王从梅，王波

（苏州大学，江苏 苏州 215000）

土壤重金属污染自工业革命初期就开始逐渐显现，直到今天仍未停止。根据调查可知，截止到2013年，我国受到重金属污染的土壤已达到2000 万hm2，7年间这个数值还在不断上升，且每年会因重金属污染造成的粮食损失已超过1200 万t。在土壤修复领域中，重金属镉作为一种毒性较强的重金属元素，有极易被植物吸收、迁移性强的特点，针对此重金属元素展开植物修复探讨，比较具有代表性。

1 重金属镉污染土壤中单一植物修复效果的研究方法

在重金属污染土壤的植物修复开展前，需要先了解植物对重金属的耐受性、修复能力，即植物能够忍受的土壤重金属浓度和植物对土壤中重金属的富集程度，可以通过实验室研究为不同浓度重金属污染土壤选择最合适的植物进行修复处理。以菊科草本植物为例，万寿菊、矢车菊、百日草等都是现代城市园林栽培中常见的菊科植物，判断菊科草本植物在重金属镉的修复方面效果，需要进行一系列对比试验。

1.1 实验准备

实验室需准备成分相同的土壤，按照重量进行准确称重。分别称取不同重量的重金属镉，拌入准备好的土壤制成浓度为5mg/kg、10mg/kg、15mg/kg、20mg/kg 的受污染土壤，并准备1 份浓度为0mg/kg 的空白对照组。

1.2 实验过程

经过21d 的静置稳定后，在这5 份土壤中分别进行相同深度、相同重量的菊科草本植物种子，每盆保留10 株出苗植株，生长30～60d 后进行统一收获。从种子萌发到统一采收，期间研究人员需要记录每盆试验土壤中菊科草本植物的发芽率、幼苗植株地上部分生长长度、幼苗地下根部生长长度，从而了解菊科草本植物对不同浓度重金属镉的耐受程度。

1.3 试验成果处理

收获时，研究人员需要统一采收植物样品的地上部分、地下部分，统一用蒸馏水进行清洗，确保无其他物质、泥土残留。吸干残留的蒸馏水后，进行鲜重称量；然后分离地上部分和地下部分，置于85℃的干燥箱中烘干至恒重，过程通常为2h，然后称取地上、地下部分的干重；最后，分别研磨植物地上部分和地下部分，测定重金属镉的含量浓度，获取菊科草本植物对重金属镉的富集程度。此外，还需要测量植物采收后的盆中土壤重金属镉的含量浓度，对比植物种植前的浓度，用于辅助判断菊科草本植物对重金属镉的去除效果。

1.4 试验测定分析方法

试验中测定植物样品、土壤样品中重金属镉含量浓度的方法和工具，主要是原子吸收分光光度计。

1.5 试验数据处理

植物对重金属镉的富集系数分别为：植物地上部分重金属镉浓度与土壤中重金属镉浓度的比值；植物地下部分重金属镉浓度与土壤中重金属镉浓度的比值。重金属镉在植物中的转移系数为：植物地上部分重金属镉浓度与地下部分重金属镉浓度的比值；植物对重金属镉污染土壤的去除效率为：试验前后土壤中重金属镉含量差值与基础含量的比值。

2 重金属镉污染土壤中不同植物修复效果的对比研究方法

重金属镉污染土壤在不同植物下的修复效果对比，试验方法也是以对比试验为主。不同植物修复效果的对比试验中，需要准备无植物空白土壤对照组、不加镉植物种植土壤和加镉植物种植土壤进行对比试验，其中加镉植物种植土壤可根据不同种植物、不同加镉浓度进行划分。为了保证试验的准确性，可设计3 次以上的重复试验，提高数据有效性。整个试验的处理、测定和数据处理过程中基本与单一植物修复效果研究过程相同，为了提高数据处理效果，可以采用平均数±标准误差的方式进行处理，能够有效地体现试验之间的差异。

