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植物提取(phytoextraction)是指在受重金屬污染的土壤上連續的種植專性植物或超富集植物，并收割植物地上部分，以降低土壤中重金屬濃度的技術[11]。目前，關于植物提取的實驗室、中試及野外工程試驗均已開展，取得一定成果。Baker等[12]通過種植天藍遏藍菜(Thlaspicaerulescens)使長期施用污泥導致重金屬污染的土地得到了修復，是這一技術可行性的典型代表。白彥真等[13]研究得出紅葉莧(Amaranthustricolorofredleaf)和綠葉莧(Amaranthustricolorofgreenleaf)可用于鉛污染土壤的活化萃取。植物提取技術的關鍵有4點：（1）植物要具備對多種重金屬的吸收富集能力；（2）植物的根系吸收能力強；（3）植物的抗逆性強；（4）生物量大，植物地上部儲存重金屬能力大于植物地下部。隨著研究的深入，植物提取已逐漸演變成2個方面：（1）整治目的主要針對Pb和與放射性核素有關的Cr、As和Hg；（2）整治的目標是存在內在經濟價值重金屬，主要是Ni、Cu和幾種其他貴金屬。后者的技術領域也被稱為“生物”或“植物”-采礦，仍處于起步階段，但正在取得顯著進展的是對Ni的提取技術[14]。

植物固定植物固定(phytostabilization)利用植物根系分泌物減少土壤中的有機和重金屬污染物的流動性，防止污染物侵蝕、浸出或徑流，減少污染物的生物可利用度，進而防止其進入地下水或食物鏈。其中包括了分解、沉淀、螯合、氧化還原等多種過程[15]。白彥真等[13]研究得出，藜(ChenopodiumAlbum)和新麥草(PsathyrostachysJunce)可用于鉛污染土壤的植物固定和植被恢復。Dushenkov等[16]研究發現，Pb可與磷結合形成難溶的磷酸鉛沉淀在植物根部，減輕鉛的毒害；Salt等[17]研究得出，植物根系的幾種特殊分泌物可使土壤中的Cr6+還原為毒性較輕的Cr3+。目前，該技術已經在工程領域得到一定的應用。

植物揮發植物揮發(phytovolatilization)利用植物根系分泌物使土壤中的有機碳或無機重金屬如汞、硒轉化化為揮發態，進而去除其污染。Meagher[18]研究發現烤煙能使二價汞轉化為氣態汞，一些轉基因植物已經被證實，可以減少汞的更有害離子態和甲基態，使其毒性大大減小。Banuelos等[19]通過各種植物比較研究發現，洋麻可使土壤中的三價硒轉化為揮發態的甲基硒以除去。目前該技術的實驗室小試工作已趨成熟，并在野外工程領域占有一定的市場。

植物促進植物促進(Phytostimulation)是指植物的根釋放根系分泌物或酶，刺激微生物和真菌，使它們發揮作用，進而降解土壤中的重金屬和有機污染物。目前該技術還僅處于實驗室研發和中試階段。

根際過濾根際過濾(Rhizo-filtration)是利用植物根際吸收或吸附功能以過濾污染水體中重金屬或有機污染物的過程。根際過濾適用于植物提取技術所不能適用的情況下，即植物不能有效的把重金屬從根轉移到莖和葉。目前該技術還僅處于實驗室研發和中試階段。

