2014年我國(guó)土壤重金屬植物修復(fù)現(xiàn)狀與應(yīng)用前景分析

　　植物修復(fù)重金屬污染土壤現(xiàn)狀及應(yīng)用

　　1、土壤重金屬修復(fù)技術(shù)主要有哪幾種類(lèi)型，植物修復(fù)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)主要表現(xiàn)在那些方面?目前我國(guó)在重金屬植物修復(fù)的研究與應(yīng)用情況如何?

　　據(jù)宇博智業(yè)市場(chǎng)研究中心了解，土壤重金屬污染修復(fù)技術(shù)有多種，包括物理修復(fù)、化學(xué)修復(fù)、生物修復(fù)以及多技術(shù)聯(lián)合修復(fù)。植物修復(fù)技術(shù)作為生物修復(fù)技術(shù)的一種，除具有修復(fù)成本低、環(huán)境友好、無(wú)二次污染、對(duì)土壤結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生破壞等優(yōu)點(diǎn)外，還能改善土壤生態(tài)、減少水土流失、增加碳固定等。我國(guó)重金屬植物修復(fù)技術(shù)興起于上世紀(jì)九十年代中后期，在修復(fù)植物的篩選、鑒定，植物吸收、富集金屬的機(jī)制，修復(fù)植物栽培、管理，提高修復(fù)效率強(qiáng)化技術(shù)與風(fēng)險(xiǎn)，修復(fù)植物的無(wú)害化處置和資源利用等方面均開(kāi)展了大量的研究，然而我國(guó)植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用還處于初級(jí)階段，多為實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果或僅小面積的示范，離大面積應(yīng)用還有不小差距。這與我國(guó)的課題資助模式、國(guó)家經(jīng)濟(jì)社會(huì)需求及發(fā)展階段等相關(guān)。

　　2、目前比較成熟的重金屬植物修復(fù)技術(shù)有哪些?能否結(jié)合您做過(guò)的重金屬污染土壤修復(fù)的示范工程談一下，重金屬植物修復(fù)技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中的問(wèn)題與解決方案?

　　通常所說(shuō)的植物修復(fù)技術(shù)是指植物吸取修復(fù)(Phytoextraction)技術(shù)，除此之外，土壤重金屬的植物修復(fù)技術(shù)還包括植物阻隔(低吸收)、植物穩(wěn)定、植物揮發(fā)和植物根際過(guò)濾等，但就技術(shù)應(yīng)用來(lái)說(shuō)還是植物吸取修復(fù)相對(duì)較為成熟。雖然重金屬植物修復(fù)技術(shù)有眾多優(yōu)點(diǎn)，具有實(shí)際應(yīng)用的潛力，但也存在一些尚需解決的問(wèn)題。如，植物修復(fù)技術(shù)適合于重金屬中低污染土壤的修復(fù)，對(duì)高污染土壤則因周期過(guò)長(zhǎng)而難于應(yīng)用;我國(guó)土壤重金屬污染往往呈現(xiàn)多種元素的復(fù)合性污染、或重金屬與有機(jī)污染物的復(fù)合污染，而一種修復(fù)植物往往只對(duì)部分污染物起作用;與物理工程措施相比，植物修復(fù)技術(shù)多數(shù)情況下耗時(shí)較長(zhǎng)，這與急需用地矛盾，限制了實(shí)際推廣;另一個(gè)重要問(wèn)題是修復(fù)費(fèi)用由誰(shuí)承擔(dān)。我國(guó)尚未有“土壤污染防治法”或類(lèi)似的可依照?qǐng)?zhí)行的法律，因而存在實(shí)際實(shí)施的“無(wú)法可依”之困境，對(duì)于農(nóng)田土壤污染修復(fù)這樣的公益性工程問(wèn)題尤其突出。

