2．植物富集技术的应用

在长期的生物进化中，生长于重金属含量较高土壤中的植物，可产生适应重金属胁迫的能力。这类植物有三种情况：

1)不吸收或少吸收重金属元素。

2)将吸收的重金属元素累积在植物的地下部，使其不向地上部转移。

3)大量吸收重金属元素，并将重金属转移到地上部，但植物仍能正常生长。

在超富集植物的木质部汁液中，重金属离子主要与有机酸和氨基酸等复合，以可溶态存在，而且容易向地上部运输。因此超富集植物在净化重金属污染土壤方面具有很大的潜力。例如，将土壤含Zn量从444 mg/kg降低到300 mg/ kg的欧盟标准，需要种植油菜832次，萝卜2046次，而种植超富集植物遏蓝菜(T. caerulescens)理论上仅需13～14次。高生物量的Ni超富集植物Brassica coddii干物质产量达22 t/hm²，植株平均含Ni量为7880 mg/kg，植株吸收的Ni总量为168 kg/hm²，仅种植2年即可使含Ni 100 mg/kg的中度污染土壤中的Ni含量降到 59 mg/kg；对于含Ni 250 mg/kg的土壤，也仅需种植4次可把土壤Ni含量降到欧盟标准所规定的75 mg/kg以下。

超富集植物修复重金属污染土壤时将重金属富集在植物的可收割部位，收割富集重金属的植物部位，经过热处理、微生物、物理或化学处理，即可去除土壤污染。如果所富集的元素具有回收价值，还可进行植物采矿。在蛇纹岩形成的富Ni土壤上种植Ni超富集植物Streptanthus polygaloides(该植物含Ni可达14 800 mg/kg)，施氮、磷和钾肥后可使植物生物量增长5倍，通过焚烧植物回收金属Ni并利用其热能，其收益可以达到甚至超过种植小麦(周国华等2002)。

用植物富集技术来修复重金属污染土壤，修复效率主要取决于植物体内重金属的含量和植物生物量。目前发现的大部分超富集植物的生物量普遍较小，从而限制了其在污染土壤修复中的应用。蜈蚣草是现今发现的生物量最大的超富集植物之一，在野外条件下其生物量(鲜重)最高可以达到36t/hm²,并且植物体内As的浓度最高可达2.3％,具有较好的应用前景，并且已在国内建立了As污染土壤的植物修复基地(图10-7),每年的As修复效率可达8％以上。据研究，对于含As 50～60 mg/kg的土壤，大约经过3～5年即可修复到安全标准以内(陈同斌等2004)。

图10-7 As污染土壤修复工程(湖南郴州，陈同斌提供)

应用As超富集植物蜈蚣草修复As污染土壤后，其收获物中含有高量的As，可以通过焚烧收获植物来回收As。研究发现蜈蚣草中的As在焚烧过程中的挥发主要发生在低温条件下。低温处理下蜈蚣草灰分中的As(Ⅴ)会被还原成As(Ⅲ)，活性炭(C)或低As蜈蚣草能在低温处理过程中均能促进As₂O₅的还原(Yan et al. 2008)。因此，在控制焚烧温度并添加固砷剂的条件下对收获植物进行焚烧，可以达到将收获物安全处置并资源化利用的目的。

3.蜈蚣草修复污染土壤的成功案例

陈同斌等利用蜈蚣草及其他相关措施对污染土壤进行了一系列的修复试验，并取得了良好的结果。

(1)湖南郴州As污染农田的植物修复工程

修复工程实施地点位于湖南省郴州市。2000年，As污染导致当地一个村庄的50 hm²稻田因严重As污染而弃耕。污染区土壤As浓度约40～180 mg/kg, 2001年以蜈蚣草修复As污染土壤的成套技术用于郴州市污染农田修复。经过3～5年后，土壤As浓度由4050 mg/kg下降到30 mg/kg以下。修复后的农田中可以种植普通农作物，但其产品质量应该根据《食品中污染物限量标准》(GB 2762-2005)进行跟踪监测。

(2)广西环江县万亩污染农田修复工程

2005年6月，因尾矿坝坍塌导致环江县万亩农田受到严重污染而绝收，污染区土壤Zn，Pb，Cu，As和Cd含量严重偏高，其超过当地背景基线值的样本比率分别为67.7%，69.4%，33.9％、 38.7％和56.7％，其中As含量最大值为 251 mg/kg, 2005年开始，通过添加化学修复剂进行酸性污染土壤的修复，并种植蜈蚣草、苎麻和蚕桑等植物，在污染农田土壤上建立超富集植物(蜈蚣草)-桑树、超富集植物-甘蔗和超富集植物-苎麻等多种间作修复模式。

在利用超富集植物去除土壤重金属的同时，还可以通过收获经济作物而获得明显的经济收入。经过3年的修复，已经修复污染农田约6.7 hm²，修复后土壤pH由修复前的2～3上升到5～6，主要重金属的含量显著下降，修复过程中每亩农田纯收入达1000～2000元。

(3)云南省个旧市尾砂库复垦污染土地的修复工程

云南省个旧市云锡集团尾砂库复垦土壤存在严重的重金属污染问题，其中以As和Pb污染最严重，土壤平均含量分别为1180 mg/kg和8780 mg/kg。污染地区蔬菜食用部位的重金属含量超标严重，其最高含量(以干重计)分别达856 mg/kg及506 mg/kg。从2006年开始种植蜈蚣草，并采用不同的化肥、污泥堆肥和有机肥等措施提高修复效率。到2008年，土壤中重金属As含量下降40％以上，Pb含量下降30％以上。该工程成功修复近15 hm²的污染土壤。

相关链接：重金属污染土壤的植物修复（一）