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[摘 要]过去因工业的粗放型发展和污染废物的随意处理，我国土壤重金属复合型污染的程度不断加重，由此引来的农作物产量下降、农作物污染、生态系统破坏等问题也日益凸显。以珠江河口周边10000km2的土壤为例，铅、汞等重金属污染已经达到7257km2，污染深度已经达到40cm。本文从土壤重金属对农作物的影响出发，论述了农作物对土壤重金属复合污染的生理生态适应机制。
[关键词]农作物 土壤 重金属污染 生态适应
中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0390-01
土壤中的重金属污染大部分来源于工业废水和废气的随意排放，还有的是由于某些建筑公司直接用工业废渣建设工程，直接对土壤造成重金属污染。重金属是很难被生物或化学过程降解的，因此很容易在土壤中富集，污染后的土壤也难以恢复到以前的生态。一旦重金属的污染超过一定程度，不仅会影响农作物的产量和品质还会通过食物链富集到人体中，引起重金属中毒，严重危害人的身体健康。
一、土壤重金属复合污染对农作物影响
（一） 重金属污染对农作物光合作用影响
光合作用是农作物将光能、水、CO2转化成有机物储存起来的过程，和呼吸过程的消耗不同，光合作用是为了“积累”，这也是人们能把农作物当做食物来源的根本原因。光合作用在植物的叶绿体中进行，而叶绿体是由光合片层膜系统构成的类囊体，其中分布着各种各样的光合色素和酶。影响光合作用的因素有很多，如温度、光照强度、CO2浓度等等，重金属污染也是其中很重要的因素，主要表现在以下几个方面：
1、重金属破坏叶绿体结构、降低叶绿素含量
叶绿体是作物进行光合作用的场所，而叶绿素则是作物进行光合作用的物质基础，它直接影响了光合作用的速率和品质。随着土壤中重金属含量的加重，作物会发生细胞壁和细胞质的分离，同时核膜破裂、核仁消失，叶绿体的双层膜结构也会消失；高浓度的重金属离子会在不同程度上减少叶绿素的含量，特别是CU2+，Hg2+，Cd2+等重金属离子。
2、重金属污染干扰了光合产物的运输
高浓度的重金属离子能显著抑制作物光合作用产物的主动输出。如小麦等禾本科农作物中与光合产物运輸转化的酶对Cu2+等重金属离子的敏感度很高，高浓度的重金属离子使得光合产物在作物体内各组织间的分配完全混乱，小分子糖类大量累积而蛋白质迅速分解，进而影响了光合作用的速率和作物的品质。
（二） 重金属污染对农作物酶活性的影响
农作物的各项生理代谢活动都是需要在生物酶的参与下进行的，过量的重金属污染会使得重金属离子与生物酶相互作用发生结合，或者取代构成酶蛋白的必需元素从而破坏酶的结构与活性，进一步干扰农作物细胞各项代谢活动的正常进行。值得注意的是这种干扰不是呈直线式的上升而是呈抛物线轨迹运动的，在一定程度上重金属污染浓度增加，一些酶的活性反而出现增强，这是由于作物的抗氧化系统对金属与酶的结合有着一定的抵御能力。不管是那种影响，都对农作物的产量、性状、品质产生不可逆转的破坏。
二、农作物对土壤重金属复合污染的适应机制
（一） 重金属在农作物体内的分布
农作物获得土壤中的重金属离子的方式主要是根系吸收，因此大部分的重金属离子如Cu、Pb、Cd、Hg等主要集中在农作物根部，与作物本身的蛋白质、糖类、核酸结合形成有机物或其他化合物；而像Zn、Fe等容易发生转移的重金属离子被根系吸收后会发生向上迁移，转移到茎叶和果实上去。虽然大部分重金属在根系中积累，相当程度上减轻了对其他各组织器官的毒害作用，但是对于一些本来食用其根部、茎部的农作物来说就完全相反了。对于某些具有重金属抗性基因的农作物，土壤中的重金属含量多少与否对其影响并不是很大，这主要是由作物基因型决定的。
（二） 农作物在土壤重金属复合污染下的富集
虽然土壤重金属的污染对农作物的生理形态、产量等造成很大影响，但是不是说在土壤重金属复合污染严重的地方农作物就无法生存，相反在一定程度上，作物在污染区还会发生富集作用，这是由农作物的生理敏感现象决定的。农作物对重金属元素的吸收除了引起各种生理生态的变化，也会使其自身产生重金属抗性和依赖性。如茄科作物，过量的吸收Pb、Hg等重金属离子后反而会阻止根部转移积累的重金属，表现出一定程度上的拮抗作用。随着农作物本身和细胞酶对重金属离子的不断适应，作物自身的细胞壁、茎叶等反而具有了排除机制，会使得一些重金属离子通过这些部位排出体外；同时作物会渐渐产生一种能和重金属离子络合的有机酸，降低重金属离子的活度系数而减少其毒性。