　　對(duì)于植物修復(fù)技術(shù)上所存在的問(wèn)題有多種解決方法，如針對(duì)實(shí)際土壤中污染物選用多種植物進(jìn)行聯(lián)合修復(fù)以及物理化學(xué)-植物聯(lián)合修復(fù)，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(fù)效率，對(duì)于農(nóng)田土壤可選用修復(fù)植物和農(nóng)作物進(jìn)行間套作-輪作等邊生產(chǎn)邊修復(fù)模式、利用植物根際阻隔作用和發(fā)展低積累作物降低土壤重金屬向植物鏈傳遞風(fēng)險(xiǎn)的植物修復(fù)技術(shù)等。因國(guó)家政策法規(guī)及相應(yīng)的資金來(lái)源等問(wèn)題，農(nóng)田土壤的修復(fù)目前處于技術(shù)研發(fā)與儲(chǔ)備階段，待條件成熟方可大面積應(yīng)用的關(guān)鍵階段。

　　閱讀中國(guó)報(bào)告大廳發(fā)布的《我國(guó)2011-2016年土壤改良劑市場(chǎng)深度調(diào)研分析預(yù)測(cè)及投資風(fēng)險(xiǎn)與營(yíng)銷(xiāo)策略評(píng)估分析報(bào)告》

　　我國(guó)在土壤機(jī)制研究方面的進(jìn)展與成果

　　您曾說(shuō)過(guò)我國(guó)在植物修復(fù)原理與技術(shù)方面與國(guó)外尚存在較大差距，植物修復(fù)的土壤機(jī)制研究較少，能否談一下現(xiàn)在我國(guó)在土壤機(jī)制研究方面的進(jìn)展與成果?

　　這話(huà)可能是較早時(shí)候說(shuō)的，且是針對(duì)“土壤污染與修復(fù)技術(shù)”整體，尤其是場(chǎng)地污染與修復(fù)方面，我國(guó)與國(guó)外的差距而言。在植物修復(fù)原理和技術(shù)方面，應(yīng)該說(shuō)是我國(guó)起步較晚，但發(fā)展迅速，目前在某些方面并不落后于國(guó)外。

　　國(guó)際上關(guān)于土壤重金屬污染與修復(fù)的研究，始于上世紀(jì)七十年代，最多的是關(guān)于植物吸取修復(fù)，包括超積累植物的篩選與鑒定，重金屬在植物體內(nèi)的分布與解毒機(jī)制、植物超積累重金屬的生理與分子機(jī)制，提高植物重金屬吸取修復(fù)效率的調(diào)控技術(shù)原理、效應(yīng)及風(fēng)險(xiǎn)，以鋅鎘超積累植物天藍(lán)遏藍(lán)菜(原拉丁名Thlaspi caerulescens，現(xiàn)名Noccaea caerulescens)的相關(guān)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(xiàn)較多集中于誘導(dǎo)絡(luò)合強(qiáng)化植物重金屬吸取修復(fù)方面;在修復(fù)植物的無(wú)害化處置與資源化利用方面，較多的是關(guān)于鎳(Ni)，因其經(jīng)濟(jì)價(jià)值相對(duì)較高，鎳的超積累植物種類(lèi)多且大多生長(zhǎng)較快、生物量較大。在揮發(fā)性類(lèi)金屬污染土壤植物修復(fù)方面，則以硒(Se)、汞(Hg)等的報(bào)道居多。

　　我國(guó)的土壤重金屬污染修復(fù)研究與技術(shù)研發(fā)的從上世紀(jì)90年代未開(kāi)始，但是發(fā)展較快，十多年來(lái)，不僅有大量我國(guó)原生的重金屬超積累植物被報(bào)道，在相關(guān)機(jī)制研究方面迅速跟上國(guó)際前沿。另一顯著特點(diǎn)是，由于我國(guó)近階段土壤重金屬污染仍處于蔓延與發(fā)展期，因而對(duì)修復(fù)技術(shù)的需求明顯強(qiáng)于國(guó)外，客觀(guān)上也促進(jìn)了植物修復(fù)技術(shù)由興起到快速發(fā)展，并在修復(fù)技術(shù)的田間實(shí)際應(yīng)用方面逐漸領(lǐng)先于國(guó)外。在元素分布上，以銅、鋅、鎘、砷等金屬或類(lèi)金屬的研究居多，也基本與我國(guó)重金屬污染土壤治理與修復(fù)的優(yōu)控元素相吻合，因而研究經(jīng)費(fèi)集中、技術(shù)發(fā)展迅猛。但也帶來(lái)一些階段性問(wèn)題，表現(xiàn)為集中于修復(fù)植物的篩選、報(bào)道以及簡(jiǎn)單的修復(fù)效率與調(diào)控技術(shù)為主，具明顯的模仿國(guó)外早期研究的特征。

