重金属不同于有机物，它不能被生物所降解，只有通过生物吸收才能够从土壤中去除。用微生物进行大面积现场修复时，不仅微生物吸收的金属量较少，而且富集重金属的微生物的后处理也比较困难。植物具有生物量大且易于后处理的优势，因此植物修复是解决重金属污染问题的一个有效手段。植物主要通过植物富集、植物挥发和植物钝化/稳定等方式去除土壤中重金属离子或降低其生物活性。

(一)植物富集

植物富集是利用一些植物对污染物(重金属)的大量吸收并将其积累在地上部分，通过收获地上部即可减少其在土壤中的含量。

1．超富集植物

植物可以吸收和积累必需的营养元素，浓度可高达1％～3%，某些非主要的元素(如钠和硅)也可以在植物体内大量积累。大多数植物都会将重金属排除在组织外，使重金属浓度一般不超过数个mg/kg。但是也有一些特殊植物能超量富集重金属，即重金属的超富集植物。超富集植物是能超量吸收重金属并将其运移到地上部的特殊植物。对于超富集植物的界定，植物地上部重金属含量是常用的指标。由于各种重金属在地壳中的丰度及在土壤和植物中的背景值存在较大的差异，因此，对不同重金属，其超富集植物的浓度标准也有所不同。目前采用较多的是Baker等(2000)提出的参考值(表10-1)，此外，超富集植物通常还表现出植物地上部重金属含量高于土壤重金属含量(即富集系数BF>1)，地上部重金属含量高于根部重金属含量(即转运系数TF> 1)的特征，它们对土壤中重金属具有较强的吸收和向地上部转运的能力。然而，目前所获得的超富集植物多为野外调查结果，并没有在严格的控制条件下证明这种超富集能力是否具有遗传特性，特别是要防止由于实验误差而导致的错误结论。因此将这些已经报道的超富集植物用于植物富集技术之前，应进一步甄别。

表10-1 重金属在土壤和普通植物中平均浓度以及超富集植物的临界标准

由于不同元素在土壤和植物中的背景值各不相同，不同重金属超富集植物的临界标准也各不相同，如对Au来说，植物组织中只要含1 mg/kg干重即可称之为Au超富集植物，Au的自然丰度仅为1 ug/kg。

(1)镍超富集植物

最早发现的超富集植物是Ni的超富集植物，主要是大戟科(Euphorbiaceae)、十字花科(Cruci f erae)、紫菀属(Aster)、大风子科(Flacourtiaceae)、黄杨科(Buxaceae)和茜草科(Rubiaceae)等植物。在人工栽培条件下，超富集植物体内Ni的富集能力最高可达25000 mg/kg，显示了极强的Ni富集能力。在Ni超富集植物中，以庭荠属(Alyssum)植物最为著名，遏蓝菜属的一些植物均有积累Ni的能力，如T. elegans, T. oxyceras, T.montanum L. var. call fornicum和T. montanum L. var. siskiyouense叶片含Ni量范围分别为8800～20800 , 3080～35600，3850～11600和8240～24600 mg/kg。原产在南非的草本植物Berkheya coddii叶片含Ni量高达11 600 mg/kg(干重)。这一植物的株高可达1.8 m，年生物量可达22t/hm²，在污染土壤的植物修复中具有很高的潜力(沈振国等2002)。

(2)锌超富集植物

Zn超富集植物的分布较少，已经发现的约有18种，主要是十字花科遏蓝菜属(Thlaspi)又称薪冥属)植物，其中以T. caerulesce。最为著名(图10-5)。早期的研究结果表明，德国西部和比利时东部的T. calaminare(即T.caerulescens)和堇菜属(Violacalaminaria)叶片能够积累高达4％的Zn而没有明显伤害。T. caerulesce。在不列颠和比利时的分布与Pb/Zn矿和其他工业污染有关。欧洲的Thlaspi属植物主要生长在蛇纹岩发育的土壤，这类土壤也生长Ni超富集植物。一些

Thlaspi属植物还有积累Ni或/和Cd的能力。Reeves等(1984)证实奥地利的T. goesingense积累Ni和Zn的能力是植物的内在特性，而与植物产地的地球化学特性无关。Zn超富集植物T.caerule scen、对其他重金属Cd, Co, Mn和Ni也有较高的积累能力，而Al, Cr, Cu, Fe和Pb主要积累在根系(Baker et al. 1.994)。这对复合污染土壤的植物修复具有特别的意义。