（三） 各重金属离子间的拮抗与协同作用
农作物在吸收重金属复合污染土壤中的元素时，一些重金属离子会强烈抑制另外一些重金属离子的吸收，表现出拮抗作用，如玉米在吸收一定浓度的铜离子后不会再吸收土壤中的锌、镉等重金属离子。而在另一方面，一些重金属离子的吸收反而会加速其他重金属离子的吸收，表现出极大的协同效应，随着铜离子在玉米体内的积累量的增加，玉米根系会加速吸收土壤中的铅等重金属离子。某些离子还会引起农作物各部位之间的重金属元素累积，如委陵菜，土壤中如果富含锌、镉等重金属离子，委陵菜的根、叶柄、叶之间会加速重金属离子间的转移和累积，这说明了作物在不同土壤重金属复合污染下各组织又会有不同的特性。
（四） 农作物对重金属污染土壤的修复
上文我们知道了某些农作物对土壤中一些重金属元素是有很大吸收富集能力的，越是浓度高的重金属复合污染土壤，作物的吸收能力反而越强，因此可以在重金属浓度很高的培养液中培育出抗性很高的农作物进行优育留种，既可以达到治理土壤重金属复合污染的目的又可以达到生态适应修复的目的。如褐蓝菜属、长叶莴苣、玉米、洋芋等农作物就可以很好的清除土壤中的锌、铅等重金属离子。
结束语
大面积的土壤重金属复合污染不仅难以修复，而且对农作物的产量、品质、生理生态指标都造成了很大影响，要解决这个问题除了控制工业“三废”的排放，还要对重金属与不同农作物之间作用机制、适应机制加以研究，找到修复重金属复合污染土壤最适合的方法。
参考文献
[1] 王显炜.金矿区农田土壤重金属污染与农作物关系探讨[D].长安大学，2010.
[2] 刘孝敏，赵运林，庹瑞锐等.重金属复合污染植物修复的研究进展[J].贵州农业科学，2011，39（10）：214-218.
[3] 杨若鹏，田登科，张祖芸等.重金属复合污染对青菜生长和生理生化指标的影响[J].江西农业学报，2013，25（1）：28-30.
[4] 李春燕，袁寒，沈云玫等.重金属复合污染对小白菜生长及生理生化的影响[J].广东农业科学，2013，40（19）：55-56.
[关键词]农作物 土壤 重金属污染 生态适应
中图分类号：X173 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）34-0390-01
土壤中的重金属污染大部分来源于工业废水和废气的随意排放，还有的是由于某些建筑公司直接用工业废渣建设工程，直接对土壤造成重金属污染。重金属是很难被生物或化学过程降解的，因此很容易在土壤中富集，污染后的土壤也难以恢复到以前的生态。一旦重金属的污染超过一定程度，不仅会影响农作物的产量和品质还会通过食物链富集到人体中，引起重金属中毒，严重危害人的身体健康。
一、土壤重金属复合污染对农作物影响
（一） 重金属污染对农作物光合作用影响
光合作用是农作物将光能、水、CO2转化成有机物储存起来的过程，和呼吸过程的消耗不同，光合作用是为了“积累”，这也是人们能把农作物当做食物来源的根本原因。光合作用在植物的叶绿体中进行，而叶绿体是由光合片层膜系统构成的类囊体，其中分布着各种各样的光合色素和酶。影响光合作用的因素有很多，如温度、光照强度、CO2浓度等等，重金属污染也是其中很重要的因素，主要表现在以下几个方面：
1、重金属破坏叶绿体结构、降低叶绿素含量
叶绿体是作物进行光合作用的场所，而叶绿素则是作物进行光合作用的物质基础，它直接影响了光合作用的速率和品质。随着土壤中重金属含量的加重，作物会发生细胞壁和细胞质的分离，同时核膜破裂、核仁消失，叶绿体的双层膜结构也会消失；高浓度的重金属离子会在不同程度上减少叶绿素的含量，特别是CU2+，Hg2+，Cd2+等重金属离子。
2、重金属污染干扰了光合产物的运输
高浓度的重金属离子能显著抑制作物光合作用产物的主动输出。如小麦等禾本科农作物中与光合产物运輸转化的酶对Cu2+等重金属离子的敏感度很高，高浓度的重金属离子使得光合产物在作物体内各组织间的分配完全混乱，小分子糖类大量累积而蛋白质迅速分解，进而影响了光合作用的速率和作物的品质。