超富集植物

植物，特別是超富集植物，在修復技術中起著舉足輕重的作用。Brook等[20]在1977年首次提出超富集植物的概念。超富集植物是能利用根部吸收高濃度的重金屬，并將吸收的重金屬富集在根、莖、葉里的植物[21]。盡管不同土壤中各種元素濃度差異很大，但很少有例外，幾乎所有的植物存在于一個窄譜的相對集中的元素濃度范圍內[22]。而超富集植物可以耐受莖的干基中Cr、Co、Ni、Cu、Pb含量在1000mg/kg以上或Zn在10000mg/kg以上[23]。經過科學家的多年探索，現已發現上千種重金屬超富集植物。多數為Ni超富集植物，其次為Cu、Zn超富集植物，多金屬超富集植物尤為罕見。可能是因為每種植物對不同重金屬的吸收、轉化、遷移效率存在差異，多種重金屬在植物吸收通道中的競爭，以及不同重金屬毒性的加合效應，使得能同時超富集多種重金屬的植物數量非常稀少[24-25]。Blaylock等[26]1997年研究發現，印度芥菜(Brassicajuncea)和菥蓂(Thlaspirotundifolium)可以用來修復濕地重金屬污染土壤，Thlaspi可以有效的吸收Zn、Pb和Cd3種重金屬，Brassica可以有效的吸收Zn、Pb、Cd和Ni4種重金屬。白楊(Alyssum)也可以吸收金屬Ni。蔣先軍等[27]、吳勝春等[28]研究也指出，印度芥菜(Brassicajuncea)可超量吸收重金屬污染土中的Cu、Zn、Pb和Cd。蘇德純等[29]2002年研究表明印度芥菜(Brassicajuncea)可對土壤中難溶態鎘進行吸收及活化。林治慶等[30]報道加拿大楊體內汞的耐受濃度閾值為95~100mg/kg。Huang等[31]1997年研究得出，玉米(Zeamays)和豌豆(Pisumsativum)對Pb有很好的吸收效果。Ebbs等[32]1998年發現，種燕麥(Avenasativa)可以有效的修復被Zn污染的土壤。Sawhney等[33]1994年研究發現，一種多年生花——黑心菊(Rudbeckiahirta)可大量富集Cd、Cu、Pb和Zn。Francesconi等[34]2002年發現粉葉蕨(Pityrogrammacalomelanos)對As有很好的富集效果，是一種As超富集植物。陳榮華等[35]研究指出，紅樹植物體內能吸收貯藏大量的Hg，Hg濃度達lmg/kg時仍未表現出受傷害癥狀。韋朝陽等[36-37]、陳同斌等[38]在中國對As超富集植物進行研究，在中國找到了As超富集植物蜈蚣草(PterisuittataL.)。同時韋朝陽等[39]還首次發現另一種植物大葉井口邊草(P.creticaL.)也是一種As的超富集植物。龍新憲等[40]、Yang等[41]通過野外科考和室內分析證明，東南景天(Sedumalfrediihance)是可超富集Cd和Zn和富集Pb、Cu。高潔等[42]發現扁穗牛鞭草(Hemarthriacompressa)和野薄荷(Menthahaplocalyx)為Cr超富集植物。圓錐南芥(Arabispaniculata)具有同時超量富集Pb、Zn和Cd的能力[43]。沈振國等[44]研究表明，天藍遏藍菜(Thlaspicaerulescens)是綜合型超富集植物，其吸收Zn，Cu的效果明顯；Assuncao[45]等、Mijovilovich等[46]研究指出天藍遏藍菜(Thlaspicaerulescens)可以超富集Cd、Zn和富集Pb。葉春和[47]研究提出，紫花苜蓿(Medicagosativa)對Pb有較強的富集作用，是一種Pb超富集植物。優選的超富集植物一般具有以下重要特征[48]：（1）對重金屬具有超量積累性，地上部（莖和葉）重金屬含量是普通植物在同一生長條件下的100倍。（2）吸收的重金屬通常是地上部重金屬含量大于根部該種重金屬含量。（3）具有很強的抗逆性，在重金屬污染的土壤上這類植物能良好地生長，一般不會發生毒害現象。（4）即使在重金屬濃度較低時也有較高的積累速率。（5）生長快、生物量大，能同時積累幾種重金屬。

植物修復技術的特點

任何修復技術都存在優缺點之分，植物修復技術也不例外。Watanabe[21]指出，植物修復持續受到研究關注的原因在于低廉的運營費用。植物修復技術的最大優勢是其運行成本大大低于傳統方法。傳統原位修復方法，修復1m3的重金屬污染土壤需要10~100美元，傳統異位修復方法，修復1m3的重金屬污染土壤需要30~300美元，而植物修復1m3的重金屬污染土壤僅僅需要0.05美元[49]。植物修復技術因其美觀、安全、易于操作、可原位處置受污染的土壤，減小了對土壤結構性質的破壞又抑制了對周邊環境的二次污染，可稱得上的“綠色修復技術”[50]。在全球環境污染日趨嚴重的今天，植物修復技術以其存在的巨大優勢得到了社會的廣泛關注和期待[51]。當然，植物修復技術也存在一定的不足，主要有以下幾點：（1）其修復重金屬污染土壤的時間相對較長，在大多數地區存在季節限制，這是目前限制超富集植物大規模應用的最重要原因。例如Baker等[12]在英國洛桑試驗站進行的植物修復工程表明，利用富鋅的天藍遏藍菜(T.caerulescens)修復被Zn污染的土壤，土壤中Zn的濃度從444mg/kg降到330mg/kg需13.4年。（2）個別超富集植物生物量小，生長緩慢。（3）個別超富集植物只對一種重金屬具有富集能力，難以全面清除土壤中的所有超標重金屬。（4）不能100%的去除土壤中的重金屬，且只能對表層土壤進行修復。（5）異地引種對生物多樣性的威脅，也是一個不容忽視的問題[52]。

修復植物收獲后的處置技術

修復植物收獲后的處置技術作為植物修復技術的重要組成部分，一直受到各國學者的關注。其處理方法主要有：焚燒法、堆肥法、壓縮填埋法、高溫分解法、灰化法和液相萃取法[53]。

