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植物对北方铜、镍污染地区的生态修复研究

胡迪 陈松 宋奇 张宇 窦梦雪 吕丰宏 林纪鹏 胡锦昆 王馨甜 金明兰 闫博佼
摘 要：本文首先阐述了重金属污染土壤修复技术的研究现状及植物在铜、镍污染地区的生态修复技术的地位及价值，接着总结研究及相关文献后得出植物中天门冬对北方部分铜污染地区土壤的生态修复情况；车前草对北方部分地区镍污染的生物修复情况，并得出目前在这两方面的研究仍存在很大问题，有很大继续探索空间的初步结论。
关键词：植物；铜、镍；生态修复；北方地区
引言：
铜、镍是动植物和人体总不可或缺的微量元素，其含量的过多或过少都会对生物的生存和生活产生不可或缺的影响，由于其污染范围广、流动不易察觉、影响时间长且影响程度大的特点，严重时甚至会威胁生命本身，随着经济的飞速发展，工业化生产融入生活，铜、镍进入生命体的途径越来越多，含量也随之加剧，在食物链的续集作用下，终将由各个营养级传递到作为顶端生物的人类体内，在身体中续集达到一定量后严重危害我们生命健康，如果不加以遏制及修复，无异于慢性自杀，近年来，由于人们关注的重点更多得转移至健康，我国的相关研究获得国家及人们的大力支持，国际上拥有丰富的借鉴经验、大量的参考靠文献，即使重金属污染难以去除，我国在铜、镍污染地区的生态修复技术上仍获得了很大进步，在这一背景下，研究其相关技术是非常有意义和价值的，其研究的持续性与可能性获得了充分的保证，而植物对重金属污染地区的生态修复讲究比较成熟，本文对铜、镍两种金属对北方部分污染地区的修复进行了专项实验探索并将数据总结为初步结论，为今后的实验做参考。
1.土壤中重金属污染修复技术现状
近年来，我国产业结构获得调整， “退二进三”、“退城进园”的政策在许多城市都获得了很好的响应，土地的价值在大到国家小到个人的眼中都变得越来越重要，土壤的质量也成为了从科研人员到开发或耕种人民都息息相关的重要因素。在土壤质量的保护上，大量重污染工业的关闭及污染的相关遏制是很重要的一方面，但对现有土壤污染的修复及重金属的去除更是重中之重，其研究发展进程，直接关系着在有限的土地资源下，又有多少土地可以重新迅速投入到开发利用中。在保护安全性的修复工作中，欧美国家态度比较积极，首先做出了尝试，欧洲每年投入约20亿的资金用于修复250万个受污染的土地，美国则成立了专门的超级基金项目（NPL）[1]，该项目基金在将成熟的研究投入到实际应用中起到了尤为突出的作用，为土壤修复的未来起到了指引作用，有效的使部分受污染土地获得了改善。我国目前主要由分离去除、固定稳定、及隔离三个重要思路[2]，在物理、化学、生物等方面均有涉及，由于铜、镍分离较困难，传统的过量碱析出发对其效果并不理想，且两种元素在生物体内又具有不可或缺的作用，故采用生物法具有很高的尝试价值，而植物在有限的条件下是较理想的研究载体，其生长发育与土壤又有最直接的关系，相比于选择动物作为修复主题的情况，在生态、经济及安全等方面考虑较少，复杂性较低，因此，土壤的生物修复中，植物修复可行性更高，是广大研究群体的大多数选择，其发展也最迅速、最成熟，研究从产生成果到投入到实际应用总的周期更短[3]，在此背景下，本文研究亦主要探索植物对铜、镍污染地区的生态修复。
2.植物在铜、镍污染地区的生态修复技术研究
2.1天门冬对铜污染地区的修复情况分析
铜是许多细胞合成不可缺少的微量元素，在植物的光合作用中更是起到至关重要的作用，本实验选取天门冬作为去除铜元素的修复植物，选取长春南部含有铜离子较高地区的土壤作为培养土壤，进行光照、通风、干燥、整平整碎等适当的处理后，将天门冬植株移植其中，放在日照时间简短且温暖的环境中培育，四周后，其生长较空白组明显放缓，叶子出现蜷曲，出现部分叶片枯萎掉落等典型“铜中毒”现象[4]，经仪器检测，土壤中的铜元素少量减少，铜元素主要集中富集在植物根部，研究表明，钙、镁、磷等可参与铜元素的分离，故采用膦酸钙作为吸附剂，模拟植物生长中利于去除同的条件，适量加入催化剂等，以二价铜离的形式去除铜。实验的研究结果为天冬门对铜元素具有去除作用，但实验结果并不理想，可能原因为土壤中含有其他污染物质对天冬门的生长产生了复合型的影响，极大的减缓了其对铜元素的吸收，需进一步探索不同污染物作用机理之间的相互作用，受时间及研究条件的影响，本实验未能继续探索。
2.2车前草对镍污染地区的修复情况分析
本次采用松原市某镍污染地区的土壤作为栽培土壤，植物选取更加常见的车前草，重在其经济性，且其对重金属拥有较强的富集能力，生命力较顽强，易保证其存活，进行光照、通风、干燥、等适当的处理后，将车前草植株移植其中，施加适当水分，使土壤湿润，四周后，与空白对照组相比，叶片出现失绿，植株高度受到抑制，同生长条件下植株地上部分重量增加，对镍的去除能力不够理想，但保证了其植株的存活，在6周以后，车前草生长的受抑制趋势开始减缓，车前草对重金属有较强的适应能力。
3.结论
3.1利用天冬门植株的生长特性来修复土壤中的铜污染尽管在主观遐想中是一个较好的方案，但实际培养中却是一个复杂的过程，预期结果较难实现，涉及许多作用机理的交叉，需要更加严谨和缜密的思考。
3.2結合天冬门植株的实验，选取车前草作为生物土壤修复的突破点是可行的，但其在去除量上的提升亦需要大量实验才能获得突破，且车前草虽然对重金属有较强的适应能力，但在不同重金属下的生长变化既有很强的不定性，其向着对人们有意的方向变化是否能通过基因延续仍是未知数。
3.3土壤修复技术的发展与推广是大势所需，我国在铜、镍污染地区的生态修复技术由传统的化学、物理方法过渡到生物方法上虽然有许多突破，但其由概念假设到成熟应用仍有一段较较长的路要走，这需要更多学者与研究人员的不懈努力，更需要国家及人民的大力支持。
参考文献：
[1]王洪才.重金属污染土壤淋洗修复技术和固化/稳定化修复技术研究[D].浙江大学， 2014
[2]US EPA.Building on success：protecting human health and the environment（FV 2007 superfund annual report）【R】.Washington，DC：US Environmental Protection Agency，2008.
[3]崔斌，王凌，张国印，等. 土壤重金属污染现状与危害及修复技术研究进展[J]. 安徽农业科学，2012，（1）. 2012.01.144.
[4]李荣华，张媛，方正.铜对紫色新几内亚凤仙开花形状的影响[J] 安徽农业科学， 2012，（8）：4490-4491
项目： 大学生创新创业训练计划项目（2017G11034）、住建部吉林省安全厅项目（VDC 2017032112，2017032212）

-全文完-