朱子清　王　晨　田宗星

摘要阐述了充填复垦区植物修复的概念，介绍了修复的主要方式及其选择，分析了植物修复的可行性以及修复植物的选择，并进行了展望和建议，以期为植物修复在充填复垦区的应用提供参考。

关键词植物修复；充填复垦；重金属污染

中图分类号X53文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）04-0253-01

我国煤炭资源丰富，是世界上少数几个以煤炭为主要能源的国家，长期的煤炭开采造成我国土地大面积破坏。以河南省为例，每年约有4万公顷土地遭到破坏和影响，其中已被破坏的耕地就超过了3万公顷[1]。为了保持耕地量不减少，实现可持续发展，矿区已广泛开展土地复垦，但目前，尚存在大量问题需要解决，其中矿区充填复垦就存在二次污染的问题[2]。充填复垦指以粉煤灰或煤矸石等为填充物并在上面加土壤，使其恢复到可供利用状态的复垦模式。坍陷区进行矸石充填复垦后，由于物理、化学条件的改变，矸石中重金属元素释放、迁移到地表，对土壤等地表生态环境产生严重的重金属污染，并通过接触、食物链等途径直接或间接地危害人类。以小麦为例，董霁红等[2]通过研究在充填复垦后的土壤中种植小麦，发现小麦中Pb、Cr和Cd含量的超标情况较为严重，分别为粮食卫生标准的15倍、13倍和5倍。因此，对矿区充填复垦后重金属污染的治理是目前恢复矿区生态的当务之急。在20世纪90年代出现的土壤植物修复技术能较好的解决这一难题，该技术用一些特殊植物吸收污染土壤中的高浓度重金属，以达到一定的处理效果。

1充填复垦区植物修复及超积累植物的概念

充填复垦区植物修复是指在重金属污染的充填复垦区的土壤中种植植物，通过植物吸收、过滤、降解、挥发、固定等作用，以达到净化土壤重金属的目的。目前，利用植物吸收重金属将植物收割回收处理是治理矿区土壤重金污染，恢复矿区生态景观的根本途径。因此，能够富集重金属的植物和超富集植物，对治理矿区土壤重金属污染有重大意义。超富集植物是指对重金属有非同寻常的富集能力的植物。Brooks等[3，4]研究认为重金属含量超过一般植物100倍的植物为超富集植物，即Cr、Co、Ni、Cu、Pb的含量达到0.1%以上，Mn、Zn含量达到1%以上。

2植物修复的主要方式及其选择

2.1充填复垦区植物修复的主要方式

2.1.1植物吸收。利用累积植物、超累积植物大量吸取土壤中金属元素、放射性核素，通过收获植物体并加以适当处理，达到去除或降低土壤中重金属等污染物的目的。

2.1.2植物降解。包括两方面作用机理：植物体内含有能快速分解有机污染物的酶，可将吸收进入植物体内的有机污染物降解成无害的CO2 和H2O 等组分；通过植物根系分泌物提供碳源和氧源，促进根系环境中喜氧菌群及其他菌种的发育及活性，从而增强根际原位细菌对有机污染物的氧化降解作用。

2.1.3根滤。借助植物羽状根系所具有的强烈吸收作用，从污水中吸收、浓集、沉淀去除重金属或有机污染物。根滤是水体和湿地系统植物净化的重要作用方式。

2.1.4植物挥发。利用植物根系吸收金属、类金属及有机污染物，转化成易挥发化合物，通过叶面挥发进入大气，达到减轻土壤污染的目的。已有的研究主要针对挥发性重金属元素Hg[5]和易于形成生物毒性低的挥发性有机物的元素Se[6，7]进行的。挥发进入大气的污染物有可能产生二次污染问题，因而此方式尚存不少疑虑。

2.1.5植物稳定。主要是利用耐重金属植物或超累积植物降低重金属的活动性，是植物修复概念的扩展和延伸。包括借助植物吸收和根际作用降低重金属的生物有效性及重金属淋滤作用，通过植被重建减轻（尾矿堆）风蚀、水蚀作用及水土流失强度，达到固定、隔绝、阻止重金属进入水体和生物链的目的。

2.1.6泵吸。在干旱、半干旱地区，蒸腾作用促使植物根系发达，可大量吸收土壤水分及浅层地下水，有效地降低浅层地下水位、增加饱气带厚度，降低了近地表土壤中污染物活动性及其向地下水迁移和在含水层内侧向运移，从而起到保护饮用水的目的。同时，饱气带的增厚，使植物向根际供给氧源，可以促进有机污染物的降解。

