植物修复重金属污染土壤的原理

利用水生植物净化重金属污水，目前应用得较多的是人工湿地技术和生物塘工程。

人工湿地技术

湿地处理系统是一种利用低洼湿地和沼泽地处理污水的方法。人工湿地是在一定长宽比及底面坡降的洼地中，按一定的坡度填充一定规格的填料，如砾石。在填料表层土壤中种植一些处理性能良好、成活率高、生长周期长、美观及有经济价值的植物，构成一个湿地生态系统。在运行中含重金属的污水缓慢流过生长植物的土壤表面，在耐水性植物和土壤共同作用下得以净化。

目前人工湿地常用的植物为水生或半水生的维管植物，如破铜钱、水芹菜等。它们能在水中长期地吸收铅、铜和镉等金属。人工湿地生态结构复杂且收获富含金属残体的难度大。针对于此，科学家发现在通气良好的水中，印度葵幼苗能从人造污水中积累不同的金属。基于此幼芽的人工湿地系统，不仅可以迅速建立，还易于收获富含金属的残体。

氧化塘技术

氧化塘又称稳定塘或生物塘。它是利用库塘等水生生态系统对污水的净化作用，进行污水原位处理的工程措施。通过向池塘内投放对重金属有富集作用的植物，如水葫芦，水芹菜，黑麦草、香蒲等，然后定期收割，达到去除重金属的目的。1公顷水葫芦一昼夜就能从水中吸收锰4千克、汞89克、镍297克、铅104克，并能从低于1×10－6的含镉废水中，除去97%的镉。污水中的砷对它生长有抑制的作用，但它仍然能富集砷，使体内砷的含量达到水中砷浓度的几十倍。研究人员通过黑麦草对黄金废水的净化实验表明:黑麦草对黄金废水不仅有很强的净化能力，而且也具有很高的富集功能，其根部的含金量最高可达784克/吨(干重)。黑麦草对其他重金属也有良好的富集作用，从而具有广阔的开发应用前景。它不同于凤眼莲的地方是它比较耐寒，只要10℃以上就能生长良好。这在净化处理废水时正好可以与凤眼莲进行交替使用。其他植物还有如香蒲，我国韶关凡口铅锌矿废水香蒲净化塘系统最新研究发现，该废水净化系统对铅、锌、铜、镉的去除率分别为93．98%、97．02%、96．87%、96．39%，净化后的废水其重金属含量达到国家排放标准。

当然由于植物生长受季节控制，而且重金属累积过多，会对植物造成毒害，如果采用氧化塘和人工湿地结合处理的方法，可以利用多种植物，在不同季节对污水进行净化，达到更好的净化效果。

种苗过滤处理技术

科学家通过大量的实验，证实经过种苗过滤处理技术可有效去除水中的大量重金属。实验表明，种苗过滤去除水中铅的生态效应与植物种类有关。在不同种类植物之间以及在相同植物的不同亚种之间，存在着对比积累程度上较明显的差异。在相同体积(100毫升)、相同浓度(100毫克/升)的铅溶液中处理72小时后，向日葵、蓖麻、玉米(高油115)和豌豆(食荚大菜豌1号)均获得了较高的根铅积累。其中向日葵根铅积累高达91．6毫克/克，蓖麻、玉米(高油115)和豌豆根铅积累也分别达到了52．8毫克/克、42．6毫克/克和40．7毫克/克，证实了部分传统作物种苗可以在较短时间内在其根部积累较高量的重金属铅，达到对重金属的近超量积累效果。在所选择实验条件下，使含铅水质经植物修复后达到国家排放标准。通过对种苗过滤的实验考察，发现该方法具有良好的去除水体中重金属铅的生态效应，表现出种苗过滤在含铅废水处理中具有良好的生态效益与应用前景。

通过进一步实验表明，镉对植物有相当强的毒害作用，水体中含有较高浓度镉时会影响植物的正常生长，并进而影响种苗过滤的效果。在分别选择镉浓度为1毫克/升、2毫克/升及10毫克/升时，虽然蓖麻(841)茎叶中镉的积累量随镉浓度的增大而增大，但溶液中镉的去除率却随镉浓度的增大而显著减小;此外，蓖麻根部镉的积累量在镉浓度为10毫克/升时小于2毫克/升时的事实，也表明过高浓度的镉会因加速对种苗的毒害作用而导致其对重金属积累作用的下降。寻找和发现镉超量积累植物是一件相当困难的工作。现有文献所报道的一种具有良好镉积累能力的植物印地安芥根部的生物积累系数仅有134，而在本实验中蓖麻种苗根部镉生物积累系数分别达到142．5(溶液中镉浓度10毫克/升时)、1489(溶液中镉浓度2毫克/升时)及1503(溶液中镉浓度1毫克/升时)，证实了种苗过滤方法对镉有着相当高的生物积累系数。