焚燒法焚燒法是被處理的植物體放入焚燒爐內通入過量空氣進行燃燒反應，在高溫下毒害物質被氧化、熱解，是一種可同時使被焚燒的有機體變為無害，盡量避免產生新污染物，產生的熱能可回收利用的“三化”高溫熱處理技術。AMANASU技術公司開發了等離子增值爐，有機體經增值爐處理后幾乎不會排出劇毒物質和CO2[54]。焚燒法的缺點是會造成了一定的環境負荷，其處理方法中的火法冶煉和電滲析技術，耗電量極大，火法冶煉還會向大氣排放大量有害氣體，灰分固化過程中投加化學螯合劑等，其對環境的影響尚待進一步評價。

堆肥法堆肥法其原理是利用微生物對有機物進行代謝分解，在高溫下進行無害化處理，并能產生有機肥料。堆肥法的明顯的優勢是有機體生物量的明顯減少，這樣就顯著地降低運輸和后續處理成本，極大地減少了工作量。但是，堆肥的腐熟需要2~3個月的時間，延緩了從植物收獲到最終的產后處置，同時，因為重金屬只是形態起了變化，并沒有被真正的去除，很容易造成“二次污染”[55]。

壓縮填埋法壓力封閉裝置和滲濾液收集裝置構成了壓縮系統，經過該法處置后的植物殘體的滲濾液中含有高濃度的重金屬螯合物，必須在特殊處置的場地中將植物殘體和殘體滲濾液一起填埋。

高溫分解法高溫分解法是在高溫和厭氧情況下對植物劇烈熱激發，使植物體瞬間分解的一種處理方法。此法的重要影響因子是植物殘體的形狀、粒徑和含水率，它們直接影響熱化學轉變的效率、反應時間和升溫比率的調節。處理過程在密閉中進行，無任何有毒有害氣體排出，植物體通過高溫分解產生揮發性的化合物生物油、裂解氣和固態的焦炭渣。此法的不足之處是所處置的植物含水率必須在30%以下，因此在收獲植物前需加入干燥劑或者參雜種植一些含水率較低的作物，或與城市固體廢棄物一起處理，通過兩者的混合降低植物體系的含水率[53]。其中的產生的生物油含有高濃度的二乙醇、丙酮醇和左旋葡聚糖，不但可作為替代性的液體燃料，還可作為一種重要的有機化學原料和一種將來普遍通用的能源資源[56-57]；裂解氣也可作為燃料；重金屬與焦炭渣結合在一起，焦炭渣中的重金屬可以回收利用，因而，此法受到了科學界的普遍關注。

灰化法Hetland等[58]研究了實驗室階段燃燒爐裝置的可行性，確定了此法中的重金屬可以被回收利用。該法目前僅停留在實驗室階段，關于燃燒設備與燃燒裝置的具體參數，具體的中試、更進一步的實際應用和后續灰分處置技術研究還有待進一步研發，確定該技術的實際應用價值。

液相萃取法Hetland等[58]試圖用滲濾法萃取超富集植物中的重金屬，從研究結果來看，液相萃取法使用螯合劑可以有效地提取植物中的重金屬，如果該法可有效地將重金屬與螯合劑分離，實現重金屬與螯合劑的重新利用，將有廣闊的市場前景。但目前的研究僅為實驗室小試，且作用機理并不明了，有待科學工作者進一步研究開發出適合的技術。

展望——植物修復技術的未來

植物修復技術作為一種新興的污染治理技術業已被證明具有極大的潛力和市場前景，但從實驗室小試、中試走向產業化應用還有漫長的路要走，植物修復技術的關鍵是尋找或人工培育合適的超富集植物[59]。未來植物修復技術應該著力解決以下問題：（1）在自然中繼續尋找、篩選高效、富集面廣的超富集植物。（2）加強對超富集植物修復土壤的過程和機理研究。（3）研究超富集植物的富集機理，應用分子生物學和基因工程技術將超富集基因轉移到生物量大、美觀、經濟價值高的植物中，培育出高產、高效、富集面廣的超富集植物，以期取得更廣闊的應用前景。（4）進一步加強對植物富集的重金屬回收的處理技術。（5）加強植物修復技術的實踐性環節。到目前為止，植物提取技術發展的采礦或修復技術，還遠未形成規模，只有相對較少的植物、人力和時間的投入。由于在世界歷史上，至今還沒有任何植物被選擇用作金屬回收，因此可以看出植物在回收金屬方面的潛力十分巨大。筆者可以從人們的廢物流中回收重金屬進而開發應用，植物修復技術發展而來的植物采礦技術的進一步研究開發，將為重金屬回收治理提供一塊嶄新的綠色平臺。

作者：張繼舟王宏韜袁磊王立民單位：黑龍江省科學院自然與生態研究所/濕地與生態保育國家地方聯合工程實驗室