2.2充填复垦区植物修复方式的选择

目前，对修复方式的选择还没有深层次的研究，矿区土壤治理采用植物修复是一种经济、有效且非破坏性的选择，利用自然生长或遗传培育植物对土壤中的污染物进行固定和吸收，不但费用低而且环保。但不同矿区的自然条件和造成土壤污染的重金属种类，决定该矿区选择不同的植物修复方式，因此植物修复方式也具有选择性。例如，根据对江苏徐州矿区和河南的永城矿区实地考察，发现用煤矸石充填复垦后污染土壤的重金属主要为Cd、Pb等，植物稳定和植物吸收,比较适合这2个矿区。总之，修复方式的选择要结合矿区的实际情况，进行植物修复时一定要考虑当地的气候等自然条件，同时要防止生物入侵。

3植物修复的可行性

富集植物通过不同的试剂调节对重金属的吸收会有所不同。龙安庆等[8]通过在重金属污染的土壤中进行大田试验，对土壤添加不同的调节试剂，然后分别种植海州香薷，最后得到海州香薷茎叶中重金属含量的情况（见表1）。

由表1可以看出重金属富集植物能有效富集土壤中的重金属，若能结合环境科学知识将会得到更好的效果，这充分说明植物修复的可行性。目前，大量超富集植物的发现，更为植物修复技术的应用推广打下良好基础。

4修复植物的选择

对于植物修复来讲，筛选合适的富集、超富集植物是进行植物修复的前提。筛选的植物通常对重金属元素的吸收富集能力强、生长速度快，地上部生物量大，气候适应性强，根系发达，抗病虫害能力强，种植管理技术要求不是很高，同时也要考虑引入治理目标区引发生物侵入的风险性等。对充填复垦区进行植物修复，选择时首先要考虑充填复垦区污染土壤的重金属种类及复垦区的自然气候条件，对煤矸石含有的重金属做进一步进行研究，复垦后及时检测土壤中重金属的含量，重金属含量超标应选择对这些重金属具有富集或超富集能力的植物进行修复。普通植物对重金属吸收富集量有限而无应用价值，自然界中有许多种累积植物。虽然这类植物对金属元素的累积程度明显低于超累积植物，但由于其生长速度较快、生物量大、适应性强而具有较高的治理效率，因此这类植物也是重点考虑选择的对象。

5展望及建议

目前植物修复因其绿色环保、社会生态综合效益良好而易为公众所接受，特别是其费用低，并且对重金属污染土壤的治理成效具有永久性。因此，植物修复概念提出后很快成为环境领域的世界性、前沿性热点研究课题，普遍认为将成为环保领域的朝阳产业，必将在不久的将来得到推广。应进一步对富集及超富集的植物进行研究，利用现代技术提高其富集能力及适应能力，寻找、筛选和培育富集及超富集植物，研究其适应修复的地理范围。

6参考文献

[1] 赵竟英，江辉，李玲，等.河南省采煤塌陷区土地复垦探析[J].中州煤炭，2008（5）：39-40.

[2] 董霁红，卞正富，王贺封，等.徐州矿区充填复垦场地作物重金属含量研究[J].水土保持学报，2007，21（5）：180-182.

[3] BROOKS R R，LEE J，REEVES R D，et al.Detection of nickeliferousro cks by analysis of herbarium specimens of indicator plants[J]. Journal of Geochemical Exploration，1977（7）：49-57.

[4] BROOKS R R.Plant that hyperaccumulate heavy metals[M].Walling ford：CAB International，1998.

[5] LOTHENBACH B，KREBS R，FURRER G，et al.Immobiliza-tion of cadmium and zinc in soil by Al-montmorillonite and gravel sludge. Eur. J. [J]. SoilSci.，1998（49）：141-148.

[6] YE ZH，BAKERA JM，WONGM H，et al.Zinc，leadand cadmium accu mulation and tolerance in Typha latifolia as affect-ed by iron plaque on root surface.[J]. Aquat. Bot.，1998（61）：55-67.

[7] YE ZH，BAKERA JM，WONGMH，etal.Comparisonof biomass and metal uptake between two populations of Phragmitesaustralis grown in flooded and dry conditions[J]. Ann. Bot.1998（80）：363-370.

[8] 龙安华，倪才英，曹永琳，等.土壤重金属污染植物修复的紫云英调控研究[J].土壤，2007，39（4）：545-550.