　　即使這樣，我國(guó)在重金屬污染修復(fù)的土壤機(jī)制方面也開(kāi)展了大量的工作，對(duì)我國(guó)土壤污染植物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展起了積極的推動(dòng)作用。相關(guān)研究進(jìn)展可以概括為以下幾個(gè)方面：(1)養(yǎng)分調(diào)控對(duì)修復(fù)植物生長(zhǎng)與修復(fù)效率的影響及表觀(guān)機(jī)制;農(nóng)藝技術(shù)如間套作等對(duì)修復(fù)效率的影響及機(jī)制;(2)物理調(diào)控技術(shù)如水分狀況等對(duì)植物修復(fù)的影響;(3)拮抗元素對(duì)植物修復(fù)的影響及調(diào)控技術(shù);(4)植物修復(fù)的土壤化學(xué)、生物學(xué)效應(yīng)。重金屬污染土壤植物修復(fù)是一個(gè)植物和土壤間的相互作用過(guò)程;總體而言，我國(guó)在目前研究較多關(guān)注植物方面，而對(duì)土壤研究不多或者說(shuō)關(guān)注得不夠。我國(guó)幅員廣闊及重金屬來(lái)源千差萬(wàn)別，導(dǎo)致受重金屬污染土壤的土壤類(lèi)型多樣，不同土壤類(lèi)型污染土壤，其中重金屬存在的形態(tài)、生物有效性不同，進(jìn)而使植物修復(fù)過(guò)程也不盡相同。我國(guó)土壤重金屬以及土壤-植物間的相互作用機(jī)制研究多數(shù)針對(duì)個(gè)別類(lèi)型土壤，缺乏系統(tǒng)性研究不同土壤類(lèi)型污染土壤的修復(fù)研究，探討土壤對(duì)植物修復(fù)影響的限制或控制因素;此外，不同區(qū)域間氣候、生物因素，甚至人類(lèi)活動(dòng)、經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展水平等因素對(duì)土壤修復(fù)的影響更鮮有報(bào)道。

　　采取多種植物聯(lián)合吸取修復(fù)

　　某些重金屬對(duì)于植物是有毒性的，那么在復(fù)雜且污染物濃度大的重金屬污染地塊，能否采用植物吸取修復(fù)技術(shù)呢?應(yīng)該怎樣解決重金屬對(duì)植物的毒害，使植物正常生長(zhǎng)達(dá)到修復(fù)的目的?

　　首先，由于修復(fù)時(shí)間的限制，一般重金屬重度污染土壤不適用植物吸取修復(fù)，當(dāng)然如果沒(méi)有時(shí)間限制的可以使用植物吸取修復(fù);目前我國(guó)重金屬污染土壤多數(shù)為復(fù)合型污染，在較低污染程度情形下，目標(biāo)元素對(duì)修復(fù)植物的毒性一般不會(huì)表現(xiàn)出來(lái)，也即對(duì)目標(biāo)元素的修復(fù)無(wú)顯著影響。