通过对种苗过滤的实验考察，发现该方法具有良好的去除水体中重金属镉的生态效应。在所选择的实验条件下，当水体中镉浓度不超过2000微克/升时，经72小时种苗过滤植物修复处理，可使镉浓度降低至原浓度的18%以下;而当水体中镉浓度不超过1000微克/升时，经72小时种苗过滤植物修复处理，可使镉的浓度降低至原浓度的11%以下，表现出种苗过滤在低浓度含镉废水处理中具有良好的应用前景。

该实验对比了同种植物种苗对不同浓度的Cu溶液中Cu的去除作用。实验表明，当Cu浓度由20毫克/升增加至50毫克/升时，蓖麻种苗对Cu的去除量由0．22毫克/克增加至0．50毫克/克，表现出在一定的浓度范围内，植物种苗去除重金属的能力可以随溶液中重金属浓度增加而显著增大。寻找和发现Cu超量积累植物也是一件困难的工作。有文献报道在扎伊尔发现的Cu超量积累植物含Cu高达13．7毫克/克(干重)，是高等植物中已知的含Cu最高的超量积累植物。本实验所采用的种苗过滤方法，虽然种苗全株含Cu量尚不能达到该水平，但在溶液中Cu浓度50毫克/升的实验条件下，蓖麻根中Cu含量高38．2毫克/克干重)、茎中Cu含量也高达4．48毫克/克(干重)，展现了利用一些普通作物种苗替代超量积累植物、富集环境水体中Cu具有良好的应用前景。

通过对种苗过滤的实验考察，发现该方法具有良好的去除水体中重金属Cu的生态效应。在所选择的实验条件下，经96小时种苗过滤植物修复处理，可使Cu浓度由50毫克/升、20毫克/升、10毫克/升分别降低至原浓度的4%、2．4%和6．9%，证实种苗根部在低浓度含Cu水体中具有更高的生物积累系数，因而更适合于低浓度含Cu水体的修复处理。

10多年来，植物修复技术发展很快，人们在超积累植物的找寻培育、植物根际微生物共存体系研究、植物对重金属的耐忍性、超量吸收及其解毒机制以及植物修复的工艺技术方面作了不少的研究，并取得了长足的进展。现代分子生物学的发展以及基因工程技术的应用有可能使植物修复技术取得根本性的突破。我国植物修复研究目前还处于起步阶段，仍需深入研究才有望应用到实践中去。现阶段研究的关键仍然是筛选出超量积累污染物的植物。我国有着丰富的植物资源，应在自然界、尤其是在被污染了的矿区对超积累植物资源进行调查筛选和鉴定收集，建立超积累植物数据库。利用植物基因工程技术构建出高效去除环境中污染物的植物，也是一个植物修复的研究方向。

机遇来了，农化企业商机无限

近些年，我国的粮食产量连年丰收，2013年取得了总产12038．7亿斤的好成绩。我们用世界9%的耕地、6%的淡水资源，养活了世界20%的人口，确实是个了不起的成绩。但也必须看到，为了保吃饭、保供给，我们以往不得不过度开发农业资源，大量使用化肥、农药、农膜等化学投入品，付出了很大的资源环境代价。

据统计，我国耕地面积不足全世界一成，却使用了全世界近四成的化肥;我国单位面积农药使用量是世界平均水平的2．5倍。过量施用农药化肥保住了产量，却污染了环境。一些地方的水体污染和土壤污染严重，对农产品质量安全和食品安全，埋下了不少隐患，已到了非下决心治理不可的程度。如果不加快转变发展方式，我国农业将难以为继，推进工业化、信息化、城镇化与农业现代化同步发展，也将成为一句空话。

常言道，农耕不能“穷其地力”。中央一号文件提出，以解决好地少水缺的资源环境约束为导向，深入推进农业发展方式转变，建立农业可持续发展长效机制。

今年一号文件的另一亮点，就是提出要开展农业资源休养生息试点，有计划、分步骤地推进土壤污染的治理与修复。对那些污染严重、生态脆弱、资源环境压力大的耕地，该改种的就改种，该治理的就治理，该退耕的就退耕。根据有关部门的调查结果，我国有相当数量的耕地受到中、重度污染。全国有8474万亩耕地位于东北、西北地区的林区、草原以及河流湖泊最高洪水位控制线范围内，还有6471万亩耕地属于25度以上陡坡地。