3 试验研究结果讨论

3.1 重金属镉对植物生长有毒害作用

在菊科草本植物的对比试验中和其它植物的修复试验中，从植物的株高变化幅度曲线上发现，不同浓度的重金属镉对植物幼苗的生长有抑制作用。不同种类植物的幼苗对重金属镉的敏感程度不同，有的植物幼苗受到抑制出现较早，有的植物幼苗受到抑制的情况则出现得较晚。不同浓度的重金属镉对同一种植物幼苗产生的效果不同，有的植物幼苗在生长初期受到抑制，在后期受到促进，比如万寿菊在5mg/kg 浓度的重金属镉土壤中就表现出前期生长受抑制、后期受促进的状态；也有的植物幼苗在生长初期受到促进，在后期受到抑制，比如矢车菊在20mg/kg 浓度的重金属镉土壤中就表现出前期受促进、后期受抑制的状态。

3.2 植物对重金属镉的耐受能力

通过分析菊科草本植物在不同浓度重金属镉污染土壤中的生长情况，测定植物地上部分干重，测定结果如图1 所示，发现菊科草本植物中百日草在浓度15mg/kg 的试验中表现干重最大的现象，在20mg/kg 的试验中出现了干重大幅度下降的情况，但干重仍然高于空白对照组；而万寿菊则在20mg/kg 的试验中出现干重与空白对照组接近的情况，说明矢车菊对重金属镉的耐受能力低于百日草；矢车菊在整个重金属镉污染修复试验中没有表现明显的干重变化，波动范围较小，说明矢车菊受重金属镉的影响较大，即使在含量浓度较低的情况下也受到生长方面的抑制，说明矢车菊对重金属镉的耐受能力较低。由此可见，在种植菊科草本植物的城市中，可以考虑使用百日草、万寿菊进行重金属镉污染土壤的修复处理，而矢车菊则可排除在考虑范围内。

图1 植物地上干重在不同重金属浓度下的变化

3.3 植物对重金属镉的转运能力

转运能力是通过植物地上部分与地下部分镉含量对比得到，普遍情况是植物的地下部分镉含量高于地上部分，而地上部分与地下部分的比值越大，说明转运能力越强。通过试验可知，参与试验的菊科草本植物转移系数都是在较低浓度时较高、在较高浓度时较低的状态，整体变化趋势为先升高后降低。升高与减低转折点越靠后的植物，其对重金属镉的转运能力越强，也间接说明这种植物对重金属镉有较强的耐受能力。在百日草、万寿菊、矢车菊的菊科草本植物对比试验中，万寿菊的转运能力强于百日草的转运能力，矢车菊的转运能力也比较低，这与植物的根系发达程度有一定关系。

3.4 植物对受重金属污染土壤的修复能力

在实验研究过程中可知，植物对受重金属镉污染土地的修复能力都是随着浓度升高而升高，虽然不同植物会在不同的浓度上表现修复能力的峰值，这与植物受到重金属镉的毒害和抑制有关，但整体来讲都是呈现上升趋势，证明了植物修复在重金属污染土地修复领域中的价值和作用。

4 重金属镉污染土壤修复领域中对修复植物的选择

目前，经过试验研究和筛选，比较适合应用于受到重金属镉污染土壤修复中的植物种类有很多，包括百日草、万寿菊等菊科草本植物，也包括皱叶狗尾草、一串红、牛筋草、黑麦草、龙葵、商陆、忍冬、景天等。在具体选择修复植物过程中，需要综合考虑植物的修复效果、修复潜力（耐受能力）、是否在食物链中、经济效益等方面因素。修复潜力植物多指虽然没有表现较强的富集作用，但对重金属镉有一定的耐受能力，且生长范围广、植物干重大等优势。比如黑麦草、向日葵、马齿苋等。且其中如黑麦草一类的植物，对重金属镉的富集主要在地下根部，地上部分的富集程度较低，能够作为优质牧草提高当地畜牧养殖产业的发展，是一种同时具有环境效益和经济效益的植物。

5 结语

植物修复是现阶段重金属污染土壤治理的重要研究方向之一，利用不同种类的植物在不同的重金属污染区域进行定植，能够有效吸附、分解、富集目标重金属元素，提高修复的质量和效率。植物修复领域汇总，多种植物复合种植的方式、植物与微生物共同修复等都是研究人员的热门方向，能够进一步提高修复效率和效果，降低重金属污染物对当地土壤环境的威胁和影响。