　　如污染元素對(duì)農(nóng)作物有顯著影響，可采取如下對(duì)策：(1)優(yōu)先針對(duì)有環(huán)境危害的重金屬進(jìn)行植物吸取修復(fù)，對(duì)因土壤的吸附、固定作用而不致產(chǎn)生危害或風(fēng)險(xiǎn)較弱的重金屬，不予考慮或暫緩修復(fù);(2)可采取多種植物聯(lián)合吸取修復(fù)。對(duì)于土壤中某些重金屬會(huì)毒害普通的植物問(wèn)題，首先可以?xún)?yōu)先利用修復(fù)植物吸取毒害重金屬，隨后可采取聯(lián)合修復(fù)的方法，如邊生產(chǎn)邊修復(fù)技術(shù)等。

　　面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn) 目前側(cè)重于農(nóng)田修復(fù)

　　植物修復(fù)技術(shù)是一種低成本的綠色修復(fù)技術(shù)，但是修復(fù)周期長(zhǎng)，我國(guó)對(duì)耕地的需求量大，同時(shí)大多污染場(chǎng)地的修復(fù)都是應(yīng)急的修復(fù)，這種形勢(shì)下我國(guó)植物修復(fù)土壤重金屬污染的現(xiàn)狀怎么樣?植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用前景怎么樣?

　　答：大多數(shù)場(chǎng)地具有均為多污染物、污染程度高特點(diǎn)，同時(shí)要求短時(shí)間內(nèi)修復(fù)達(dá)標(biāo)，這導(dǎo)致植物技術(shù)較難應(yīng)用于場(chǎng)地污染修復(fù)。推動(dòng)植物修復(fù)技術(shù)的應(yīng)用主要還是應(yīng)側(cè)重于低污染農(nóng)田土壤(耕地)的修復(fù)。其一，我國(guó)污染耕地面積大，且修復(fù)后仍需繼續(xù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這就決定了工程物理措施不適用于耕地污染修復(fù);其二，對(duì)于耕地可利用根圈固定及低積累農(nóng)作物阻隔，降低重金屬食物鏈風(fēng)險(xiǎn)的植物技術(shù)，修復(fù)植物與農(nóng)作物進(jìn)行間套作-輪作等的邊生產(chǎn)邊修復(fù)模式進(jìn)行。

　　另一方面，“植物技術(shù)修復(fù)周期長(zhǎng)”可能是技術(shù)研發(fā)初期大家的認(rèn)知，個(gè)人認(rèn)為有必要適時(shí)糾正這一觀(guān)念。我國(guó)一些原生的重金屬或類(lèi)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(zhǎng)柔毛委陵菜(Potentilla griffithii)等植物具有目標(biāo)元素超積累能力強(qiáng)、生長(zhǎng)快速且具有一年收獲多次的潛力。因此，如植物聯(lián)合修復(fù)技術(shù)應(yīng)用得當(dāng)，可實(shí)現(xiàn)污染農(nóng)田土壤的快速吸取修復(fù)和農(nóng)產(chǎn)品安全生產(chǎn);此外，我國(guó)在重金屬或類(lèi)金屬低積累吸收植物的篩選方面也已開(kāi)展了大量工作，已有一些可實(shí)際應(yīng)用的農(nóng)作物品種被篩選和小面積應(yīng)用，這些技術(shù)進(jìn)一步優(yōu)化、改進(jìn)后將可直接種植重金屬低積累糧食或蔬菜作物，實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)。

　　目前我國(guó)重金屬污染土壤植物修復(fù)仍處于研究和小規(guī)模的示范階段，同時(shí)也面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，即如何提高修復(fù)效率、如何降低修復(fù)成本及誰(shuí)為修復(fù)買(mǎi)單技術(shù)與政策等問(wèn)題。盡管如此，隨著研究的深入，集眾多優(yōu)點(diǎn)的植物修復(fù)技術(shù)將有廣闊的應(yīng)用前景;除修復(fù)土壤重金屬污染外，我們還應(yīng)看到植物修復(fù)技術(shù)還可應(yīng)用于人工濕地建設(shè)、填埋場(chǎng)地和礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)，同時(shí)植物技術(shù)也是植物固碳技術(shù)和生物質(zhì)能源技術(shù)。