯合稳定降低作物吸收，达到排除或减轻危害的目的。
2.2.1植物挥发。
植物挥发即利用植物吸收污染物并在体内经过一系列的化学反应转化为气态物质释放到空气中的功能，以达到清除土壤或水中重金属元素的目的。Banuelos 等[15]研究发现，洋麻、牛毛草等植物可使土壤的三价硒转化为甲基硒而挥发，最终从土壤中去除。Rugh等[16]将细菌Hg还原酶基因转导入拟南芥（Arabidopsi sthaliana），发现转基因的拟南芥能吸收土壤中具有高毒性的Hg，并将其还原为低毒性的Hg0。
2.2.2植物稳定。
植物稳定作用（Phytostabilization）即利用超累积植物或耐重金属植物，通过固定、吸附、螯合等方法钝化、降低重金属的生物有效性及淋滤作用，达到固定、隔绝、阻止重金属进入水体和食物链的目的。Simon[17]研究发现，紫羊茅（Festuca rubra）能有效稳定矿业废弃地的金属；香根草（Vetiveria zizanioides）能有效降低铅锌铜矿尾矿DTPA 提取态Pb、Zn、Cu 含量[18]。Tang等[19]发现，小头蓼（Polygonum microcephalum）和戟葉酸膜（Rumex hastatus）有稳定土壤污染金属的潜力。
关键词土壤污染；重金属；植物修复；应用现状
中图分类号S158.4文献标识码A文章编号0517-6611（2015）26-088-02
AbstractThis paper briefly introduces the soil heavy metal pollution status at home and abroad， and the soil heavy metal pollution harm， source and the current pollution status quo were analyzed， especially on the current application status of phytoremediation technology. Finally the key problems of phytoremediation technology that need to resolve in the future development were discussed.
Key wordsSoil pollution； Heavy metal； Phytoremediation； Application status
土壤是农业生产的基础。土壤环境的恶化直接威胁到人类的粮食安全。随着采矿冶技术的迅速发展，土壤重金属污染问题越来越突出。自日本 “水俣病”、“骨痛病”出现后，重金属污染问题受到强烈的关注，并逐渐成为研究热点[1]。近两年国内出现的广西龙江镉污染、广东大米镉超标、湖南血铅事件等更是引起政府和社会各界人士的高度关注。可见，土壤重金属污染修复问题已成为环境科学研究日益活跃的领域，也是世界性的难题[2]。土壤重金属污染植物修复是一种快捷、有效、可持续的修复手段。笔者对近期国内外土壤重金属污染现状、植物技术在土壤重金属污染修复上的研究及应用情况做简单介绍。
1土壤重金属污染现状
1.1土壤重金属污染的危害
重金属元素具性质稳定、迁移性差等特点，一旦进入人体很难被移除出来，威胁人类的身体健康。土壤重金属还会破坏土壤微生物结构多样性，影响土壤环境生态平衡[3]。重金属污染会迅速降低土壤肥力，并通过作物吸收累积到可食部位，进入食物链，还可以通过径流和淋洗作用污染地表和地下水，恶化水环境，影响食品安全，危及人类的生命和健康[4]。
1.2耕地土壤重金属污染来源
自然因素和人为因素是造成土壤重金属污染的主要途径。自然因素主要包括成土母质、成土过程及大气沉降作用[5]；人为因素主要有三条途径：①污水灌溉，即矿业采集生产废水的灌溉，尾矿渣的淋溶和地表径流等[6]；②大气沉降，即空气中的重金属颗粒经过雨水沉降进入土壤；③化肥、农药的使用，如含Cd磷肥的大量施用，含高Zn、Cu有机肥的施用以及含Hg、Cu、Zn、As等重金属农药的使用[7] 。
1.3国内外耕地土壤重金属的污染状况
据统计，全世界约年均排放Hg 1.5万t、Cu 340万t、Pb 500 万t、Mn 1 500万t、Ni 100万t[8]。Huang等[9]在美国调查1 200个水稻土壤样点，发现63%左右的样点受Pb、Cr、Cd、Cu 不同程度的污染。日本约有47.2万hm2农田受Cd污染，约占重金属污染农田总面积的82%[10]。
据农业部调查，我国当前有2 667万hm2的耕地受到不同程度的重金属污染，污灌区约有64.8%的农田受重金属污染，污染面积达到330万hm2以上，每年粮食损失达到1 200万t，合计损失至少200亿元[11]。其中，Cd和Hg污染最严重。据统计，我国Hg污染耕地面积达到3.2万hm2，Cd污染耕地面积达到1.33万hm2[12]，污染涉及11个省25个地区，其中西南地区（云南、贵州、广西），华中地区（江西、湖南），珠三角、长三角地区污染相对严重，Pb 和Cd 在西南地区含量明显高于背景值；辽宁省Cd含量超出背景值约23.02倍；广东省Cu含量达到背景值的2.92倍[13]。
2土壤重金属污染植物修复研究进展
2.1土壤重金属污染植物修复技术的提出
1977 年Brooks首先提出超积累植物的概念[14]。USEPA（美国国家环保局）认为，植物修复技术（Phytoremediation）是指利用植物的吸收富集、分解转化、螯合稳定特性以达到清除或减少污染物危害的目的。
2.2土壤重金属污染植物修复的机理
当前，通过去除和减少土壤中重金属的总量，通过钝化减少重金属在土壤中移动性、降低其生物有效性是土壤重金属污染修复的重要手段。植物修复即利用植物吸收富集、分解转化、螯合稳定的特性，通过吸收富集集中处理、螯合稳定降低作物吸收，达到排除或减轻危害的目的。
2.2.1植物挥发。
植物挥发即利用植物吸收污染物并在体内经过一系列的化学反应转化为气态物质释放到空气中的功能，以达到清除土壤或水中重金属元素的目的。Banuelos 等[15]研究发现，洋麻、牛毛草等植物可使土壤的三价硒转化为甲基硒而挥发，最终从土壤中去除。Rugh等[16]将细菌Hg还原酶基因转导入拟南芥（Arabidopsi sthaliana），发现转基因的拟南芥能吸收土壤中具有高毒性的Hg，并将其还原为低毒性的Hg0。
2.2.2植物稳定。
植物稳定作用（Phytostabilization）即利用超累积植物或耐重金属植物，通过固定、吸附、螯合等方法钝化、降低重金属的生物有效性及淋滤作用，达到固定、隔绝、阻止重金属进入水体和食物链的目的。Simon[17]研究发现，紫羊茅（Festuca rubra）能有效稳定矿业废弃地的金属；香根草（Vetiveria zizanioides）能有效降低铅锌铜矿尾矿DTPA 提取态Pb、Zn、Cu 含量[18]。Tang等[19]发现，小头蓼（Polygonum microcephalum）和戟葉酸膜（Rumex hastatus）有稳定土壤污染金属的潜力。