图10-5 超富集植物天蓝遏蓝菜(Thelaspicaerulescen s)(沈振国提供)

东南景天(Sedum al fredii H)是我国发现的一种新的Zn超富集植物。野外调查发现，东南景天对土壤中高含量的Zn有很强的忍耐、吸收和积累能力，地上部Zn含量为4134～5000 mg/kg,平均为4515 mg/kg(杨肖娥等2002)。东南景天对Pb, Cd也有一定的忍耐和富集能力。

(3)镉超富集植物

现已发现堇菜菜属的两种植物对Cd具有超富集能力(刘威等2003)，地上部Cd含量最高可达1846 mg/kg。一些Cd超富集植物能够富集2种重金属，例如对Zn超富集植物的室内研究和野外实验表明，T. caerulescen、也是Cd, Zn的超富集植物，Cd含量可达1020 mg/kg。Lornbi等(2000)发现Ni的超富集植物T. goesingense中Cd的含量也可以达到830 mg/kg，也是Cd的超富集植物。另外，Dahmani-Muller等(2000)发现Zn超富集植物Arabidopsis halleri对Cd也具有超富集能力。

(4)铅超富集植物

目前报道的Pb超富集植物有14种，野外的最高Pb含量超过10 000 mg/kg。但是这些植物并没有经过植物富集实验证实，还需要进一步确认。Baker等(1994)发现，Zn超富集植物T. caerulescen、在Pb含量为20 mg/L的水培条件下，地上部的Pb含量最高可达7 000 mg/kg，表明T. caerulescens也具有超富集Pb的能力。

另外，印度芥菜(Brassica juncea)和玉米虽然不是Pb的超富集植物，但是在EDTA强化条件下，表现出对Pb的超富集能力，印度芥菜地上部Pb含量可以超过15 000 mg/kg。由于这种植物的生物量大，而且对Cd,Ni,Cu和Zn都具有一定的富集能力，因而成为植物修复领域研究较为广泛的植物材料之一，并取得了较好的修复效果。

(5)砷超富集植物

尽管已经证明很多植物能够耐受高浓度的As，但As超富集植物的发现还仅是近几年的事。2000年在杭州“土壤修复国际会议”上报道了As超富集植物的发现(Chen et al.2000)，随后报道凤尾蕨属的蜈蚣草(P. vittata L. )图10-6)羽叶中As的最高浓度可达22 630 mg/kg，富集系数(BF)超过10(陈同斌等2002, Ma et al.2001)口通过对As在蜈蚣草的亚细胞分布研究发现，蜈蚣草羽片胞液是As的主要储存部位，胞液对As的区隔化作用可能是蜈蚣草能够解除As毒的重要原因(陈同斌等2005)。

图10-6 As超富集植物蜈蚣草(陈同斌等2002)

对蜈蚣草进行同步辐射X射线近边吸收光谱分析发现，蜈蚣草对高毒性的二甲基砷酸的累积显著低于As(Ⅴ)。超富集植物中二甲基砷酸含量从根部到叶部呈现降低趋势(Huanget al.2008)。

蜈蚣草除了富集As外，还对Pb, Cu和Zn等重金属具有较强的耐性(雷梅等2005)。Pb与As在叶片中具有相同的区隔化模式(Lei et al.2008)。

野外调查或盆栽试验表明，凤尾蕨属的另一种植物大叶井口边草(P．cretica L. )韦朝阳等2002)、粉叶蕨(Pityrogramma calomelanos) (Visoottiviseth et al. 2002)、凤尾蕨属的P. longi folia和P. Umbrosa (Zhao et al.2003)也是As超富集植物。

(6)铬超富集植物

早期报道的Cr超积累植物仅有两种，即在津巴布韦发现的Dicoma niccolifera和Sutera fodina，其Cr的含量分别为1 500 mg,/kg和2400 mg/kg。

张学洪等(2006)通过野外调查，发现了湿生Cr超富集植物—李氏禾(Leersia h exand ra Swartz)。多年生禾本科李氏禾对Cr具有明显的超积累特性，叶片内平均Cr含量达1787 mg/kg，最高可达2978 mg/kg；叶片内Cr含量与根茎、根部土壤中Cr含量之比分别最高达11.6和56.8。李氏禾不仅对Cr有很强的富集能力，而且对Cu,Ni等亦表现出较强的耐性和富集能力，是一种潜在的Cr和重金属超富集植物。