在休养生息试点方面，主要安排了3项工作:一是启动重金属污染耕地修复试点，通过财政奖补、结构调整等综合措施，支持受污染的耕地逐步改种转作。二是实施新一轮退耕还林还草，从2014年起，在陡坡耕地、严重沙化耕地、重要水源地逐步实施。三是开展实地生态效益补偿和退耕还湿、华北地下水超采漏斗区综合治理试点。

中央一号文件提出，让过度开发的农业资源休养生息，要特别注意摸清底数，抓紧编制农业环境突出问题总体规划和农业可持续发展规划，控制好规模和节奏，分类探索耕地修复保护模式，确保国家粮食安全不受冲击，确保修复区农民的就业和收入不受影响。通过财政奖补、结构调整等综合措施，保证修复区农民总体收入水平不降低，按照规划，有计划有步骤地逐步推进。

土壤修复市场广阔。从2008年开始，我国针对耕地污染治理的政策密集出台。据不完全统计，“十二五”期间仅湖南、湖北、广东、陕西等6省土壤修复计划投资额就在780亿元以上。分析人士认为，土壤修复行业或将成为“十二五”、“十三五”环保产业新的增长点。

作为国内第一家自主研发完成离子矿化稳定化土壤修复技术的企业，永清环保承担的“重金属污染土壤离子矿化稳定化技术研究与应用”科研项目，早在2012年就通过省科技厅组织的省级科技成果鉴定。业内专家认为，该项技术有效解决了化学稳定修复技术不能长期稳定土壤中重金属的难题，可为湘江流域重金属污染土壤治理提供有力的技术支撑。

2013年6月，永清环保年产8万吨的重金属污染土壤离子矿化稳定剂生产线建成投产，填补了国内空白，打破了土壤修复药剂长期以来依赖国外进口的局面;2013年7月，永清环保离子矿化稳定化技术被列为国家重点环境保护实用技术;2013年11月，年产3万吨的离子矿化稳定剂液体药剂生产线投产，主要用于土壤的异位修复和深层土壤的原位修复。2013年11月公布的《湖南省两型产品政府采购名录》(第一批)，离子矿化稳定剂名列其中。

重金属土壤修复业务目前有需求，有政策，也有业务。然而，由于大部分被污染土地为公共产品，只能财政出钱。眼下，财政资金到位明显滞后于市场需求和政策要求。

土壤污染修复所需资金额巨大，每年环保部门用于重金属污染防治的资金，仅能支持为数不多的项目。

根据国土资源部的统计，我国共有5000万亩耕地属中重度污染，若要开展修复试点甚至全面推广，最重要的问题之一便是“钱从哪来”。

“十二五”期间用于全国污染土壤修复的中央财政资金为300亿元，我国土壤修复存在巨大资金缺口。在资金缺口之外，土壤修复还存在责任不明确问题。基于土壤污染责任人的特殊性和土壤污染长期性和潜伏性的特点，“污染者付费”原则在进行土壤修复时，也常常出现失灵。

人们要问:到底有没有多快好省的修复办法和解决方案?通过大量的科学试验表明，化学治理不失为投资少、见效快的一种常用方法。

沉淀法是指土壤溶液中金属阳离子在介质发生改变时，形成金属沉淀物而降低土壤重金属的污染;有机质法是指有机质中的腐殖酸能络合重金属离子生成难溶的络合物，而减轻土壤重金属的污染;吸附法是指重金属离子能被膨润土、沸石、黏土矿物等吸附固定，从而降低土壤重金属的污染。

在沈阳张士污灌区进行的大面积石灰改良实验表明，每公顷施石灰1500～1875千克，作物籽实含镉量下降50%。

湖南大方植保有限公司在重金属污染较重地区施用硅肥降镉试验表明，每公顷施硅肥75～90千克，稻谷及大米含镉量可以控制在国标以内。

湖南神隆超级稻丰产生化有限公司使用腐殖酸肥、湖南海洋生物工程有限公司使用水杨酸改良剂、湖南大乘医药化工有限公司使用络合碘消毒剂等土壤治理修复试验，均取得突破性进展。

大量的科学试验表明:施用硅肥、腐殖酸肥、石灰等可以显著降低稻谷镉含量;施用化学改良剂、抑制剂，增加土壤有机质、阳离子代换量和黏粒的含量，改变土壤酸碱度、土壤氧化还原电位和电导等理化性质，使土壤重金属发生氧化、还原、沉淀、吸附、抑制和拮抗等作用，以降低重金属的生物有效性。根据有关部门的调查结果，我国有相当数量的耕地受到中、重度污染，重金属污染耕地修复综合治理需要大量的新型农用化学品，据估计，需求总量达数千亿元。