（二） 重金属污染对农作物酶活性的影响
农作物的各项生理代谢活动都是需要在生物酶的参与下进行的，过量的重金属污染会使得重金属离子与生物酶相互作用发生结合，或者取代构成酶蛋白的必需元素从而破坏酶的结构与活性，进一步干扰农作物细胞各项代谢活动的正常进行。值得注意的是这种干扰不是呈直线式的上升而是呈抛物线轨迹运动的，在一定程度上重金属污染浓度增加，一些酶的活性反而出现增强，这是由于作物的抗氧化系统对金属与酶的结合有着一定的抵御能力。不管是那种影响，都对农作物的产量、性状、品质产生不可逆转的破坏。
二、农作物对土壤重金属复合污染的适应机制
（一） 重金属在农作物体内的分布
农作物获得土壤中的重金属离子的方式主要是根系吸收，因此大部分的重金属离子如Cu、Pb、Cd、Hg等主要集中在农作物根部，与作物本身的蛋白质、糖类、核酸结合形成有机物或其他化合物；而像Zn、Fe等容易发生转移的重金属离子被根系吸收后会发生向上迁移，转移到茎叶和果实上去。虽然大部分重金属在根系中积累，相当程度上减轻了对其他各组织器官的毒害作用，但是对于一些本来食用其根部、茎部的农作物来说就完全相反了。对于某些具有重金属抗性基因的农作物，土壤中的重金属含量多少与否对其影响并不是很大，这主要是由作物基因型决定的。
（二） 农作物在土壤重金属复合污染下的富集
虽然土壤重金属的污染对农作物的生理形态、产量等造成很大影响，但是不是说在土壤重金属复合污染严重的地方农作物就无法生存，相反在一定程度上，作物在污染区还会发生富集作用，这是由农作物的生理敏感现象决定的。农作物对重金属元素的吸收除了引起各种生理生态的变化，也会使其自身产生重金属抗性和依赖性。如茄科作物，过量的吸收Pb、Hg等重金属离子后反而会阻止根部转移积累的重金属，表现出一定程度上的拮抗作用。随着农作物本身和细胞酶对重金属离子的不断适应，作物自身的细胞壁、茎叶等反而具有了排除机制，会使得一些重金属离子通过这些部位排出体外；同时作物会渐渐产生一种能和重金属离子络合的有机酸，降低重金属离子的活度系数而减少其毒性。
（三） 各重金属离子间的拮抗与协同作用
农作物在吸收重金属复合污染土壤中的元素时，一些重金属离子会强烈抑制另外一些重金属离子的吸收，表现出拮抗作用，如玉米在吸收一定浓度的铜离子后不会再吸收土壤中的锌、镉等重金属离子。而在另一方面，一些重金属离子的吸收反而会加速其他重金属离子的吸收，表现出极大的协同效应，随着铜离子在玉米体内的积累量的增加，玉米根系会加速吸收土壤中的铅等重金属离子。某些离子还会引起农作物各部位之间的重金属元素累积，如委陵菜，土壤中如果富含锌、镉等重金属离子，委陵菜的根、叶柄、叶之间会加速重金属离子间的转移和累积，这说明了作物在不同土壤重金属复合污染下各组织又会有不同的特性。
（四） 农作物对重金属污染土壤的修复
上文我们知道了某些农作物对土壤中一些重金属元素是有很大吸收富集能力的，越是浓度高的重金属复合污染土壤，作物的吸收能力反而越强，因此可以在重金属浓度很高的培养液中培育出抗性很高的农作物进行优育留种，既可以达到治理土壤重金属复合污染的目的又可以达到生态适应修复的目的。如褐蓝菜属、长叶莴苣、玉米、洋芋等农作物就可以很好的清除土壤中的锌、铅等重金属离子。
结束语
大面积的土壤重金属复合污染不仅难以修复，而且对农作物的产量、品质、生理生态指标都造成了很大影响，要解决这个问题除了控制工业“三废”的排放，还要对重金属与不同农作物之间作用机制、适应机制加以研究，找到修复重金属复合污染土壤最适合的方法。
参考文献
[1] 王显炜.金矿区农田土壤重金属污染与农作物关系探讨[D].长安大学，2010.
[2] 刘孝敏，赵运林，庹瑞锐等.重金属复合污染植物修复的研究进展[J].贵州农业科学，2011，39（10）：214-218.
[3] 杨若鹏，田登科，张祖芸等.重金属复合污染对青菜生长和生理生化指标的影响[J].江西农业学报，2013，25（1）：28-30.
[4] 李春燕，袁寒，沈云玫等.重金属复合污染对小白菜生长及生理生化的影响[J].广东农业科学，2013，40（19）：55-56.